Approche Générale Du Site

GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 1 APPROCHE GÉNÉRALE DU SITE

Situation DOC 2 Carte géologique simpliﬁ ée de la France

Lycée Situé dans le département du Lot, le Gouffre de Padirac est classé premier site du patrimoine souterrain français. Il est considéré comme l’une des plus Lille Lille Lille LilleLille grandes curiosités géologiques de France. Lille C’est une cavité naturelle d’un diamètre moyen de 35 m, RouenRouen Rouen Source : BRGM. d’une profondeur de 75 m, au fond de laquelle coule, RouenRouen à 103 m de profondeur, une rivière souterraine. Rouen BASSINBASSIN BASSIN BASSIN StrasbourgStrasbourg Strasbourg ParisBASSIN Paris Strasbourg Brest Brest ParisBASSIN Strasbourg Brest Paris NancyStrasbourg Nancy

DOC 1 ParisPARISIEN PARISIENSe NancySe R MASSIF MASSIF R

Localisation de Padirac BrestBrest PARISIEN Se in in NancyNancy MASSIF R

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MASSIF R n 1 Orléans Orléanse i in Nancy n

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MASSIF R i ARMORICAIN Orléans i n ARMORICAIN Orléans n n

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ARMORICAIN Orléans n ARMORICAINAngersAngers Angers Besançon Besançon Paris ARMORICAIN AngersAngers Besançon Nantes Nantes L L BesançonBesançon Nantes o o Angers L ir ire NantesNantes oi LL e Besançon Poitiers Poitiers re oo Nantes Poitiers iriree PoitiersPoitiers Lo ire Poitiers e e e n n ô ô n e e h h ô n MASSIF MASSIF n Clermont- h Rô R Limoges MASSIF e ô Ferrand Lyon R Lyonh MASSIFMASSIF n h Limoges Limoges Lyon ô R R Sarlat Lyon LimogesMASSIF LyonLyon h Grenoble Grenoble Padirac LimogesLimogesCENTRAL CENTRALLyon GrenobleR Bordeaux LimogesCENTRAL GrenobleGrenoble Cahors CENTRALCENTRAL GrenobleALPES ALPES BordeauxBordeaux Bordeaux ALPES Bordeaux CENTRALPadirac Padirac ALPESALPES Toulouse Bordeaux G PadiracG G ar ar ALPES Bordeaux BASSINa G BASSINo PadiracPadiraco 100 km BASSIN ro G a nn nn BASSIN nnarr ePadirac e BASSING eoonn N N ar nnee N BASSINAQUITAINon AQUITAIN Nîmes Nîmes Nice Nice N AQUITAIN ne Nîmes Nice N AQUITAINAQUITAIN ToulouseToulouse Toulouse NîmesNîmes NiceNice N ToulouseToulouse Nîmes 0 1000 km 100AQUITAIN km Nice DOC 3 0 100 km Toulouse Marseille Marseille Échelle stratigraphique simpliﬁ ée 00 100100 km km Marseille PYRÉNÉESPYRÉNÉESPYRÉNÉES MarseilleMarseille 0 100 km PYRÉNÉESPYRÉNÉES Perpignan Perpignan Ère Période Époque Étage Âge (en Ma) Perpignan Marseille 0 Roches sédimentairesRoches sédimentairesPYRÉNÉESAutres rochesAutres roches PerpignanPerpignan Holocène Roches sédimentaires Autres roches - 0,01 Roches sédimentaires Autres roches Perpignan Supérieur RochesPrimairePrimaire sédimentairesPrimaire AutresGranite Graniteroches Granite Corse Corse - 0,13 Roches sédimentairesPrimaire Autres rochesGranite Corse Quaternaire Moyen SecondairePrimaireSecondaire Secondaire GneissGraniteGneiss Gneiss CorseCorse Pléistocène - 0,78 PrimaireTertiaire Tertiaire GraniteRoches volcaniquesRoches volcaniques récentes récentes Calabrien TertiaireSecondaireSecondaire RochesGneissGneiss volcaniques récentes Corse - 1,8 SecondaireTertiaireQuaternaireQuaternaire GneissRoches volcaniquesantécambriennesRoches antécambriennes récentes Gélasien QuaternaireTertiaire RochesRoches antécambriennes volcaniques récentes - 2,6 TertiaireQuaternaire RochesRoches volcaniques antécambriennes récentes Sup. Plaisancien Quaternaire Roches antécambriennes Pliocène - 3,6 Quaternaire Roches antécambriennes Nord 0 10 km Brive Inf. Zancléen - 5,3 Messinien Sup. - 7,2 DOC 4 Carte géologique simpliﬁ ée des Causses Tortonien - 11,6 re Serravallien è Miocène Moy. - 13,8 éz du Quercy et situation du Gouffre de Padirac

Néogène V Langhien - 16 Burdigalien Accident ouest-quercynois Inf. - 20,4 Nord Aquitanien 0 10 kmSarlat Brive

Cénozoïque - 23 e Chattien gn Oligocène - 27,8 o re rdCAUSSE Tertiaire Rupélien è o - 33,9 éz D Sup. Priabonien - 37,8 V CAUSSEDE MARTEL Bartonien Accident ouest-quercynois Éocène Moy. - 41,2 Gourdon Lutétien Sarlat DE GRAMAT - 47,8 ne Inf. Yprésien og - 56 C ord Paléogène éo D Thanétien - 59,2 u CAUSSE Paléocène Sélandien - 61,6 Gourdon DE GRAMAT Danien - 66 élé Maastrichtien C C - 72,1 éou Campanien - 83,6 Santonien - 86,3 t Supérieur Lo élé Coniacien - 89,8 C Turonien - 93,9 Cahors Cénomanien Lot

