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Apport de lendokarst dans la reconstitution despalogographies et des environnements passs du MontLiban : application aux valles de Nahr Antelias et de

Nahr el-KelbCarole Nehme

To cite this version:Carole Nehme. Apport de lendokarst dans la reconstitution des palogographies et des environ-nements passs du Mont Liban : application aux valles de Nahr Antelias et de Nahr el-Kelb. Histoire.Universit de Grenoble, 2013. Franais. .

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Universit Joseph Fourier / Universit Pierre Mends France / Universit Stendhal / Universit de Savoie / Grenoble INP

THSE Pour obtenir le grade de

DOCTEUR prpare dans le cadre dune cotutelle entre lUniversit Saint-Joseph de Beyrouth et lUniversit de Grenoble

Spcialit : Gographie

Arrt ministriel : le 6 janvier 2005 - 7 aot 2006

Prsente par

Carole Nehme Thse dirige par Prof. Jean-Jacques DELANNOY et Dr. Jocelyne ADJIZIAN-GERARD Prpare au sein des coles Doctorales de lEDSHS, Universit Saint-Joseph de Beyrouth et de lED-SISEO, Universit de Savoie. APPORTDELENDOKARSTDANSLARECONSTITUTIONDESPALOGOGRAPHIESETDESENVIRONNEMENTSPASSSDUMONTLIBAN:APPLICATIONAUXVALLESDENAHRANTELIASETDENAHRELKALB.

Thse soutenue publiquement le 30 avril 2013 , devant le jury compos de : Dr., Jocelyne ADJIZIAN-GERARD Docteur en gographie, Universit Saint-Joseph, Beyrouth (Directeur de thse) Prof., Jean-Jacques DELANNOY Professeur des universits, Universit de Savoie (Directeur de thse) Prof., Marc CALVET Professeur des universits, Universit de Perpignan Via Domitia (Rapporteur) Prof., Bahzad HAKIM (Prsident du Jury) Docteur dEtat s Lettres, Universit libanaise (Rapporteur) Dr., Stphane JAILLET Ingnieur de Recherche du CNRS, Laboratoire EDYTEM, Universit de Savoie (Examinateur) Dr., Ata ELIAS Docteur en gologie, Universit Amricaine de Beyrouth (Examinateur) Dr., Christophe VOISIN Docteur en gologie, Universit Joseph Fourier, Grenoble (Examinateur)

VOUS AVEZ VOTRE LIBAN, J'AI LE MIEN

Vous avez votre Liban avec son dilemme.

J'ai mon Liban avec sa beaut.

Vous avez votre Liban avec tous les conflits qui y svissent... J'ai mon Liban avec les rves qui y vivent.

Votre Liban est un nud politique que les annes tentent de dfaire Mon Liban est fait de collines qui s'lvent avec prestance et magnificence vers le ciel azur.

Votre Liban est un problme international tiraill par les ombres de la nuit Mon Liban est fait de valles silencieuses et mystrieuses dont les versants recueillent le son des carillons et le frisson des ruisseaux.

Votre Liban est un gouvernement-pieuvre nombreux tentacules... Mon Liban est un mont quiet et rvr, assis entre mers et plaines, tel un pote mi-chemin entre Cration et Eternit.

Votre Liban est un pays de communauts et de parties... Mon Liban est fait de garons qui gravissent les rochers et courent avec les ruisseaux.

Votre Liban est un pays de discours et de disputes Mon Liban est gazouillement de merles, frissonnement de chnes et de peupliers. Il est cho de fltes dans les grottes et les cavernes.

Vous avez vot re Liban, j 'a i le m ien

Gibran Khalil Gibran

Extrait du livre THE TREASURED WRITINGS OF KAHLIL GIBRAN

REMERCIEMENTSLesmotsnesuffisentpaspourexprimermagratitude.Larecherchedoctoraleest lunedesphasesquimarqueracertainementmaviepersonnelleetprofessionnelle. Laviedun thsardest richeenenseignements,motionsetdcouvertes.Durantcetpisodedelavie,onnapprendpasseulementchercherlesrponsesauxproblmatiquesposes,maisaussisechercherentantquindividudanslemondedelascience.Ces remerciements,mmesi je lesveux intimes,sadressent toutepersonnequiacontribu larussite de cette recherche scientifique, depuis lbauche du projet, n en 2007, jusqu sonaboutissement.Cetterussiteestaussi la leur.Mais ilvafalloirsattarder,nonseulementsurcetterecherche et ses rsultats,mais surtout sur le parcours quima fallu faire pourmener bien ceprojet.Ilny jamais euunmomentdurant ceparcourso lespersonnesquimentouraientmont laissetomber, pas mme un seul instant sur le terrain, au Laboratoire EDYTEM ou au Laboratoire deCartographie de lUSJ. Lors des longues journes de rdaction, jai toujours eu mes cts despersonnesquisontvenuesmaider,meconseilleretpartagerdesmomentsdejoie,maisgalementmesoutenirdurant lespriodesdedifficults.Aujourdhui, je leurdoisunepartiedeceque jesuisdevenue,parcequejaiparcouruaveceuxcetteaventure.Ma plus sincre gratitude va aux splologues de lA.L.E.S. (Association libanaise dtudessplologiques) sans lesquels cette thse naurait jamais abouti. Jai appris de chacun dessplologues qui ont particip, corps et me ce projet, un trait de leur personnalit qui estindispensablepourlarussitedetouterecherchescientifique:jeciteraiJosephTabetpoursonsensducommandement,GhadaSalempoursonespritpdagogue,Tony Comaty pour son dvouement, Georges et Maroun Abi Rached pour leur travail prcis etminutieux, Badr Gdon pour sa pertinence scientifique, Mazen Arzouni pour sa comptencetechnique,SamerAmhazpour sapatience, JackSafipour son soutienmoral,TonyEghopour sondtermination,FadiMhannapoursonhabilittechnique,PierreMattapoursaserviabilit,JadSaadetRitaStephanpourleurespritattentif,JosephJabbourpoursonperfectionnisme,NajiJabbourpourson courage,MohammadMwalaetRayanZgheibpour leurpersvrance sportive,MirnaChallitapoursonapptencedusavoir,LorineMouawadpoursonespritmthodique,GeorgesHneinehpourson humour,Rony elNajjar pour son enthousiasme,Hlne Rechmany pour ses encouragements,GeorgeselHaibepoursontalentdephotographe.LALES,pourlEcolequelleest,maapprisquelarechercheet lasciencenesaccomplissentpassansymettrebeaucoupdeCOEUR.A lALES, jedoisma formation de splologue que je tcherai dappliquer et de transmettre durant ma carrirescientifiqueetprofessionnelle.Toutaussiimportantquilsoit,unprojetscientifiqueneseconcrtisequpartirdumomentolonattribueun soutien financierunchercheur,parcequon luiaccordeuneconfianceen son talent.Pourcela,jetiensremercierleConseildelaRecherchedelUniversitSaintJosephquimaaccorduneboursederecherchepourfinancerlestroisansdtudesdoctorales.Auxprofesseursdudpartementdegographie,jeleurdoistoutesmesgratitudesdemavoirapprislescomptencesncessairespourtreunbongographe.UngrandmerciMmeRitaZaarour,MmeNada BadaroSaliba, M. PierreCharles Grard et Mme Liliane Barakat pour ces dix ansdenseignementetdaccompagnementsurleterrainetauxlaboratoires.MesremerciementssadressenttoutparticulirementauLaboratoireEDYTEMCNRSUMR5204etsonsoutien financieretscientifiquedurant lessjoursderechercheenFranceet lescampagnesdeterrainauLiban.Lesoutienscientifique, je ledoistous leschercheurs, ingnieursetdocteursqui

montconsacr letempset lnergiencessairepourtransmettre leursavoirdans leurdomainedecomptences.Decefait,jetiensremercierStphaneJaillet,DominiqueGasquet,IsabelleCouchoud,MagaliRossi,FabienArnaud,FaycalSoufietGillesMenardpour leursconseils, leursoutienet leurapprentissage.UnepensepourVincentBlanc,AndrPailletetlessecrtairesduLaboratoire,CarolePoggioetCharlotteForayquiontcontribuaubondroulementdemonsjourauPleMontagne.Enfin,unenotespcialeauxcollguesdoctorantsavecqui les longsmoispasssenFrancetaientpleinsdebonsmoments dvasion et de bonheur. Je tiens remercier Justine, Elaine,Amandine,Marie,Leila,AnouketCamilledeleursoutienmoraldurantlapriodederdactiondumanuscrit.Une note spciale pour lesmembres du projetANRLIBRIS, Ccile Cornou et ArmandMariscal etChristopheVoisin,directeurduprojet.LeprojetLibrisaassurlesfondsncessairespourfinancerlesdatationsU/Thdeschantillons.Amesdirecteursdethse, jetiensexprimermessentimentsprofondspoureux :premirementJocelyneGrard,jetedoismessincresgratitudes.Pourbeaucoupdemoments,tutaisunemamanattentionne, mais aussi une gographe de talent et une directrice intransigeante. Depuis mapremire anne de licence au dpartement de gographie, tu nous as enseign les acquisscientifiques certes, mais aussi les valeurs essentielles dans lesprit dun gographe: lapluridisciplinarit, le travail en quipe, lesprit douverture, linitiative et la curiosit scientifique,lespritcritiqueetlabonnepdagogiedanslapassationdusavoir.Jeteremercieinfinimentdetousles acquis scientifiques et surtoutmoraux.Merci de ta confiance enmoi pendant ces dix ans deparcoursuniversitaire.AJeanJacquesDelannoy,matrekarstologuedetalent,passionndukarstetgnreuxpdagogue.Durantlesheuresdaccompagnement,tumasencourageetasvalorisletravailrendu,maisaussitumascrtoujoursdesdfisdpasser,afindamliorerlarecherchemeneetdepousserencoreplus loin les limites. Pour tout cela, je te remercie infiniment pour la pdagogie avec laquelle tutransmetstonsavoir.Aussignreuxquetusois, jaisentique le laboratoiredans lequel jvoluaistait galement gnreux comme toi. Merci aussi pour cet accueil et cet encadrement qui meservirontdexemplesuivredansmavieprofessionnelle.Mes remerciements vont galement au Jury de thse pour leur temps consacr la lecture dumanuscritetleursremarquesapprcies.Mes remerciements, je les dois galement lOffice des Eaux de Beyrouth et du MontLiban,particulirement M. Fadi Qmeir et M. Maher Chrabieh qui nont donn lautorisationdentreprendrelesrecherchesdanslagrottedeKessaratetdyavoiraccstoutmoment.MesremerciementsvontaussiM.Kanaanpournousavoirfacilit laccs lagrotteKanaanetCheikhElieAbou Jaoudehpournousavoir facilit laccs lagrottedelKessarat.Enfin,ungrandremerciementDr.NabilHaddad, lasocitMAPASLEBANONettout lepersonneltravaillantdanslagrottedeJeitaquiontcontriburendrepluspratiquetouteslesvisitesdeterraindanslecadredecettetudeetontmisnotredisposition leurtempset leurattentionpourencadrer lessortiesdeterrain.Enfin, un dernier mot mes amis toujours prsents mes cts et curieux de connaitre ltatdavancement de la recherche mene. Je citerais Nayla Chahla, et Christelle Bakhach pour avoiracceptdemaidersur leterrainauSudduLiban.Uneprofondegratitudemafamille,MamanMaramquinemajamaisquitte,PapaKhaliletmasurRoulaetJrmequionteu lapatiencedemaccompagneretdemencouragerdurantcesannesdethse.

