Schémas dynamiques et résilience du CO₂ de l’air des grottes sous les perturbations touristiques dans le géoparc national de Lushan, nord de la Chine

Mondes cachés sous nos pieds

Les grottes ne sont pas que des attractions touristiques spectaculaires ; elles font partie intégrante du système climatique de la Terre. L’air qui les remplit stocke et transporte du dioxyde de carbone (CO₂), le même gaz qui pilote le changement climatique mondial. Cette étude de la grotte Jiutian, dans le nord de la Chine, pose une question d’actualité : à mesure que le nombre de visiteurs augmente dans les grottes aménagées, qu’advient-il du fragile équilibre du CO₂ souterrain, et à quelle vitesse la grotte peut‑elle se rétablir une fois les foules parties ?

Une grotte particulière sous surveillance scientifique

La grotte Jiutian se situe dans le géoparc national de Lushan, en climat tempéré du nord de la Chine. C’est un couloir unique de plus de 600 mètres de longueur, avec une entrée principale et de vastes salles ornées de stalactites, stalagmites et autres formations minérales. La grotte reste proche de 15 °C toute l’année, tandis que l’air extérieur varie entre des hivers glacials et des étés chauds. Au‑dessus, une couche mince de sol riche en racines et en vie produit du CO₂ qui s’infiltre par les fissures de la roche, alimentant lentement l’air souterrain. Comme Jiutian est une destination touristique populaire ouverte toute l’année, elle offre un laboratoire naturel pour observer comment les visites humaines perturbent ce réservoir carboné souterrain.

Comment les scientifiques ont suivi la respiration de la grotte

De mars 2023 à janvier 2025, les chercheurs ont installé des instruments à quatre points le long du parcours touristique, de l’entrée jusqu’à la salle la plus profonde. Toutes les 10 minutes, ils ont enregistré le CO₂ de l’air de la grotte, la température et l’humidité. À l’extérieur, une station météorologique mesurait les conditions atmosphériques, les précipitations et les propriétés du sol, et des capteurs enfouis suivaient le CO₂ du sol. L’équipe a également obtenu les données des billets électroniques pour 2024 afin de connaître le nombre quotidien de visiteurs, en particulier pendant les grandes fêtes chinoises comme le Nouvel An lunaire, la Fête du Travail et la Fête nationale, quand l’affluence explose. Avec ces mesures à haute fréquence, ils ont pu distinguer les lentes variations saisonnières et les sauts rapides de CO₂ liés au tourisme.

Fluctuations naturelles, et pics dus aux visiteurs

Au fil des saisons, la grotte Jiutian se comporte comme un poumon connecté au paysage sus‑jacent. Le CO₂ du sol est plus élevé pendant les mois chauds et humides, et ce schéma se retrouve dans l’air de la grotte, avec toutefois un retard d’environ deux à trois semaines pendant que le gaz migre vers le bas à travers la roche. Plus en profondeur, les concentrations de CO₂ sont généralement plus élevées et plus étroitement liées au CO₂ du sol, tandis que près de l’entrée les vents extérieurs et les variations de température perturbent le signal. Par‑dessus ce rythme naturel, l’équipe a observé des pics dramatiques et éphémères de CO₂ coïncidant avec les périodes de forte affluence. Lorsque les visiteurs respirent dans des espaces confinés, ils rejettent du CO₂ supplémentaire qui peut faire passer les concentrations de quelques milliers de parties par million à plus de 20 000, bien au‑dessus de l’air extérieur.

Temps de rétablissement de la grotte

Une fois les fêtes terminées et les tourniquets calmés, la grotte a commencé à se rétablir, mais toutes les zones ne répondent pas de la même façon. La température et l’humidité reviennent rapidement, souvent en moins d’un jour, les parois absorbant la chaleur et l’eau de percolation restaurant l’humidité. Le CO₂, en revanche, met beaucoup plus de temps à redescendre. Près de l’entrée, les concentrations peuvent revenir proches des niveaux normaux en environ une semaine. Dans les salles profondes, où la circulation d’air est faible et l’air plus froid, les masses d’air peuvent stagner ; des concentrations élevées de CO₂ peuvent persister deux à trois semaines voire davantage, et parfois ne jamais revenir complètement aux niveaux d’avant les fêtes avant la perturbation suivante. L’étude montre que deux facteurs importent surtout : le nombre de visiteurs consécutifs (plus de 100 personnes par jour pendant au moins quatre jours d’affilée déclenche un fort cumul de CO₂), et la saison qui influence la ventilation naturelle. En hiver et pendant les mois frais, les différences de densité entre l’air intérieur et extérieur créent des flux plus forts par l’entrée, aidant à évacuer le CO₂ ; en été, la ventilation s’affaiblit et la récupération ralentit.

Préserver la santé des grottes pour la science et les visiteurs

Pour les non‑spécialistes, le message principal est simple : l’air des grottes est étonnamment sensible à notre présence. Le CO₂ de la grotte Jiutian provient principalement du sol vivant qui la recouvre, mais les périodes de fort tourisme ajoutent de grosses impulsions que la grotte n’évacue que lentement. En limitant le nombre de visiteurs quotidiens, en répartissant les visites dans le temps, en réduisant la durée des séjours dans les salles les plus profondes et en favorisant les saisons à forte ventilation comme l’hiver pour les pics de fréquentation, les gestionnaires peuvent protéger ces milieux souterrains fragiles. Cela préserve non seulement la beauté appréciée par les visiteurs, mais aussi le rôle de la grotte comme archive naturelle de l’histoire climatique et comme petite — mais réelle — composante du cycle du carbone terrestre.

Citation: Peng, S., Liu, W., Zhang, T. et al. Dynamic patterns and resilience of cave-air CO₂ under tourism interferences in the Lushan National Geopark, north China. npj Herit. Sci. 14, 31 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02306-z

Mots-clés: tourisme spéléologique, dioxyde de carbone, grottes karstiques, ventilation des grottes, résilience environnementale