Les stalactites et stalagmites font partie des merveilles naturelles les plus spectaculaires. Lorsqu'on y pénètre, on se retrouve souvent au milieu d'une forêt de colonnes de pierre bizarres, dont les plus visibles portent dans de nombreux pays des noms fantaisistes comme «Geburtstagskuchen» ou «Teufelsfinger». Mais en réalité, derrière cette apparente diversité de formes, il n'y a que trois formes de base, elles-mêmes issues d'un seul chiffre. C'est la conclusion à laquelle est parvenu un groupe de travail dirigé par Piotr Szymczak de l'université de Varsovie en utilisant un modèle mathématique de stalagmites en croissance. Comme le rapporte l'équipe dans la revue «PNAS», dans une grotte idéale poussent soit des colonnes étroites, soit des cônes effilés, soit de larges plateformes à surface plane. La forme qui se forme dépend du nombre de Damköhler, qui est calculé à partir de grandeurs physiques. Le modèle permet en outre d'obtenir des données climatiques plus précises à partir des stalagmites, écrivent les spécialistes.
Les formations rocheuses fascinantes des stalactites et des stalagmites sont le résultat d'un processus relativement simple. L'eau qui s'infiltre dans le sol absorbe le dioxyde de carbone des organismes vivant dans le sol et devient ainsi plus acide. Plus profondément dans la roche, elle dissout ainsi le carbonate de calcium. Lorsque l'eau pénètre finalement dans la grotte, le dioxyde de carbone se dégage à nouveau et le calcaire ne peut plus rester dissous. C'est ainsi que le carbonate de calcium forme des structures impressionnantes qui rappellent des cascades ou des cathédrales, des stalactites et des stalagmites. Comme l'équipe de Szymczak l'a déterminé à l'aide de calculs détaillés, la forme de croissance des stalagmites dépend de trois facteurs seulement : la vitesse à laquelle le calcaire de l'eau se dépose sur les surfaces, la surface de la base de la stalagmite et la vitesse à laquelle l'eau s'écoule du plafond. Si l'on divise les deux premières grandeurs par la troisième, on obtient le nombre de Damköhler.
Si les conditions dans la grotte restent constantes, des stalagmites effilées se forment pour les nombres de Damköhler inférieurs à un, tandis que des stalagmites à pointe plate se forment pour les nombres de Damköhler supérieurs à un, et des colonnes à pointe à peu près semi-circulaire se forment pour les nombres de Damköhler proches de un. Les spécialistes font toutefois remarquer que le modèle présente quelques faiblesses. Il ne fonctionne que si les stalagmites sont recouvertes d'un film d'eau continu, ce qui n'est pas toujours le cas. De plus, les conditions dans les grottes changent avec le temps. Mais cela rend le résultat plus pertinent. Les formations rocheuses des stalactites et des grottes, qui se sont développées pendant des milliers d'années, sont également utilisées comme archives climatiques, en examinant leurs anneaux de croissance «» , par exemple pour y déceler des changements de composition isotopique. Le nombre de Damköhler, qui dépend du débit d'eau et de la concentration en dioxyde de carbone, peut également permettre de tirer des conclusions sur le climat passé à partir de la forme.