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SOMMAIREREMERC)EMENTS................................................................................................................................................................ RESUME..................................................................................................................................................................................... SOMMA)RE...............................................................................................................................................................................7)NTRODUCT)ONGENERALE......................................................................................................................................... PARTIEI:LEGEOSYSTEMEKARSTIQUE:ETATDEL'ARTETAPPLICATIONAUKARSTDUMONTLIBAN...............................................................................................................................................17C(AP)TRE LEMONTL)BAN:UNEUN)TEGEOGRAP()QUEOR)G)NALE......................................... )UNCONTINUUMGEOLOG)QUEETSPAT)AL.................................................................................................... ))ETATDESCONNA)SSANCESSURLEMONTL)BANENVUED UNEAPPROC(EMORP(OGEN)QUEETPALEOGEOGRAP()QUE.................................................................................................. )))LESS)TESD ETUDES............................................................................................................................................... C(AP)TRE :LESARC()VESKARST)QUES.......................................................................................................... )LEKARST:ARC()VENATURELLEETENV)RONNEMENTALE............................................................... ))LEC(O)XDEL APPROC(ESYSTEM)QUEDANSNOTREREC(ERC(E.............................................. )))PLACEDEL ENDOKARSTDANSLESYSTEMEKARST............................................................................. )VLEKARSTETCREUSEMENTDESVALLEESKARST)QUES.....................................................................7 C(AP)TRE :CADREMET(ODOLOG)QUEPOURUNEAPPROC(EGEOMORP(OLOG)QUEGLOBALE................................................................................................................................................................................ )LACARTOGRAP()EGEOMORP(OLOG)QUE:PREM)ERN)VEAUDELECTUREDELACAV)TE ))LADEMARC(ESPELEOGEN)QUEPOURUNECONSTRUCT)ONDEL ESPACEDANSLETEMPS.................................................................................................................................................................................................... )))LASED)MENTOGENESE:ETUDED UNDEUX)EMEN)VEAUDEMEMO)REENDOKARST)QUE.................................................................................................................................................................................................. )VL APPROC(EPALEOGEOGRAP()QUE:MET(ODECRO)SEEENTRELAKARSTOGENESEETLAMORP(OGENESE...................................................................................................................................................... PARTIEII:LESYSTEMEKARSTIQUED'ANTELIAS........................................................................131C(AP)TRE CADREGEOMORP(OLOG)QUEDELAVALLEED ANTEL)ASDESS)TESKARST)QUESAFORTPOTENT)ELKARSTOGEN)QUE................................................................................... )LECADREGEOGRAP()QUEDELAVALLEE................................................................................................... ))LESS)TESD ETUDEDELAVALLEED ANTEL)AS...................................................................................... )))AUTRESS)TESCOMPLEMENTA)RES.............................................................................................................. C(AP)TRE :LESAPPORTSSPELEOGEN)QUESETKARSTOGEN)QUESDEMG(ARETKANAAN.................................................................................................................................................................................................. 7 )LARECONST)TUT)ONSPELEOGEN)QUEDEMG(ARETKANAAN...................................................... 7 ))LALECTUREDESDEPOTSDETR)T)QUESDEMG(ARETKANAAN...................................................

)))L ETUDESED)MENTA)REDESDEPOTSDEMAG(ARETKANAAN.................................................. )VAPPORTSDELAGROTTEDEKANAANDANSLARECONST)TUT)ONMORP(OGEN)QUEDELAVALLEED ANTEL)AS............................................................................................................................................... C(AP)TRE :L APPORTSPELEOGEN)QUEETKARSTOGEN)QUEDEMG(ARETELKASSARAT.................................................................................................................................................................................................. )LARECONST)TUT)ONSPELEOGEN)QUEDURESEAUDEMG(ARETELKASSARATNABAY ))L APPROC(ESED)MENTA)REAPPL)QUEEAUXDEPOTSETFORMAT)ONSDEMG(ARETELKASSARAT........................................................................................................................................................................... )))L ETUDEDESFORMAT)ONSCARBONATEESDEMG(ARETELKASSARAT............................... )VAPPORTSDEMG(ARETELKASSARATDANSLARECONST)TUT)ONGEOMORP(OLOG)QUEDELABASSEVALLEED ANTEL)AS........................................................................................................................ 7 PARTIEIII:LAVALLEEDENAHRELKALBETLESYSTEMEETAGEDEJEITA.....................275C(AP)TRE7:LAVALLEEDENA(RELKALBETSESMORP(OLOG)ESKARST)QUES.................. 77)LECADREGEOGRAP()QUEDELAVALLEE................................................................................................... 7 ))LESS)TESKARST)QUESRETENUS.................................................................................................................... )))LESZONESCLESRETENUESDANSL ETUDESPELEOGEN)QUEDEJE)TA................................... C(AP)TRE :LESAPPORTSSPELEOGEN)QUESETSED)MENTA)RESDEMG(ARETJE)TA...... )LESGALER)ESSUPER)EURESDEJE)TA:RECONST)TUT)ONSPELEOMORP(OLOG)QUEETANALYSESED)MENTA)REDESDEPOTS.............................................................................................................. ))ETUDESED)MENTA)REDESCOUPESDELAGALER)EDESSOUT)RAGES..................................... )))LARECONST)TUONSPELEOGEN)QUEDELAGALER)E)NFER)EUREDEJE)TA........................ )VAPPORTSDELAGROTTEDEJE)TADANSLARECONST)TUT)ONGEOMORP(OLOG)QUEDELABASSEVALLEEDENA(RELKALB.................................................................................................................. PARTIEIV:SYNTHESEGENERALE.....................................................................................................372)SYNT(ESEDESAPPORTSKARSTOGEN)QUESPOURLESVALLEESDENA(RANTEL)ASETNA(RELKALB................................................................................................................................................................. 7 ))LESCONTROLESDUMODELEMORP(OGEN)QUE.................................................................................... )))CADREC(RONOLOG)QUEETGEOLOG)QUEDESMODELESMORP(OGEN)QUES................... )VRECONST)TUT)ONPALEOGEOGRAP()QUEDESGORGESDEN.ELKALBETDEN.ANTEL)AS.................................................................................................................................................................................................. CONCLUS)ONGENERALE........................................................................................................................................... L)STEDESF)GURES........................................................................................................................................................ L)STEDESTABLEAUX................................................................................................................................................... ANNEXES.............................................................................................................................................................................

RESUMELe Liban se caractrise au sein de la Mditerrane orientale par sa diversit climatique, son organisationorographique(littoral/montagne/bassin)etlaprpondrancedesterrainscarbonats(60%desonterritoire).Ces caractristiques font que le Liban connat sur un espace relativement rduit une grande diversit dephnomneskarstiques.IlconstituealorsunespaceclpourdvelopperdesrfrentielspourlesvnementsautantpalogographiquesquenvironnementauxquipuissenttreappliqusauProcheOrient.Plusieursquestionnementsrelatifslagensedespaysagesetleurvolutionrestentencorenonrsolusfacelararetdestmoinsmorphogniquesdesurface.Cetteraretestdeplusenplusfavoriseparlapressionanthropiqueavecltalementurbainquimasquelesdonnesmorphogniques.Lendokarstconstituealorsunenouvellearchivenaturelleetenvironnementalepourpalliercescontraintes.Ces archives se situent, la fois, dans les formes des rseaux souterrains et dans les enregistrementssdimentaires (dpts dtritiques et chimiques: splothmes). La distribution gographique des cavitslibanaises permet de disposer dun continuum exceptionnel dinformations environnementales, depuis lelittoraljusquaudomainemontagnard.La recherchedoctoraleseconcentresur"l'apportdesenseignementsde l'endokarstdans la reconstitutiondesenvironnementspasssetde lamorphognsedesvalleskarstiques.Lessitesdtudesretenusdanscetterecherchesontsitusdans leMontLibancentral: i) lavalleduNahrelKalb (rseaudeJeita)et ii) lavalledAntlias(grotteKanaanetrseaudelKassaratNabay).Danscettetude,nosobjectifssontdedeuxordres:

poserlecadrepalogographiquedesprincipauxsystmeskarstiquesdpendantdelaMditerrane(systmesdeJeitaetdAntlias)partirdelapprochegomorphologiqueappliquedanslesgrottesKanaan, del KassaratNabay et de Jeita. Celleci met en uvre la dmarche cartographique dessystmessouterrainstudispour replacer lesdiffrentsobjetsdtudedans leurcontexte spatial,morphogniqueetchronologique.

apprhender les changementsenvironnementauxde cette rgion lisaux variations climatiquesetaux occupations humaines. Ltude des sdiments dtritiques repose sur une analyse fine(morphoscopique, morphomtrique, minralogique, colorimtrique et magntique) des dptsendokarstiques.

Pourmenerbiencedoubleobjectif,ladmarcheadoptereposesurlacquisitionetlecalagechronologiquedes informations contenues dans les rseaux souterrains, pour interroger ensuite les moteursmorphogniques responsablesde la structurationetde lvolutiondes systmeskarstiques,ainsiquede laphysionomiedesreliefsactuelsduMontLiban(retombemditerranenne).La recherche doctoraleproposedeuxmodlesmorphogniquesde lvolutiondes valles karstiques etdelenfoncement du rseau hydrographique externe. Ces modles sappuient sur la relation entre talweg etstructure du drainage karstique. Insrs dans le cadre gologique rgional, ces schmas hypothtiques delvolutiondesvallesmontrentquelarponsedukarstauxmoteursdecreusementestconditionneparlecomblementdesvallesparaggradationcontinentale,lielatransgressionde laMditerraneaucoursduPliocne,etparlrosionrgressivedestalwegsdesfleuvesaucoursduQuaternaire.Quantauxenseignements tirsde ltude sdimentaireeffectuedans les cavitsdelKassaratetde Jeita,ceuxci ont, tout dabord, dmontr leffet de site du karst sur la rorganisation de la dynamique descoulements au sein de lendokarst. Suite linterprtation de ces dpts confronte aux enseignementssplogniques,lesanalysessdimentologiquesfinesontpermisdecaractriserplusprcismentlesniveauxsdimentaires et davancer des hypothses lies desmodifications environnementales.Desmlanges desources locales et de sources allochtones ont t identifis et traduisent certaines modifications desconditionsdalimentation,liesdescrisesclimatiqueset/oudesmodificationsdesusagesanthropiques,aucoursduPlistocne.

SUMMARYThe lebanese landscape is characterized by two mountain chains (Mount Lebanon and AntiLebanon),separatedbytheBekaaplainwithavarietyofsurfacekarsticformsaswellasendokarsticnetworksystems.Karstlandformscoverupto60%oftheLebaneseterritory.Severalquestionsrelatedtothemorphogenesisandevolutionoflandscapes,especiallycoastalvalleys,remainunsolved.Whereas geomorphic indicators are rare on the surface due to urban pressure and topographicconstraints,weused subsurfacegeomorphologic indicators revealed from the speleogenesis studyofcaves.Subsurfacekarstnetworksystemsareanalternativemeantoaddresstheseconstraintsandreconstitutethemorphogenesisstagesofthecoastalvalleyslandscape.Morphogeneticandenvironmentalreconstitutionarebasedbothongeomorphic indicatorsofundergroundnetworksand sediments (clasticand speleothems) incaves.ThisPhDresearchfocuseson"thecontributionofendokarstnetworksinreconstitutingpastenvironmentsandmorphogeneticphasesofcoastalvalleysofMountLebanon.TwovalleyslocatedinthecentralpartofMountLebanonarechosenforthisstudy:

i) thevalleyofNahrelKalb:themainfocusofthestudyisonJeitanetworksystemwithmorethan10kmofundergroundgalleries.

ii) theAntelias valley: two cavewere selected in this sector, Kanaan cave (162m long) and KassaratNabaycavenetworksystem(4.6kmlong).

Inthisstudy,ourobjectivesareto:

SetthereconstitutionstagesofthekarstsystemrelatedwiththedowncuttingoftheMediterraneanhydrographicnetwork(AnteliasandKalbrivers).Thepalaeogeographicalframework isbasedonthegeomorphologicalapproachappliedinthecavesofKanaan,KassaratNabayandJeita.Itimplementsthe mapping process applied on the underground systems and analyses of the stages of caveevolution.

Understand the environmental changes in this region related to climatic variations and humansettlement.The study isbasedonadetailedanalysis (morphoscopic,morphometric,mineralogical,magneticandcolorimetric)of(detrital)sedimentsincavesystems.

Inthisresearch,wedevelopedamorphogeneticmodeloftheevolutionofkarstvalleysandthedowncuttingof thehydrographicnetworkofbothAnteliasandKalbRivers.Thismodel isbasedona crossoveranalysisbetween speleogenesis stages,geologyof the sectorand relict landforms. Itdemonstrates the relationshipbetween the talweg of the valley and the karst drainage structuration. The study highlights on: i) theparagenesisprocessinJeitaandKassaratuppergalleries,andKanaancavealongwithbothKalbandAnteliasriveraggradationinresponsetoPliocenetransgression,ii)theincisionofJeitaandKassaratcanyonsduetothereorganizationofthedrainage(fluvialandkarstic)systemduringQuaternary,iii)theimplicationsoftheMountLebanontectonicupliftandthetransgression/regressionoftheMediterraneanseaduringtheseepisodes.AsforthestudyconductedonsedimentsinKassaratandJeitacaves,theresultsshowedthesiteeffectonthereorganization of the flow dynamicswithin the karst system. Environmental changeswere detected usingmethodsthatidentifyamodificationinthegeologicalsourcesofthecavesediments.Amodificationfromlocalto an allogenic source was detected in Kassarat and Jeita caves. This modification reflects changes inhydrologicalregimesthatcanberelatedtoclimaticand/ormodificationofhumanuses,duringPleistocene.

