Éteindre un terril en combustion
Au pays où les hommes ont creusé des puits et construit des montagnes de remblais, l’échauffement d’un schistier peut devenir dangereux, en raison du monoxyde de carbone et du dioxyde de soufre dégagés dans l’atmosphère. Et des risques de brûlures parfois mortelles s’y l’on s’aventure sur ces terrains devenus instables et incandescents. Le géologue Yves Paquette revient sur le confinement du terril en combustion de la carrière Simon à Schœneck, près de Forbach.
[Première diffusion le 6 octobre 2012]
En janvier 2000 un « Beechcraft » embarquant les équipements de mesure du
Laboratoire National d’Essai, volant à 2 000 pieds, permet
d’obtenir cette image colorisée des températures de surface du
schistier de Schœneck, en Moselle.
Cliquer sur les images pour les agrandir. Reproduction interdite
Lorsque le schistier de 3,5 millions de mètres cubes de la carrière Simon a présenté les premiers signes de son feu intérieur, la population a eu froid dans le dos en apprenant le risque qu’une telle combustion pouvait entraîner pour la santé publique. L’auto-échauffement des matériaux issus d’un ancien lavoir à charbon est resté dans les esprits, une dizaine d’années après le traitement de choc qu’il a nécessité. Une opération d’abord engagée par les Houillères du Bassin de Lorraine qui, devant l’ampleur du phénomène, ont demandé l’assistance des spécialistes de l’Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques (INERIS créé en 1990 à partir des équipes du CERCHAR, ancien Centre d'études et de recherches des Charbonnages de France).
Expert de ce type de situations, le géologue Yves Paquette est alors venu prendre les choses en mains et sa solution s’est imposée. Aujourd’hui, il estime que « le confinement intégral du schistier en combustion, sous plus de 600 000 mètres cubes de sablons a rempli parfaitement ses objectifs en supprimant les émissions de fumerolles et la stagnation des fumées dans la carrière lors des périodes d’inversion thermique. Sans défournement ni manipulation de produits chauds, dit-il, cette solution a eu pour avantage de ne générer aucune poussière ni fumée pendant les travaux. Elle a pu se dérouler dans des conditions de sécurité optimales pour les opérateurs. Et elle a permis par ailleurs de traiter le site au plan paysager et de stabiliser à long terme le grand talus du schistier en abaissant sa pente de 35 à 27 degrés ».
Initialement, le terril construit de 1986 à 1997 s’est présenté sous la forme d’une vaste plate-forme d’une longueur en crête de 400 m, profonde de 200 m, appuyée au sud et à l’ouest sur les flancs de la carrière. Le talus était haut de 50 à 60 m.
Le brouillard chargé de gaz avait envahi la carrière et incommodé la population.
Pourquoi il brûle...
Yves Paquette revient sur l’historique du phénomène de Simon. Des
auto-échauffements chroniques des schistes ont pris de l’ampleur à partir de
1998, sur une bonne partie du flanc exposé à l’air et aux intempéries. «
L’infiltration des eaux de ruissellement et le lessivage des matériaux fins a
permis l’oxydation des pyrites [sulfure de fer pouvant contenir des traces de
plomb, de cuivre, d’arsenic, de zinc, de nickel…, ndla] et des charbons contenus
dans le dépôt. Ces réactions exothermiques ont déclenché l’auto-combustion des
matériaux carbonés, combustion entretenue ensuite par leur teneur en matières
volatiles relativement élevée. La teneur en cendres des schistes de Simon est de
l’ordre de 75%, avec un pouvoir calorifique supérieur estimé à 1 200 kth/tonne
».
Début 1999, les foyers ont commencé à dégager d’abondantes fumées et à se
généraliser à l’ensemble de la crête du schistier. Les premiers travaux de
confinement ont été réalisés par les HBL avec l’apport de 30 000 mètres cubes de
sables argileux en provenance de la carrière de Freyming-Merlebach ou de
chantiers de terrassements locaux, utilisés pour masquer sur une épaisseur 50
centimètres à 1 mètre les hauts de talus et le bord de la
plate-forme.
Décembre 1999.
Au cours de l’hiver 1999-2000, des foyers sont apparus dans la zone centrale, en partie basse du talus, là où la granulométrie des matériaux est la plus forte. Attisés par les rafales de vent, ces foyers ont accru le volume des fumées et provoqué de sérieuses nuisances olfactives pour les riverains.
