Ce travail aborde les dynamiques géomorphologiques des bas-plateaux calcaires du Bassin parisien. Ces dynamiques géomorphologiques sont généralement étudiées à partir d'observations de surface avec l'étude des formes et des formations et la cartographie géomorphologique. Cependant, avec la disparition des sites d'extractions et des carrières, les affleurements se font rares, ce qui ne facilite pas l'interprétation des morphologies et des processus associés. Les chercheurs sont alors obligés de recourir à des procédés de reconnaissances lourds et coûteux comme l'instrumentation de géophysiques ou de profiter des sondages archéologiques. L'intérêt de cette contribution est de montrer l'apport de l'étude des carrières souterraines dans la compréhension des dynamiques géomorphologiques, hydrogéologiques et hydrologiques des bas plateaux tertiaires du Bassin parisien. La bibliographie fait souvent référence à des processus occultes, sous couverture, comme la crypto-corrosion, le soutirage ou l'hydrocompaction, difficilement observables en surface qui laissent souvent trop de place à l'interprétation. Le secteur de Reims, Laon, Soissons et Villers-Cotterêts est particulièrement intéressant car il regroupe plus de 400 carrières souterraines dans les calcaires lutétiens. Les héritages historiques y sont importants avec un patrimoine monumental très dense construit grâce aux géomatériaux calcaires locaux fournis par les carrières souterraines. / This work tackles the geomorphological dynamics of calcareous low-plateaus, in the Paris basin. These dynamics are usually studied from observations of surface, the study of shapes and superficial formations and geomorphological mapping. However, with the disappearance of sites and quarries, outcrops are scarce, which does not facilitate the interpretation of morphologies and associated processes. Researchers are forced to resort to methods of reconnaissance heavy and expensive, as instrumental geophysical or benefit of archaeological surveys. The value of this work is to show the contribution of the study of underground quarries in the understanding of geomorphological, hydrogeological and hydrological tertiary lowlands of the basin of Paris. The literature often refers to the process of hidden under cover as the crypto-corrosion, racking or hydrocompaction, easily observable on the surface or often leaving too much room for interpretation of fault outcrops. The area of Reims, Laon, Soissons and Villers-Cotterets is particularly interesting because it includes more than 400 underground quarries in the lutetian limestone. Historical legacies are important monuments with very dense built through geomaterials local limestone quarries provided by underground quarries.

Cette thèse a pour objet d’appliquer le nouveau paradigme de la fantômisation en Gironde (France), principalement aux calcaires tertiaires, et secondairement aux calcaires crétacés. La fantômisation transforme, par des processus vraisemblablement biochimiques, la roche saine en roche poreuse, en conservant le volume initial. On parle alors d’altération isovolumique ou « géoporose ». L’intérêt de la Gironde est de comporter de vastes étendues carbonatées plus ou moins karstifiées, dont l’Entre-deux-Mers et ses nombreuses grottes. Les calcaires de l’Oligocène inférieur montrent en carrière des phénomènes d’altération qui peuvent servir de modèle pour expliquer la genèse des cavités locales. L’intérêt de cette région est de présenter différents stades évolutifs de karstification par fantômisation, en fonction du potentiel hydrodynamique. On observe tous les stades en zone de plaine et de bas plateau : - des systèmes karstiques incipients, en phase de formation, situés en rive gauche de la Garonne, en zone de battement de nappe phréatique ; - des systèmes karstiques jeunes, en zone dénoyée, de type perte-résurgence, en Entre-deux-Mers ; - des systèmes karstiques complexes impliquant plusieurs étages calcaires fantômisés, du Crétacé supérieur à l’Oligocène et au Miocène, au sud de la Gironde ; - des paléokarsts du Pléistocène moyen probable, fossilisés par des sédiments ; - des paléokarsts précoces, correspondant à une phase préliminaire de sédimentation dans des zones fantômisées, récemment exondées par abaissement relatif du niveau phréatique (surrection). Tous ces stades d’évolution de la karstification permettent de bâtir en Gironde un modèle de spéléogenèse en fonction du paramètre hydrodynamique, qui commande l’évacuation mécanique de l’altérite. Ce nouveau regard sur la spéléogenèse offre l’occasion de mieux comprendre le fonctionnement des sources de rive gauche, qui présentent des débits réguliers très tamponnés. Le pompage des eaux souterraines, depuis plus de 30 ans, provoque un rabattement de la nappe phréatique, qui pourrait expliquer localement certains effondrements et l’assèchement de plusieurs sources. Ces aspects de génie civil montrent l’intérêt de cette problématique à la frontière recherche fondamentale / recherche appliquée. En effet, l’alimentation en eau de l’agglomération bordelaise provient exclusivement des terrains cénozoïques, et en particulier de l’Oligocène. / The aim to this PhD thesis is to apply the new ghost-rock alteration paradigm to the Gironde (SW France), first to tertiary limestone, then secondarily to cretaceous limestone. The ghost-rock alteration transforms, probably by biochemical processes, the unweathered rock to porous rock, keeping its original volume. This is also called isovolumic alteration or "geoporosis". The interest of the Gironde is that it presents large carbonated areas, more or less karstified, especially the Entre-deux-Mers limestone plateau and its numerous caves. In quarries, the limestone from early Oligocene shows alteration phenomena that can be used as a model to explain the genesis of local caves. The advantage of this area is to present different evolutionary stages of karstification by ghost-rock alteration, depending on the hydrodynamic potential. We can observe all the stages in plains and low plateau areas: - Incipient karstic systems, in genesis phase, situated on the left bank of the Garonne river, in the groundwater table variation level; - Young karstic systems in dewatered areas, lost-resurgence type, in the Entre-deux-Mers; - Complex karstic systems formed by several limestone layers, affected by ghost-rock alteration, from late Cretaceous to Oligocene and Miocene, in the south of the Gironde; - Palaeokarsts probably dating from middle Pleistocene, clogged with sediment; - Early palaeokarsts, corresponding to a preliminary phase of sedimentation into ghost-rock altered areas, recently dewatered by a relative lowering of the water table (uplift) . All these stages of karstic evolution in Gironde help us to build a speleogenesis model, based on hydrodynamic parameters controlling the mechanical removal of the alterite. This new look at the speleogenesis is an opportunity to better understand the functioning of the sources situated on the left bank, which have regular and highly buffered flows. The pumping of groundwater for more than 30 years, causing a lowering of the water table, could explain some local collapses and depletion of several sources. These aspects of civil engineering show the importance of this issue at the limit of fundamental / applied research. Indeed, the drinking water of Bordeaux agglomeration is provided exclusively from cenozoic grounds, and in particular oligocene limestone.