INTRODUCTIONGENERALE

Introductiongnrale

Traites dun point de vue descriptif au dbut du XIXe sicle par les gomorphologues, lesmorphologies karstiques deviennent, au cours du XXe sicle, un objet dtude intressant pourapprhender la gense du karst. En effet, sesmorphologies sont lexpression de ladaptation dugosystme karstique son environnement au cours de sa gense (Quinif Y., 1983, 1998). Onconsidrealorsquelesformeskarstiquespossdentunevaleurinformationnelleenvironnementaleet gographique. Pourtant, ce vecteur dinformation sexprime le mieux dans la dimensionsouterrainedukarst,car lesmorphologiessontprservesde laplupartdes facteursdrosionetdes actions anthropiques.Par consquent, lesmorphologiesde lendokarstpermettentdemieuxreconstituer les vnements gologiques, gomorphologiques et environnementaux qui sontdifficilementperceptiblespartirdesseulestudesetdonnesdesurface.Les informationspalographiquesetenvironnementalescontenuesdans lendokarstsesituent :(i)au niveau des formes des drains dont lvolution dpend en grande partie des conditionsgomorphologiquesaux limitesdu systme karstiqueet (ii)auniveaudesdptsendokarstiques(dtritiques et carbonats) qui permettent dapprhender lenvironnement extrieur (climatique,biopdologiqueetanthropique)etsesvariationsdansletemps.Lendokarst constitue ainsi un support privilgi pour les reconstitutions palogographiques etlanalysedes impactsanthropiquesetclimatiquesdans lesdynamiquesenvironnementales.Decefait,diverses recherches bases sur lendokarst comme archivesnaturelles et environnementalesontapportune contribution significative la connaissancegologiqueetgomorphologiquedesmassifskarstiques(DelannoyJ.J.,1981;MaireR.,1990;MartinP.,1991;AudraP.,1994;HamiltonP.J.,1995;DelannoyJ.J.,1997;VanaraN.,2000;BruxellesL.,2001;HausselmanP.,2002;CamusH.,2003;FaulknerT.,2005;JailletS.,2005;MocochainL.etal.,2006).Denombreusesrgionskarstiquesrestentencorepeuconnues,malgr leurrichesseet ladiversitdeleursmorphologies.CestlecasduProcheOriento,bienqueplusieursmassifskarstiquesaientfait lobjetdtudespardesgologuesetgomorphologues (Dubertret L.,1955;AbdulSalamA.,1966;BesanonJ.,1975;HakimB.,1975;BeydounZ.R.,1976),ladimensionsouterrainedukarstat peu prise en compte dans les recherches rcentes en gologie et en gomorphologie,notammentauLiban.Plusieursquestionnementsrelatifslagensedespaysagesetleurvolutionrestaientencorenonrsolus face lararetdestmoinsmorphogniquesensurface.Labsencedetmoinsdesurfacerend,eneffet,difficiletoutessaidereconstitutionpalogographique.Cetteraretestdeplusenplus favorise par la pression anthropique via ltalement urbain qui masque les donnesmorphogniques. Labsence de ces tmoins est aussi lie des contraintes gographiques : latopographiemarque parde fortespentes et lenvironnementmonolithologique (prdominancedescalcaires)nefavorisentpaslmergencedetopographiesdiffrencies,nileurconservation.Demme, lencaissement du rseau hydrographique ne permet pas la conservation de tmoinsmorphogniques tels que les terrasses. Enfin, la prsence dun cordon littoral rduit nest pasfavorable la conservation des niveaux marins. Dans ce contexte o les contraintes lies latopographie et la conservation des tmoins morphogniques sont importantes, les recherchespalogographiques et paloenvironnementales ont besoin de nouvelles archives naturellespermettantdepalliercescontraintes.LeLibanquiconnaitunekarstificationancienne,avec60%

Introductiongnrale

desurfacekarstifieetuncontinuumtopographiqueslevant jusqu'3.088mdaltitude,pourraitsecaractriserparunendokarstricheenrenseignements.Partantdecesconstats,notrerecherchesestintresseaukarstcommevecteurdinformationpertinent.Cetterecherchesestfocalisesurladimension souterrainedu karst, car cellecipermetdepallier lesdifficults soulevesdans lesrecherchespalogographiquesetpaloenvironnementalesauLiban.Aussi,notrerecherchedoctoraleapourobjetdemettreenavantlintrtdeltudeendokarstiqueduLibanpourrpondreauxconnaissancespalogographiquesetpaloenvironnementalesdecettergionprocheorientale.Notrerecherchedoctoraleseconcentresur"l'apportdesenseignementsdel'endokarstduMontLibancentraldanslareconstitutiondesenvironnementspasssetdanslareconstitutionmorphogniquedesvalleskarstiquesdeNahrelKalbetdAntlias".Pourmener bien notre recherche doctorale, notre champ dtude sest alors concentr sur leMont Liban, lun des massifs karstiques les plus emblmatiques du ProcheOrient. Pourtant, ladiversitdu karstduMont Libanavecunemultitudedemicroreliefs,ainsique la complexitdesprocessusgomorphologiquesetgologiquescontrlantlamorphogenseduhorstlibanais,nousaamenchoisir lundes traitsgomorphologiques lesplusmarquantsdumassif,celuidesvalleskarstiques.Deuxzonesdtudesonttretenues:lesvallesduNahrelKalbetduNahrAntlias,situesdansle Mont Liban central. Ce choix est li: (i) la richesse de ces deux valles en phnomnesendokarstiques,ainsiquladiversitdeleursformesetcontenus;(ii)labonnedocumentationenmatire dtudes gologiques et gomorphologiques sur cette rgion du Mont Liban et (iii) lhistoiredeloccupationhumainedepuislaPrhistoirejusqulapressionanthropiqueactuelle.Notretravailsefocaliserasurlesrseauxendokarstiquesslectionnsdanschaquevalle:lagrotteKanaanet lerseaudelKassaratNabaydans lavalledAntlias;lerseaudeJeitaetlagrottedeQashqoushdanslavalleduNahrelKalb.Cette problmatique vise dabord reconstituer la morphogense de ces cavits. Ltudeendokarstiquereposesur:(i)uneapprochecartographiquedessystmessouterrainstudispourreplacerlesdiffrentsobjetsdtudedansleurcontextespatial,morphogniqueetchronologiqueet(ii) ltudedesdptssouterrains(dtritiquesetcarbonats),afindapprhender leschangementsenvironnementauxdecettergionlisauxvariationsclimatiquesetauxoccupationshumaines.Le deuxime objectif de la thse sinscrit dans la reconstitution morphognique des valleskarstiques littorales.Cette reconstitution sappuie sur lesdonnespalogographiques contenuesdans lesgrottesKanaan,delKassaratNabayetde Jeita.Ladfinitiondestapesmorphogniquesdesdeuxvallesapermisdeposer lecadrepalogographiquedesprincipauxsystmeskarstiquesdpendant de la Mditerrane (systmes de Jeita et dAntlias) et de sinterroger sur lesvnements gologiques et gomorphologiques qui sont lorigine de leur volution et leurstructuration.Letroisimeobjectifdenotrerecherchedoctoraleestdedmontrerque lekarst,quand ilsinscritdans une dmarche mthodologique, permet de mettre en avant des donnes indites pour leLiban.LapprochemthodologiqueproposedanscetterechercheestinspiredestravauxeffectussurdessitesendokarstiquesenEurope(DelannoyJ.J.,1981,1997;QuinifY.,1983;MaireR.,1990;AudraP.,1994;Delannoy J.J.,1997;VanaraN.,2000;Bruxelles L.,2001;HausselmanP.,2002;CamusH.,2003;JailletS.,2005).Ellepermetunelecturevolutivedukarstdanssonensemble:au

Introductiongnrale

niveaude la formationdesrseauxsouterrainsenreplaant les formeset lesdptstudisdansleurensembleendokarstiqueet,partirde l,en insrant lacavitdanssoncontextekarstiqueetgomorphologique.Cetexerciceapermisdecomplternotrerflexionsur laplacede lendokarstdanssonsystmekarstique,traverssarelationaveclexokarstetsesapportsinformationnelsdanslareconstitutiondelamorphogensedesvalleskarstiquesetdespaloenvironnements.Lusageetla vrificationde cetteapprochedansun contextediffrentdes karstseuropens constituentunapportmthodologiqueefficacedans lenseignementmorphogniqueetpaloenvironnementalauLiban.Enfonctiondecesobjectifsdenotrerecherchedoctorale,leplansuivant,articulenquatreparties,atadopt:Partie I:Cellecidbuteparuneprsentationgnraledes traits topographiques,gologiquesetkarstiquesduMontLiban(Chapitre1).CettedescriptionphysiqueduMontLibanestsuivieduntatdes lieuxdestudesdegomorphologiekarstiquemenesdanscette rgion,afindesituernotretravailparrapportcequiatdjralis.Dansunsecondtemps,nousposonslaproblmatiquede notre recherche doctorale et son intrt visvis des tudes palogographiques etpaloenvironnementales au Liban. Sontensuitedfinis les sitesdtudes (vallesdAntliasetdeNahrelKalb),ainsiquelesrseauxsplologiquesretenusetjugspertinentspournotrerecherche.Le deuxime chapitre dresse un tat de lart quant aux recherches menes sur les archiveskarstiques. Aprs quelques rappels sur le cadre conceptuel du karst comme gosystme partentire, les diffrentes mmoires karstiques sont dveloppes, tout en rappelant les grandsprincipesdeleursfonctionnements,afindenfaireressortir leursvaleursinformationnellesetleurscomplmentarits.Enfin,nouspositionnonsnotreapprochedukarst,touteninsistantsurlarelationentrelendokarstetlesvalleskarstiques.Le troisime chapitreest centr sur lamthodologiemiseenuvrepournotre recherche.Cetteapproche est base sur une dmarche globale qui mobilise diffrentes mthodes et techniquesdinvestigation. La chaine opratoire commence par la visualisation et lanalyse du rseauendokarstiquevialacartographiegomorphologique,quiestensuitecompltepardautresmodesdacquisitiondesdonnes(sectionsetcoupeshabilles,modle3D).Leprincipedechaquemthodedacquisitiondesdonneset/oudemesuresestexpliqu, touten insistantsur lapplicationmultiscalairedecesdiffrentesmthodessuivantunechaineopratoireolapportdechaquetechniqueestcompltparceluiduneautre.PartieII:CettepartieestcentresurlavalledAntlias,sesmorphologieskarstiques,ainsiquesurlestudessurlesgrottesKanaanetdelKassaratNabay.Dans lepremierchapitre,lecadregologiqueettopographiquedubassinversantduNahrAntliasestabord.Unbrefaperudestudeshydrogologiquesestgalemententam,afindemontrerlampleur de ltendue de la surface dalimentation du Fouar Antlias, exurgence karstiqueprincipalealimentant le fleuve,par rapportcelledu rseauhydrographiquedAntlias.Ds lors,des questionnements dordre morphogntique sur la structuration endokarstique nous ontinterpellsdans lechoixdessitesendokarstiques jugspertinentspourunetudemorphogniquedelavalle.NotrechoixsestlimitlagrotteKanaanetaurseaudeMgharetelKassaratNabay.LedeuximechapitreconcerneltudesplogniqueetsdimentairedeMgharetKanaan.Ltudedecesitesestbaseessentiellementsurlacartographiegomorphologiquedtailledelacavitet