- 100,5 Cycle orogénique alpin Albien - 113 Crétacé Cahors Aptien - 125 CAUSSE Barrémien Inférieur - 129,4 DE LIMOGNE Hauterivien - 132,9 CAUSSE Valanginien - 139,8 DE LIMOGNE Berriasien - 145 Tithonien - 152,1 Supérieur Kimméridgien - 157,3 Oxfordien Aveyron - 163,5 Aveyron Callovien - 166,1 G a G Bathonien ro a Moyen - 168,3 n ro n n Bajocien - 170,3 e n e MontaubanMontauban Aalénien - 174,1 Jurassique Toarcien Tertiaire Tertiaire JurassiqueJurassique supérieur supérieur marno-calcaire marno-calcaire peu peu karstifiable karstifiable Albi Albi

Mésozoïque ou secondaire ou Mésozoïque - 182,7 n n Crétacé Crétacé JurassiqueJurassique moyen moyen très très karstifiable karstifiable Tar Tar

Pliensbachien Source : BRGM. Inférieur - 190,8 Primaire Jurassique inférieur peu karstifiable Sinémurien Primaire Jurassique inférieur peu karstifiable - 199,3 Gouffre deGouffre Padirac de Padirac FaillesFailles (hachures (hachures du du côté côté abaissé)abaissé) Hettangien - 201,3 Rhétien - 208,5 Supérieur Norien - 227 Carnien - 237 Ladinien - 242 Question Trias Moyen Anisien - 247,2 Olénékien En vous aidant des 4 documents fournis, présenter brièvement Inférieur - 251,2 Induen (source ICS, 2017) ICS, (source - 251,9 la situation géographique et géologique du Gouffre de Padirac.

Et également 2 fautes d'orthographe dans le document 3 sur la même page : Prabonien Priabonien Maastrichien Maastrichtien GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 2 | p. 1/2 DÉCOUVERTE DU SITE ET DE SA RIVIÈRE Lycée

DOC 1 La première descente

C’est le 9 juillet 1889 qu’Édouard-Alfred Martel (1859-1938), assisté de 3 compagnons et de 6 hommes de manœuvre, effectue la première descente au fond du Gouffre de Padirac. D. R. Édouard-Alfred Martel, avocat de formation, est considéré comme le père fondateur de la spéléologie

Armand Viré/Coll. SES de Padirac. moderne. Il consacre tous ses loisirs et son temps à la recherche souterraine et au développement du tourisme en France et à l’étranger. Au cours de ses descentes dans différentes cavités, il accumule les découvertes. Ses travaux sur l’hygiène des sources et la propagation des épidémies sont à l’origine de la loi « Martel » du 15 février 1902 interdisant les jets de bêtes mortes dans les cavités naturelles calcaires. En avril 1898, les travaux d’aménagement du site Édouard-Alfred Martel/SES de Padirac. débutent, notamment sous la direction d’Armand Viré. Les premières visites touristiques ont eu lieu le 1er novembre 1898, mais l’inauguration ofﬁ cielle ne fut organisée que le 10 avril 1899. Aujourd’hui seul 1,1 km de galeries sur les 42 km explorés peuvent être visités. On descend dans le gouffre par 3 ascenseurs ou, pour les plus courageux, par un escalier d’inspiration Eiffel totalisant 207 marches sur les 543 qu'ils s'apprêtent à parcourir.

Première descente dans le Gouffre de Padirac, cliché d’A. Viré, 1889. Explorateur dans une des galeries du Gouffre de Padirac (non aménagée), cliché d’É.-A. Martel, 1899.

DOC 2 Topographie des galeries

Entre 1889 et 1900, les expéditions d’Édouard-Alfred Martel ont permis « À plusieurs reprises, É.-A. Martel a cherché Montvalent par 103 m d’altitude. À 780 m au nord, de parcourir et de topographier 2 750 m à déterminer la résurgence des eaux de Padirac l’importante résurgence de Saint-Georges, située à en y jetant quelques centaines de grammes de la cote 104, ne débite pas et l’eau de son bassin n’est de galeries dont 2 300 m pour la principale. fl uorescéine. Ces expériences sont restées sans pas colorée. Dans Padirac, à la même date, le courant résultat. En 1938, j’ai versé, sans plus de succès, est sensiblement nul et la coloration du lac des Les expéditions reprendront en 1937 sous un peu au-delà de la galerie du Fuseau, 4 kg de Grands Gours est encore visible. la houlette notamment de Guy de Lavaur, dans le fl uorescéine qui m’avaient été obligeamment fournis Dans la matinée du 11 novembre, la fl uorescéine but de poursuivre l’exploration de la cavité et de par la Société du Puits de Padirac. devient visible sous la surface de l’eau de la vasque de déterminer le trajet de la rivière souterraine et de En 1947, la Commission de spéléologie du Centre la fontaine de Saint-Georges, et à une profondeur de ses affl uents. Afi n de préciser l’issue de la rivière national de la recherche scientifi que ayant bien 4 à 5 m environ, bien que le débit de cette source soit souterraine (résurgence), des expériences de voulu mettre à ma disposition 75 kg de fl uorescéine toujours nul. Le 14 novembre, alors qu’il n’a pas plu coloration des eaux sont réalisées (coloration à la (150 kg de solution concentrée à 50 pour 100), j’ai pu depuis le 4, Saint-Georges coule très légèrement. La fl uorescéine, substance chimique dont la couleur est procéder, le 22 juillet, à un essai de coloration massif. coloration s’est élevée dans la vasque jusqu’à environ visible même à faible dose). Voici ce qu’écrit Guy de Le 4 novembre, à la suite de plusieurs journées de 3 m de la surface. Au Lombard l’eau est toujours verte, Lavaur (extrait de Le Gouffre et la rivière souterraine pluie, la couleur verte caractéristique est apparue mais le débit a considérablement diminué. » de Padirac, 1950) : à la source du Lombard, située dans le cirque de

0 m 0 m -50 m -50 m -100 m -100 m

Mètres Mètres SES de Padirac.

