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Enjeux des
nouveaux
matériaux
métalliques
Recyclage
des matériaux
de construction
Remote
control and
automatisation
in Swedish
iron ore mining
page 6
page 48
page 60
L a r ev u e d u B RG M p o u r u n e Te r r e D u r a b l e
The review of BRGM for a sustainable Ear th
N° 1 >
JANVIER
2005
N°1 Ressources minérales
et développement durable
01
Edito - Philippe Vesseron - Président du BRGM
02
Introduction - Jacques Varet - Directeur de la rédaction
06
Les enjeux des nouveaux
12
Valorisation des terroirs
matériaux métalliques
et production
artisanale : l’exemple des potiers d’Auvergne
18
Bases de données et systèmes
d’information géographiques pour une gestion
durable des ressources minérales
24
Quelques aspects de l’ “après-mine”
30
Le rôle de la mine en
avant l’ère industrielle
36
Développement historique urbain et cavités
Europe
souterraines : gérer la ville en 3D en assumant
son passé.
42
48
Life Cycle Assessment (LCA) for the Metals
in the context of waste policy
Cycle
Recyclage des matériaux de construction :
les nouvelles filières pour préserver l’environnement
54
Mineral resources in Norway:
current status, future perspectives, and a new role
for the Geological Survey
60
Remote control and automation
in Swedish iron ore mining
66
Développement durable :
quelle place pour la mine
artisanale ?
72
Les cartes géologiques et minières, outils de
développement industriel : l’exemple de l’Afrique de l’Ouest
78
Points de vue croisés
80
Chiffres clés
81
Ressources minérales : les brèves du BRGM
En couverture : La carrière de talc à ciel ouvert la plus importante dans le monde à Trimouns, Ariège - France
The world’s largest working talc deposit. Trimouns – Ariège - France
©Groupe Luzenac - France
Dans un monde où la communication est reine, les
géosciences n’ont sans doute pas la place qu’elles
méritent :à l’heure où les dernières mines de charbon
ferment en France, notre société oublie vite que
son développement est largement conditionné
par le sous-sol, dans notre pays ou sur les autres
continents.
En vous présentant cette nouvelle revue, le BRGM
n’a d’autre ambition que de jeter un éclairage
nouveau sur ce domaine des sciences trop méconnu.
Curieusement, la fraction solide de la planète est
rarement prise en compte comme dimension du
développement durable. La terre solide constitue
pourtant une dimension fondamentale du fonctionnement et de l’équilibre de notre planète.
C’est dire que ce débat dépasse à l’évidence la
seule connaissance scientifique et touche aux
problématiques socio-économiques, culturelles,
environnementales. Il s’agit, de fait, d’un véritable
enjeu sociétal. Notre ambition est donc de
contribuer à répondre à ces champs nouveaux
d’interrogations qui questionnent notre modèle de
développement.
Notre publication n’est pas une revue scientifique supplémentaire. Elle se veut au contraire au
carrefour de différentes réflexions, de recherches
multiples, d’enjeux primordiaux mais parfois
contradictoires. Rédigée par des spécialistes
reconnus dans leur domaine, la revue veut toucher
un public bien plus vaste que celui des seuls
scientifiques, pour interroger le monde économique, associatif, les acteurs sociaux et tous ceux
qui se mobilisent autour des enjeux du développement durable. Il n’y aurait rien de pire que
d’emprisonner ces débats dans un langage réservé
aux seuls spécialistes car les questions posées
doivent impliquer le chercheur, l’élu et chaque
citoyen. Notre planète appartient à tous, le débat
doit donc être grand ouvert, chacun étant mieux
à même de former son propre jugement.
Notre revue entend également mettre en lumière
le formidable bouillonnement scientifique des
géosciences. Rarement un domaine scientifique
aura été autant exploré, analysé et autant révolutionné. Les nouvelles technologies, satellitaires
ou informatiques, ont profondément bouleversé et
fait progresser la connaissance de notre sous-sol.
Toutes ces innovations restent trop méconnues.
Fidèle à sa mission de recherche, d’expertise et
de service public, le BRGM entend contribuer à
l’enjeu essentiel que représente la diffusion de
l’information. Nous ferons pour cela appel aux
meilleurs spécialistes pour présenter dans des
numéros thématiques une approche aussi riche et
synthétique que possible de cette vaste question
du développement durable qui interpelle notre
société du XXIème siècle.
Dans ce premier numéro, nous avons cherché à
illustrer une première facette des géosciences :
exploitations minières, environnement industriel
ou artisanal, matériaux traditionnels ou de haute
technologie,recherches en cours...Au fil des numéros,
nous apporterons des éclairages nouveaux sur
d’autres secteurs, d’autres thématiques comme
l’eau, les risques, l’énergie... avec un langage que
nous souhaitons clair, vulgarisateur, illustratif mais
rigoureux et précis.
Cette nouvelle revue se veut donc avant tout un
outil de connaissance et donc d’action pour
mieux protéger l’Homme et la Nature.
Philippe Vesseron
Président du BRGM
Géosciences • numéro 1 • janvier 2005
édito
Un éclairage nouveau
pour les Géosciences
01
Affleurement d’un
filon de quartz avec
indices à cuivres
et or dans la région de
Zednes - Mauritanie
Exposed quartz vein with
copper and gold showings
in the Zednes region Mauritania
©BRGM im@gé - G. Stein
Janvier 2005 • numéro 1
Direction de la Communication et des Editions du BRGM - 3 av. Cl. Guillemin - 45060 Orléans Cedex 2 - Tél. : 02 38 64 37 84 - [email protected]
Directeur de la rédaction : Jacques Varet • Responsable du numéro ressources minérales : Jack Testard • Directeur de la publication :
Geoffroy Lehideux-Vernimmen • Comité de rédaction : BRGM, Loïc Beroud (Service Public), Christian Fouillac (Recherche), Jean-Claude
Guillaneau (International), Philippe Freyssinet (pollution, déchets), Hormoz Modaressi (risques naturels), Pierre Nehlig (géologie,
cartographie), Thierry Pointet (eau), Michel Villey (actions régionales) - Jean-Marc Lardeaux (professeur université de Nice), Michel
Vauclin (CNRS) • Secrétariat de rédaction : Elisabeth Collet, Pierre Vassal • Maquette et réalisation : EFIL Communication 02 47 47 03 20 •
Impression : Imprimerie Nouvelle - St Jean de Braye • ISSN en cours • Dépôt légal à parution. Toute reproduction de ce document,
schémas et infographies, devra mentionner la source “Géosciences, la revue du BRGM pour une Terre durable”.
ressources minérales et développement durable
Le développement accéléré de
ces deux derniers siècles est
largement dû à l’exploitation
intensive des ressources
minérales. Le développement
durable ouvre un nouveau
paradigme. Si des avancées
scientifiques et technologiques
considérables ont été réalisées,
la recherche doit encore
progresser afin que
l’exploitation des ressources du
sous-sol soit pleinement
compatible avec les objectifs du
développement durable
minérales
et développement
durable
P
armi les thèmes prioritaires relevant des problématiques du développement
durable, la question des ressources minérales n’est pas toujours prise en
compte. La “terre solide” constitue pourtant une dimension fondamentale
du fonctionnement et de l’équilibre de notre planète. Mais l’homme d’aujourd’hui
a tôt fait d’oublier que le développement extraordinaire des sociétés modernes a
avant tout reposé sur l’exploitation accélérée de ressources minérales.
Le “club de Rome” avait justement alerté sur ce point dans les années soixante,
mais les concepts qui ont suivi, à Stockholm en 1972, à Rio en 1992 et Johannesburg
en 2002, ont mis l’accent sur les questions environnementales et sociales plus que
sur la bonne gestion des ressources de la planète.
02
intro scientifique
Ressources
Jacques Varet
Directeur de la prospective
BRGM
[email protected]
À l’évidence, le système vivant est dépendant des ressources du sous-sol. Si certains
gisements sont aujourd’hui épuisés, d’autres restent à découvrir. Pour cela, les
géologues disposent d’outils de prospection, de modélisation et de gestion de
l’information toujours plus puissants.
Sujet d’appropriation privée, avec une concentration accélérée dans les mains
de quelques groupes multinationaux, les ressources minérales constituent un
facteur déterminant pour le développement de certains pays, notamment du
Sud. Une légère fluctuation du cours des matières premières peut donc avoir un
effet déterminant sur l’économie de ces pays.
Globalement, la consommation annuelle mondiale de ressources minérales et
énergétiques atteint 32 milliards de tonnes et 820 milliards d’euros. On distingue
cinq grandes catégories : les matériaux de construction, les minéraux industriels,
Mine à ciel ouvert
Open pit
Sadiola, Mali
©BRGM im@gé B. Lamouille
ressources minérales et développement durable
04
les métaux, les minéraux énergétiques et les substances précieuses (métaux et minéraux). Les valeurs
respectives varient considérablement (Fig. 1).
La croissance de l’activité minière est continue et suit
en grande partie celle de la population mondiale.
Comment dès lors parler de développement durable
concernant des ressources non renouvelables ? Bien
que des gisements soient finis -on approche pour
certaines substances (le pétrole entre 2020 et 2040,
le gaz naturel quelques années plus tard...) de leur
demi-durée de vie- de nouvelles découvertes renouvellent les stocks (Fig. 2). En outre, des substitutions
de matières premières (minérales, métalliques ou
énergétiques) sont engagées chaque fois que l’état
des ressources, les conditions économiques ou les
évolutions technologiques le rendent nécessaire.
Enfin, concernant les métaux notamment, mais aussi
les matériaux, le recyclage joue un rôle important. En
effet, plus que la limitation des ressources, ce sont les
déchets et les pollutions induites qui nous contraignent à réduire l’intensité en matière première du
développement de nos sociétés modernes. Ainsi en
est-il plus particulièrement du pétrole et du gaz
confrontés simultanément aux problèmes de l’épuisement de ressources fossiles et du changement climatique induit par les émissions atmosphériques.
Les évolutions scientifiques et technologiques ont été
nombreuses et rapides ces dernières années. En
matière de connaissance et d’inventaire des ressources minérales, l’ensemble de l’information peut
être mise à disposition des opérateurs et du public.
De son côté, la recherche vise à la mise au point d’outils de reconnaissance, de traitement et de gestion
NATURAL GAS
CRUDE OIL
réserves / ressources
Découvertes,
innovations, prix
Ressources
économiquement
exploitables
Pas de diminution
des réserves
Production
temps
Fig. 2 : Développement durable des ressources minérales
Fig. 2: Sustainable development of mineral resources
“
Un premier impératif pour
un développement durable
de la gestion du sous-sol est
donc de disposer de moyens
publics de recherche et de
gestion de l’information.