Introductiongnrale

ltudesdimentologiquedesdpts.Denouvellestechniquesonttgalementappliquespouraffiner les tapes splogniques de Mgharet Kanaan. Ces techniques englobent ltude desmicroformes de creusement par limagerie 3D et la carte de profondeurs des dpts par latechnique sismiqueH/V.Mis enuvre, cesmoyens ont permis une analyse embote entre lesmorphologies de creusement et les dpts endokarstiques, afin de reconstituer lhistoire de lacavit, tout en la replaant dans son contexte gomorphologique contrl par des facteursextrieurs(gologiques,eustatiques,environnementaux).Le troisime chapitre se concentre sur ltude splognique et sdimentaire de Mgharet elKassaratNabay.UnetudesplogniqueestdabordmenedanslasalledeJonction,principalsite dtude du rseau. Elle est ensuite complte par une observation gnrale du canyonendokarstique et de la galerie des Prsidents, afin de proposer une lecture splogniquecomplte du rseau. Dans la seconde partie de ce chapitre, une analyse sdimentaire hautersolutionestproposedanslasalledeJonctionquicomprendunimportantremplissageliunpigeage sdimentaire. Lapproche cartographique, couple lanalyse sdimentaire des dpts,permet de caractriser le fonctionnement de ce pige sdiments et de dfinir les tapes derorganisationdescoulementssouterrainsenrponseaublocagesplomorphologique.PartieIII:Construitesurunmodetrsprochedelapartieprcdente,elleestcentresurlavalledeNahrelKalbcomme ledeuximesitedtudechoisidans lecadredenotre recherche. IltraitegalementdestudessplogniquesetsdimentairesmenesurlagrottedeJeita.Lepremierchapitredcritdabordlesprincipauxtraitstopographiques,gologiquesetkarstiquesdelavalle.Unaperudtailldesquelques tmoinsmorphogniquesde surfaceestabordetunecarte gomorphologique de surface est labore, afin de situer toutes les morphologies exo etendokarstiquesdanscettevalle.Ensuite,undescriptifdtaillestpropospour lesdeuxcavitsretenuespournotretude:lerseaudeJeitaetlagrottedeQashqoush.VulimmensitdurseautagdeJeita,dessitesdtudesprincipauxetsecondairesonttretenus.Lessitesprincipauxdesgaleries suprieures sont la grande Salle de lEffondrement et la Galerie des soutirages. Un sitesecondaire (laGalerieduPilier)estgalement retenu.Lagalerie infrieurede Jeitaestgalementpriseencomptedansnotretude.Lessitesprincipauxsont lEntreAmnagede laRivireet lePetitEffondrement.LaSalleduChaoset laRivireCache lamontdu rseausontslectionnescommesitessecondaires.Le deuxime chapitre traite de lapport splognique et sdimentaire de la grotte de Jeita. Enpremier,une lecturesplogniquedessitesde lagaleriesuprieureestpropose,ensappuyantsur lanalysedelacartographiegomorphologique.Unetudesdimentairedesdptsdtritiquesde la Galerie des Soutirages est galement mise en uvre (stratigraphie, granulomtrie,spectrocolorimtrie, susceptibilitmagntique), afin de reconstituer les conditions hydrologiquesquiontprcd lesremplissages.Uneattentionparticulireatporteauxdeuxzonesclsde lagalerieinfrieure:ltudesplogniqueduPetitEffondrementetdelEntreAmnagepermetdeproposerlestapessplogniquesdelagalerieinfrieure.Demme,unetudegomorphologiquede lEntre Amnage a t ralise en se basant sur lanalyse cartographique dtaille et desdpts. Cette tude a permis de caractriser le fonctionnement de ce pige sdimentaire et dedfinir les tapes de rorganisation des coulements souterrains en rponse un blocagemorphologique.

Introductiongnrale

Partie IV: Elle synthtise les enseignements karstogniques qui ont pu tre dgags des tudesrespectivesdesgrottesKanaan,delKassaratetdeJeita.Cesinformationsconcernentlidentificationdesniveauxdekarstification,lislareconnaissancedediffrentsniveauxdezonenoyedukarst,et ladfinitiondeszones(intervallealtitudinal)dusystmekarstique, liesuneverticalisationdudrainage souterrain. Ensuite, un aperu de la relation entre le systme karst et les valles de laretombeoccidentaleduMontLibanestdvelopp,afindintroduiredesmodlesmorphogniquesproposspourlavalledAntliasetdeNahrelKalbetcecipartirdelvolutiondelendokarst.Lareconstitution morphognique des deux valles est cale dans le contexte spatiotemporelgologiqueetdesdonnesexistantes.

PartieI

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PARTIEILEGEOSYSTEMEKARSTIQUE:ETATDEL'ARTETAPPLICATIONAUKARSTDUMONTLIBAN

PartieI

INTRODUCTIONLapartie Ide la thse,composede troischapitres,apourobjectifdeprsenterenquoi leMontLibanestunobjetdtudepertinentpourtravaillersurlesreconstitutionspalogographiquesetlesenvironnementspasssdesmassifsprimditerranens.Danslechapitre1,cettepartieexposelestraitstopographiques,gologiquesetkarstiquesdurelief.Cettedescriptionestsuivieduntatdeslieuxdes travauxengomorphologiekarstiquemenssurcette rgion,afindesituernotretudepar rapport cequiatdj ralis.Dansun second temps,nousposons laproblmatiquedenotre recherche doctorale et son intrt visvis des tudes palogographiques etpaloenvironnementalesauLiban.Deuxvalleskarstiquesonttretenuesdansnotrerecherchedoctorale:lavalledAntliasetcelledeNahrelKalb.Unetudeprliminairedesrseauxendokarstiquesdanschaquevalleapermisdecernerlessitesclsjugspertinentspournotrerecherche:

lagrotteKanaanetlerseaudelKassaratNabaydanslavalledAntlias. lerseaudeJeitadanslavalledeNahrelKalb.

Dans ledeuximechapitre,untatde lartdes recherchesmenessur lesarchiveskarstiquesestpropos.Nousaborderons,dansunpremier temps, les fondementsdenotredmarchebasssurladaptabilitdu karst son environnement et sur sa capacit gnrerdesmmoires.Cellesciseront dcrites, tout en rappelant les grands principes de leurs fonctionnements, afin de faireressortir leurs valeurs informationnelles et leurs complmentarits. Dans un second temps, lesnotionsde lasystmiqueappliquesaukarstserontdveloppes.Cetteapproche,quiconstitue lecadre conceptuel de notre recherche, permettra de valoriser le karst comme une archivenaturelleet situera laplacede lendokarst, formekarstiquechoisiedansce systme.Enfin,notreapprochedukarstserapositionnesurlarelationentrelendokarstetlesvalleskarstiques.Letroisimechapitreseracentrsur lamthodologiemiseenuvrepournotrerecherche.Cetteapproche est base sur une dmarche globale qui mobilise diffrentes mthodes et techniquesdinvestigation. Dans un premier temps, les techniques dinvestigation qui permettent dereconstituer lhistoire de la cavit (splogense) sont dveloppes. La premire mthodecomprend la visualisation et lanalyse du rseau endokarstique via la cartographiegomorphologique.Elleestensuitecompltepardautresmodesdacquisitiondesdonnes, telsque les levsdessections, lescoupesgomorphologiqueset lemodle3D.Unenouvellemthodecomplmentaire aux deux premires est applique dans notre recherche: la visualisation duremplissagede la cavitpar la cartographiedeprofondeurquipermetde reconstituer la sectionenfouieduconduit.Dans un deuxime temps, les mthodes qui conduisent la reconstitution de lhistoire dessdiments (sdimentogense)de la cavit sontdcrites: la granulomtrie, lamorphoscopieet lamorphomtriedesparticules, laspectrocolorimtrieet lasusceptibilitmagntique.Leprincipedechaquemthode dacquisition des donnes et/ou demesures est expliqu, tout en insistant surlapplicationmultiscalairedecesdiffrentesmthodes.Lanalysecroisedelasdimentogenseetde lasplogensepermeticideposer lespremiersjalonsde lhistoiredelastructurationdukarstdanslequellacavitavolu(karstogense).

PartieI

Dansuntroisimetemps,seradveloppe lapprochepalogographiquebasesuruncroisemententrekarstogense(etsonapportinformationnel)etlamorphogense.Lesmthodesdobservation(coupes et carte gomorphologiquede surface) soprent deschellesplus larges, faisant ainsiappellalecturedelagologieetdelagomorphologiergionales,afindereconstituerlesphasesdecreusementdesvallesduNahrelKalbetduNahrAntliasdansletempslong.

CHAPITRE1LEMONTLIBAN:UNEUNITEGEOGRAPHIQUEORIGINALE

INTRODUCTIONLeLibansecaractriseauseindelargiondelaMditerraneorientaleparsadiversitclimatiqueet son organisation topographique particulire. Entre un cordon littoral troit et une chane demontagne se jetant dans la mer, des valles et canyons parallles creuss en direction de laMditerranesculptentlepaysage.Cetteoriginalitgographiqueestlersultatdunlongprocessusdvolutiongologique, alterndepriodesdrosionmarquespar le creusementdesvallesetlabrasiondescoucheslithostratigraphiques.CescaractristiquesfontqueleLibanpossde,surunespace relativement rduit,une grandediversitdephnomnesgomorphologiqueshritsdesprocessusgologiquesetenvironnementaux.Afindemieux apprhender lhistoire palogographiquedu Liban,plusparticulirement celleduMontLiban,unessaidereconstitutionmorphogniqueestdvelopperselonunenouvellearchivenaturelle pertinente. Dans un contexte o les tmoins gomorphologiques extrieurs sont rarespour des causes gologiques, topographiques et anthropiques, notre choix sest tourn vers legosystmekarstique,vusacapacitsadaptersonenvironnementetconserversousterredestmoinsmorphogniquesutiles pour notre recherche. Laprpondrancedes terrains carbonatsconstituant plus de 60 % du territoire libanais et la distribution gographique de son karstpermettent de disposer dun continuum exceptionnel dinformations gographiques etenvironnementales, depuis le littoral jusquau sommet du domaine montagnard. Cette grandediversitdephnomneskarstiquesapourprincipale incidencedepouvoiroffrirun largespectredinformations gographiques et environnementales inscrites dans les archives karstiques. Cesarchivessesituent, lafois,dans lesmorphologiesdesrseauxsouterrainsetdans lesformationsdescavits.Cechapitrepropose,danssapremirepartie,unedescriptiondeslmentsquifont ladiversitetloriginalitdecegosystme,savoir:lescaractristiques lithostratigraphiques, lesparticularitstopographiquesduMontLiban,ainsiquelespaysageskarstiquesetleurdiversit.Dansladeuximepartie,untatdeslieuxdestudeskarstiquesestdvelopppourdresserunbilandelarecherchesurlagomorphologiekarstiqueetsituernotretudeparrapportcequiatdjeffectu.Enfin, ladernirepartiedecechapitredveloppe lechoixdessitesdtudesretenusdans lecadredecetterechercheetunebrvedescriptiondesrseauxsplologiquesjugspertinentspournotreproblmatiquedtude.

PartieI

IUNCONTINUUMGEOLOGIQUEETSPATIAL

SitulestdelaMditerraneetsurlereborddelaplaquearaboafricaine,leMontLibanestunestructuregologiquersultantdediversaccidentstectoniqueslelongdelafailleduLevant,allantdelamerRougejusquauxchanesmontagneusesduTaurus,enTurquie(Figure1.1.).PlushautechaneduMoyenOrient,cemassifsecaractrisegalementparsaproximitextrmedelameretjouelerle de barrire climatique et gomorphologique entre la rgion Levantine et celle des plateauxintrieursdelaMsopotamie.

Figure1.1.LocalisationduLibandans lebassinmditerranen. (Source:GoogleEARTH, Image IBCAO,DatioCIO,NOAA,USnavy,NGA,GEBCO.2013CNES,SPOTimage.Image2013TerraMetrics)LeMontLiban,unedesstructures lesplusmarquantesdu relief libanais,estassimilunmassifmontagneux trapu et orient NNESSW (Hakim B., 1985). Il est form de plateaux irrguliersculminant vers 3.088 m daltitude (Figure 1.2.). Sa formation originale dpend des facteursgographiqueset gologiques,engendrant ainsides formeset formations gomorphologiquesdesurfaceetsouterrainesparticulires.Danscettepartie,unerapidedescriptiondelorogensedurelieflibanaisestaborde,afindeposerlespremires interrogations sur le creusementdes valles littoralesduMont Liban.Ensuite,unedescriptiondelalithostratigraphieetdelatopographieduMontLibanestexpose,pourreleverlescontraintes lies la prservation des tmoins de surface dans le cadre dune tudepalogographiquedes valles. Enfin, la richesse des formes exo et endokarstiques estmise enavant,afindemontrerlepotentielinformationneldukarstdanslacadredenotrerecherche.