Fiches pédagogiques éditées par la SES de Padirac. Conception et réalisation : La Petite Boîte - www.lapetiteboite-communication.fr - Textes : Philippe Barrault, Sylvain Brebion, Gilles Rafﬂ egeau. Relecture scientiﬁ que : Alain Mangin, SES de Padirac. GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 2 | p. 2/2 DÉCOUVERTE DU SITE ET DE SA RIVIÈRE Lycée

DOC 3 La rivière souterraine de Padirac

Gouffre pénétrable A B Résurgences et sources

Pertes C D Cirque de Montvalent or do gne Percée hydrogéologique D Réseau de Padirac Limite du bassin versant de Padirac

rL Geo rP Gou Lom al Fin aJ Pad Roq Lav Aur Gau And

4 km

Bassin hydrogéologique de Padirac, modifi é d'après Collignon (1994). A. Calcaires jurassiques. B. Alluvions de la Dordogne. C. Trias et socle cristallin. D. Marnes et calcaires liassiques. And. perte d'Andrieu, Aur. perte d'Auru, Fin. fontaine de La Finou, Gau. perte de Gaubert, Geo. fontaine Saint-Georges, Gou. fontaine du Gourget, Lav. perte de Lavalade, Lom. fontaine du Lombart, Pad. Gouffre de Padirac, Roq. perte de Roque-de-Cor, rL rivière De Lavaur, rP rivière de Padirac, aJ affl uent De Joly, al affl uents des 3 Topos et du Viré. Sourcerapport : l'expéditionde Lesur 2005. - L'autre Padirac,L'autre spéléologie, karstologie, paléon- - une coéditionune - Fédérationla de Française Spéléologiede Muséumduet Lyon.de

Carte établie à partir de données de 1993. tologie et préhistoire, dans l'afﬂ Robertuent tologiepréhistoire,Jolyde et dansl'afﬂ Tous Tous droits réservés pour les ayants droit que nous n’avons pu contacter. Source :

La longueur de la rivière souterraine est de 20 km pour son axe Questions principal et sa profondeur varie de 50 cm à 6 m sur la partie visitée. La température de l'eau est constante à 12 °C (alors que celle A Expliquer la température constante de l’eau et de l’air dans la grotte. de la grotte est toujours de 13 °C). B Qu’a réussi à montrer Guy de Lavaur avec ses expériences de coloration de l’eau à la ﬂ uorescéine ?

Fiches pédagogiques éditées par la SES de Padirac. Conception et réalisation : La Petite Boîte - www.lapetiteboite-communication.fr - Textes : Philippe Barrault, Sylvain Brebion, Gilles Rafﬂ egeau. Relecture scientiﬁ que : Alain Mangin, SES de Padirac. GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 3 | p. 1/2 APPROCHE GÉOLOGIQUE DU SITE Lycée

DOC 1 Présentation du Causse de Padirac Le Causse de Padirac appartient aux Causses du Quercy qui comprennent toute une série de plateaux calcaires jurassiques adossés aux vieux terrains métamorphiques du Limousin et du Rouergue. Il a été le plus souvent rattaché (peut-être à tort) au Causse de Gramat, mais il forme une entité bien à part. Il est limité :

• au nord et à l’ouest par un vaste coude d’ensemble que dessinent les vallées de la Dordogne et de son afﬂ uent la Bave, et qui le sépare du Causse de Martel ; • au sud par la structure faillée de Padirac au-delà de laquelle s’étend la région marno-calcaire liasique de Miers-Alvignac qui le sépare en grande partie du Causse de Gramat ; • à l’est par la profonde incision de la vallée d’Autoire qui le sépare du petit Causse de Presque. atmospheric / Fotolia. Le Causse de Padirac s’apparente à une petite dalle calcaire (Jurassique moyen), de forme triangulaire, de 150 à 200 m d’épaisseur, faiblement inclinée vers le sud-ouest et reposant sur une assise marno- calcaire liasique*. Sa superﬁ cie avoisine les 80 km2. atmospheric / Fotolia.

DOC 2 Coupe géologique le long de la rivière souterraine de Padirac

1 : calcaires du Jurassique supérieur et moyen (la zone hachurée correspond à la partie noyée de l’aquifère*). 2 : marnes toarciennes. 3 : calcaires et marno-calcaires liasiques*. 4 : Trias détritique* et socle cristallin non différenciés. Tous droits réservés pour les ayants droit que nous n’avons pu contacter. Source : L'autre Padirac, spéléologie, karstologie, paléontologie et préhistoire, dans l'afﬂ uent Robert de Joly - une coédition de la Fédération Française de Spéléologie et du Muséum de Lyon.

* On appelle « aquifère » une formation géologique contenant de l’eau (que ce soit de façon temporaire ou permanente). Cet aquifère peut être libre (comme l’aquifère de Padirac) ou fermé (cas d’une nappe captive). * Liasique (on peut aussi dire Liassique) : adjectif se rapportant au Lias qui est une période géologique. C’est l’autre nom du Jurassique inférieur daté de -201 à -174 Ma. * Trias détritique : sédiments, provenant de l’érosion de roches continentales, qui se sont déposés au Trias daté de -252 à -201 Ma.

Fiches pédagogiques éditées par la SES de Padirac. Conception et réalisation : La Petite Boîte - www.lapetiteboite-communication.fr - Textes : Philippe Barrault, Sylvain Brebion, Gilles Rafﬂ egeau. Relecture scientiﬁ que : Alain Mangin, SES de Padirac. GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 3 | p. 2/2 APPROCHE GÉOLOGIQUE DU SITE Lycée

DOC 3 Colonne lithostratigraphique type dans le Causse de Gramat (d’après Astruc et al., 1977, modiﬁ é)

• Le Bajocien Aalénien est formé d’une alternance de calcaires oolithiques* et de calcaires riches en oncolithes*. • Le Bathonien comprend des alternances de calcaires oolithiques très ﬁ ns et de marnes*.