”
SILLIMANITE GROUP
106
MCA
120
BORON
213
TUNGSTEN
318
ANTIMONY
333
BARITE
345
ZIRCON
421
GRAPHITE
461
BENTONITE
504
DIATOMITE
533
563
FELDSPAR
671
VANADIUM
711
MAGNESITE
750
FLUORITE
819
TITANIUM
886
TALC/PYROPHYLLITE
1106
MOLYBDENUM
1251
ASBESTOS
1313
CHROMIUM
1582
GYPSUM
1601
TIN
1719
MAGNESIUM
1945
NATUREL SODIUM SALTS
2149
LEAD
2157
COBALT
2170
URANIUM
2318
NIOBIUM & TANTALUM
2320
MANGANESE
2841
SULPHUR
3360
INDUSTRIAL BANDS
3603
SILVER
4618
NICKEL
4929
BAUXITE
POTASH
ZINC
PLATINUM GROUP METALS
PEAT
KAOUN
ROCK SALT
CLAYS (EXCL.KAOUN & BENTONITE)
PHOSPHATE
DIAMONDS
LIGNITE
COPPER
IRON
CUARRY STONE & ROCK
GOLD
SAND & GRAVEL
COAL
MÉTAUX PRÉCIEUX ET GEMMES
MÉTAUX
COMBUSTIBLES FOSSILES
MINÉRAUX INDUSTRIELS
Fig. 1 : Pyramide de
l’exploitation des ressources
(en valeur)
Fig. 1: Resource exploitation
pyramid (in value)
D’après Wellmer & Becker-Platen, 2002
5023
5226
5461
5825
5672
7085
7500
8552
11500
20800
24960
27000
38500
39940
94500
151000
265450
776620
Salar d’Uyuni, immense
étendue de sel - Sud-Lipez,
Bolivie.
The immense salt flats of Salar
d’Uyumi - South Lipez, Bolivia
©BRGM im@gé - B. Bourgine
des ressources, à la prise en compte des dimensions
environnementales, économiques et sociales.
Un premier impératif pour un développement durable
de la gestion du sous-sol est donc de disposer dans les
pays concernés de moyens publics de recherche et de
gestion de l’information. Cela implique un gros travail
de formation et de construction de capacités techniques
dans les pays du Sud qui ne disposent pas de cette
information stratégique pour leur développement.
En outre, une gestion durable des ressources impliquerait la mise en place de dispositifs d’échanges
d’information entre les pays et une capacité d’analyse
stratégique et prospective globale qui ne peut être
concentrée dans les mains d’un seul, comme cela
tend à être le cas aujourd’hui.
Pour assurer une bonne gouvernance, “l’intelligence
minérale” doit combiner l’acquisition de données
gîtologiques, métallogéniques, économiques, sociales,
environnementales, mais aussi la veille sur les politiques sectorielles, le traitement des informations
résultant de ces veilles, un effort de communication
et de vulgarisation.
Perspectives de recherche en partenariat
pour le développement durable
Les besoins en recherche fondamentale pour
construire un système cohérent d’accès à ces données
portent donc sur les méthodes permettant d’intégrer
les données géophysiques dans la construction des
modèles, sur le développement des méthodes de
datation ponctuelles des phénomènes géologiques et
sur les connaissances géologiques de base. Les
besoins technologiques concernent les levés géophysiques aéroportés, satellitaires ou géophysiques
fondés sur des dispositifs au sol. L’instrumentation
analytique dans le domaine de la géochronologie est
également essentielle. Des outils nouveaux permettront le développement d’activités nouvelles : bases
de données géoréférencées, interopérabilité, avancées
sur la modélisation 3D.
Dans le domaine de la métallogénie, la recherche doit
avancer sur les grandes synthèses régionales et sur les
mécanismes de métallogénèse, mais aussi sur l’intelligence économique, les cycles de vie globaux des éléments métalliques,les liens avec les sciences humaines.
Les besoins portent également sur le comportement
thermohydromécanique de la croûte terrestre, la thermodynamique et la cinétique, l’imbrication entre phénomènes abiotiques et biogéochimiques.
Avec sa nouvelle revue, le BRGM entend contribuer à
l’illustration de l’apport des géosciences à l’édification d’une société qui assure une réelle prise en
compte des impératifs du développement durable.
Par ce premier numéro, nous entendons montrer que,
même dans le domaine des ressources minérales, les
résultats scientifiques, les recherches en cours, les
moyens mis en œuvre pour faire connaître et partager les informations et l’expertise permettent de progresser en ce sens.
Despite the depletion of
certain deposits, society will
continue to rely upon
subsurface resources for many
years to come, with numerous
sites still to be explored and
developed. This activity can be
compatible with sustainable
development, particularly
that of countries in the
Southern Hemisphere. For this
to succeed, the countries must
be in a position to develop
and manage data on their
resources and have at their
disposal the means for
operational exploration,
backed up both by state and
private major international
organisations. Fundamental
research is still needed for
numerous investigation fields,
with the key aim being to
perfect new, increasingly
efficient tools. BRGM takes
stock of these important
changes and considers this
topic in the first issue of this
new journal.
Bibliographie : Bruntland, G.H. Our common future. World Commission on Environment and Development, University Press, Oxford, (1987) – Caristan, Y. Gérer notre planète, Bulletin du Palais de la Découverte
(1999), – Cook P.J. The role of the earth sciences in sustaining our life-support system. BGS T.R. (1997) 17p. – Varet, J. Geology and society in the 21st century, BGR: in Friedrich Wellmer geb. Hannover, June 2000 Int.
Z.angew.Geol., (2000) 4, 190-197 – Varet, J. Les grands enjeux des sciences de la Terre au 21ème siècle : Quel environnement pour demain ? Géologues (2001) – Varet, J. et al. Pour une terre durable, BRGM, (2003) 40p –
Wellmer, F.-W., Becker-Planten, J.D. World natural resources policy (with focus on mineral resources) in Tolba MK (ed.) Our fragile world - challenges and opportunities for sustainable development. 1. Eolss Publishers
Co. Oxford, (2001) p. 183-207 – Wellmer, F.-W., Becker-Planten, J.D. Sustainable development and the exploitation of mineral and energy resources : a review. Int. J. Earth Sci. (2002) 91 : 723-745
nouveaux matériaux
Les enjeux
des nouveaux
matériaux métalliques
Le spatial, l’aéronautique, l’automobile et désormais les NTIC
ont provoqué une véritable révolution industrielle, celle des
nouveaux matériaux. Il s’en crée chaque jour de nouveaux, et
plusieurs dizaines de milliers de ces matériaux sont ainsi
répertoriés. Dans cette compétition impitoyable, les anciens
matériaux, en particulier métalliques, répondent également
par de fortes innovations. Mais des menaces, notamment
économiques (déséquilibre entre l’offre et la demande) et
environnementales (problèmes de recyclage) pèsent sur ce
secteur et représentent un défi majeur à relever.
analyse prospective
06
Christian Hocquard
Expert économiste
Service Ressources
minérales - BRGM
[email protected]
es matériaux sont à la base de la plupart des grandes révolutions industrielles :
l’acier pour le chemin de fer, le cuivre pour l’électricité, l’aluminium pour les
avions, les plastiques et polymères pour les biens de consommation d’après guerre,
le silicium et les semi-conducteurs pour la société NTIC actuelle (Nouvelles
Technologies de l’Information et de la Communication).
L
La séparation entre les matériaux “traditionnels” (métaux/alliages, céramiques et polymères) et les “nouveaux” matériaux (composites, hybrides, nano-matériaux) apparaît
de plus en plus artificielle, tant la palette des matériaux disponibles est aujourd’hui
extrêmement variée. Au point que l’industrie évolue dans un contexte multimatériaux
de plus en plus sophistiqué, où compétition et substitution sont la règle, avec comme
seul leitmotiv : le bon matériau à la bonne place.
Tous ces matériaux sont des géoproduits. Ils sont issus de l’extraction ou du recyclage
de ressources minérales. C’est le cas des matériaux métalliques (métaux et alliages),
des céramiques (fabriquées à partir de minéraux industriels comme la silice, les
argiles et le zircon), et des polymères (issus de gisements carbonés fossiles et élaborés
grâce à des catalyseurs métalliques).
Par ailleurs, un matériau n’a d’avenir que si on sait en faire une pièce. De ce fait, la mise
au point de nouveaux procédés de mise en œuvre est indispensable pour l’élaboration
des matériaux avancés. Ces nouveaux procédés concernent la métallurgie des poudres,
L’apparition des nouveaux matériaux se réalise selon
une séquence maintenant classique : au fur et à
mesure que leurs prix baissent, les nouveaux matériaux, d’abord limités au secteur aérospatial, se
répandent ensuite dans l’automobile, avant d’envahir
les produits de consommation courante. Ainsi, les
composites envahissent actuellement l’aéronautique
au détriment de l’aluminium, tandis que ce dernier
colonise l’automobile en substitut de l’acier.
> Les matériaux composites combinent solidité et
légèreté, et en cela apportent une vraie révolution par
rapport aux autres matériaux. Ils comprennent une
matrice (métallique, céramique, résine polymère) dans
laquelle sont incorporées des fibres de renforcement
(verre, kevlar, carbone, voire des minéraux silicatés
fibreux). Ces fibres peuvent être dispersées, tressées,
tréfilées, orientées.
Les métaux participent également à cette révolution
pour former le groupe des composites à matrices
métalliques (MMC). Il s’agit d’alliages métalliques
renforcés par des fibres de verre ou de carbone dont
l’utilisation est encore restreinte au domaine aérospatial. Ainsi le nouvel A380 d’Airbus comprendra
22 % en poids de “Glare”, un MMC à base d’aluminium
renforcé de fibres de verre, tandis que la part des composites dans le futur 7E7 “Dreamliner” de Boeing
devrait passer à 50 % contre 10 % dans le 777.
> Les céramiques ont le paradoxe d’être l’un des matériaux les plus anciens, tout en participant aux technologies d’avant-garde grâce à leurs remarquables propriétés. À côté des céramiques dites techniques,comme
4 - Métaux High-Tech
Innovations et Crises
Croissances parfois vives
pouvant dépasser 20% par an
3 - Métaux de base
IP et Cyclicité
Croissance moyenne
de 2 à 6% par an
2 - Métaux Ferreux
PIB/population et croissance
à long terme, linéaire et faible
de 1 à 3% par an
Temps
(indicatif, années)
1 - Métaux lourds
Réglementations environnementales
et décroissance rapide
(dans les pays développés)
les biocéramiques ou vitrocéramiques, on voit apparaître des composites à matrices céramiques (CMC).