PartieI

Figure1.2.LerelieftopographiqueduLiban.(ASIA,Site:aupaysdesmillesetunenuits)

1.1. UNEOROGENESEDURELIEFENCORECONTESTEE

Lhistoire gologique du massif montre une succession de priodes de transgression et dergression, accompagnes parfois de manifestations volcaniques successives (Dubertret L., 1945,1954 ;WalleyC.D.,1988,1998). LamajeurepartieduMont Libanest composedaffleurementscarbonats.Lasriedbutepar lesassisesdu Jurassique infrieuretmoyenetse terminepar lesterrainscarbonatsduCnomanienTuronien.Cestaucoursdesphasesrcentesdergressionetdetransgressioneustatique(dsleBurdigalien,soit ~20 Ma) que le relief du Mont Liban commence se structurer. Cette histoire tectoniquecomprend diffrents phases majeures dmersion du massif montagneux (cycles orogniques),auxquellesonassociedescyclesdrosiondurelief.Plusieursauteursontcontribuladescriptiondes cyclesde gensede cemassif, savoir L.Dubertret (1945,1954),E.deVaumas (1954), Z.R.Beydoun (1976),C.D.Walley (1997).LhistoiregologiqueduLiban (Figure1.3.)secaractriseparquatrecyclesdrosionquicorrespondentauxgrandesphasesdmersionoude surrection. Ils sersumentparlestapessuivantes: Premiercycledrosion:phaseembryonnairesesituantauJurassiquesuprieur,accompagne

dunvolcanismequipersistejusqu'lAlbien.Denombreusesfaillestransversalescorrespondentcettephase. Deuximecycledrosion:phaseorogniquelafinduCrtacetaudbutduPalogne. Troisime cycledrosion:orognsemajeure la finduPalognequidonne la rgionduMontLibanlessentieldesastructureactuelle.Cettephaseestresponsabledesgrandsaccidents

PartieI

longitudinauxNS.ElleprovoquelerejeudesfaillestransversesduJurassiquequisecalquentsurlescouchespostrieures.CettephasedesurrectionseraitintervenuelafindelocnemoyenauMontLibanetlafindelOligocnedanslaDamascne. Quatrimecycledrosion:desmouvementsderajustementstectoniquesauMiocnemoyenetauPliocne sontaccompagnsduneactivitvolcanique intenseautourdesgrandsmassifs.Lactivit volcaniqueetorogniquepersistedurant leQuaternaire. Lemouvementorogniqueglobal soulve la rgion, telpointque les rivagesde transgressionprGnz sontportsjusqu'plusde300mdaltitude(SanlavilleP.,1977).

LesthoriesdescyclesdorogenseduMontLibanonttrevisitesrcemmentparA.Elias(2006),danslamesureolorogensemajeure(troisimecycledrosion)neremonteraitpaslOligocne(20millionsdannes).LeMontLibanauraitacquissastructureactuellevers leMioPliocne(107millionsdannes).Cedescriptifdescyclesorogniquesdu reliefpermetdeposer lespremires interrogations sur laformationdesvalleslittorales:plusieursauteursattribuentchaquepisodeorogniquedureliefune phase de karstification et drosion (Hakim B., 1985; Nader F.H., 2011). La karstificationdpendant en grande partie des gradients hydrauliques crs par lincision des cours deau, ilimportequelespriodesdorogenseoudeglyptogensesoientprcisesaumieux.LesrecherchesgologiquesetgomorphologiqueauLiban(BeydounZ.R.,1976;SanlavilleP.,1977)montrentquelecreusementdesvallesneremonteraitpasaudelde latroisimephasedmersion.SelonZ.R.Beydoun(1976),lrosiondureliefduMontLibanestdjentamedepuislOligocne(23Ma)etlamise en place des premiers systmes de drainage de surface aboutit lrosion des couches duPalogne suprieur (Oligocne); ces mmes systmes de drainage de surface creusent lespremires vallesduMont Liban.P. Sanlaville (1977)donneplusdeprcisionsdans lhistoireducreusement des valles: les observations gomorphologiques montrent que les plus anciensconglomratsfluviauxremontentauPontien(finMiocne).CesdptsretrouvslelongdesfleuvesAbouAali,elBredetelAasfouretdans lesynclinaldeKouraZgharta(DubertretL.,1951b;1955)sont les plus anciens dpts de surface qui tmoignent dun creusement fluvial le long du flancoccidentalduMontLiban.Quelquestudessur lecreusementdesvalles (HakimB.,1975;Bou Jaoudeh I.,1999)proposentdes essais de reconstitution du creusement des valles littorales, sans pour autant dtailler lesphasessuccessivesde leurencaissement: ladispositionabruptedureliefdesvallesaempch laprservationdestmoinsdecreusementoudestationnementdestalwegsdesvalles.Cestudessesontalorscontentesdassocierlesraresmorphologiesdesurfaces(terrassesfluviales)lanalysegologiquedudispositiflithostratigraphiquepourproposerdesstadesdecreusementinsrsdanslhistoiregologiqueettectoniqueduMontLiban.

Figure1.3.SynthsegologiqueetpalogographiquedelagenseduMontLiban(daprsDubertretL.,HakimB,WalleyC.D.)

Dans le cas du Mont Liban, bien que 26 cours deau incisent son flanc occidental, les tudesmorphogniques sont encore rares et ne permettent pas de poser des jalons solides dans lareconstitution palogographique des valles littorales, du fait de la raret des tmoins de surface.Commentalorsrelaterlhistoiremorphogniquedecesvallesavecuncontexteaussicontraignantdunpoint de vue topographique? Quelle est larchive naturelle pertinente qui permet de pallier cettecontraintepourpouvoirproposerunereconstitutionmorphogniqueplusdtailledesvalleslittoralesduMontLiban?

1.2. LEDISPOSITIFLITHOSTRUCTURAL

La structure duMont Liban est assimile unhorst (Figure 1.4.) limit louest,par une flexure (laflexureoccidentaleduMontLiban)et lest,par lagrande faille libanosyrienne rapporte lEocne(DubertretL.etal.,1955).

Figure1.4.CartelithostratigraphiqueduLiban(ModifiedaprsHakimB.,1985).

PartieI

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Cehorstestdivisendeux compartimentsparun systmede failles transversesquipasse lestdeBeyrouth.Lapartieseptentrionaleesttectoniquementlaplushaute,lecompartimentsudsecomposedelademivoteanticlinaleduBrokNhaavecsaretombeoccidentale(Figure1.5.).DanslesecteurcentralduMontLiban,laflexureoccidentalededirectionSSWNNEsloignetrspeudelamerentreBeyrouthetGhazr,engendrantunreliefmontagneuxplongeantdanslaMditerrane.Danslesecteurnorddumassif,largion,situeentrelaflexureetlamer(Figure1.5.)etquicorresponddesterrainscrtacsetcnozoques,estsparede lamerparunevastetenduedecouchescrtacesetcnozoques.AunordduMontLiban,elle rejoint la failledeYammon, faille libanosyriennequi faitpartiedusystmedelafailleduLevant.Laflexureestunestructureomniprsentelelongdumassif.Elleestl'originedesretombesabruptesduflancoccidentaldelamontagnequirejoignentlaMditerranetouteproche.

Figure1.5.CoupesgologiquesduMontLibannordetsud(InWalleyC.D.,1998).Le rsultat de cette structure tectonique se manifeste dans la disposition des terrains gologiques.TouteslescouchesallantduJurassiqueauPalogneysontfortementredresses.Encequiconcerne lesterrainscrtacsquireposentsur leJurassique, ilssontsubhorizontauxdans ledomainedeshautsplateaux.A louestde la flexureduMontLiban, lescouchescrtaceset tertiairessinclinentversledomainelittoral,seplissentparendroitsetpassentsousleseauxdelaMditerrane.Ellesparticipentainsi lalimentationdes sources sousmarineset littorales, tellesque les sourcesdeChekka,Rachiine(KarehR.,1967;ElHajjA.,2005)verslenordetquelquesautresaulargedeGhazr,deNahrelKalbetdupromontoiredelabaieSaintGeorges.

PartieI

Figure1.6.La flexureoccidentaleduMont Liban redresse lescouches jurassiquesetcrtaces.Un regard sur lescouchesfortementredressessurleflancnorddeNahrelKalb,4kmdelacte(ClichC.Nehme).LeMont Libanmontreune continuit lithographiquedominante calcairedepuis le littoral jusquauxcrtesdumassif (assises jurassiqueset crtaces). Lesdpts tertiaires sont localiss,pour leurpart,essentiellementlelongdulittoral(Beyrouth,NahrelKalb,Chekka,Koura...).Ilestintressantdereleverquecettestructuremonolithiquedominantecalcairenapasengendrunediversittopographique.Ellesecaractrise,duNordauSud,parunesriemonotonedevalleslittorales(Nahr el Fdr, Nahr Ghazr, Nahr ej Jaouz, Nahr Antlias....) creuses depuis les hauts plateauxcnomaniensjusqu'laMditerrane,encoulanttraverslesterrainsjurassiques.

1.3. PARTICULARITESTOPOGRAPHIQUES

LereliefduMontLiban,aussimonotonesoitil,prsentedesunitsdereliefsque lonpeutdistinguer,depuislelittoraljusquauxhautsplateauxcnomaniens.LeMontLibanpourraittredivisenquatreensemblestopographiques: lahautemontagne,plusde1600mdaltitude, composedune suitede crtesetdehauts

plateauxcalcaires,constitusdecalcairesmarneuxduCnomanien; lamoyennemontagne,entre900et1600mdaltitude,caractrisepardesreliefsdouxagencsdanslesterrainsmeublesduCrtacinfrieur; labassemontagne,entre300et900mdaltitude,correspondantunplateaucalcaire inclinverslouest; lequatrimeensembleestaucurdenotrechampdtude: ilsagitdudomainemontagnardctierqui slve jusqu300md'altitudeet seprsenteenun reliefbutteset replats.Cesreliefscorrespondentlescarpementbordierdumassif,correspondantluimmeautracdelagrande flexureoccidentaleduMontLiban.Cettezoneprsenteuncontact topographique trsnet entre le massif montagnard et le littoral. La plaine littorale est forme de matrielquaternaireacheminparlesfleuvesetdposleurembouchure,aupieddumassif.Lescnes

PartieI

dedjectionainsi formsont finiparserejoindrepour formeruneplaine littoralede4kmdelargeur,commeaupromontoiredelabaieSaintGeorges,aunorddeBeyrouth.

Figure1.7. Le replatdeDerMar Youssef situ sur le flanc suddeNahr elKalb,153mdaltitude.Ces replatscorrespondentdessurfacesdaplanissements.Lanthropisationdumassifperturbecessurfacesdrosionmarine,rendantainsiplusdifficilelalecturemorphogniquedupaysage(ClichC.Nehme).Dans ce dernier ensemble topographique, une suite de replats subhorizontaux a t identifie parP.Sanlaville (1977). Slevant jusqu 300 m daltitude, ils correspondent des surfaces dabrasionmarines. Les hauts replats, dpourvus de dpts, sont actuellement occups par une urbanisationenvahissante(Figure1.7.).Unedernireparticularitreleverestcelledesvalles littoralesquisculptent lepaysagemontagnard(Figure1.8.).Ellesseprsententsousformedegorgesencaissespouvantatteindre1.000mdednivelcomme Nahr Ibrhm. Ce paysage rptitif le long de la chane du Mont Liban tmoigne dunencaissement des valles troites. Les valles flancs raides marquent une topographie tout aussicontraignantepourlaconservationdeterrassesoudesdptsfluviaux,quiauraientpunousrenseignersurlesstadesdestationnementdesfleuvesaucoursdelhistoireducreusementdecesvalles.Lestmoinsmorphogniquesfluviatileset/oumarinssontrares,pournepasdiretotalementabsentsdupaysageextrieur,cecitantddescontraintes lies la topographie, la structuregologiqueet,surtout,lanthropisation.DufaitdescontraintestopographiquesetgologiquesduMontLiban,nousavonsrecherchunearchivenaturellequipuisserpondrenotreobjectifdereconstitutionpalogographiqueetmorphognique.Notrechoixsestportsurlesformesmorphologiquesdecreusementlintrieurdumassifkarstiqueoulensembledesformesendokarstiquespourlesraisonssuivantes: laconcentrationdecavitsetderseauxtagsproximitdesvalles. ltat de prservation des formes morphogniques souterraines en lien avec la dynamique

extrieure. ladiversitdecesformes,couplesdesdptsdtritiquesetcarbonatsdatables.

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Figure 1.8. Vritable canyon karstique, la valle deNahr el Kalb peut atteindre jusqu' 400m de dnivel auxenvironsdelagrottedeJeita(ClichC.Nehme).

