I) Qu’est-ce qu’une stalactite ?

A) Où trouve-t-on les stalactites ?
Tout d’abord, il faut savoir que les stalactites (il en est de même pour les stalagmites) se situent dans les cavités souterraines (plus couramment appelé grottes).
Les grottes se forment essentiellement dans certaines zones sédimentaires, dans d'anciens fonds marins. Deux types de roches sédimentaires permettent le creusement de cavités : les calcaires et les dolomies. Le calcaire est formé de cristaux de carbonate de calcium CaCO3 qui est d’ailleurs le composé essentiel des stalactites. La dolomie est quant à elle un calcaire chargé en magnésium CaMg(CO3)2.
Ces roches résultent de la transformation (diagénèse) de dépôts (sédimentation) de roches de nature et d’origine variée, généralement en milieu marin. Elles renferment souvent des traces ou des restes d’êtres vivants (fossiles). Ces roches se présentent en couches (ou strates) superposées. Le paysage karstique est donc le résultat de longs phénomènes d'érosion.
L'érosion se fait avant tout par dissolution. La vitesse d'érosion est déterminée par la quantité d'eau qui transite dans le karst. Pour que l'eau de pluie dissolve le calcaire, il faut qu'elle soit acide. Elle le devient en se chargeant de gaz carbonique (CO2) dissous au niveau du sol. Ce gaz est principalement produit par les organismes vivants : bactéries, levures, respirations des animaux et des végétaux. Ces derniers produisent des acides organiques puissants qui augmentent encore l'agressivité des eaux infiltrées. Le couvert végétal est donc un facteur important dans l'érosion karstique.


B) Composition
Les stalactites sont composées de calcaire et forment des colonnes dont le diamètre diminue pour former une pointe orientée vers le sol. Au cours de sa traversée du sol, l'eau de pluie voit sa composition chimique évoluer sensiblement. Tous les facteurs ont de l'importance, qu'il s'agisse de la température de l'eau et de l'air (le CO2 est plus soluble à froid qu'à chaud) ou de la nature physico-chimique du sol, voire même la composition de l’atmosphère (cf. les pluies acides dues à la pollution de l'air).
L'eau va se charger plus ou moins du CO2 de l'air (il en contient naturellement environ 0,03 %). Ce CO2 dissout va rendre l'eau acide selon la formule : CO2 + H2O = H2CO3 (acide carbonique). Elle peut aussi entraîner des acides contenus dans la pollution. Toute une série d'acides peut donc se mêler à l'eau : acide carbonique, chlorhydrique, sulfurique, nitrique ou fluorhydrique.
Les deux carbonates de calcium : calcite et aragonite, sont les composés essentiels des stalactites. Ils ont la même composition chimique CaCO3 mais, en revanche, leur organisation géométrique cristalline est différente. C'est cela qui est à l'origine des diversités visibles des spéléothèmes en général. Ces arrangements cristallins variables ont parfois même des conséquences étonnantes.
Généralement c'est l'aragonite qui précipite en premier puis changeant de symétrie elle se transforme en calcite (on l’appelle aragonite métastable). Heureusement pour la beauté du spectacle de nos grottes, dans certaines conditions dont nous reparlerons plus loin, l'aragonite ne se transforme pas spontanément en calcite et nous pouvons l'admirer. Calcite et aragonite sont toutes deux stables, mais à des conditions différentes de température et pression : l’aragonite est stable à pression plus élevée que la calcite et vice-versa. Seulement dans les conditions environnantes de température et de pression, l’aragonite est métastable, c’est à dire qu’elle se transforme spontanément en calcite. On pourrait donc supposer que l’aragonite des cavités s’est cristallisée selon ses propres conditions de stabilité (c’est à dire à pression partielle élevée).

C) Principes physico-chimiques de formation


La formation des stalactites est l'œuvre de l'eau qui, en érodant les roches, se charge de calcaire qui s'agglomère lors d'un écoulement très lent. L'eau (H2O) qui ruissèle dans les sous-sols par son action mécanique et chimique érode les roches et dissous le calcaire (carbonate de calcium CaCO3). En effet, la force de frottement exercée par l'eau qui s'écoule le long de parois calcaires constitue le premier facteur de dissolution par action mécanique. Et conjuguée à l'action chimique du dioxyde de carbone (CO2), qui est un gaz naturellement dissous dans l'eau et qui l'acidifie (pH = 6), suffit à désagréger continuellement les molécules de calcaire par sa lente action de décomposition chimique.
L'eau, en parcourant les grottes du sous-sol, forme un dépôt calcaire lorsque le filet d'eau tombant d'une voûte par une fissure est suffisamment fin, lent et constant au cours du temps. C'est-à-dire que lorsque l'action mécanique de l'eau est devenue négligeable par son faible débit (de l'ordre de quelques gouttes par minutes), le calcaire sédimente et s'agrège au contact d'autres particules de calcaire. L'eau s'écoule par un canal au centre de la stalactite. Lorsque ce dernier se bouche, le calcaire filtre vers l'extérieur. Evidement, la formation d'une stalactite est un processus extrêmement long qui demande des milliers d'années. Pour donner un ordre d’idée, il faut au moins vingt ans à la nature pour bâtir 1 cm de stalactite !
Les stalagmites se forment là où débouche un capillaire d'infiltration par l'accumulation d'eau calcaire tombant goute à goute d'une stalactite. Ainsi une stalagmite est toujours couplée à une stalactite. Son diamètre n'est pas constant. Le plus souvent, la stalactite a un diamètre plus important à sa base qu'à son extrémité. Elle croît en longueur et en diamètre. Certaines atteignent plusieurs dizaines de mètres de hauteur. Elles ne sont pas forcément régulières. Les stalactites sont creuses. En effet, la partie axiale d'une stalactite présente généralement un petit tube par où s'écoule l'eau.

L’eau passe à l'intérieur et dépose le carbonate de calcium au bout de sa course : les stalactites s'allongent. Il arrive cependant que ce canal se bouche mais la croissance de la stalactite ne s'arrête pas pour autant. La pression de l'eau augmente alors et elle traverse le tube grâce à la porosité de la calcite. Ainsi, les écoulements s'effectuent sur la périphérie de la stalactite, c'est-à-dire autour de celle-ci. Finalement, les stalactites s’épaississent et peuvent devenir très importantes.