> L’avènement des nanomatériaux a été rendu possible grâce au microscope à effet de force atomique
découvert en 1986 qui permet de manipuler les
atomes et d’élaborer des structures artificielles à
l’échelle moléculaire. Aujourd’hui, tous les domaines
scientifiques et technologiques sont concernés. On
envisage même des alliages métalliques incorporant
des nano-tubes de carbone, ouvrant la porte à des
“nanomatériaux hybrides artificiels”, assemblages
que l’on peut qualifier de chimères.
Les performances physico-chimiques et mécaniques
ne sont plus les seuls critères de choix des matériaux.
De nouvelles exigences apparaissent comme le
toucher, les aspects de surface, le renforcement des
contraintes liées à la sécurité, la résistance à des
températures élevées,..., autant de facteurs qui modifient les approches classiques lors de la conception
de produits. Devant le large éventail de solutions
techniques disponibles, le choix du matériau se fera
finalement sur la base d’un compromis entre sa
durée de vie en service, son coût matière et son aptitude à être mis en œuvre, tandis que son recyclage ne
semble pas encore un aspect déterminant.
Les nouveaux matériaux métalliques
Le guide mondial des alliages recense plus de 18 000
désignations avec notamment des alliages intermétalliques ainsi que des matériaux avancés adaptatifs
dits “intelligents” (“smart materials”), comme les
alliages à mémoire de forme, les alliages amorphes
(verres métalliques), les alliages superplastiques, ou les
quasi-cristaux. Une grande partie de ces nouveaux
alliages incorporent des métaux “high-tech” (fig. 1),
qui deviennent ainsi de plus en plus stratégiques
pour les pays développés.
Fig. 1 : Classification économique
des métaux
Fig. 1: The economic classification
of metals
Source : C.Hocquard - BRGM 2004
“
”
Les métaux
“high-tech”
deviennent de plus
en plus stratégiques
pour les pays
développés.
Alliage à matrice de cobalt-chrome
et fibres de carbure de tantale.
Chromium-cobalt and tantalumcarbide-fibre matrix alloy
Source : Onera
”
l’hydroformage, le thixomoulage, les revêtements
par projections plasmas, l’élaboration de mousses
métalliques ou céramiques, de textiles métalliques,
d’alliages à dispersions d’oxydes, etc. Dans le même
esprit, le développement de nouvelles structures et
techniques d’assemblages (nids d’abeille, stratifiés
sandwich, etc.) permet d’améliorer considérablement
leurs propriétés mécaniques.
Croissance
“
La séparation entre
matériaux “traditionnels”
et “nouveaux” matériaux
apparaît de plus
en plus artificielle.
07
nouveaux matériaux
08
Le développement rapide des matériaux légers
(alliages à base d’aluminium, de magnésium, de titane)
dans la filière transport est lié aux nouvelles directives
environnementales notamment sur les émissions de
gaz à effet de serre (GES). Ces émissions étant liées à
la consommation de carburant, et cette dernière au
poids des véhicules, c’est naturellement vers une
réduction massique que s’orientent d’abord les
constructeurs automobiles. De plus, la diminution de
la taille d’un élément permet à son tour de diminuer la
taille des autres éléments, conduisant ainsi à diminuer
le poids total du véhicule. C’est pourquoi l’aluminium, le magnésium, les plastiques et les composites
se livrent à une féroce compétition contre l’acier,
mais aussi entre eux. De ce fait, ils se retrouvent
embarqués au sein d’une chaîne de substitution autoconcurrentielle complexe. Si les substitutions entre
matériaux sont la règle, le choix des matériaux diffère
selon chaque filière d’utilisation. Ainsi, des alliages de
titane très chers, et que l’automobile ne saurait s’offrir,
sont utilisés pour alléger un hélicoptère.
> L’acier subit de plein fouet la concurrence des
métaux plus légers comme l’aluminium et le magnésium. En réaction, les aciéristes ont mis au point de
nouveaux aciers spécifiques et adaptés à chaque
fonction, permettant au final un important gain massique. Cette compétition acier-aluminium concerne
en priorité la filière automobile, mais la filière des
boîtes de boisson est également concernée : la simple
décision de Coca-Cola de passer de l’un à l’autre peut
avoir un impact considérable sur ces deux filières.
> L’aluminium, métal du XXIe siècle, a vu son prix baisser
au fur et à mesure de la croissance de sa production.
Une voiture européenne comptait 90 kg d’aluminium
en 2000, elle en accueillera 125 kg dès 2005 ; les
alliages d’aluminium devenant très variés et complexes, mais plus performants.
> Le magnésium entre également en concurrence
avec l’aluminium, avec l’avantage d’être un tiers moins
dense. Mais le formage de ses alliages est difficile et sa
percée dans l’automobile reste encore limitée.
Nanotube et “buckyball” de carbone
Le carbone, matériau
clef des nanotechnologies
Carbon, key material for nanotechnology
Source : CNRS
> Le titane, qui combine légèreté et résistance mécanique, est un métal de grande perspective. Toutefois,
son prix très élevé le restreint à l’aéronautique ou à
des applications de niche comme les implants chirurgicaux. Cette situation pourrait évoluer à long terme
avec l’apparition de nouveaux procédés métallurgiques permettant d’obtenir directement le titane
métal en s’affranchissant du stade intermédiaire de
l’éponge de titane, ouvrant la porte royale de l’énorme
marché automobile.
HIER
AUJOURD’HUI
Matériaux
traditionnels
Matériaux
traditionnels
• Polymères
• Polymères
• Céramiques
• Céramiques
• Métaux
• Métaux & alliages
+
Matériaux
spécialisés
DEMAIN
Un foisonnement
de nouveaux
matériaux de plus
en plus complexes
au sein de
composants
de plus en plus
miniaturisés
Dématérialisation
et convergence
• Composite
• Hybrides
• Nanomatériaux
Le défi
du recyclage
Les petits métaux high-tech se classent selon leurs
filières d’utilisation : NTIC, catalyse, superalliages, ou
autres filières de spécialité. Le développement rapide
des NTIC s’est traduit par l’émergence d’une forte
demande en métaux high-tech comme le tantale
(condensateurs), le gallium et le germanium (composants électroniques hautes fréquences) ou l’indium
(écrans plats LCD). Il s’agit de métaux produits en très
faibles quantités, parfois comme produit principal
mais le plus souvent en tant que sous-produits, lors
du raffinage des métaux de base.
> Les petits appareils électroniques mobiles (microordinateurs et téléphones portables, PDA, etc.), sont
de plus en plus gourmands en énergie. En dix ans, on
a vu émerger quatre générations de batteries : les batteries Ni-Cd remplacées par des batteries Ni-MH, lesquelles font place aujourd’hui à des batteries Li-ion,
lesquelles dès 2005-2006 subiront à leur tour la
concurrence des micropiles à combustible au méthanol
(DMFC). La rapidité de ces substitutions n’est évidemment pas sans conséquence sur l’économie et la
pérennité des filières de recyclage de batteries.
> Le craquage pétrolier, la pétrochimie, ainsi que la synthèse de nombreux produits chimiques dépendent de
catalyseurs métalliques variés, qui appartiennent le
plus souvent à cette catégorie des petits métaux.
> Quant aux superalliages, ils sont surtout consommés dans les pays développés par deux grandes
filières, l’aéronautique et l’automobile. Il s’agit en fait
d’intermétalliques complexes qui utilisent un grand
nombre de petits métaux spécifiques (nickel, cobalt,
Fig. 2 : Quel futur pour les
matériaux : écoconception,
convergence et
dématérialisation ?
Fig. 2: Which future for new
materials: Complexity,
downsizing and recycling
Source : C.Hocquard, BRGM 2004
Galette de silicium, support
des microprocesseurs renfermant
chacun 125 Millions de transistors
A silicon wafer used in
microprocessors containing
125 million transistors each
©Imec - 2004
nouveaux matériaux
%
KG DE MÉTAL
PAR TONNE D’ALLIAGE
PRIX MÉTAL EN
USD PAR KG
VALEUR CONTENUE PAR
TONNE DE CMSX-10
Cr
2,2
22
8
176
0,15
Co
3,3
33
22
726
0,61
Mo
0,4
4
13,64
55
0,05
MÉTAL
CONTENU
tantale, niobium, terres rares), voire l’exotique rhénium (un sous-produit du molybdène, lui-même
sous-produit du cuivre) dont la production mondiale
ne dépasse pas 40 tonnes. Les quantités de petits
métaux utilisés généralement faibles ont cependant
un impact très significatif sur le prix final du superalliage. Ainsi, dans le superalliage CMXS -10, destiné
aux aubes de turbines de réacteurs d’avion, 6 % seulement de rhénium représentent environ 80 % du
prix du superalliage (Fig. 3). Mais sans rhénium, il n’y
aurait pas de gros bimoteurs...
> Les terres rares constituent une large famille avec
un vaste éventail d’utilisation. Ainsi la technologie
plasma des écrans plats est à base de luminophores,
dont chacun est un cocktail spécifique de terres rares.
Quant aux aimants permanents, de type NdFeB, ils
sont en croissance de 20 % par an et se retrouvent
dans presque tous les produits NTIC et dans les petits
moteurs électriques qui envahissent l’automobile.
Dans le même esprit, l’élimination des particules de
suie dans les pots d’échappement diesel des derniers modèles du groupe PSA est réalisée grâce à la
réaction catalytique du cérium.
Pour conserver leur avance, les sociétés occidentales
sont de plus en plus dépendantes de leurs innovations
technologiques, friandes de petits métaux high-tech.
Ces derniers, produits en faibles quantités, sont très
sensibles à toute hausse rapide de la demande induite
par un nouveau produit de consommation massive.
Leur production en sous-produits est par essence
très inélastique et ne peut répondre à une forte
demande. Il en résulte un rapide déséquilibre
offre/demande qui se traduit par une crise des cours
(Fig. 4 et 5).
Le risque métal pour les filières
de haute technologie
Une prospective des crises structurelles
potentielles peut être esquissée
Pour les pays développés, le risque métal a évolué
rapidement avec la globalisation, les contraintes environnementales, les flux tendus, la dépendance des
importations, la volatilité des cours, la concentration
des productions, le recyclage insuffisant, etc. De plus
en plus, les délocalisations industrielles se traduisent
par des importations croissantes de produits finis,
lesquelles masquent complètement le risque métal.
Ainsi, paradoxalement, plus le risque métal augmente,
plus sa perception diminue...
> A court terme : les crises en cours concernent le
sélénium (verres spéciaux), le cobalt (batteries rechargeables NiMH et Li-ion), et surtout l’indium (écrans
plats LCD) qui est passé de 70 à 700 USD/kg en un
an... Elles pourront demain concerner le germanium
(développement de la vision infra-rouge et de composants électroniques Si-Ge (“siggy”) très haute fréquence pour les applications mobiles Internet et GPS),
puis éventuellement le rhénium (la reprise du secteur
aéronautique est attendue pour 2006).