1.4. LADIVERSITEDUPAYSAGEKARSTIQUELesvnementsgologiquesetclimatiquessesont inscritsdans lereliefparunediversitdeformesetdeformationskarstiques,tantensurfacequenprofondeur.Aupremierabord,onrelvetroisgrandsensemblesmorphokarstiques:(i)lesdolinesnivalesaudessusde1.600mdaltitude; (ii) lespaysagesdominspardiffrentesgnrationsde lapis (ducryptokarstauxlapisaiguissactuels)entre600et1.600mdaltitude;(iii)lescanyonskarstiquesquirelientleshautsplateauxduMontLibanaulittoral.Lepremierensemblesecaractrisepardevasteschampsdedolinesnivokarstiquesquisedveloppentsur lensemble des plateaux cnomaniens du Mont Liban. Souvent alignes sur la fracturation, cesdolines,puitsneigeetgouffrespouvantatteindre100mdeprofondeursontdespointsdalimentationprfrentielsdukarstcnomaniendehautemontagne.Ledeuximeensembleestcaractrispar la fortedensitetdiversitdes lapis (Figure1.9.,photodegauche). Ceuxci sont bien conservs dans les assises jurassiques. Sculpts dans des roches calcairespures et dolomitiques, leurs formes varient des simples rainures, empreintes de pas, rigoles, auxtourellesetreliefsrsiduelstrshauts,dpassantparfois20mdehauteur.Lespremierssesontagencs lair libre par dissolution directe due aux eauxmtoriques, alors que les seconds rsultent dunevolutionplusanciennesouscouverturegrseuseparcryptocorrosion(HakimB.,1975;LamourouxM.,1972).LagensedecesdernierssesttalesurplusieursphasesdekarstificationquiauraientdbutauJurassiquemoyen.Cesformesconstituent,commelesdolinesnivokarstiques,despointsdalimentationprfrentielsdescoulementssouterrainsdanslesassisesjurassiquesdumassif.

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Figure1.9.a)Lapiezdans le Jurassiquede lavalleduN.elFdr.,b)gouffredeBlouaBaatradans leshautsplateauxdeTannorne(ClichsC.Nehme(photodegauche),S.Caillot(photodedroite)).Letroisimeensemble,lesvalleskarstiques,estunedesraresmorphologiesduMontLibanquirelielamontagneaulittoral.Cestenquoiellessontunlmentprincipaldupaysageactuel,undesprincipauxmoteursdelaglyptogenseduMontLibanquiaaffectlesassisesjurassiquesetcrtacesdumassif.Les 26 fleuves du Mont Liban coulent perpendiculairement lorientation gnrale du massif etparalllement lun lautre,sansserejoindre. Ilest intressantdereleverque lesvallescommencentleurcreusementautourde1700mdaltitude (NahrAbouAali)etunedistancedu littoraldpassantrarement les30km (11kmpourNahrAntlias)dans leMontLibancentral.Laproximitduniveaudebaseet lefficacitde lrosion rgressive fontque lenfoncementdecesgorgesest lexpressiondunecomptencehydrologiqueimportantedontilrestedfinirlescauses.En amont des valles encaisses proprement dites, on relve des sries de recules karstiquesalimentes par les hauts plateaux cnomaniens. Ces plateaux forment un bassin de rception desprcipitationsetlesttesdesources,enavaldecesbassins,jouentlerledecentredeconvergencedestorrents (Sanlaville P., 1977) alimentant les fleuves (Figure 1.10.). Citons titre dexemple, le NahrIbrhm,alimentparlessourcesdeRouasetdAfqa,leNahrAbouAali,alimentparlexsurgencedelaQdcha,quiestunebelleillustrationdecesreculeskarstiques.Vers laval, lesvalles sencaissentprofondmentdans lesassisescalcaires. Ilest intressantdenoterque les fleuvesne reoiventaucunaffluent,endehorsde ravinsprofil trs raide.Lessentielde leuralimentationrsultedexsurgenceskarstiques,commeparexemple lessourcesdeDachouniy,enavalduNahrBeyrouth.

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Figure1.10.LefleuveNahrelKalbenpriodedecrue(ClichC.Nehme).Bienquepeu visibledans lepaysagedes grandsensembles carbonatsduMont Liban,un importantkarstsouterrainsedveloppe.Celuiciaunedoublefonctionpatrimoniale:(i) ilest loriginedesplusimportantessourcesduLiban;(ii) ilcontientdesarchivespermettantdereconstituer lamorphogensedu Mont Liban. Les cavits, trs nombreuses, se concentrent dans les massifs cnomaniens etjurassiques.Laquasiabsencedeniveaux impermablesauseindecesmassifset lindigenceengrandsaccidents barrants sont lorigine de systmes souterrains ayant dimportants dnivels etdveloppements.Plusde576grottes,gouffresetsourcesonttinventorisdansleMontLiban(Figure1.11.),dontlamajoritsedveloppeproximitdescanyonsetsurleshautsplateauxcnomaniens.Plusieursfamillesdecavitscaractrisent lendokarstduLiban.Nousdistinguonssur leshautsplateauxdes puits neiges pouvant atteindre 200m de profondeur (Figure 1.9., photo de droite). On relveensuitelaprsencedegouffresdontleplusprofondestceluideFaourDra(622mdeprofondeur).452cavitsdetypegouffreonttrpertoriesparleS.C.L.1(HakimB.,1985),lA.L.E.S.2(AbdulNourH.,2004) et le G.E.R.S.L.3. Les gouffres de Faour Dra (622 m) et de Qattine Azar (515 m), qui sedveloppent dans le Jurassique en amont du bassinversant du Nahr Beyrouth, tmoignent de laverticalisationdescoulementsendokarstiques.Ondistingue,parailleurs, lescavitsactivesquialimententdessourceskarstiques.Lesexemples sontnombreux:lesgrottesdeRouas(5,4km),dAfqa(5.250m),deQdcha(505m),deJeita(10,05km)oude Mabaage (440 m). Ces cavits actives sont draines par des rivires souterraines issues desinfiltrationsdanslamassekarstique.Ellesconstituentlunedessourcesdapprovisionnementmajeurdesfleuveslibanais.Actuellement,64cavitsactivessontrecensesetpubliesparlessplologues(Figure1.11.).

Enfin, les cavitsditesfossiles,nondrainesou recoupespar lescoulements actuels, sont toutaussiprsentesdans lepaysage. Jalonnant les flancsdes valles karstiques, elles se trouvent, leplusSploClubduLibanAssociationLibanaisesd EtudesSplologiquesGrouped EtudesetdeRecherchesSplologiquesLibanais

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souvent,perchesparrapportauniveaudestalwegsdesvalles.Cescavits,audveloppementmoyen,sont souvent riches en formes et formations carbonates et/ou clastiques. Ces formationsendokarstiquessontuneminedinformationsquinousrenseignentsurdanciensstadesdekarstification(Delannoy J.J., 1997).Ces cavits constituentdonc un jalon pour la reconstitution gomorphologiquedunreliefkarstique.Lesystmekarstiquelibanais,caractrisparlabondancedesformestantinternesquedesurface,doitcetterichesselhistoiregologiquedelargion,ainsiquauxconditionsclimatiquesdanslalimentationeneauxmtoritiquesessentiellespourlakarstogense.Cellecincessiteuncoulementdesurfaceetune infiltration rapide au travers des fissures et diaclases. Lorogense du massif et les processusdrosion, lisauxeauxdinfiltrationetaudrainageendokarstiquedesurfaceetsouterrain,ontgnrun karstqui a atteint son stade actueldematurit. Lesphases successives de karstification fontdesmassifsduMontLibanetdelAntiLiban,unkarstvolu(HakimB.,1985).La description globale des particularits structurales, topographiques et karstiques dumassif libanaisnousapermisdemettreenavant lesatoutsduMontLibancommegosystmericheen formesetenformationsexoetendokarstiques.Cemassifkarstiqueconstitueunbelobjetdtudepourreconstituerlvolutionpalogographiquepartirdes formeset formationsendokarstiques.Restedresser ltatdavancementde la recherchesur lagomorphologiekarstiqueduLiban,afinde fixer lescontoursdenotrerecherche.

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Figure1.11.InventairedessitesendokarstiquesduLibanen2009(C.Nehme).

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IIETATDESCONNAISSANCESSURLEMONTLIBANENVUEDUNEAPPROCHEMORPHOGENIQUEETPALEOGEOGRAPHIQUEDansunpremiertemps,nousaborderonslesconceptsetlestechniquespourtudierlekarstentantquevecteur de reconstitutions palogographiques et paloenvironnementales. Dans un second lieu, unbilan dcrit lensemble des tudes existantes sur le karst du Mont Liban. Au terme de cette doubleanalyse,nousmettonsenavantlapportdunerecherchepalogographiqueetpaloenvironnementalebasesurltudedelendokarst.

2.1.LAKARSTOLOGIE,VECTEURDEDONNEESGEOMORPHOLOGIQUES

Depuis le dbut du XXe sicle, le karst a t lobjet de nombreuses recherches issues des colesNaturalistegermanoslaveetDavisiennedeW.M.Davis.Traitesdunpointdevuedescriptif,lesmorphologieskarstiquessontdfiniesetclassesselonunetypologiedescriptiveetnomenclatrice,parexemple,deslapiez,dolines,poljs.Cettecontributionladescriptiondesformeskarstiquessepoursuittoutau longduXXe sicle,enrichissantainsi la connaissancede ce typedemilieu, comme scienceetdiscipline issue de la gomorphologie gnrale. Le concept de karstification apparat, avec lesinterrogations autourdes processus loriginede lamise en place de ces formes et formations. Lescausesdeleurvariabilitsontabordespardiffrentsauteurs:A.Civjic(1918,1925,1960),W.M.Davis(1930),E.A.Martel (1921),J.Corbel(1957),J.Nicod(1967).Lestravauxsur lesparamtres intervenantdans la karstification et sur ses diffrents aspects (exokarst, endokarst) constitueront une base dedonnesdescriptivequiregroupeun inventairedes formesetdes formations,ainsique lesmultiplesapproches proposes pour la comprhension des mcanismes de la karstification (Bertz J.H., 1942;RenaultP.,1967;DreybrotW.,1988).Nous pouvons alors constater que les contributions des gomorphologues issues des deux coles,NaturalisteetDavisienne,ontpermisdeposer:i)lespremiresdescriptionsetlesterminologiesdes formeskarstiquesde surfaceet souterraines; ii) lespremiers conceptsde splogensemisparMarteletDavissur lamorphogensedequelques formeskarstiques; iii) lanaissancede lasplologiecomme science et, plus prcisment, de la splomorphologie comme discipline et branche de lagomorphologiekarstique.Mais,malgrcescontributions,cettedisciplineresteencoresesdbuts,carlobservationdukarstselimiteltudedequelquesformesisolesdeleurcontexte.IlfautattendrelestravauxdescriptifsetanalytiquessurleskarstsrgionauxenEurope(ChabotG.,1923;BirotP.,1966)etenAmriqueduNord(DavisW.M.,1930)quiontpermisdlargirlechampdobservationsurlekarst,detesterdenouvellestechniquesetdedcriredenouvellesformesetprocessusquisontloriginedeleurformations.Cestsurlabasedecesvecteursdinformationquunnouveauconceptprendforme lafindesannes1970 avec J. Nicod: lapport du climat dans le model karstique (Nicod J., 1972). Par la suite, unenouvelleapproche,celledelasystmique,abordelekarstcommeuneunitdedrainagefonctionnelleetvolutiveen interactionavecsonenvironnement (ManginA.,1974;BakalowiczM.,1975)et,dans lesdernires dcennies comme un systme structurel, fonctionnel et volutif qui sadapte sonenvironnement (QuinifY.,1983). Lesmorphologies karstiquesne sontplus alorstudiesdemanireisoles,maissontpluttconsidrescommedeslmentseninteractionetindissociablesappartenant