* Oolit(h)ique : se dit d’un calcaire composé d’oolithes (ou oolites) qui sont de petites sphères formées par un débris (grain de quartz ou fragment de coquille) en- tourées de minces couches le plus souvent calcaires. Les oolites se forment dans des eaux agitées en milieu marin ou saumâtre (voire lacustre). * Oncolit(h)e : concrétion calcaire formée en milieu marin ou lacustre par des encroûtements algaires. * Marne : roche sédimentaire à grains ﬁ ns constituée d’un mélange de calcaire et d’argile. Tous droits réservés pour les ayants droit que nous n’avons pu contacter. Source : L'autre Padirac, spéléologie, karstologie, paléontologie et préhistoire, dans l'afﬂ uent Robert de Joly - une coédition de la Fédération Française de Spéléologie et du Muséum de Lyon.

DOC 4 Formation des calcaires Les calcaires sont des roches sédimentaires. 1. Les dépôts d’origine chimique bassins sédimentaires, les géologues ont retrouvé Ils sont composés principalement de carbonate • Lorsque l’eau contient du calcaire dissous en très d’importantes formations de calcaires oolithiques. On peut actuellement observer la formation de ce de calcium (CaCO3). Le calcium provient de grande quantité, il peut précipiter lorsque le dioxyde l’altération d’autres roches comme le basalte de carbone s’échappe. Les particules de calcaire type de calcaire sur la plate-forme des Bahamas dans ou le gneiss. Les carbonates (dissous sous deviennent alors insolubles. l’océan Atlantique. - forme d’ions bicarbonates HCO3 ) sont présents dans les solutions qui ont dissous du • Les calcaires oolithiques sont presque entière- 2. Les dépôts d’origine biologique dioxyde de carbone gazeux de l'atmosphère. ment composés de matériaux qui proviennent de la De nombreux animaux et végétaux qui vivent dans précipitation chimique du calcaire. Leurs conditions l’eau utilisent le calcaire dissous pour fabriquer leur Le carbonate de calcium résulte de la précipitation de formation sont très particulières. Dans une mer propre squelette. Lorsqu’ils meurent, les squelettes d’ions dissous selon la réaction suivante : chaude (27 à 28 °C), très peu profonde (moins de calcaires qu’ils ont produits s’accumulent dans les 10 m), agitée et riche en calcaire dissous, le carbo- dépôts sédimentaires. Les fossiles ainsi formés Ca2+ + 2(HCO -) CaCO + CO + H O 3 ‹—› 3 2 2 nate de calcium précipite. Il se dépose autour d’un peuvent constituer la presque totalité de la roche La diversité des calcaires (nature et aspect) provient grain central qu’il enrobe, formant de petites sphères calcaire. des conditions dans lesquelles ils se sont déposés, (appelées oolithes). Les oolithes grossissent puis des êtres vivants fossilisés qui les composent mais tombent au fond de la mer. Le sable oolithique ﬁ nit par aussi de l’origine chimique ou biologique des dépôts. chasser l’eau et par se cimenter. Dans le sous-sol des

Questions A Colorer l’aquifère de Padirac sur le document 2 et donner les conditions nécessaires à la formation d’un aquifère. B Évaluer l’épaisseur des calcaires Bajocien-Aalénien-Bathonien (-175 à -166 Ma) à l’aide du document 3, puis évaluer la vitesse de formation de ces couches calcaires. C À l’aide des informations des divers documents, expliquer l’origine des calcaires dans lesquels se trouvent le gouffre et la rivière de Padirac.

Fiches pédagogiques éditées par la SES de Padirac. Conception et réalisation : La Petite Boîte - www.lapetiteboite-communication.fr - Textes : Philippe Barrault, Sylvain Brebion, Gilles Rafﬂ egeau. Relecture scientiﬁ que : Alain Mangin, SES de Padirac. GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 4 LA FORMATION DU GOUFFRE DE PADIRAC Lycée

DOC 1 Le relief karstique Le Causse de Padirac et le Quercy dans son Ce type de relief est caractérisé : ensemble appartiennent à la plate-forme rigide • en surface, par des avens, dolines, chaos Nord-Pyrénéenne soumise à une tectonique de ruiniformes, lapiès, pertes et résurgences ; compression lors de la formation de la chaîne • en profondeur, par des stalactites, stalagmites, colonnes, coulées, draperies, cavités, galeries... pyrénéenne à l’Éocène-Oligocène (-56 Ma à En effet, l’eau qui s’infi ltre (à l’origine de rivières et -23 Ma). La proximité du Massif central confère de lacs souterrains) va dissoudre les roches qu’elle cependant à cette région un style particulier du traverse avant de redéposer ces éléments dissous fait des antécédents tectoniques du socle. en formant ces structures particulières. Il a été démontré (F. Arthaud et P. Choukroune, 1972) que la tectonique pyrénéenne se traduisait par un Le Gouffre de Padirac (aven) s’est formé par raccourcissement général nord-sud compensé par l’effondrement de la voûte d’une cavité souterraine un allongement est-ouest. Cette tectonique active formée par dissolution du calcaire au cours du temps. crée des fi ssures ouvertes qui vont contribuer à l’infi ltration des eaux de surface, ce qui va aboutir à (Source : Padirac 79, p. 99-100) un relief particulier appelé relief karstique. Jimjag / Fotolia.

DOC 2 La formation des concrétions Lorsque les eaux de ruissellement traversent les roches calcaires (carbonate de calcium

CaCO3), le CO2 réagit avec le carbonate de calcium pour former de l’hydrogénocarbonate 2+ de calcium (Ca + 2HCO3¯) qui est soluble dans l'eau, contrairement au carbonate de calcium.