% VALEUR
TOTALE
W
5,5
55
13
715
0,60
Ta
8,3
83
200
16 600
13,97
Re
6,2
62
1 510
93 620
78,79
Al
5,8
58
1,34
78
0,07
Ti
0,2
2
20
40
0,03
Ni
68,1
681
10
6 810
5,73
TOTAL
100
1 000
118 819
100
Fig. 3 : Part du
rhénium dans le prix
du superalliage
CMXS-10
Fig. 3: The
proportional weight
of rhenium in the
overall cost of the
CMXS-10 alloy.
“
Les délocalisations
industrielles se
traduisent par
des importations
croissantes de
produits finis,
lesquelles masquent
complètement
la perception
du risque métal.
”
Les risques se situent à deux niveaux : économique
avec le prix et environnemental avec le recyclage.
prix
Court terme
Indium
prix
10
"take-off"
nouveaux
produits
Prospective
de crise
Cobalt
Sélenium
Moyen terme
Long terme
Post-crise
Ecran plat
LCD
Crise
Rhénium
Turbines
Produit
de masse
Tantale
Maturité
Portable 3 G
Saturation
du marché
Germanium
Palladium
Internet mobile Wi-Fi
Gallium
Diodes lumière blanche
Catalyse
échappement
Industrialisation,
adopteurs précoces
R§D Technologies
innovantes
temps
Platine
Piles à
combustible
Titane
Aéronautique
militaire/civile
Fig. 4 : Métaux high-tech : mécanisme de crise
structurelle liée à une innovation technologique
Fig. 4: High-tech metals: the mechanism of a structural
crisis linked with a technological
Fig. 5 : Prospective de crises potentielles à court, moyen et long termes
Fig. 5: The economic forecast for potential crises in the short, intermediate and long term.
Source : BRGM - C. Hocquard, 2004
Source : BRGM - C. Hocquard, 2004
temps
> A moyen terme, vers 2010 : les besoins importants
pourront concerner le gallium (d’abord pour les lasers
“blu-ray” des DVD haute définition, mais aussi et
surtout pour la diode à “vraie” lumière blanche, qui
contribuera à une considérable économie d’énergie
électrique, tout en sonnant le glas des lampes à filament de tungstène). On pense aussi au gadolinium
pour le cas où la technologie de la “réfrigération
magnétique” verrait le jour.
> A long terme, vers 2020 : on peut envisager de très
fortes demandes pour le titane (en cas de succès du
nouveau procédé de fabrication en cours de tests) et
aussi pour le platine (véhicules à piles à combustible
à membrane échangeuse de proton de type PEM).
La miniaturisation des composants et le nombre de
métaux high-tech expliquent que le recyclage des produits NTIC demeure très partiel et restreint aux seuls
circuits imprimés qui renferment les métaux précieux.
Peut-on encore parler de recyclage alors que tous les
autres métaux sont ignorés, et que des plastiques avec
retardateurs de flammes polybromés sont incinérés ?
Les produits NTIC, dont la durée de vie ne dépasse souvent pas trois ans, sont devenus des consommables à
l’image de l’ordinateur qui contient plus de 30 métaux
différents. Comment l’industrie va-t-elle intégrer la
nouvelle législation sur les D3E (déchets d’équipements électriques et électroniques) qui devait être
transposée par les Etats membres avant août 2004 et
qui prévoit une valorisation massique de 75 %,dont 10 %
maximum de valorisation énergétique ? Par ailleurs, le
boom des écrans plats va se traduire par une énorme
vague de déchets d’écrans cathodiques. Va-t-on se
retrouver devant le même défi que pour le recyclage
des piles et des batteries rechargeables ? Ces déchets
NTIC ont néanmoins une valeur matière résiduelle,
obérée par le coût du démontage dans les pays développés, mais économique dans les pays à main-d’œuvre
bon marché. Ainsi, par le simple fait de franchir une
frontière, ces “e-waste” changent de statut pour devenir des “matières premières secondaires”.
Le recyclage des composites et hybrides est un défi en
raison même de leur aspect multimatériaux. L’éco-conception,qui a pour objet de permettre la séparation,avant
leur recyclage,des divers matériaux constituant les produits
en fin de vie, devrait se trouver rapidement confrontée à
la miniaturisation croissante des composants.Le recyclage
deviendra un problème sociétal plus critique encore
lorsque des nanoproduits à base de nanomatériaux
hybrides artificiellement conçus envahiront littéralement tout notre environnement. Pour les nouveaux
matériaux, la science fiction est déjà pour demain.
“
Le recyclage des matériaux
est une préoccupation
économique, énergétique et
sociétale majeure qui doit
faire l’objet d’une complète
reconsidération stratégique.
”
Par ailleurs, les métaux secondaires (c’est à dire issus
du recyclage) sont souvent de moindre qualité que le
métal primaire(1), ce qui affecte la valeur du recyclé et
donc l’économie même du recyclage. On voit dès lors
combien le recyclage des nouveaux matériaux est
une préoccupation à la fois économique, énergétique
et sociétale majeure, qui devrait faire l’objet d’une
complète reconsidération stratégique.
Le domaine complexe des matériaux s’inscrit dans un
contexte où compétition et substitution sont la règle.
Dans le contexte actuel de compétition globale et de
désindustrialisation rampante, ce sont les nouveaux
matériaux nés dans les laboratoires qui permettent
aux pays développés de conserver leur avance technologique. Ce sont justement ces menaces qui ont
contraint les matériaux métalliques à réagir et à évoluer de manière extraordinairement dynamique. Les
métaux participent pleinement à ce challenge, à travers des “matériaux avancés à spécialisation extrême”
destinés à des applications de niche étroitement liées
à la propriété spécifique du matériau considéré. On
aura donc encore besoin et pour très longtemps de
métaux, certes en quantités moindres mais sous des
formes de plus en plus élaborées.
En attendant une dématérialisation incertaine et
encore bien éloignée, il faut admettre que l’on
consomme toujours davantage de métaux, qui sont de
plus en plus importés de manière indirecte à travers
les produits manufacturés. De ce fait, la consommation apparente de métaux dans les pays riches paraît
diminuer, mais elle ne fait que traduire le rythme des
délocalisations industrielles vers les pays émergents à
faible coût de main-d’œuvre. Ce découplage absolu ne
serait-il qu’un indicateur de la désindustrialisation ?
À plus long terme, ces nouveaux matériaux et notamment ceux issus des nanotechnologies, vont contribuer
au défi de la dématérialisation, Graal de notre société
de consommation boulimique. Dans un lointain futur
durable, on peut imaginer des nanohybrides actifs qui
intégreront de l’information (“poussières intelligentes”
ou “smart dust”) deviendront les moteurs d’une véritable dématérialisation, tout en remplaçant le stade
actuel de la dispersion multimatériaux par celui de la
convergence, inaccessible paradigme des matériaux ?
(1) Les aciéries électriques, qui retraitent surtout les véhicules hors d’usage (VHU), produisent un acier secondaire de plus en plus pollué
par le cuivre issu des petits moteurs électriques, toujours plus nombreux dans les automobiles.
La diode de lumière blanche (gallium),
c’est une réduction de 10% de la
consommation globale d’électricité
d’ici 2010.
The white-light diode will enable a 10%
reduction in worldwide electricity
consumption before 2010
Source : Nichia
The advent of new, more
resistant, lighter and less
polluting materials is the
direct consequence of new
industrial and environmental
constraints. The abundance of
R & D work on all categories
of materials fuels a veritable
explosion in the number of
new, both increasingly
complex and increasingly
specific, materials (one
material = one utilisation).
Considering the complex
nature of the new materials
and their multiple presence
within a single product, the
very feasibility of recycling
them is called into questions:
How can the recycling of
“high-tech” composites or
metals contained in the
products be optimised once
their service life is ended?
How can the degradation of
the recycled substance be
avoided? What solutions are
available for processing this
kind of waste?
In this new, multi-material
context, the issues have
radically changed. With the
new European guidelines in
effect, the choice of materials
will no longer be determined
solely on the basis of
technical-commercial
considerations, but will also
need to take into account
their impact on the
environment and on public
health. The issue of the
sustainable development
of new materials is
conditioned by this.
Bibliographie : W.D. Callister (2001),“Science et génie de matériaux”, Ed. Modulo, Québec, 781 p. – Y. Clain (2001),“La sécurité d’approvisionnement en matières minérales”, La lettre de la Direction Générale de l’Energie
et des Matières Premières, 1er trimestre 2001, n°15, Minefi, pp. 27-33. – M. Colombié (2000), “Matériaux métalliques”, Ed. Dunod, 867 p. – Collectif (2003), “The future of manufacturing in Europe 2015-2020, the challenge for sustainability, final report”, “http://europa.eu.int/comm/research/industrial technologies/pdf/pro-futman-doc1-final-report-16-4-03.pdf”. – Cordis : “www.cordis.lu/rtd2002/fp-activities/nanotechnologies/htm”. – Digitip, “L’industrie française des matériaux composites” : “www.industrie.gouv.fr/composites”. – Materials World de IOM3 , Institute of Minerals, Metals and Materials : “www.iom3.org”.
terroirs et production artisanale
Valorisation des terroirs
et production artisanale
potiers et céramistes
d’Auvergne
©TPA
Pourquoi utiliser des matières premières importées d’autres
régions alors que les céramistes auvergnats pourraient
valoriser les richesses de leur sous-sol ? Pour répondre à
cette question, un partenariat original a vu le jour entre le
BRGM et une association d’artisans et d’artistes régionaux.
Les premiers résultats sont enregistrés, ce qui devrait
permettre de développer l’expérience dans d’autres régions.
terroirs
12
Philippe Rocher
Géologue
Directeur du Service
Géologique Régional
d’Auvergne - BRGM
[email protected]
histoire débute au printemps 1999 quand un potier de la région clermontoise frappe
à la porte du Service Géologique Régional (SGR) du BRGM avec un échantillon
de matériau céramique à la main. Entre le directeur du SGR, géologue de
formation et le potier, la discussion s’engage autour de la problématique “terres et Terre”
et d’une demande particulière. L’artisan est en effet désireux d’utiliser les matières
premières locales et demande pour cela des analyses.Il apparaît rapidement que la question
est beaucoup plus large, car les matériaux à “tester” sont innombrables tandis que le
territoire concerné est très étendu (“au moins toute la région”). Par ailleurs, d’autres céramistes, confrontés aux mêmes besoins se posent les mêmes questions. Une rencontre
entre les responsables de l’association récemment créée “Terres et Potiers d’Auvergne”
(TPA) et le BRGM permet donc d’élargir le débat et d’affiner les demandes.
