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

Le système karstique de la grotte Cosquer

La grotte Cosquer à Marseille est une grotte ornée du paléolithique supérieur semi-noyée où une partie des gravures et peintures sont temporairement sauvées de la montée du niveau marin. La conservation de ces grottes ornées dépend fortement des flux d'air dans le réseau karstique et à travers la roche environnante. Le karst est un système de cavités et conduits formés naturellement par la dissolution hydrochimique des roches carbonatées. Les flux d'air y sont régis par le gradient de pression et sont influencés par la forme des conduits karstiques et la perméabilité du massif calcaire. La grotte Cosquer est 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. 

Des vagues et des roches carbonatées perméables

Bien que l'air de la grotte soit confiné par la roche et l'eau de mer, il y a 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 vers l’intérieur du massif, le long des fissures ouvertes ou de conduits karstiques sous la mer. 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.

Les résultats obtenus lors de cette étude sont le fruit d'une collaboration entre Aix Marseille Université, le laboratoire de recherche des monuments historiques (Ministère de la Culture), le CNRS et la Direction Régionale des Affaires Culturelles.