2+ CO2 + H2O + CaCO3 ‹—› (Ca + 2HCO3¯)

eau de calcaire hydrogénocarbonate ruissellement de calcium dissous dans Stalagmites. chargée en CO2 les eaux souterraines

• Au sein de la roche, l’eau est chargée de dioxyde de carbone sous pression. Lorsque cette eau chargée d’hydrogénocarbonate de calcium perle au plafond de la cavité, la pression diminue et le dioxyde de carbone Stalactites. s’échappe. Cela provoque un déséquilibre dans 2- l’équation ci-dessus. Les ions CO3 réagissent alors avec les ions calcium Ca2+ dissous pour donner du

carbonate de calcium CaCO3 qui précipite. C’est ainsi que se forment les stalactites ou les draperies. • Lorsqu’une goutte tombe sur le sol, le choc provoque un nouveau départ de dioxyde de carbone, ce qui entraîne le même déséquilibre chimique et donc une nouvelle précipitation de carbonate de calcium. C’est ainsi que se forment les stalagmites. • Des mesures ont montré que la vitesse de formation des stalactites et des stalagmites est très variable au cours du temps. En effet, la croissance est parfois très rapide (de l’ordre du mm/an), parfois très lente, mais surtout, dans nos régions, il existe de très nombreuses interruptions. En moyenne, à long terme et compte tenu de ces aléas, on peut estimer avoir une augmentation de longueur des concrétions de 1 mm par siècle. Méduse. Colonne. C. Gerigk et J.-F. Fabriol/SES de Padirac.

Questions

A En prenant une stalactite de 5 m de longueur, évaluer le temps nécessaire à sa formation (en tenant compte de la vitesse estimée actuellement). B Expliquer comment peut se former une colonne et évaluer le temps nécessaire à la formation d’une colonne de 10 m de longueur. C Expliquer la formation de la salle du Grand Dôme (dont la voûte domine la rivière souterraine de 90 m et n’est séparée de la surface du sol que par une dizaine de mètres de calcaire) et envisager son évolution possible dans le temps.

Fiches pédagogiques éditées par la SES de Padirac. Conception et réalisation : La Petite Boîte - www.lapetiteboite-communication.fr - Textes : Philippe Barrault, Sylvain Brebion, Gilles Rafﬂ egeau. Relecture scientiﬁ que : Alain Mangin, SES de Padirac. GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 5 DES DÉCOUVERTES PALÉONTOLOGIQUES

Lycée ET PRÉHISTORIQUES

Contexte DOC 1 Un travail de titan !

Au cours de l'expédition de 1975, l'équipe Les paléontologues vont se trouver confrontés à de nombreuses diffi cultés : du spéléologue Serge Dayma, partie pour – des ossements et des outils en plus ou moins bon état, topographier la rivière de Joly, un des – l'impossibilité de remonter toutes les découvertes, affl uents de la rivière souterraine de Padirac, – la nécessité d'imaginer des moyens de transport adaptés pour les remonter à la surface dans le même état, découvre une dent de mammouth. En 1983, – un travail de cartographie des découvertes. les spéléologues lotois font de nouvelles découvertes. Après avoir franchi un chaos L'expédition « Padirac 1984 » permettra néanmoins de remonter 400 ossements. C'est le jeudi 12 avril que Michel Philippe et ses collaborateurs découvrent le premier silex taillé, un biface moustérien. Padirac devient en se faufi lant entre les blocs, ils remontent alors non seulement un gisement paléontologique mais aussi un gisement préhistorique. une rivière sur près de 2 km avec, sur les Les 3 campagnes scientifi ques suivantes permettront d'extraire et de remonter 218 pièces préhistoriques. berges, d'innombrables ossement pris dans les remplissages. Par la suite, en 1984, 1985 et 1989, se déroulent trois importantes expéditions scientifi ques avec le paléontologue Michel Philippe et deux préhistoriens. Photo Jean-Claude Collette.

Photo François Rouzaud. Montage du moule en PVC destiné à l'emballage Cette belle pointe de défense de mammouth était trop longue (près de 1 m) et trop lourde des ossements les plus fragiles dans de la mousse (environ 40 kg) pour être acheminée vers la sortie. Elle se trouve encore dans le locus 20. de polyuréthane.

DOC 2 Un gisement fructueux Photos et dessins : tous droits réservés pour les ayants droit que nous n’avons pu contacter. Dans leur laboratoire, les paléontologues étudient les pièces sorties par les spéléologues sous la direction de Michel Philippe : des ossements de carnivores (ursidés, canidés, félidés), de mammouths, d'équidés, de ruminants (cervidés, bovidés), de rhinocéros, de sangliers et une faible présence de microfaune composée de micromammifères, d'oiseaux et d'amphibiens. Les pièces préhistoriques (outils, bifaces, galets, racloirs, nucléus) permettront de parfaire les connaissances sur l'industrie du Paléolithique inférieur (-1 Ma à -0,3 Ma) et moyen (-0,3 Ma à -0,03 Ma) du Quercy.

1. Nucléus. 2. Couteau. 3. Racloir. 4. Pointe moustérienne.

Source photos et dessins : L'autre Padirac, spéléologie, karstologie, paléontologie et préhistoire, dans l'afﬂ uent Robert de Joly - une coédition de la Fédération Française de Spéléologie et du Muséum de Lyon.

Questions A Proposer une ou des hypothèses sur l'origine possible des ossements et des outils trouvés, sachant qu'ils ont été trouvés à une dizaine de kilomètres de l'entrée du gouffre en suivant la rivière souterraine (le long de l’afﬂ uent de Joly). B Les études faites sur les ossements des mammifères herbivores de Padirac ont montré que ceux-ci se répartissaient en 3 groupes : 42 % appartiennent à un groupe d'espèces caractéristiques d'un milieu arctique, 50 % appartiennent à un milieu ouvert non arctique et 8 % appartiennent à un milieu boisé. À partir de ces informations, imaginer le paysage et le climat possibles à l'époque où vivaient les mammifères de Padirac.