L’
Un partenariat original pour un projet innovant
Au fil des rencontres, le constat de départ est précisé et des objectifs définis afin d’aboutir
à un projet ambitieux. Alors que les céramistes ont recours à des matières premières
“codifiées”, ayant pour l’essentiel une provenance externe à la région (quand elle n’est
pas inconnue), le projet doit chercher à mieux utiliser les matériaux géologiques régionaux
potiers et céramistes d’auvergne
Carrière de diatomite (silice)
près de Murat (Cantal)
Diatomite (silica) quarry
near Murat (Cantal)
©BRGM
A l’automne 2000, le projet intitulé “valorisation des
matériaux et sous-produits de carrières pour la poterie
et la céramique en région Auvergne” était lancé.
Chaque phase de ce projet repose sur un programme
détaillé :
> formation des adhérents de TPA à la géologie régionale et aux matériaux de carrières ;
> inventaires des matières premières utilisées dans
les ateliers et des matériaux régionaux disponibles ;
> prélèvement sur sites, caractérisation chimique et
minéralogique des échantillons ;
> essais céramiques réalisés dans les ateliers de TPA ;
> création d’une base de données spécifique contenant l’ensemble des informations recueillies dans le
cadre du projet. BAMACAU (BAse de données sur les
MAtériaux Céramiques en AUvergne) sera à terme
accessible via Internet.
La phase 1 du projet (2000-2001) a plus particulièrement porté sur la mise au point méthodologique, la
Les données contenues dans la base BAMACAU
correspondent aux champs relatifs aux matériaux
(identification générale et contexte géologique du
site, caractéristiques du matériau prélevé) et aux
essais céramiques (conditions de réalisation et résultats). Le mode “consultation” de la base (accès aux
données recherchées sans pouvoir les modifier) passe
par la création de requêtes, utilisées pour poser une
question ou définir un jeu de critères sur des données
provenant des tables. Dans ce but, les céramistes ont
défini une première série de requêtes (ou critères de
sélection) et d’états (informations à restituer) en
fonction de leurs besoins immédiats. Ces premières
requêtes portent sur les températures de réalisation
des essais et le type d’utilisation des matériaux
(masse, engobe ou émail) et éventuellement sur le
mode de cuisson (atmosphère oxydante, réductrice
ou neutre) ; la nature du combustible (électricité, bois
ou gaz) ; les composants minéralogiques des matériaux ; les références et l’origine géographique des
échantillons ; les couleurs sur cuit selon l’utilisation
(masse, engobe ou émail).
L’objectif du projet est donc de valoriser, à travers la
céramique artisanale, la richesse et la diversité
géologique régionale, mais sans entreprendre une
“
”
L'empreinte du
terroir dans l'art
et l'artisanat
céramiques.
dans les productions artisanales. Il s’agit donc d’imprimer l’empreinte du terroir dans l’art et l’artisanat
céramiques tout en développant la créativité des
ateliers et en diversifiant l’offre commerciale.
Ces rencontres entre géologues et potiers permettent
aussi d’élaborer un programme d’étude en trois
phases et d’y associer, notamment pour ses volets
“formation” et “communication”, la Chambre de
Métiers de Haute-Loire puis la Chambre Régionale de
Métiers d’Auvergne.
phase 2 (2002-2003) sur l’acquisition d’échantillons
dans des contextes géologiques et industriels variés,
tandis que la phase 3 s’attache, depuis janvier 2004,
à rendre opérationnelle la base de données et à développer la communication des résultats, notamment
lors de manifestations comme le salon régional des
métiers d’art.
13
prospection globale de matières premières minérales
céramiques. L’étude s’est orientée en priorité vers les
matériaux des carrières anciennes et, pour celles
actuellement exploitées, vers les sous-produits et
coproduits issus de leur traitement.
Le projet a bénéficié de cofinancements professionnels (Fonds d’Assurance Formation), européens
(FEDER) et nationaux (FNADT et contrat de plan Etat
- Région), ainsi que régionaux (Conseil régional
d’Auvergne) pour la phase 3. Le montage et le suivi ont
été effectués en collaboration avec le Secrétariat
Général pour les Affaires Régionales et la Délégation
Régionale au Commerce et à l’Artisanat.
Des résultats concrets et significatifs
Ce projet, riche de ces multiples échanges, est innovant à plusieurs titres. Il permet d’abord des échanges
fructueux entre les céramistes professionnels : les
résultats des expériences sont mis en commun, interprétés et valorisés. Le projet favorise aussi la rencontre
de plusieurs “mondes” : celui des artisans et créateurs
d’art, celui des scientifiques et techniciens, celui des
industriels (exploitants de carrières).
14
Les résultats engrangés sont, quantitativement, déjà
significatifs. En mai 2004, près de 150 sites auront été
échantillonnés et 300 matériaux prélevés pour
réaliser plus de 500 essais céramiques. Au plan qualitatif, les retombées, plus difficiles à apprécier dans
leur globalité au stade actuel, sont pourtant bien
réelles. Les potiers auvergnats sont sur la route de
la “reconquête” de leur patrimoine géologique, de
l’appropriation de leur sous-sol, de la (re)découverte
de nouveaux mélanges, de nouvelles combinaisons,
textures et couleurs “naturelles”.
“
Valoriser, à travers
la céramique artisanale,
la richesse et la diversité
géologique régionale.
”
Ainsi, plusieurs matériaux régionaux retenus et
testés dans le cadre du projet ont fait leur entrée dans
les productions céramiques de certains ateliers, pour
les masses, les engobes et les émaux. A titre
d’exemples, on peut citer :
Résultat de l’essai céramique
JJG/02/003 : vase dont l’engobe a
été réalisé intégralement à partir
d'argiles colorées de Blanzac
(Haute-Loire), après cuisson au four
à gaz en atmosphère oxydante à
1050 °C. Poterie de la Source à
Blesle (43).
Result of the ceramic test
JJG/02/003: vase enamelled using
exclusively coloured clays from
Blanzac (Haute-Loire), after firing in
a gas kiln under oxidising conditions
at 1050 °C. Poterie de la Source at
Blesle (Haute-Loire).
©BRGM - P. Rocher
> un engobe de teinte orangée réalisé intégralement
à partir d’une argile colorée du bassin du Puy-en-Velay
(43), après cuisson au four à gaz en atmosphère oxydante à 1050 °C ;
> un émail “bleu de fer” obtenu à partir d’un mélange
à base de phonolite (roche volcanique) du Velay (43),
de grès de Créchy (03) et de quartz blanc de La
Chapelle Agnon (63), avec de la cendre de blé calcinée
comme adjuvant ;
> une masse de couleur beige clair résultant de la
cuisson à 1100 °C d’une argile sableuse de Glaine
Montaigut (63).
Les besoins des céramistes auvergnats, pris en compte
à travers ce projet, sont aussi ceux de leurs collègues
dans d’autres territoires. En effet, dans la continuité
de la dynamique initiée en Auvergne, les régions
Languedoc-Roussillon et Rhône-Alpes se sont
mobilisées pour lancer un projet semblable, adapté
à leurs contextes propres. Par ailleurs, des contacts
ont été pris avec des acteurs locaux en Bourgogne
et Provence - Alpes-Côte d’Azur tandis que des
demandes apparaissent dans d’autres régions.
Toutes ces actions convergentes préfigurent la mise
en place, à moyen terme, d’une base de données à
l’échelle nationale.
Céramistes échantillonnant
dans une carrière d'argiles
céramiques en Auvergne.
Sampling in a ceramic-clay
quarry.
©BRGM - P. Rocher
Des potiers et céramistes témoignent
15
“Terres et Potiers d’Auvergne (TPA) est une association
régionale (Allier, Cantal, Haute-Loire et Puy-de- Dôme)
créée en 1996 et qui regroupe 35 ateliers implantés
essentiellement en milieu rural. Les produits élaborés
sont divers : grès, porcelaines, faïence grésante, raku,
terre vernissée, faïence fine et terre cuite dont sigillée.
Le programme de recherche a permis de motiver des
ateliers qui se sont regroupés en commissions pour réaliser un travail collectif convivial avec une nouvelle
manière de parler de notre région, à travers les objets
élaborés dans nos ateliers.
Notre participation au congrès 2001 de la Société de
l’Industrie Minérale a été l’occasion de montrer les premiers résultats de nos recherches et d’échanger avec de
grandes entreprises qui utilisent des matériaux équivalents aux nôtres.
Mais l’Auvergne n’est pas la seule à disposer de matériaux céramiques. D’autres régions conduisent ou vont
engager une démarche semblable facilitée par les
contacts réguliers des associations régionales de céramistes professionnels au sein du Collectif National des
Céramistes”.
Nicole LÉNAT, Co-Présidente de TPA, Atelier Planète Céramique à
Blanzat (63) et Michel BÉRODOT, Co-Président de TPA, atelier à
Sembadel Bourg (43)
Vers une appellation spécifique ?
“Longtemps céramiste amateur, la lecture du “Livre du
potier” de Bernard Leach a déterminé mon approche de
la céramique. À la manière extrême-orientale, j’ai en
effet décidé de chercher dans mon environnement
TPA au service des arts céramiques
naturel les matières premières qui constitueraient la
base de poteries de grès et d’émaux de haute température. Documenté par des géologues, équipé d’un
concasseur et d’un broyeur, j’ai multiplié les recherches
et les essais sur ces roches d’Auvergne si variées, tout
heureux parfois de trouver un émail digne d’intérêt à
partir d’une roche dont le seul emploi se limitait à remblayer les chemins !
Cette collaboration entre potiers et BRGM a l’avantage
de systématiser et d’élargir considérablement le champ
des matières premières potentiellement intéressantes,
tout en permettant d’aborder cette recherche de
manière scientifique. Je souhaite qu’elle débouche sur
une utilisation plus importante des matières premières
locales (les ressources régionales sont suffisantes pour
couvrir l’essentiel des besoins céramiques : terres et
émaux) avec, pourquoi pas, la création à terme d’une
appellation spécifique”.
Alain CHOQUER, Atelier “Terres de Cendres” à Olby (63)
La céramique, passerelle vers le passé
La découverte de ces terres et de ces minéraux “inconnus” a relancé mon intérêt pour la sigillée(1) (Lezoux,
dans le Puy-de-Dôme, a été l’un des plus grands centres
européens de la sigillée). En abordant le problème
avec des analyses et des éléments scientifiques, il est
plus facile de progresser que de façon empirique.
J’ai donc effectué un certain nombre d’essais sur une
vingtaine d’échantillons de terres d’Auvergne en obtenant des résultats satisfaisants avec des couleurs allant
du blanc au rouge sombre en passant par des jaunes,
des violines et des orangés.