« S’ajoutèrent à ces désagréments des désordres environnementaux plus sérieux liés à l’envahissement total de la carrière par les fumées produites lors des classiques inversions thermiques en période hivernale. L’excavation a été plusieurs fois – entre novembre 1999 et mars 2000 – intégralement noyée dans un brouillard matinal, chargé de fumées et de monoxyde de carbone, qui ne se dissipait que vers midi. Ce brouillard stagnant débordait de la carrière et enveloppait les abords, menaçant plus directement un lycée technique situé en bord de crête au sud-est.
Les teneurs en monoxyde de carbone mesurées à cette occasion dans l’atmosphère aux abords de la carrière, atteignaient pendant quelques heures des valeurs de 15 à 20 ppm. Elles dépassaient 100 ppm dans la carrière. Les analyses de gaz ont également révélé, pendant ces périodes de stagnation des fumées, 4 à 5 ppm de dioxyde de soufre ainsi que des traces d’hydrogène sulfuré ».
Une télésurveillance renforcée du site a été mise en place par caméra vidéo et par quatre têtes de mesure de CO, reliées au télévigile des Houillères du Bassin de Lorraine.
L’apport de sable extérieur au site a repris au dernier trimestre 1999 (43 000 mètres cubes) pour tenter de contenir les foyers en partie basse. Les matériaux étaient poussés au bouteur depuis le haut du talus sur le flanc, pour former une grande coulée épaisse de 1 à 3 mètres et large d’une cinquantaine de mètres. « Malheureusement, les foyers ainsi recouverts se sont rapidement déplacés latéralement de part et d’autre du masque pour retrouver les entrées d’air (effet cheminée) et le volume des fumées ne s’est pas atténué » explique Yves Paquette.
Au cours du premier semestre 2000, des mesures conservatoires préconisées alors par l’Ineris ont consisté :
- à réaliser un premier masque du pied de talus (22 mètres de haut, 400 mètres de long, 115 000 mètres cubes) dans les secteurs les plus émissifs du fait de la forte granulométrie, à partir de sablons extraits sur le site même de l’ancienne carrière de Simon
- à projeter sur le reste du flanc une coque de béton projeté épaisse d’une vingtaine de centimètres (soit au total 10 300 mètres cubes d’un coulis de cendres volantes et de ciment), à partir d’une nacelle, pour une première action rapide d'étanchéitification
- à poursuivre les apports de sablons extérieurs au site pour continuer à masquer les foyers en crête (20 000 mètres cubes).
En première urgence, projection de béton pour étancher
rapidement les secteurs en échauffement, au premier semestre 2000.
rapidement les secteurs en échauffement, au premier semestre 2000.
Thermographie aérienne (Laboratoire National d’Essais)
et carte des sondages au
sol.
La cartographie des températures de surface a été obtenue le 19 janvier 2000
par la thermographie aérienne effectuée par le Laboratoire National d’Essais,
plus précisément par une analyse de la température réfléchie au scanner
multispectral.
Un “Beechcraft” de la direction générale de l’aviation civile spécialement équipé par le LNE est venu survoler le site à une altitude d’environ 2 000 pieds, à une vitesse 100 nœuds sol et par une température de l’air de 4°C, tandis qu’au sol, 30 sondages profonds de 30 à 80 mètres ont été ensuite réalisés en deux campagnes, équipés pour la mesure des températures internes à l’aide de sondes thermocouples.
« Ces investigations ont révélé qu’une grande partie du schistier était en combustion, avec des températures internes de 50 à 90°C, pouvant localement s’élever à 150-300°C sur les flancs plus ventilés. Le foyer principal était situé en pied de talus, dans la zone centrale, là où l’on avait commencé à masquer les zones les plus émettrices de fumerolles » déclare encore Yves Paquette : « Les solutions de traitement classique par défournement total ou partiel devenaient dès lors prohibitives, tant techniquement que financièrement, vu l’importante masse de produits échauffés, outre le risque pour les opérateurs de manipuler des matériaux incandescents ».
... comment on l'éteint
« La solution de mise en sécurité du site finalement retenue fut le confinement
intégral du dépôt sous des sables limoneux utilisés en butée du grand talus et
en recouvrement de la plate-forme. L’objectif du traitement était de supprimer
les nuisances environnementales en réduisant les entrées d’air et le volume des
fumées émises et en abaissant les températures internes de combustion ».