Fiches pédagogiques éditées par la SES de Padirac. Conception et réalisation : La Petite Boîte - www.lapetiteboite-communication.fr - Textes : Philippe Barrault, Sylvain Brebion, Gilles Rafﬂ egeau. Relecture scientiﬁ que : Alain Mangin, SES de Padirac. Padirac de gouffre du vivants êtres Les : 6 N° ELEVE FICHE Padirac de gouffre du vivants êtres Les : 6 N° ELEVE FICHE Armand Viré né en 1869, mort en 1951, est un célèbre biologiste et spéléologue français. Il fut le second second le fut Il français. spéléologue et biologiste célèbre un est 1951, en mort 1869, en né Viré Armand A Martel et le premier à faire le recensement de la faune souterraine du gouffre entre 1899 et 1904. 1904. second et le fut 1899 Il entre français. gouffre du spéléologue et souterraine faune biologiste la de célèbre un est recensement le 1951, en faire à mort 1869, premier en le et né Viré Martel A - d’E Armand GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève 1904. n° et 6 1899 entre gouffre du souterraine biospéologie). faune la de aujourd’hui lée recensement (appe le faire à biospéléologie la premier de le et fondateur Martel le A - C’est d’E : 1904 décembre 5 le Sciences biospéologie). des aujourd’hui l’Académie à lée (appe communication une biospéléologie la dans de écrit qu’il fondateur ce le Voici C’est LA FAUNE SOUTERRAINE DU GOUFFRE DE PADIRAC … » cavernes. : des 1904 actuelle décembre faune 5 la le de Sciences l’étude à des adonné l’Académie à sommes nous nous communication une d’années, dans dizaine écrit une qu’il ce Depuis « Voici Lycée oviennent toutes d’animaux de la surface du sol, entraînées involontairement … » cavernes. involontairement des actuelle entraînées sol, faune la du de surface l’étude la à de adonné d’animaux sommes toutes nous nous oviennent pr d’années, dizaine souterraines une espèces Depuis Les « « par les eaux sauvages et les rivières qui s’engouffrent sous terre, ou entrées volontairement par les larges larges les par involontairement entraînées volontairement sol, du entrées ou surface la terre, de sous d’animaux s’engouffrent toutes qui oviennent rivières pr les et souterraines sauvages eaux espèces les Les par « Un peu d'histoire larges les par volontairement entrées ou terre, sous s’engouffrent qui rivières les cavernes. et certaines sauvages de eaux les ouvertures par (...) Les espèces souterraines proviennent cavernes. certaines de ouvertures Armand Viré, né en 1869, mort en 1951, est un célèbre adaptatives modifications des présentent Tous représentés. sont y aux anim groupes grands les tous Presque biologiste et spéléologue français. Il fut l'adjoint d’É.-A. Martel toutes d’animaux de la surface duadaptatives sol, entraînées modifications des présentent Tous représentés. sont y aux anim groupes grands les tous Presque et le premier à faire le recensement de la faune souterraine involontairement par les eaux sauvages » remarquables… du gouffre entre 1899 et 1904. C’est l'un des fondateurs de la et les rivières qui s’engouffrent sous terre, » remarquables… biospéologie. ou entrées volontairement par les larges

D.R. Voici ce qu’il écrit dans une communication à l’Académie ouvertures de certaines cavernes. des sciences le 5 décembre 1904 : Presque tous les grands groupes d'animauxvirei. Stenasellus et padiraci Bythinella virei, Niphargus trouve on Padirac à Viré Armand par observés animaux les Parmi y sont représentés. Tous présentent virei. Stenasellus et padiraci Bythinella virei, Niphargus trouve on Padirac à Viré Armand par observés animaux les Parmi « Depuis une dizaine d’années, nous nous sommes des modifications adaptatives remarquables. » adonnés à l’étude de la faune actuelle des cavernes. Parfois gammare. du voisine cavernicole) (exclusivement hypogée espèce une est crevettine, appelé parfois virei, Niphargus 1) crevettine, est une espèce hypogée (exclusivement cavernicole) voisine du gammare. Parfois Parfois gammare. du voisine cavernicole) (exclusivement hypogée espèce une est crevettine, appelé parfois virei, Niphargus 1) sol). du surface la à (présente épigée espèce une est pulex), (Gammarus gammare le douce, d’eau crevette appelé Parmi les animaux observés par Armand Viré à Padirac, on trouve Niphargus virei, Bythinella padiraci et Stenasellus vireisol). . du surface la à (présente épigée espèce une est pulex), (Gammarus gammare le douce, d’eau crevette appelé DOC 1 Niphargus virei

Niphargus virei, parfois appelé crevettine, est une espèce hypogée (exclusivement cavernicole) voisine du gammare. Parfois appelé crevette d’eau douce, le gammare (Gammarus pulex), est une espèce épigée (présente à la surface du sol).

Robert Le Pennec. Marc/www.aqualiment.info mm) 3 (taille virei Niphargus Niphargus virei (taille 3 mm). Gammarus sp. (taille 20 mm environ). mm) 3 (taille virei Niphargus environ) mm 20 (taille sp us Gammar : photo la de l’auteur de Adresse environ) mm 20 (taille sp us Gammar : photo la de l’auteur de Adresse patrimoine/index.htm - http://www.aricia.fr/jura Œil patrimoine/index.htm - http://www.aricia.fr/jura

Antenne Œil Œil Pigmentation

Appendice Antenne

Niphargus virei dessin d'Armand Viré dans Antenne La Faune souterraine de France, 1900