(1) Sigillée : terme qui désigne une céramique (terra sigillata) décorée ou signée (les fonds sont souvent estampillés au nom des potiers)
avec des poinçons (sceaux, latin : sigillum), et, par extension, tous les vases décorés ou non, signés ou non, d’une pâte fine frittée, le plus
souvent rouge ou orangée (argile ferrugineuse).
“
”
Les potiers auvergnats
sont sur la route de
la "reconquête" de leur
patrimoine géologique,
de l'appropriation de
leur sous-sol.
J’ai repris ensuite tous ces essais en traitement “rakunu”(2) pour constater le travail du feu et des enfumages
sur la sigillée. Les résultats obtenus m’ont permis de
réaliser des pièces commercialisables, présentées à
Paris, Lyon et dans différentes manifestations céramiques.
pour réparer la cuisinière ou le poêle à bois, certains me
demandant de refaire d’anciens “pots à soupe”. Ils
renouaient avec le passé, avec leurs racines. Quoi de plus
passionnant pour un céramiste que d’être ce lien !
J’ai été également très surpris de voir l’intérêt que
portaient les “gens du pays” à ce travail. Ils voyaient à
travers lui la richesse des terres de chez eux (et non des
terres “anonymes”). Beaucoup m’ont sollicité pour me
montrer une ancienne carrière ou un affleurement où
leur grand-père ramassait une “terre à fourneau”
Les Chambres de Métiers d’Auvergne
en première ligne
Jean-Jacques GENTIL, Poterie de la Source à Blesle (43)
Ce programme de valorisation des terroirs est mené
avec le soutien de la Chambre Régionale de Métiers
d’Auvergne (coordinateur Bernard Sabot).
(2) Raku-nu : technique qui consiste à poser, sur une terre façonnée crue, un engobe réfractaire (terre diluée superposée au tesson) qui,
après une première cuisson à 950 °C, sera recouvert d’un émail, puis cuit une seconde fois à 980 °C. Sortie du four à cette température,
la pièce est placée dans un récipient contenant des copeaux de bois ou du papier, provoquant son enfumage, puis sortie et arrosée d’eau,
ce qui a pour effet de décoller l’émail et de lui donner un aspect particulier appelé “raku-nu”.
16
Début de cuisson dans un four papier
(technique du Raku-nu).
The early stage of firing in a paper kiln
(Raku-nu technique).
©TPA
Carrières d’argiles céramiques à Beaulon (Allier)
The Beaulon ceramic-clay quarry (Allier)
©BRGM - P. Rocher
> Quelles analyses pour quels matériaux ?
Les matériaux utilisés dans cette
étude peuvent être classés en deux
principaux groupes en fonction de
l’abondance relative de leurs composants :
• les matériaux “monocomposants”
(ayant un composant unique ou largement prédominant) : argiles dont la
composition en minéraux argileux
peut être très variable (kaolinite, illite
et smectites notamment) ; silice sous
forme cristallisée (filons de quartz,
quartzites, calcédonites, geyserites)
ou amorphe (diatomites : roches sédimentaires composées de squelettes
de diatomées fossilisés, les diatomées
étant des plantes unicellulaires microscopiques et aquatiques apparentées
aux algues brunes) ; feldspaths alcalins sous forme de pegmatites et de
phonolites (laves différentiées défici-
taires en silice, équivalentes chimiquement des syénites néphéliniques,
dans lesquelles les feldspaths associés
aux feldspathoïdes constituent les
éléments fondants) ;verres volcaniques
des scories basaltiques et trachyandésitiques et des cendres trachytiques ;
• les matériaux “pluricomposants”
dans lesquels plusieurs composants
peuvent coexister dans des proportions équivalentes et constantes, tels
que les leucogranites et les arkoses
(feldspaths alcalins et silice), les sables
argileux et les argiles sableuses
(minéraux argileux et quartz) par
exemple.
Pour des applications céramiques, il
convient de disposer de produits
minéraux de faible granulométrie.
Pour ce faire, la priorité est donnée
aux matériaux géologiques naturel-
500
400
300
200
100
2
10
20
lement finement divisés (argiles,
cendres volcaniques et algues fossilisées par exemple). Dans d’autres cas,
on recherche des particules fines
issues du traitement des matériaux de
carrières (lavage, broyage, tamisage,
sciage, ...) et, si nécessaire, on procède
au concassage et au broyage des
roches à façon au laboratoire.
Les échantillons prélevés, destinés à
être tester du point de vue de leurs
propriétés céramiques, font l’objet,
selon leur intérêt potentiel et la
connaissance acquise d’après la
bibliographie, de nouvelles analyses
dans les laboratoires du BRGM à
Orléans. En effet, ils sont le plus souvent employés dans des secteurs
autres que celui de la céramique s.l.,
par exemple pour l’isolation, la filtration et l’absorption de liquides,
l’élaboration de granulats, et leurs
caractéristiques élémentaires sont
inconnues dans la majorité des cas.
Ces analyses d’échantillons géologiques représentatifs, avant cuisson, à
la fois minéralogiques (Fig. 1) et chimiques, permettent de caractériser
finement les substances minérales du
point de vue du rôle qu’elles jouent
pour l’application visée (plastifiant,
dégraissant, fondant, colorant, ...), et
d’affiner les formulations à tester,
notamment grâce aux logiciels de
calculs chimiques. Elles contribuent
donc à déterminer les conditions optimales de cuisson.
30
Fig.1 :Composition minéralogique depuis une analyse par diffractométrie de rayons X d’une argile plastique rouge de Blanzac (Haute-Loire)
La fraction argileuse de l’échantillon, composée de 73 % d’illite/mica et de 27 % de kaolinite, a été déterminée dans le laboratoire BRGM à partir de lames
orientées normales (trait bleu —), traitées au glycol (alcool) pendant 12 heures en tension de vapeur (trait vert —), puis chauffées à 490° pendant 4 heures
(trait violet —).
Fig. 1: Mineralogical composition, according to X-Ray diffractometry, of a red plastic clay from Blanzac (Haute Loire).
The clayey fraction of the sample, which is composed of 73% illlite/mica and 27% kaolinite, was determined in the BRGM laboratory using orientated
thin sections (blue line —), treated with glycol for 12 hours under vapour pressure (green line —), then heated to 490°C for 4 hours (purple line —).
Source : BRGM
An innovative project is
underway that has been
designed to meet the
demands, made known by
the Auvergne Regional Trade
Council, of members of the
Auvergne Clay and Potters
Association. The potters, who
are currently supplied by raw
materials from outside
Auvergne, are seeking ‘new’
geological resources to
stimulate creativity.
As part of its Public-Service
activities, BRGM has
developed a programme
aimed at a more efficient use
of regional mineral resources
already being exploited, by a
better use of materials and
recycling the quarry byproducts and co-products.
The project has another clear
objective, namely artisanal
manufacture of ceramics in
Auvergne using materials
derived essentially or
exclusively from the region.
Several tasks have been
identified: training of
ceramists in geology and
quarry materials, inventories
of materials used and those
potentially available, taking
representative samples and
their characterisation, ceramic
testing, creation and
consultation of the BAMACAU
data bank, and
communication.
The results obtained to date
are promising for Auvergne,
but also for other regions
where the experience has
been repeated, such as
Languedoc-Roussillon
and Rhône-Alpes.
bases de données
Bases de données
et systèmes d’informations géographiques :
Les nouvelles
technologies
au service du développement
durable de l’industrie minérale
- l’approche BRGM Les sciences de la terre ont déjà connu une véritable
révolution avec le développement des Systèmes
d’Informations Géographiques (SIGs) et des bases de
données qui se sont imposés comme des outils désormais
indispensables. Une autre mutation technologique
s’annonce avec l’interopérabilité de tous les outils.
bases de données
18
Daniel Cassard
Géologue - Service Ressources
minérales - BRGM
[email protected]
Jean-Pierre Milesi
Géologue-gîtologue
Adjoint au chef du service
Ressources minérales - BRGM
[email protected]
Andor L.W. Lips
minérales - BRGM
[email protected]
Yann Itard
minérales - BRGM
[email protected]
L
es technologies de l’information,notamment celles concernant les bases de données,
les SIGs et l’interopérabilité ont considérablement progressé ces dernières
années, notamment au bénéfice des sciences de la terre.
Une approche résolument multidisciplinaire s’impose pour la gestion durable des
ressources minérales avec le besoin de paramètres techniques indispensables mais
aussi de données environnementales ou socio-économiques.
L’intérêt et le caractère opérationnel de tels systèmes sont directement liés à la qualité
des données ainsi qu’à l’architecture des bases qui les accueillent. Il faut donc se procurer
l’information existante, la valider, la formater et l’organiser en couches thématiques
avant de l’intégrer dans des bases ad-hoc. De la qualité de l’architecture et de la précision
des lexiques dépendra dans une large mesure la puissance des requêtes qui pourront
être formulées et donc la capacité du SIG à répondre à des questions complexes.
Le développement de tels systèmes exige souvent l’exhumation de données anciennes
“papier”, qu’il faut scanner, vectoriser ou formater avec un coût non négligeable.
”
Outre des couches de métadonnées fournissant des
informations sur les données disponibles, les SIGs
contiennent en général trois types de couches, à
valeur ajoutée croissante :
> des couches factuelles à l’échelle du continent : données géographiques, géophysiques, etc. ;
> des couches reposant sur des synthèses couvrant
des sous-régions ou des blocs de pays : e.g. géologie et
ressources minérales de l’Afrique centrale et de
l’Afrique de l’Ouest, révisée à l’aide des couvertures
Source : BRGM
Des SIGs miniers et environnementaux
Le SIG Europe centrale se structure autour de trois
modules : “Géographie”, “Géologie, Géophysique &
Mines” et “Environnement”. Les différentes couches
d’information sont décrites dans le tableau 1 [Cassard
et al., (2003)].
Les couches thématiques environnementales du SIG
sont liées à une base (“InfoBase”) qui contient des
données sur les signatures géochimiques des principaux
types de gisements, le contenu en métaux lourds de
tous les minéraux, les descriptions chimiques des différents types de roches, etc.
Géographie
Géologie, géophysique et mines
Enfin, un SIG Europe centrale et du sud-est a été lancé
fin 1999. En plus de son volet métallogénique et
minier, il devait innover en s’élargissant à la dimension
environnementale.