Extrait sur le site même de l’ancienne carrière, le sable a été mis en place par tranches montantes de 30 centimètres soigneusement compactées. Les travaux de terrassements en grande masse (mise en place de 490 000 mètres cubes de sablons compactés sur le dépôt) ont été réalisés entre juillet et octobre 2000, avec des cadences moyennes hebdomadaires, sur deux postes de travail, de 30 500 mètres cubes par semaine.
« Le talus du schistier a été masqué par une grande risberme (pente intégratrice de 27°) avec trois banquettes drainantes intermédiaires, larges de 5 mètres, réglées pour permettre une bonne gestion des eaux de ruissellement : contre-pentes amont et latérales de 2%, mise en place de cunettes souples en géotextiles imprégnés de bentonite, et de descentes d’eau en tuiles de béton emboîtées.
La risberme a été dimensionnée de manière à obtenir une épaisseur de masque en crête de 2,5 mètres, soit près de 15 à 20 mètres d’épaisseur à la base du talus, au droit des parties les plus perméables et les plus chaudes. Sa stabilité a été contrôlée vis-à-vis du risque de rupture circulaire, pendant la phase des travaux, ainsi qu’à long terme, pendant et après ennoyage de la carrière ».
L’épaisseur de sables limoneux mis en place sur la plate-forme est d’au moins 1,50 mètre. Son modelé avec contre-pente préserve le dépôt de l’érosion par les eaux de ruissellement.
Talus et la plate-forme ont été ensemencés de graminées par projection de graines et de fertilisants au canon à eau. La fétuque, le ray-grass et le trèfle jaune ont intégré le terril dans un paysage à couper le souffle.
Les foyers émissifs à forte température ont disparu avec le confinement et les températures internes, régulièrement mesurées dans le réseau de sondages de contrôle demeuré opérationnel, inférieures à 80°C pour la plupart, ont baissé en moyenne de 10 à 20°C entre 2000 et 2002. Le pronostic est une lente décroissance au fil des ans. Aucune odeur ni fumerolle n’est aujourd’hui perceptible, tandis que le système de télésurveillance des teneurs en monoxyde de carbone n’indique plus d’émission significative.
Le confinement intégral du schistier de Simon aura coûté 4 millions d’euros. L’essentiel de l’aménagement paysager de la carrière a été réalisé dans le cadre de cette enveloppe.
À terme, la carrière s’ouvrira aux loisirs avec un plan d’eau d’environ 30 ha. Il naît de la remontée de la nappe phréatique à la suite de l’arrêt des exhaures minières. Sa profondeur attirera les clubs de plongée qui actuellement se déplacent en Belgique et en Allemagne… Entre boire la tasse ou prendre un bol d’air, au choix ! Oubliés les gaz délétères.
Sylvain Post journaliste honoraire & auteur
avec Yves Paquette géologue minier
Le traitement par confinement du terril de l'ancien siège de Simon
a été réalisé par Yves Paquette (INERIS),
Court Tuleweit (HBL), Michel Audoin et Christophe Lac
(SEPIA, bureau d'ingénieurs conseil)
avec la contribution de Pierre Mentzer et Lucien Ditsch
(direction de l'unité d'exploitation "jour" des HBL),
M. Tomasina (Muller TP) et Jean-Jacques Henry (Henry SA).
Au plan national, le magazine professionnel Travaux et
la revue de la Société de l'Industrie minérale ont
largement ouvert leurs colonnes à cette opération.
a été réalisé par Yves Paquette (INERIS),
Court Tuleweit (HBL), Michel Audoin et Christophe Lac
(SEPIA, bureau d'ingénieurs conseil)
avec la contribution de Pierre Mentzer et Lucien Ditsch
(direction de l'unité d'exploitation "jour" des HBL),
M. Tomasina (Muller TP) et Jean-Jacques Henry (Henry SA).
Au plan national, le magazine professionnel Travaux et
la revue de la Société de l'Industrie minérale ont
largement ouvert leurs colonnes à cette opération.
Publié le 6 octobre 2012
Vue de la butée de pied initiale destinée à étancher les
parties les plus perméables du remblai, en mars 2000.
Avancement au mois de septembre 2000.
Vue générale du schistier de Simon et d’une partie de la carrière, en juillet 2003.
Décroissance régulière des températures relevées dans quelques sondages.
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