ation Pigment Questions ation Pigment

D'INFOS A En comparant les photos et les schémas de Niphargus et de Gammarus, retrouver les modifi cations adaptatives découvertes par Armand Viré. B À côté de modifi cations morphologiques et anato- Sur les schémas, à côté de chaque caractère noté (œil, antenne, pigmentation, appendice), Appendice miques, les organismes hypogés présentent des indiquer par un signe « + » ou « - » l’état des caractères considérés pour les deux espèces : Appendice modifi cations biologiques (ralentissement du cycle « + » : caractère présent ou comparativement plus développé de vie, abaissement du métabolisme respiratoire de base, fécondité très faible, augmentation de la taille « - » : caractère absent ou comparativement moins développé. de l’œuf...) et comportementales (disparition des rythmes d’activité jour-nuit). : s Question Viré. Armand par découvertes adaptatives modifications les r retrouve Gammarus, de et Niphargus de schémas les et photos les : s comparant En Question - Bythinella padiraci DOC 2 Stenasellus virei 2DOC 3 Les explorations des Viré. l’état successives » - « Armand du ou Gouffre par » + de « Padirac signe découvertes un par adaptatives indiquer modifications appendice) les r retrouve igmentation, p Gammarus, antenne, de et (œil, noté Niphargus de caractère schémas chaque les de et côté à photos les schémas, les comparant ur S En - - Stenasellus virei est ont permis des de recenser l’état » - un « grand ou nombre » + d’espèces « signe un par indiquer appendice) igmentation, p antenne, (œil, noté caractère chaque de côté à schémas, les ur S - un crustacé isopode à corps mou (autrefois appelées « invertébrées »), espèces. deux les pour considérés caractères décrit par Armand qu’elles soient terrestres ou aquatiques.développé On moins y a comparativement ou absent caractère : » - « développé plus espèces. deux comparativement les ou pour présent considérés caractère : » + « caractères Viré. On le trouve aussi recensé aussi 10 espèces de chauves-sourisdéveloppé moins (parmi comparativement ou absent caractère : » - « développé plus comparativement ou présent caractère : » + « dans d’autres rivières les 33 que compte la France), des oiseaux et des amphibiens vivant à proximité de l’entrée du gouffre. souterraines. modifications des présentent gés hypo organismes les anatomiques, et morphologique modifications de côté à : complémentaires Informations de taille la de modifications des augmentation présentent gés faible, hypo très fécondité organismes les base, de anatomiques, et respiratoire métabolisme morphologique du abaissement modifications de vie, de côté à : cycle du complémentaires (ralentissement biologiques Informations biologiques (ralentissement du cycle de vie, abaissement du métabolisme respiratoire de base, fécondité très faible, augmentation de la taille de Questionde taille la de augmentation faible, très fécondité base, de respiratoire nuit). - jour métabolisme du d’activité rythmes abaissement des vie, de cycle (disparition du comportementales (ralentissement et l’œuf,…) biologiques

Vincent Prié/Caracol. nuit). - jour d’activité rythmes des (disparition comportementales et l’œuf,…) Bythinella padiraci (taille 3 mm). C Il existe d’autres espèces de bythinelles Armand Viré/Coll. Marc Viré. principalement cavernicoles, proche de Bythinella Stenasellus virei Bythinella padiraci est un petit mollusque (taille 10 mm). gastéropode spéciﬁ que du Gouffre de Padirac. padiraci. Comment expliquer que Bythinella padiraci ne se trouve qu’à Padirac ?

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est un crustacé crustacé un est mm) 10 (taille virei Stenasellus 3) isopode décrit par Armand Viré. On le trouve aussi aussi crustacé trouve un le est On mm) Viré. 10 (taille Armand par virei décrit Stenasellus isopode 3) isopode décrit par Armand Viré. On le trouve aussi aussi trouve le On Viré. souterraines. Armand par rivières décrit d’autres dans isopode souterraines. rivières d’autres dans

Les explorations successives du gouffre de Padirac ont permis de recenser un grand nombre d’espèces à corps mou (autrefois appelés appelés (autrefois mou corps à d’espèces nombre grand un recenser de permis ont Padirac de gouffre du successives explorations Les Les explorations successives du gouffre de Padirac ont permis de recenser un grand nombre d’espèces à corps mou (autrefois appelés appelés France), la (autrefois compte que mou 33 les corps à (parmi souris d’espèces - chauves nombre de grand un espèces 11 aussi recenser de recensé a y permis On ont Padirac aquatiques. de ou gouffre terrestres du soient successives qu’elles ) » explorations invertébrés « Les souris (parmi les 33 que compte la France), France), la compte que 33 les (parmi souris - chauves de espèces 11 aussi recensé gouffre. a du y On l’entrée de aquatiques. ou proximité à terrestres vivant soient amphibiens qu’elles ) des » et oiseaux invertébrés « des gouffre. du l’entrée de proximité à vivant amphibiens des et : oiseaux Question des padiraci Bythinella que expliquer Comment . padiraci Bythinella de proche cavernicoles, principalement les bythinel de espèces : d’autres existe Question Il padiraci Bythinella que expliquer Comment . padiraci Bythinella de proche cavernicoles, principalement les bythinel ? de Padirac espèces qu’à d’autres retrouve se existe Il ne ? Padirac qu’à retrouve se ne GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 7 LE GOUFFRE DE PADIRAC,

Lycée UN ÉCOSYSTÈME PARTICULIER

Un écosystème particulier Les caractéristiques physiques principales des • La biomasse totale existant dans les milieux • Une étude systématique d'un milieu relativement cavernes en milieu karstique sont : l'absence souterrains est généralement faible. Presque simple comme l'écosystème souterrain permet de de lumière, une humidité élevée et relativement toute l'énergie disponible provient de deux sources mettre en évidence les relations et les échanges constante (98 %), une température presque extérieures. Un premier apport, très important, est qui existent au sein d'une communauté et, surtout, constitué de détritus végétaux et d'organismes de d'apprécier les mécanismes de régulation qui invariable (13 °C). petite taille entraînés par les eaux souterraines. maintiennent le système en équilibre malgré les Le second apport provient de l'entrée régulière variations importantes des apports énergétiques. • L'obscurité absolue entraîne automatiquement d'organismes extérieurs (organismes trogloxènes) On peut ainsi supposer que les capacités de l'absence complète de végétaux verts capables de qui viennent peupler l'écosystème. L'exemple le résistance au jeûne de diverses formes cavernicoles photosynthèse. En conséquence, les consommateurs plus frappant est celui des chauves-souris qui vont (troglobies) aquatiques ou non (poissons, crustacés, primaires (herbivores stricts) sont absents, et se nourrir d’insectes au-dehors, mais dont le guano gastéropodes, insectes) constituent un élément presque toutes les sources de nourriture doivent libéré dans les grottes est source de nourriture pour important de stabilisation des populations. De même, provenir du milieu épigé (de surface). Certains toute une faune. Des insectes, visiteurs occasionnels les capacités très larges des troglophiles de s'adapter micro-organismes (bactéries) sont cependant du gouffre, sont également à la base de chaînes à des sources de nourriture diverses constituent capables d'effectuer des synthèses organiques alimentaires particulières où les consommateurs aussi un facteur non négligeable de régulation. dans l'obscurité : ils peuvent ainsi intervenir dans sont constitués par les animaux cavernicoles. l'alimentation des formes cavernicoles jeunes (D’après Les Animaux cavernicoles / La biospéologie de (Niphargus, par exemple), qui extraient la matière Raymond Tercafs, www.pragmasoft.be/prs/carnets/bio/ organique contenue dans l’argile. animcav/tercafs.htm)