Cette thèse est consacrée aux grottes et aux dépôts souterrains du grand bassin karstique charentais de la Touvre, la deuxième source de France qui alimente Angoulême. Le premier objectif est de montrer que la série calcaire jurassique est affectée dans sa masse par le processus de fantômisation (altération isovolume) qui s'est produit pendant le Crétacé inférieur durant 45 millions d'années. Les preuves ont été apportées dans les carrières, les grottes et à partir des forages. La fantômisation de la roche explique la genèse des grottes labyrinthiques et permet d'expliquer que les grandes réserves aquifères sont contenues principalement dans la roche devenue poreuse (circulation très lente) et secondairement dans des conduits karstiques (circulation rapide). Cette conclusion est confirmée par l'analyse des courbes de tarissement de la résurgence qui suggère une mauvaise karstification. Le deuxième objectif est l'étude de deux grands remplissages détritiques situés dans les grottes de la Fuie et du Bois du Clos. L'étude géochimique, sédimentologique et minéralogique des dépôts a permis de caractériser les dynamiques hydro-sédimentaires et les conditions aléoenvironnementales, notamment entre les stades isotopiques marins 6 et 3, obtenus à partir des datations 14C et U/Th sur les stalagmites de la grotte du Bois du Clos. L'imagerie chimique par fluorescence X met en évidence des niveaux carbonatés, apportant une preuve supplémentaire de la spéléogenèse par fantômisation. Enfin l'étude comparée des séquences spéléologiques et archéologiques régionales rend compte du rôle des paramètres locaux et régionaux, mais aussi des facteurs globaux au niveau paléoclimatique.

Tous les sites étudiés lors de cette thèse, qui se situent tous dans des régions tabulaires ou monoclinales, ont permis d'observer et d'analyser d'un point de vue géophysique une diversité de morphologies associées aux karsts de plateaux et aux karsts sous couverture : tertres émissifs et dolines de suffusion dans l'Est de la France, dolines de dissolution et dolines masquées dans les Causses du Quercy, épikarst et altération sur le Causse du Larzac. Les tomographies de résistivité électrique et de sismique réfraction ont en effet été très utiles pour caractériser la géométrie de ces objets. L'apport de la sismique réfraction 3D s'est révélée considérable pour l'imagerie de la fracturation et de l'altération dans l'épikarst. Un suivi temporel électrique et sismique a également été mis en place sur un aquifère karstique en Corrèze et sur deux secteurs épikarstiques sur le Causse du Larzac. Si le suivi par tomographie de résistivité ne s'est pas avéré très efficace, le suivi par tomographie de sismique réfraction montre un potentiel conséquent pour identifier les zones de stockage et les zones d'infiltration, particulièrement dans l'épikarst. Des résultats nouveaux ont été obtenus dans : (1) la compréhension des morphologies karstiques par l'analyse de leur structure, (2) la structure et le fonctionnement de l'épikarst, (3) l'efficacité des méthodes électriques et sismiques pour l'imagerie structurale et le suivi temporel en milieu karstique.