Pourquoi l’eau de la grotte Cosquer reste sous le niveau de la mer

Cet article étudie les circulations d’air dans la grotte Cosquer (Marseille – France), une grotte ornée semi-noyée où une partie des gravures et peintures du paléolithique supérieur sont temporairement sauvées de la montée du niveau marin. Par l’étude des variations de pression de l’air dans cette grotte, nous pouvons calculer le volume de vides connectés et le taux de renouvellement de l’air. De plus nous estimons la perméabilité à l’air du massif rocheux karstique, une mesure rarement réalisable in situ, et expliquons pourquoi le niveau de l’eau reste sous le niveau de la mer.

La conservation des grottes ornées dépend fortement des flux d’air dans le réseau karstique et à travers la roche environnante. Les flux d’air sont régis par le gradient de pression et influencés par la forme des conduits karstiques et la perméabilité du massif de roches carbonatées.

La grotte Cosquer est une grotte ornée du paléolithique supérieur, à moitié submergée dans un karst côtier, où la conservation dépend également des niveaux d’eau reliés à la mer.

Les données hydroclimatiques, telles que la pression et la température de l’air et le niveau de l’eau à l’intérieur et à l’extérieur de la grotte, ont été mesurées pendant plusieurs années afin d’identifier les principaux processus régissant les variations du niveau de l’eau, les flux d’air et le renouvellement de l’air. Les données montrent un comportement inhabituel pour un karst : la pression de l’air dans le karst est presque toujours supérieure à la pression atmosphérique.

Par conséquent, le niveau de l’eau dans la grotte est inférieur au niveau de la mer. Les variations quotidiennes de la marée permettent d’évaluer le volume de la grotte au-dessus du niveau de l’eau. Bien que l’air de la grotte soit confiné par la roche et l’eau de mer, il y a également des entrées d’air externes lors de courts événements de pressurisation liés aux vagues qui peuvent produire et forcer des bulles d’air à s’écouler le long des fissures ouvertes sous-marines ou des conduits karstiques à l’intérieur du massif.

De plus, la perméabilité effective des roches carbonatées à l’air à l’échelle du massif est déduite de la diminution de la pression de l’air dans la grotte au cours de la saison estivale en appliquant la loi de Darcy dans un milieu partiellement saturé.

Six années de données montrent que la perméabilité varie d’une année à l’autre et en fonction des précipitations cumulées au cours du printemps et de l’été. Les années les plus sèches sont corrélées avec une perméabilité plus élevée, une diminution plus rapide de la pression de l’air dans la grotte et une augmentation plus rapide du niveau d’eau.

À l’avenir, dans le contexte du changement climatique, une perturbation de la perméabilité de la roche est donc attendue dans les grottes proches de la surface, ce qui aura un impact sur les flux d’air dans les grottes ornées et pourrait altérer leur fragile stabilité hydroclimatique.