Le milieu souterrain : un réseau trophique* particulier.

herbes humus

sol

sous-sol

chauve-souris

gouffre rivière souterraine guano Dessin : Ginet-Decou.

* Trophique : qui se rapporte à l’alimentation. Par exemple, le réseau trophique correspond à l’ensemble des relations alimentaires qui relient les différents individus d’un écosystème.

Questions A Dans un écosystème classique, la lumière solaire permet, grâce à la photosynthèse réalisée par les végétaux chlorophylliens, l’entrée de matières minérales et d’énergie dans la biosphère. Au niveau du Gouffre de Padirac (écosystème particulier), montrer comment les animaux cavernicoles peuvent subvenir à leurs besoins énergétiques. B En utilisant des ﬂ èches montrant les transferts d’énergie à partir d’une énergie primitive, schématiser quelques relations trophiques entre les êtres vivants de cet écosystème (Gouffre de Padirac).

Fiches pédagogiques éditées par la SES de Padirac. Conception et réalisation : La Petite Boîte - www.lapetiteboite-communication.fr - Textes : Philippe Barrault, Sylvain Brebion, Gilles Rafﬂ egeau. Relecture scientiﬁ que : Alain Mangin, SES de Padirac. GOUFFRE DE PADIRAC Fiche élève n° 8 LE GOUFFRE DE PADIRAC, UN ENVIRONNEMENT

Lycée FRAGILE ET UN ÉCOSYSTÈME PROTÉGÉ

DOC 1 Protection des eaux de surface et de ruissellement

Le 14 juillet 1891, É.-A. Martel est fortement En 1894, É.-A. Martel démontre que « la présence Grâce à l'action conjointe de Martel et du professeur intoxiqué après avoir bu de l'eau de source, dans le de matière en décomposition au fond d'un gouffre Eugène Fournier, l'article 28 fut introduit dans la gouffre de Laberrie, à Catus dans le Lot. Un cadavre (peut) contaminer une source distante de quelques loi relative à la santé publique du 15 février 1902. Il de veau en décomposition avait pollué l'eau qu'il centaines de mètres, voire plusieurs kilomètres ». interdisait le jet de cadavres d'animaux et de détritus avait bue à la résurgence : la source de Graudenc à Dans ses écrits, l'ancien avocat n'a de cesse de putrescibles* dans les grottes. Ce texte ofﬁ ciel est 250 m au sud à vol d'oiseau. Il adressa un courrier dénoncer la pollution des eaux par les cadavres plus connu sous le nom de loi Martel. Elle fut par la au préfet du Lot au sujet de cet « empoisonnement ». d'animaux. Le 30 janvier 1899, il fait même plaider sa suite abrogée et remplacée par d'autres textes de loi. cause à la Chambre des députés. * Putrescible : qui peut pourrir.

DOC 2 Padirac, zone d'intérêt écologique

Aujourd’hui, Padirac fait partie d’une Zone de Paris), « on ne peut exclure l’hypothèse de du gouffre (1,1 km) ne représente qu’une petite partie naturelle d’intérêt écologique faunistique et contaminations chimiques de la rivière souterraine d’un immense réseau de près de 40 km : la partie fl oristique (ZNIEFF) en raison de la présence par des eaux polluées provenant de la surface ». non aménagée permet de préserver l’écosystème d’espèces végétales ou animales rares et En revanche on trouve la bythinelle dans la souterrain et ses espèces particulières. « source » de la rivière de Padirac, mais aussi plus Pour préserver la présence des bythinelles dans menacées (la bythinelle de Padirac, en aval à 7 000 m de l’entrée du gouffre. Et surtout, la partie aménagée du gouffre, de nombreuses 10 espèces de chauves-souris parmi les la bythinelle, comme le niphargus, est de nouveau mesures de précaution ont été prises afi n de limiter 33 présentes en France, le niphargus, etc.). bien présente dans les parties aménagées. les sources de pollution : par exemple, depuis quelques années les barques n'ont plus de peinture Découverte en 1903, la bythinelle de Padirac, La bythinelle, classée par les experts dans la sur l'extérieur pour ne pas risquer de polluer la rivière. minuscule gastéropode spécifi que du gouffre, a catégorie des espèces menacées, est donc un bon Enfi n, des analyses sont effectuées régulièrement. disparu de l’amont de la rivière de Padirac. Selon indicateur de la santé du gouffre. Voilà un argument Jean-Michel Bichain (du Muséum d’histoire naturelle supplémentaire pour justifi er que la partie visitable Vincent Prié/Caracol. Bythinelle de Padirac. Julien Barataud. Rhinolophe euryale (chauve-souris très présente dans le gouffre). Entrée du Gouffre de Padirac. C. Gerigk/SES de Padirac.

QuestionQuestions

A À partir de l’étude de ces 2 documents, indiquer les sources possibles de pollution du gouffre. B Montrer que, malgré la fréquentation touristique à Padirac, on a su concilier découverte d’une merveille de la nature et sauvegarde de l’environnement et de la biodiversité.