Couche
Description
Base géographique DCW(r)
Occupation des sols (agriculture, forêt, urbanisme, industrie, déblais et stériles,
etc.). Limites administratives, avec identification des zones protégées telles que
les parcs nationaux
Répartition et caractérisation des activités humaines (avec prise en compte des
aspects socio-économiques)
2 modèles numériques de terrain : un océanique (2 minutes d’arc), et un
MNT
continental (30 secondes d’ arc), avec une carte des discontinuités fondée sur
l’analyse de la topographie
Imagerie photosatellitaire Images SPOT 4 VEGETATION® avec une résolution de 1x1 km
Etat actuel de la couverture géologique : localisation des cartes existantes et
Couverture géologique
information relative à ces cartes
(metadonnées)
Synthèse géologique de l’Europe centrale et du sud-est au 1:1 500 000
Synthèse géologique
Carte géologique simplifiée de l’Europe centrale et du sud-est au 1:1 500 000
Carte géologique
avec caractérisation des domaines morpho-structuraux et des principaux
simplifiée
éléments tectoniques
Données sur le volcanisme holocène
Volcanisme
Ressources géothermales Sur la base d’inventaires actuellement en cours pour l’Europe
Composition et âge des roches magmatiques et volcaniques - données
Géochimie
isotopiques
Base de données sous Access®, utilisant de nouveaux lexiques
Gisements
(voir http://giseurope.brgm.fr/) et incluant des données minéralogiques (minerai,
gangue et altération hydrothermale), isotopiques et sur les inclusions fluides dans
les principaux gisements
Synthèse des données existantes, méthodes utilisées, estimation de la qualité et
Géochronologie
de la fiabilité des analyses, références, etc.
Délimitation, contrôles magmatiques et structuraux, potentiel et information sur
Districts miniers
les compagnies minières
Géographie
(physique & humaine)
Flux de chaleur
Gravimétrie
Sismique
Environnement
Plusieurs SIGs ont déjà été élaborés. Ainsi le SIG
métallogénique couvrant la Cordillère andine
[Cassard, (1999)], vise à développer un produit commercial et un outil de recherche permettant de tester
différents modèles métallogéniques. De son côté, le
SIG Afrique [Milesi et al., (2001)], a pour objectif de
développer un outil au service du développement
durable en synthétisant les informations géoscientifiques, mais aussi en initiant des recherches scientifiques et en participant à des programmes internationaux. Ce SIG a également pour ambition de transférer le savoir-faire acquis aux pays africains dans le
cadre d’un réseau africain d’information géologique
pour le développement durable.
Tableau 1 : Couches thématiques
des trois modules du SIG Europe
centrale : “géographie”,
“géologie, géophysique et
mines” et “environnement”.
Table 1: Thematic layers of the
three modules of GIS Central
Europe: ‘Geography’, ‘Geology,
geophysics and mines’, and
‘Environment’
>
La multiplication des informations engendre des
besoins spécifiques en matière de traitement. Les
outils statistiques classiques doivent être épaulés
par de nouvelles techniques, comme le “Data Mining”
ou les réseaux neuromimétiques qui sont deux
approches complémentaires d’analyse relationnelle
multivariable.
Quelques particularités techniques
des SIGs
Tomographie 3D
Sources de pollution
Ressources en eau
Surveillance de la qualité
Météorologie
Vulnérabilité aux
risques naturels
Synthèse fondée sur les données les plus récentes
Anomalie de Bouguer; correction isostatique et anomalies résiduelles
correspondantes ; calcul du gradient vertical et analyse structurale. Carte de la
profondeur du Moho
Distribution des séismes afin de mieux comprendre et contraindre les structures
crustales
Modèle 3D des structures lithosphériques (coopération avec l’Université d’ Utrecht)
Inventaire et caractérisation des différents secteurs d’activité
Eaux de surface et souterraines
Résultats des réseaux de surveillance de la qualité des eaux, de l’air et des sols
Climat, pluviométrie, etc.
Tremblements de terre, inondations, etc.
“
Les technologies de
l’information ont
considérablement
progressé ces dernières
années, notamment
au bénéfice des
sciences de la terre.
19
bases de données
Risk
assessment
Pollution sources
Meteorology
Estimation of
environmental
impacts from
identified sources
of pollution
gy
Hyd
gy
olo
e
rog
rolo
Hyd
Prediction /
assessment
of environmental and
socio-economic risks
from new mining
projects
Landuse &
human targets
Metallogeny &
predictivity maps
>
Impacts
Fig.1 : Deux manières de travailler à l’aide du module
“Environnement” : (1) approche descriptive, estimation
des impacts d’une pollution en cours, (2) approche
prédictive, estimation de l’aléa
Fig.1: Two methods of working with the ‘Environment’
module: (1) descriptive approach - estimation of impacts
from an active pollution, (2) predictive approach - hazard
assessment.
>
Source : BRGM
Fig. 2 : Géologie de l’Afrique :
extrait de la carte numérique à
1:10 000 000 avec localisation
des principaux gisements.
Fig. 2: Geology of Africa: extract
from the digital map at
1:10,000,000 scale showing the
major ore deposits
Source : BRGM - Milesi et al., (2004)
20
géochronologiques et des publications récentes sur
les reconstitutions géodynamiques. Ces synthèses
contribueront à la mise à jour d’une carte des ressources
minérales de l’Afrique à 1:10 000 000 (Fig. 2).
> des couches d’aide à la décision comme des cartes
de prédictivité ou de potentiel minier établies à partir
des données géologiques, géophysiques et métallogéniques [Billa et al, (sous presse)](Fig. 3). Couplées à
ces cartes, les données environnementales permettent
d’établir des cartes d’aléa et/ou d’impact en liaison
avec l’industrie extractive (Fig. 1 et 4).
Les lexiques décrivant les données
L’élaboration de lexiques hiérarchiques (ou non)
multi-langues [Milesi et Deschamps, (2001)] est fondamentale : il s’agit de standardiser les descriptions
afin de permettre ultérieurement des requêtes complexes, en dégradant le moins possible l’information.
Tableau 2 : un exemple de
lexique hiérarchique :
le lexique “Gîtologie” (extrait)
Table 2: Example of a
hierarchical glossary: the ‘Ore
Deposit’ glossary (extract)
Identifiant
Père
D
Gisement lié à des systèmes volcaniques et des intrusions de
faible profondeur
D10
D
D11
D10
Source : BRGM
L’utilisation de ces lexiques permet de gérer les données
détaillées et celles de moindre précision Ainsi, les
lexiques récents, révisés annuellement, utilisent les
nomenclatures internationales obtenues parfois sur
près d’un siècle et les harmonisent avec des nomenclatures “d’usage” locales ou régionales. Certains
d’entre eux ont fait l’objet de recherches spécifiques
afin de permettre d’intégrer dans les SIGs des
données industrielles et artisanales :
Type de gisement
Epithermal acide (“acid-sulphate”) : Au, Cu, (Hg, As, S)
Epithermaux acides stratoïdes à silice de remplacement :
Au, (Hg, Cu)
D12
D10
D20
D
Epithermaux sulfurés à énargite massive et or : Cu, (As, Au)
D21
D20
Epithermaux-mésothermaux à Ag - polymétalliques :
Pb, Zn, Ag, Mn, Cu, (As, Sb)
D22
D20
Epithermaux à Au, Ag contrôlés par des failles : Au, Ag, (Mn)
D23
D20
Epithermaux liés à des dômes volcaniques : Au, Ag
D24
D20
Filons et disséminations de Sb : Sb, Hg, As, (Au, Tl, ...)
D30
D
Gisement à Au, Ag encaissé dans des sédiments,
lié à des intrusions de faible profondeur : Au, Ag, Hg, Sb, As
D31
D30
Gisements en veines et disséminés de remplacement
encaissés dans des sédiments (Carlin) : Au, Ag, (As, Sb, Hg)
D32
D30
Filons neutres épithermaux stratoïdes encaissés
dans des jaspéroïdes : Hg, Sb
Epithermaux neutres (adulaire-séricite) :
Au, Ag, Pb, Zn, Cu, Sb, (Hg, As, Mn, Tl)
> Le lexique “Gîtologie” propose une classification hiérarchique des gîtes minéraux en dix familles. Il
conserve certaines terminologies usuelles, afin (i) de
préserver des données issues de sources anciennes et
(ii) de gérer la difficulté pratique d’utiliser les typologies les plus modernes (Tableau 2).
Les techniques de traitement
des données
Un SIG favorise l’étude des relations spatiales entre
objets, l’analyse et la prédiction des phénomènes
spatiaux via des approches statistiques ou probabilistes
[Bonham-Carter, (1994)]. Classiquement, la cartographie de ces phénomènes est une approche en trois
temps : (i) identification et organisation des données,
(ii) transformation en valeurs numériques et traitement des données, et (iii) consolidation des résultats
et modélisation. Le développement des techniques du
“Data Mining” [Salleb, (2003)] et des réseaux de neurones [Bougrain et al., (2003)] et leur adaptation aux
bases de données spatiales autorisent des analyses
mieux adaptées à l’exploration des grands volumes
de données et à l’identification des relations entre
objets, leur quantification et leur hiérarchisation.
Durant les 10 dernières années, des cartographies de
potentiel minier ont été réalisées à partir de SIGs.
Les modèles pour prédire le potentiel minéral, fondés
sur des lois statistiques ou sur des approches heuristiques, sont des exemples de modèles empiriques.
L’affectation de poids aux différentes informations
attributaires peut être réalisée de manière statistique
ou reposer sur la connaissance de l’expert : on parle
alors d’approches guidées par les données (“data-driven”)
ou par la connaissance (“knowledge-driven”). Dans
l’approche guidée par les données, les différentes
couches thématiques élémentaires sont combinées
en utilisant les résultats de méthodes comme la
régression logistique, le “Weights of Evidence” (WoE)
ou poids des thèmes, ou l’analyse par réseau neuromimétique. Cette approche requiert l’existence d’une
“connaissance antérieure”, sous forme de gisements ou
indices connus dans la zone étudiée. Dans l’approche
fondée sur la connaissance, c’est le géologue qui
attribue le poids à chaque couche élémentaire qui
s’appuie sur des techniques comme la logique floue
“
”
Un SIG favorise
l’étude des relations
spatiales entre
objets, l’analyse et
la prédiction des
phénomènes
spatiaux.
> Le lexique “Classes de gisements” fixe, pour chaque
substance, les limites de taille des classes de
gisement (en cumulant productions, réserves et ressources) : A : très grand, B : grand, C : moyen, D : petit,
E : indice, N/A : inconnu. Il réactualise les classifications
internationales des années 1980, en tenant compte des
découvertes récentes, de l’émergence des secteurs
des PME artisanales, ainsi que de l’importance des
roches et minéraux industriels. La méthodologie
repose sur une enquête bibliographique sur tous les
types de gisements pour chaque substance, couplée
à une recherche thématique par substance. Pour
chaque classe, des seuils ont été définis par calibrage
sur des gisements connus. Une révision des classes par
étude statistique est réalisée au fur et à mesure de la
constitution des bases de données continentales.
