Dans la grotte de Cacahuamilpa, près de Taxco, au Mexique, Victor-Hugo Garduño-Monroy s’est aperçu que d’énormes stalagmites étaient tombées au sol. Pourrait-il y avoir un lien entre des séismes survenus il y a très longtemps et ces stalagmites brisées? Afin de valider son hypothèse, le professeur mexicain a fait appel à des collègues québécois du Département des sciences de la Terre et de l’atmosphère: le professeur Daniele Pinti, spécialiste de la géochimie isotopique, l’agent de recherche Bassam Ghaleb, spécialiste de la datation par l’uranium-thorium, et le professeur Alain Tremblay, spécialiste de la tectonique.
Lors d’un premier échantillonnage, en février 2013, Daniele Pinti et Bassam Ghaleb ont déterminé que l’une de ces stalagmites, baptisée GC, avait au moins 1000 ans. «Cela correspond à la période d’effondrement de la civilisation des Mayas, pour laquelle plusieurs hypothèses ont été avancées, dont celle d’un tremblement de terre majeur… Sauf qu’un seul échantillon daté ne suffit pas sur le plan scientifique», souligne la doctorante Pauline Méjean, qui s’est jointe au projet quelques mois plus tard.
Formée au GEOTOP, Pauline Méjean est spécialisée en datation par l’uranium-thorium, deux éléments radioactifs qui permettent d’obtenir des âges isotopiques sur des formations carbonatées. Sa thèse, sous la direction du professeur Pinti, porte sur la quantification et la caractérisation des ressources en eaux souterraines du Québec. «J’étudie plusieurs bassins versants en Abitibi et dans les basses terres du Saint-Laurent, précise-t-elle. J’utilise des outils de datation isotopique afin de connaître les âges de ces eaux souterraines. On m’a demandé d’utiliser les mêmes outils isotopiques sur les stalagmites. Ce fut un excellent complément à ma formation.»
Une grotte gigantesque
La jeune chercheuse a participé à la seconde campagne d’échantillonnage en juin 2013. «Nous avons d’abord effectué du travail de repérage et de cartographie, car il n’existait à peu près pas d’informations sur la grotte de Cacahuamilpa dans la littérature scientifique mexicaine», dit-elle. Cette grotte gigantesque, qui fait deux à trois kilomètres de long, a été découverte en 1834, ouverte au public en 1922 et aménagée avec visites guidées en 1967. Elle aurait été creusée par une rivière qui s’est ensuite retirée. «Pour que des stalagmites se forment, il ne faut plus qu’il y ait d’eau et il faut que la grotte soit ouverte à l’air libre», précise Pauline Méjean.
Comme on le sait, les stalagmites (qui montent du sol contrairement aux stalactites qui pendent du plafond) se forment à partir des gouttelettes d’eau chargées de minéraux qui tombent du plafond de la grotte. «En tombant, le CO2 se dégage et on obtient une précipitation de carbonate. La stalagmite se forme une goutte à la fois, une couche à la fois. Pour la datation, nous échantillonnons le bout, c’est-à-dire la dernière couche de carbonate précipitée avant la chute de la stalagmite.»
Les chercheurs ont sélectionné deux stalagmites qui étaient brisées et tombées au sol. Ils les ont nommées CC-A et CC-B. Chacune, d’un diamètre d’environ un mètre, pointait dans une direction différente. «Nous les avons choisies car nous savions où étaient leurs bases. Une avait roulé non loin, l’autre était en face de sa base, laquelle était légèrement inclinée», note la doctorante.
Les chercheurs ont procédé à l’échantillonnage du sommet de ces deux stalagmites et les ont datées. «CC-A aurait 28 000 ans et CC-B 88 000 ans. C’est la première fois que l’on publie des âges obtenus sur des stalagmites au Mexique», précise la chercheuse.
Avec ces résultats, les chercheurs peuvent affirmer que cette grotte est ouverte à l’air libre depuis au moins 88 000 ans. «Les morceaux tombés au sol des stalagmites que nous avons échantillonnées faisaient jusqu’à quatre mètres de long. Autour de nous, nous observions des stalagmites intactes de 15-20 mètres de haut. On peut s’imaginer que la grotte existe depuis encore plus longtemps», souligne Pauline Méjean.
La piste sismique
Plusieurs causes peuvent expliquer la chute d’une stalagmite. «Nous les avons réfutées une par une, précise la doctorante. Les glaciers n’ont jamais envahi cette grotte, trop haute en altitude, et les animaux qui peuvent y accéder sont trop petits pour avoir causé ces dommages. L’activité humaine n’est pas non plus une cause plausible, car nous n’avons pas décelé de traces d’impact. Il nous restait la sismicité.»
Les chercheurs ont amorcé l’étude des séismes anciens dans la région et ils explorent également la piste de l’activité volcanique, car le Nevado de Toluca, à proximité de la grotte, est un volcan actif dans l’histoire du pays. «Ça demeure pour l’instant une hypothèse de recherche, précise Pauline Méjean. Il faudra visiter d’autres grottes et échantillonner plus de stalagmites pour pouvoir s’en servir comme outil de paléo-sismologie.»
Les résultats de ces recherches ont été publiés dans le Journal of South American Earth Sciences. «C’est une publication locale, mais c’est très important pour le Mexique, car il existe peu d’études sur les grottes de ce pays et sur leur potentiel pour retracer les événements sismiques et climatiques passés», précise la doctorante.
Au Mexique, le professeur Garduño a obtenu des sommes importantes pour poursuivre les études dans la grotte de Cacahuamilpa. À l’UQAM, le professeur Pinti a demandé d’autres subventions et il est probable que Pauline Méjean retourne en mars prochain échantillonner d’autres stalagmites. «Des chercheurs en paléoclimatologie du GEOTOP s’intéressent également à nos travaux. Bref, nous avons posé les bases d’un projet de collaboration entre les chercheurs de l’UQAM et ceux du Mexique, qui se poursuivra au cours des années à venir», conclut la doctorante, qui espère déposer sa thèse en décembre.