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un systme. Ces recherches, qui prennent en considration les facteurs gologiques, tectoniques etsdimentologiques(remplissagesendokarstiques),ontpermisdemieuxlirelefonctionnementdukarsttravers le concept de la systmique et de replacer ce systme dans son environnement gologique(DelannoyJ.J.,1981,1983;QuinifY.,1983).Les nouveaux concepts introduits dans la gomorphologie karstique ont aid au dveloppement denouvellesapprochesde lecturedukarst,carellespermettentdediffrencier,dunepart, lesmthodesd'analyse dumcanisme de karstification de l'tude de l'volution d'un karst et, dautre part, de lesmettreenrapportavecdespisodespaloclimatiques(MaireR.,1990),voiregologiquesdanslecasdespalokarsts (James N.P. et al., 1988; Bosak P. et al., 1989). Dans cette perspective, l'analyse d'unekarstificationnerelveplusseulementd'unsystmefonctionnel,maisintgrelvolutiondecedernier,conduisantunemiseenrapportdel'analysedesprocessusdekarstificationavecl'histoiredesrseaux.Lesmorphologieskarstiqueset les remplissagesdeviennent,parconsquent,des indicateurssensiblesdespalogographiesetdespaloenvironnements.Arrivant une phase dematurit, la science de la karstologie est passe dune phase descriptive etdessaidemiseenplacedune terminologie karstique, unephasede conceptualisationde lanalysemorphogntiqueetde ladynamiquede fonctionnementdukarst (GzeB.,1985;RenaultP.,1990b;MaireR.,1995).Apartirdeconceptsgnrauxdjmisenplace, lekarstestdevenualorsuneentitnaturellequienregistrelesmodificationspalogographiques,dansletempslongduQuaternaire,etleschangementsenvironnementauxetclimatiques,dansletempscourt.Denouvelles recherchesdepuis lesannes1990contribuent lavalorisationdukarstcommevecteurdinformation environnementale et climatique pour la reconstitution de lvolution des massifskarstiques, durant le Quaternaire, et de celle des environnements, dans le temps rcent. On citera,succinctement,quelquesexemples.Dansunpremiertemps,lestravauxdeR.MairedanslagalerieAranzadilaPierreSaintMartin(France)ont employ l'analyse et la datation des dpts endokarstiques comme moyen d'tude de lastructurationdesrseauxetdelasuccessiondespaloenvironnements(MaireR.etQuinifY.,1988).Enadoptantladmarchesplogniqueetkarstogniquevialtudedesformesdesgrottesetdeleursremplissagesdans lemassifduVercors(Pralpesfranaises),J.J.Delannoy(1981,1997)apudterminerlesdiffrentesphasesdincisiondu rseauhydrographique rgionaletendfinir lesmoteurs. Ltudesestbasesurltagementdespalodrainsendokarstiquesetsurlanalysedesformeskarstiquesissuesdecontextesfaiblenergiehydraulique,telsquelespoljsetlesaplanissements.Ltude de N. Vanara (2000) sur la gologie, la gomorphologie et lhydrogologie du massif des

Arbailles, dans les PyrnesOrientales France), a permis de mettre en vidence et de quantifierpartiellementlerlecapitaldelasurrectiontectoniquedanslamorphognseetlasplogense.IlfautciteraussiltudedeS.Jaillet(2005)qui,encroisantlamaturitdessystmesendokarstiquesavecleurdistribution spatiale, apermisdans le casduBarrois en Lorraine (France)didentifierdiffrentesphasesdablationde lacouverturegologiquecrtaceet leurs incidencessur lorganisationdurseauhydrographiquergional.LesrecherchesdeH.Camus (2003)sur leLarzacmridionaldesGrandesCausses (Hrault,France)ontdmontr ltroiterelationentre lecreusementdesrseauxkarstiqueset lenfoncementdesvallesenfonctionduniveaudebasergional.Enutilisantaussi lapprochesplogniqueet lesdatationsU/Th,ltudeapermisdemettreenvidence lediachronismeentrestadesdestabilitduniveaudebaseettapesdenfoncementfluviatileetdesurrectiontectonique.LesrecherchesmorphogniquessurlessystmesmditerranensenAndalousie(DelannoyJ.J.,1997),en

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Languedoc(BruxellesL.,2001;CamusH.,2003),surlessytmeskarstiquesdelArdchecommeceluidelavendOrgnac(JailletS.,2010)oudelagrottedeSaintMarcel(MocochainL.,2006),montrentquelesvariationsduniveaudebasergional, lies lacrisemessinienneet latransgressionPliocneonttenregistresdanslesformesendokarstiques.Cesrecherchesparmitantdautres (AudraP.,1994;PerretteY.,2000)ontdmontr lintrtdukarstdans ltude de la morphognse dun massif en relation avec les vnements tectoniques eteustatiques,ainsiquedelapportdesdptsendokarstiquesdanslareconstitutiondesenvironnementspasss.

2.2.ETATDELARTDELARECHERCHESURLEKARSTDULIBAN

LesrecherchessurlagomorphologiekarstiqueduLibanontdbutverslemilieuduXIXesicle,grcelacontributiondeplusieursnaturalistes.Gologues,gomorphologuesetexplorateursontcontribuladescriptiondurelief libanais.Unexposanalytiquesur lesdiffrentstravauxlabors,ainsiquesur lesapprochesmthodologiquesutilisesdansledomainedukarst,sontmisesicienavant.Lespremierstravauxconcernantdemaniregnrale lagomorphologieduMontLibanremontentaumilieuduXIXesicle,avec lesrcitset lesesquissesgologiquesdesnaturalistesallemands, franaisetanglais. Gologues et palontologues ont contribu la connaissance descriptive de la rgion,notammentdu relief libanais,ainsiquauxpremires identificationsdesassisesgologiquesdumassif.Les premiers travaux remontent P.E. Botta (1833) qui a distingu trois domaines gologiques lembouchureduNahrelKalb.Suivent lespublicationsdeC.Blanche (1847) sur le terrain sableuxdeDmoretlesdescriptionsdeL.Lartet(1869)surleJurassiquedelHermon.IlfautattendrelesouvragesdeG.Zumoffen(1926)pourpouvoirtablirlalithostratigraphieduMontLiban,surtoutcelleduCrtac,surdesbasessolides.Vientensuite lacontributiondeH.Vautrin (1934) ladescriptiondu JurassiquedanslAntiLiban.L.DubertretapportaplusdedtailssurcelleduCrtacen1937.Cenestquen1951queG.Renouard contribua la connaissancede toute la stratigraphiedu Jurassique duMont Liban,grceunecoupegologiquelaboreNahrIbrhm.Outrelesdescriptionsdelastratigraphie,desessaisdecartographiegologiqueduLibanontcommencvers1910,ensebasantsur lestravauxdeJ.Felix(1903,1909)etdeL.Krumbeck(1905).Maiscenestqupartirde1930queL.DubertretentamelentreprisedecartographierlagologieduLibanlchelledu 1/50.000e. Cette accumulation de connaissances gologiques a contribu lapprhension de lastratigraphieduLiban.Elleconstitueunsocle importantpourunereconstitutionpalogographiquedumassif libanais. L. Dubertret propose plusieurs phases dorogense du Liban dans les notices de sescartes,suiviespartirde1983parlespublicationsdeC.D.Walley.Cettebasedeconnaissanceatenrichiepardenouvellesrecherchesgologiquesgnralistes(SabbaghG.,1964;AbouelEninH.S.,1973;MassaadM.,1975;BeydounZ.R.,1976)et rgionalessur leMontLiban(WakimS.,1968;MajdalaniM.,1974;GhattasI.,1975;DaherG.,1976;NoujaimG.,1977;TabetC.,1978;NaderF.H.,2000), laBkaaet lAntiLiban (KanaanAtallahN.,1971;HajjChahineT.,1973;BesanonJ.,1975),lesplateauxduLibanSud(HeybroekF.,1942;AbouMradS.,1972;KhouryR.,1978)et le LibanNord (Guerre A., 1970;DavieM.F., 1975;Doummar J., 2005). Cest sur la base de cettehistoirequesesontlaborslesouvragesetessaissurladescriptionetlanalysedupatrimoinekarstiqueduLiban.

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Demanireplusprcise, les tudes sur le karst libanaisont commenc avec les rcitsde voyageurs,venusdcouvrir leLiban.Nousretrouvonsdespassagessur lesvalleset lesgrottesdans lesrcitsdevoyageurs (RenanE.,1864),ainsiquedes rcitsdescriptifssur lagrottede Jeita,dcouverteen1836.Cependant, ilfaudraattendre lamoitiduXXesiclepourvoirapparatredesouvragestraitant lekarstlibanaiscommesujetdtudeet,ceci,bienaprs ladfinitionde lhistoiregologiqueduLiban (Figure1.12.). E. de Vaumas (1954, 1961a, 1961, 1961c) prsente une thse de gographie physique, enprivilgiant le rle des processus drosion dans le faonnement du relief. Viennent par la suite lestudesdeM.Lamouroux(1972)surlaltrationdesrochescalcairessousclimatmditerranen.Dautrestudeset thsesse fontgalementsurdesensembles rgionauxdukarst libanais,savoir:A.AbdulSalam(1966)surlesreliefsdelAntiLibanetdelaDamascne;A.Guerre(1969)surltudehydrologiquedelaplaineduAakkaretdukarstduLibanNord;J.Besanon(1975)surlestraitsmorphologiquesdelaplainede laBeqaa;P.Sanlaville(1977)sur ledomaine littoral.B.Hakimsoutienten1975unethsedetroisime cycle sur la morphologie karstique du Mont Liban central, rgion reprsentative du karstlibanais(bassinsversantsduNahrelKalbetduNahrIbrhm).En1985,ilcompltecestravauxparunethsedtatsurleskarstsduLiban,delaSyrieetduMaroc,mettantainsienavant,etavecuneapprochedynamique,lerlegochimiquedeseauxdanslaconstructiondukarst(Figure9).Cestravauxontposunebasesolidedeconnaissancessurlesdiffrentescomposantesdukarstetleursfonctionnalits. Des phases de karstification ont t identifies, sans pour autant les rattacher auxvnements palogographiques etmorphogniques,notamment au creusement et lvolutiondesvallesdpendantesdelaMditerrane.Larecherchekarstiqueaconnusonessorvia laconnaissancedupatrimoineendokarstique libanaisds1950.Lesdcouvertesdegrandsrseauxsouterrains,telsqueceuxdelagrottedeJeita,desgouffresdeFaour Dra, dAn el Lebneh et de Baatra Tannorne, se sont multiplies. Les splologues duSploClubduLiban(S.C.L.),premierclublibanaisdesplologie,contribuentalorsladescriptionetlatopographiedesrseauxsouterrains.Lespublicationssur lekarst libanaisapparaissentalorsdans lesrevues du S.C.L. et du dpartement de gographie de lUniversit Libanaise (Hannon). Des tudeshydrogologiques,gomorphologiquesetgologiquesonttpubliessurlekarstduLiban,constituantainsi un recueil dinformations utiles notre recherche. A cela sajoutent les bulletins du clubsplologique du Groupe dEtudes et de Recherches Souterraines du Liban (G.E.R.S.L.) et plusrcemment, les publications de la revue de lAssociation Libanaise dEtudes Splologiques (A.L.E.S.)(Splorient).

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Figure1.12.LesprincipalesthsesetrapportssurlesaquifreskarstiquesetlagomorphologiekarstiqueduLiban(C.Nehme).

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HormiscetteconnaissancecroissantedescavitsduMontLiban, la recherche sur lekarst sestpluttorienteverslamiseenvaleurdelaressourceeneau,afinderpondreauxbesoinseneaupotabledeszonesurbaineslittorales(Figure1.12.).Plusieurstudesonttentamesdanscetteperspectivedepuislesannes1960:I.AbdelAl(1967),R.Kareh(1967),M.Bakic(1972),B.Hakim(1975)etM.Majdalani(1977).Jusquedanslesannes1975,lestravauxdirigsparS.Karkabi(1962,1963,1963a,1963b,1967,1972,1990)dans lagrottede Jeita sinscriventdansunobjectifdevalorisationetdexploitationde laressourceeneau.A la findesannes1980,dautrestudesdirigesparB.Hakimet J.Loiselet (1971,1972) ont t menes avec lassistance du SploClub du Liban, dans le cadre de campagnes decolorationseffectuesdans la riviredeNahrelKalb, legouffredeFaourDraetceluideBaatra,Tannorne(HakimB.etKarkabiS.,1988).Ce rapide tatde lieuxdes recherches sur le karstdu Libanmet en avantdeux apports scientifiquesprincipaux: larichessedelhistoiregologiqueetclimatiqueduLibanquiacontribulagensedunkarst

voluetricheenformes. la secondeest lavaleur fonctionnelledukarst libanaiset sonpotentielde rechargehydrique,essentielspourlamiseenexploitationdelaressourceeneau.

Cettedescriptionglobaledesparticularitsstructurales,topographiquesetkarstiquesdumassiflibanaisnous a permis demettre en avant les atouts duMont Liban comme gosystme riche en formes etformations exo et endokarstiques,malgr les contraintes lies la topographie et la gologie.Cemassif karstique apparat comme un bel exemple tudier pour un essai de reconstitutionpalogographique,recherchequiatlonguementapprhendesurlesmassifskarstiqueseuropens.MalgrlepotentieldukarstduMontLiban,bienpeuderecherchesonttmenesdansunedimensiontout aussi intressante, celle de la valeur informationnelle que portent les formes et formationskarstiquespourlareconstitutionpalogographiqueetpaloenvironnementale.

Malgr lintrt des nouvelles tudes sur les paloenvironnements du Liban et de la rgion nordlevantine(DevelleA.L.,2005;DevelleA.L.etal.,2009,2010;GasseF.etal.,2011;HajarL.,2007;Hajaret al., 2011; Marriner et al., 2011), peu dtudes ont t menes sur lendokarst libanais et plusparticulirement sur les archives endokarstiques et la lecture des informations environnementalesinscrites dans le milieu souterrain (Figure 1.13.). Quelques rares travaux traitant des dptsendokarstiquesremontentlafindesannes1960.

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Figure 1.13. Les principales publications sur les paloenvironnements tablies sur divers types de carottages (C.Nehme).M. Lamouroux (1968), K.M.Creer et J.S. Kopper (1976), W.Farrand (1979) sont parmi les premierschercheurs ayant trait des dpts de lendokarst au Liban. En 1968, M.Lamouroux travaille sur lesincursionspdologiquesdanslagrottedeJeita.Lesprlvementsdedptsdtritiquesetbiologiquesetleuranalysechimiquervlent lerledeseauxacides infiltresdans laformationet lacompositiondeces remplissages. K.M. Creer et J.S. Kopper ont suivi une approche diffrente, pour une finalitconcernantundomainetrspointu:retracer lesoscillationsmagntiquesde laTerredurant les50.000derniresannespasses.Cesdonnes,inscritesdanslesremplissagesdtritiques,ontfaitlobjetdunerecherchemenepartirdedptsdtritiquesdetroiscavitssituesenMditerrane(JeitaauLiban,lesgrottesdeHermitsetdArbredaenEspagne).Lesdonnesextraitespartirdecesdptsontt

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corrlesunchantillonsdimentaireprlevdesfondsmarinsdelamerNoire.Enfin,destudesplusrcentesontt faitessurunsplothmede lagrottede Jeita:ellesontpermisdeposerdes jalonssolidessurleclimatpassduLevantdepuislHolocne(NaderF.H.,2007;VerheydenS.etal.,2008).Lesdatations haute rsolution et les mesures des isotopes O18 et O13 sur ce splothme ont tcomparesauxdonnesissuesdegrottesenIsral.EllesontpermisdeconfirmerdesphasesclimatiquesdhumiditetdescheressedurantlHolocnedanslargionlevantine.Lepassageenrevuedecestravauxmontreque lesrechercheseffectuessur lesdpts(dtritiquesetcarbonats) de lendokarst sont certes rcentes. Ponctuelles sur un type de dpt ou sur uneproblmatiquedonne,cesrecherchesnabordentpaslendokarstdanssonensemble.Ilexiste,parailleurs,unautrecueil: ladocumentationsplologiquedescavitsduLiban , fortbienlaboreparailleurs,selimitetropsouventlaseuledescriptiondesgrottesetest,defait,peuutilisablepour relever les formes et formations susceptibles dtre des vecteurs dinformationsgomorphologiques.Ainsi, la diversit des morphologies karstiques, en particulier endokarstiques, et leur potentielinformationnel sont un atout important lenrichissement de la connaissance gologique etgomorphologique des massifs karstiques du Liban. Lendokarst, par sa capacit prserver lesmorphologiesetlesdptsdelrosionextrieure,estunchampdobservationricheenenseignementsmorphogniques.LesrecherchessurlendokarstduLibanrestentencoreunchampdtudenonexploit.Cestdans le cadrede lobjectifdoptimiser la valeur informationnellequepeut fournir lendokartduLiban que nous posons les premiers questionnements de cette recherche doctorale : quels sont lesapportsduMontLiban,commechanedemontagnekarstique,danslesenseignementsmorphogniquesetdes environnementspasssde cette rgion?Notre recherche sest focalise sur le karstduMontLibancentral,rgionassezreprsentativedupaysagekarstiquemditerranen.Cettergionconcentre,elleseule,lessentieldesgrotteslesplusemblmatiquesduLiban(Jeita,Kassarat)quisedveloppentlelongdesvalleskarstiqueslittorales.Ladiversitendokarstique,dunepart,etlarichessedesenvironnementsduMontLibancentral,dautrepart,attribuentcettergionkarstiqueunrledenregistreurperformantdesphasesmorphogniquesdesvalleslittoralesetdesvariationsenvironnementalespasses.Cestpartirdececonstatquenotreproblmatiqueposecommeobjectifdedmontrer:"Lapport des enseignements de l'endokarst du Mont Liban central dans la reconstitution desenvironnementspasssetdesphasesmorphogniquesdesvalleskarstiqueslittorales".Cette recherche vise, non seulement retracer les traits de la morphogense des valles karstiqueslittorales, mais aussi reconstituer les phases gnrales des environnements successifs qui ontconditionnlemodelkarstique.Outre la contribution que peut apporter ltude de lendokarst dans la connaissance des palogographies et paloenvironnements des valles du Mont Liban central, notre recherche doctoralesinscritdansunesecondeperspective:aborderlekarstselonunedmarchemthodologiquedeplusenplusappliqueauxkarstseuropens,maisnouvelledanslecasduLiban.Unebasededonnesdudveloppementcaverneuxatcomplteen ,suiteauxtravauxdeB.(akim, de (. AbdulNour et des prospections rcentes de l Association Libanaise d EtudesSplologiquesetduSploClubduLiban.

PartieI

Cette dmarche mthodologique se veut tre fonde sur lapprhension de lendokarst dans sonensemble, dans son contenu et dans sa forme. Ensuite, les enseignements dgags de lanalyse desformes et des formations endokarstiques seront confronts aux moteurs gologiques, eustatiques,climatiquesetenvironnementauxquilesontcontrls.Lendokarstseraalorsreplacdanssoncontexte,pourendgagerlesenseignementslislvolutiondukarstrgionaletcelledelenvironnementquila conditionn. Enfin, la reconstitution gomorphognique sera replace dans le cadre gologiquergional.Lavrificationdecetteapprochedansuncontextediffrentdeceluideskarstseuropensseraitunexercicemthodologiquequisapprtemontersonefficacitdans lenseignementmorphogniqueetpaloenvironnementalpartirdelendokarstduLiban.

IIILESSITESDETUDES

3.1. LESRAISONSDUCHOIXDESSITESRETENUSNotre recherche doctorale sinscrit dans une dmarche globale et/ou intgre pour apprhenderlendokarst,partirdesrseauxsplogniquesjusquaukarstdanssonensemble.Notrecontributionseveutcomplmentairedestravauxrcents(NaderF.H.etal.,2007;NehmeC.,2007;VerheydenS.etal.,2008;JabbourGdonB.,2009b)autourduncentredegravitdessencegomorphologique.Lacomplexitdesprocessusgomorphologiquesetgologiquescontrlant lamorphogenseduMontLibandonne cet espace restreintunepersonnalit gographiquedifficile apprhender enun seultrait.Decefait,nousavons limitnotredomainedtudeauxvalleskarstiquesduMontLibancentral,notammentcellesduNahrAntliasetduNahrelKalb.Cechoixobitplusieurscritres: cesdeuxvalleskarstiquessinscriventdansunmmecadregographique:ellesconstituentun

domaine cohrent dans la mesure o une mme nature gologique et un cadregomorphologique similaire rendent comparables les donnes qui sont extraites de lanalyseendokarstique.Eneffet, lesgrottesetrseauxsedveloppentdans lesterrains jurassiques,surlesflancsdesvalles,faceaumuraptioalbienaffectpar laflexureoccidentaledumassif.Cesrseaux se trouvent proches du littoral, ce qui permet de mieux cerner, a priori, leursfluctuationsetleurrleventueldanslakarstogense.

lareprsentativitdecesdeuxvallestypiquesdukarstmditerranen:leclimatestcaractrisparunescheresseestivalemarque,unegrandevariabilitdesprcipitationset la frquencedesaversesbrutales.Lergimedesfleuveslittorauxestmarquparunasschementquasitotaldurant ltetunrgimetorrentieldurant lessaisonsdecrues,participantainsi lrosiondessolsetaureculdesversantsdesvalles.

PartieI

ladensitdecavitsenavaldecesdeuxcanyonsetledveloppementderseauxactifsavecplusde5kmdegaleries:ceciconstitueunpointparticulierauxvallesduNahrelKalbetduNahrAntlias.Un teldveloppementdun rseauendokarstiquedenseet concentrenavalde cesvalles et proche de la mer Mditerrane ne se trouve nulle part ailleurs le long du littorallibanais.Eneffet, lavalde lavalleduNahrelKalbestalimentpar lariviresouterrainede lagrotte de Jeita, avec plus de 10 km de galeries. Elle se dveloppe paralllement au rseauhydrographiqueextrieuret lariviresouterrainerejointceluici60mdaltitude,aupointdelexurgence du systme. Dautres grottes sont galement prsentes de part et dautre de lavalleetplusieursaltitudes.LammeobservationestsoulignerdanslavalledAntliasavecledveloppementde lagrottedelKassaratetses4,6kmdegaleries.Cerseauestcaractrisparune riviresouterrainequiexsurge33mdaltitudepour rejoindre leNahrAntlias.SeptautresgrottessontgalementprsentesdanslabassevalledAntlias.

3.2. PRESENTATIONDESSITESLechoixduterraindtudequesontlesbassesvallesduNahrelKalbetduNahrAntlias(Figure1.14.),situes dans le MontLiban central, est li la richesse de ces deux sites en dveloppementendokarstiqueetladiversitdeleursformesetcontenuskarstiques,ainsiqulabonnedocumentationenmatire dtudes gologiques et gomorphologiques. Lhistoire de loccupation humaine est aussiomniprsentedanscettepartiedumassif(YazbeckC.,2004).EllestenddepuislaPrhistoirejusqulasituationdepressionanthropiqueactuelle.

Figure1.14.CartemorphostructuraledelargionbordireduMontLibancentralaveclalocalisationdessitesdtude.

PartieI

3.2.1. LAVALLEEDANTELIASSitue10kmaunorddeBeyrouth, lavalleduNahrAntlias(Figure1.15.)marque lafinde labaieSaintGeorges.Uncoursdeau intermittentestalimentparunbassinversantde22km2,lundespluspetitsdesfleuvesplusoumoinspermanentsduLiban.Sonrgimedcoulementesttorrentielpendantlhiver,maislefleuveseretrouvecompltementasschdurantlt,mmedanslapartieavalaudeldelasourcedAntlias.Contrairementlafaiblecontributiondelcoulementsubariendanslabassevalle dAntlias, lcoulement souterrain draine un bassinversant hydrogologique beaucoup plusimportant(LabakyW.,2005)etagnrdesrseauxsouterrainsdvelopps,telqueceluideMgharetelKassaratavec4.648mdegaleries(KaranouhR.etal.,2004).Cequiestintressantrelever,cestquelebassinversantdesurfaceetlebassindalimentationhydrogologiquenesesuperposentpas.Lapartie amontdubassinversantduNahrBeyrouth contribue alimenter le karst souterrainde labassevalledAntlias,daprs lesdonnes issuesdes campagnesde colorationseffectuesdans lesgouffresdeFaourDra(LoiseletJ.,1971;HakimB.,1978,1988)etdeQattineAzar(LabakyW.,2005).

La valledAntliasest,par ailleurs,particulirement richeen cavits activesetdautresfossiles.Nous retrouvons plus de 8 grottes au total, selon la base de donnes de lA.L.E.S. (2009), savoir:lexsurgencedeNabaaelChataouieh (800m,actuellementcolmate), lagrottede lOurs (600m), lesystmedelKassarat (4648m), lagrotteKanaan (160m), lagrotte22april (103m), lagrottedeDahr(15m)lagrottedAntlias(40m),legouffreHobeika(actuellementbouch).

Figure 1.15. La valle dAntlias fortement anthropise. Le rseau de la grotte del Kassarat se situe sous leplancherdelacarrire(ClichC.Nehme).Lanthropisationdecettezoneadtruitunegrandepart