21
bases de données
(fuzzy logic), les règles de Bayès ou encore la théorie
de Dempster-Shafer [Bonham-Carter, (1994)]. Les
modèles conceptuels de gisements (VHMS,épithermaux,
etc.) regroupent toutes leurs principales caractéristiques, et peuvent contribuer au choix des données à
retenir pour la modélisation et au choix des poids à
attribuer à tel ou tel thème.
Le choix de la technique à mettre en œuvre varie en
fonction du set de données, de sa taille, de sa qualité,
du degré d’indépendance des données, de l’existence
d’indices connus, etc.
L’étape de l’interopérabilité
22
Les outils issus des techniques de KDD (Knowledge
Discovery in Data bases) mis au point pour l’exploitation et la valorisation des SIGs répondent à des
besoins nouveaux. Les techniques du “Data Mining”
et les réseaux de neurones ont aussi pour objet de
mettre en évidence et de quantifier les relations existant
entre tous les paramètres décrivant l’environnement
d’une concentration minérale. Les paramètres ainsi
identifiés et hiérarchisés servent ensuite à tester des
scénarios et établir des cartes de potentiel minier ou
de prédictivité.
L’un des prochains challenges techniques est celui des
bases de données spatiales multi-échelles, multireprésentations et de la généralisation.Un changement
d’échelle implique presque toujours un nouveau travail
de synthèse et de dessin, processus long et coûteux,
mais qui pourrait être automatisé, sans rien perdre de
la qualité des synthèses humaines.
>
Les SIGs jouent plusieurs rôles, souvent de manière
concomitante. Leur rôle d’archive (exhumation, reformatage et donc sauvegarde de données anciennes)
ne peut pas être négligé même s’il ne peut constituer
une finalité. Mais un SIG est avant tout un outil, dont
la puissance dépend de la qualité des données stockées
dans les bases : qualité intrinsèque de la donnée, des
contrôles, de la mise en forme et de la transcription.
Fig. 3 : SIG Andes : carte de prédictivité des gisements néogènes d’or épithermaux et
porphyriques. La carte a été calculée en utilisant cinq paramètres régionaux retenus
pour leur rôle significatif dans le contrôle des minéralisations magmatiques et
hydrothermales à l’échelle continentale : (i) lithostratigraphie des roches encaissantes,
(ii) contacts lithostratigraphiques, (iii) discontinuités structurales, (iv) profondeur et (v)
pendage du plan de Wadati-Benioff modélisés à partir des données sismiques. La carte
met en évidence des zones à haute favorabilité représentées par des pixels rouges,
sans indice connu, et qui pourraient donc constituer des cibles potentielles,
intéressantes à contrôler.
Fig. 3: GIS Andes: predictive Neogene epithermal and porphyry gold deposit map. The
map was computed using five regional parameters selected for their significant role in
controlling the magmatic and hydrothermal mineralisation at continental scale: (i)
lithostratigraphy of the country rocks, (ii) lithostratigraphic boundaries, (iii) structural
discontinuities, and (iv) depth to and (v) dip of the Wadati-Benioff plane as modeled from
seismic data. The red zones on the map represent areas of high potential, but without
any known showings; these could form potential targets warranting a follow-up.
1 Yanacocha (Peru)-Portovelo (Equador)
2 Maricunga belt - Indio belt (Chile, Argentina)
3 Bajo de la Alumbrera (Argentina)
Source : BRGM
Les SIGs sont également des outils de communication et de diffusion de l’information qu’il est maintenant possible de consulter en ligne, via
l’Internet. C’est notamment le cas pour le SIG Andes
(http://sigandes.brgm.fr) et pour le SIG Europe
centrale (http://sigeurope.brgm.fr).
Une autre étape est en train d’être franchie avec la
possibilité de télécharger les données de différentes
origines pour les combiner. Cette avancée est liée à la
mise en place des normes d’intéropérabilité qui imposent que les données soient décrites selon des
normes précises (OGC, ISO) au sein de catalogues de
métadonnées (e.g. initiative INSPIRE). Un software
adapté permet alors d’intégrer ces nouvelles données
dans le système de l’utilisateur en s’affranchissant
de problèmes récurrents comme le changement de
système de projection, etc. Le site InfoTerre
(http://infoterre.brgm.fr/) fonctionne déjà sur ce
principe.
“
L’un des prochains
challenges techniques
est celui des bases de
données spatiales
multi-échelles, multireprésentations et de
la généralisation.
”
Fig. 4 : SIG Europe centrale,
Roumanie et Serbie : calcul d’un
index “Risque métaux lourds” pour
chaque gisement et d’une carte
d’aléa du drainage minier acide.
Fig. 4: GIS Central Europe, Romania
and Serbia: calculation of a ‘Heavy
metal risk’ index for each deposit and
of an acid mine drainage hazard map.
>
Source : BRGM
New information
technologies and
management tools open up
interesting perspectives where
the Earth Sciences are
concerned. Mineral
exploration benefits, in
particular, from the progress
made in databases and
Geographic Information
Systems and their
interoperability.
The large number of data
from varied sources warrants
a holistic approach to the
management and
development of mineral
resources. Regardless of the
scale of the work, we can now
deal with different
parameters simultaneously,
be they technical,
environmental, social or socioeconomic, etc.
We can now rank the
potential lines of mineral
development by taking into
account the three groups of
criteria that define
sustainable development. We
should expect better informed
decision making from the
various entities involved in
the development of mineral
resources.
This approach is well
illustrated by BRGM’s research
activities, in particular where
the GIS Andes (potential for
different mineral substances),
GIS Central Europe
(Environmental aspects) and
GIS Africa (public-support tool
for development) are
concerned.
Bibliographie : Billa, M., et al. (sous presse). Predicting epithermal-porphyry gold systems in the central Andes with the continental-scale metallogenic GIS Andes, Ore Geology Reviews. – Bonham-Carter, G.F. (1994).
Geographic information systems for geoscientists - Modelling with GIS. Pergamon Computer Methods in the Geosciences, 13 : 398 p. – Bougrain, L., et al. (2003). Knowledge recovery for continent-scale metal exploration by neural networks. Natural Resources Research, 12, 3 : 173-181. – Cassard, D. (1999). GIS Andes: A metallogenic GIS of the Andes Cordillera. 4th International Symposium on Andean Geodynamics, 4-6 octobre
1999, Göttingen ; Résumés étendus. Institut de Recherche pour le Développement Editeur, Paris, 1999 : 147-150. – Cassard, D., et al. (2003). GIS Central Europe: An operational tool to improve metallogenic thinking,
support exploration activities and contribute to the sustainability of the mining industry. Seventh Biennal SGA Meeting “Mineral Exploration and Sustainable Development”, Athènes, Grèce, 24-28 août 2003,Volume
des résumés étendus. – Lips, A.L.W., et al. (2002). Quantatitative assessments of a continent-scale metallogenic GIS by data-driven and knowledge-driven approaches to construct decision-aid documents. GIS in
Geology Int. Conference, Extended abstracts, Vernadsky SGM RAS, Moscou, 13-15 novembre 2002, 74-76. – Milesi, J.P. et Deschamps, Y. (2001). Présentation des lexiques élaborés dans le cadre des projets scientifiques
consacrés aux synthèses métallogéniques (Afrique, Europe Centrale, Andes). BRGM Report BRGM/RP-50763-FR : 234 p. – Milesi, J.P.et al. (2001). GIS AFRICA: a 1:2,000,000-scale tool for sustainable development. EUG XI,
8-12 avril 2001, Strasbourg, France, J. Conf. Abs., 6, 1 : 556. – Salleb, A. (2003). Recherche de motifs fréquents pour l’extraction de règles d’association et de caractérisation. Thèse de Doctorat, Université d’Orléans : 195 p.
l’après-mine
Quelques aspects de
mine”
“l’après-
©BRGM im@gé
Fermées ou abandonnées,
les anciennes mines
représentent un danger
potentiel comme
l’ont montré les
effondrements dans le
bassin ferrifère lorrain.
Face à l’urgence, des outils
et programmes d’action
et de recherche ont été mis
sur pied tandis qu’une
réglementation plus
contraignante entrait en
vigueur. Cette question
touche aujourd’hui toute
l’Europe où les mines ferment
les unes après les autres.
actualité
24
Bernard Feuga
Responsable des anciennes
exploitations de sel à
GEODERIS
[email protected]
es questions liées à “l’après-mine” touchent la quasi-totalité des substances qui
ont été, dans un passé plus ou moins lointain, extraites du sous-sol de notre pays.
Divers phénomènes et désordres liés à ces exploitations, notamment le “drainage
acide”, sont connus de longue date. Mais la prise de conscience collective des problèmes
de “l’après-mine” est récente avec la fin du bassin ferrifère lorrain, qui représente à lui
seul un exemple des divers désordres liés aux anciennes mines. L’étude des problèmes
du bassin lorrain est un bon exemple des réponses qui ont été apportées pour y faire face.
L
Avant “l’après-mine”
Avant “l’après-mine”, il y eut tout simplement... la mine. L’exploitation minière sur le
territoire de ce qui allait devenir la France remonte à des temps immémoriaux : les
archéologues y ont mis à jour les vestiges d’anciennes exploitations souterraines de
silex remontant au Néolithique. Selon le code minier actuel, ces exploitations seraient
aujourd’hui qualifiées de carrières, et non pas de mines. Mais si un code minier avait
existé à cette époque reculée, le silex, compte tenu de son caractère éminemment
stratégique pour nos lointains ancêtres, aurait été rangé parmi les substances dont les
plus hautes autorités se devaient de contrôler l’exploitation.
Maison affectée par un
affaissement lié à une ancienne
mine de fer à Auboué (Meurtheet-Moselle).
House affected by subsidence
associated with a former iron-ore
mine at Auboué (Meurthe-etMoselle).
Ces substances, relevant depuis une loi de 1810 du
régime de la concession, sont exploitables dans ce
qu’il est convenu d’appeler des mines. L’époque galloromaine connut une véritable explosion de l’activité
minière (or, argent, plomb notamment). Après une
longue éclipse due aux invasions barbares, l’activité
minière reprit au haut moyen-âge (c’est à cette
époque que l’on commença à exploiter le charbon)
pour ne plus cesser, marquant de son empreinte des
régions entières et allant jusqu’à constituer, dans la
période de reconstruction qui suivit la seconde guerre
mondiale, la “première industrie” de France. Cette
aventure vieille de près de six millénaires se termine
sous nos yeux, avec la fermeture des dernières mines
encore en activité. La mine est finie, nous voici dans
“l’après-mine”.
Il serait totalement faux de dire que les préoccupations
d’un exploitant minier étaient des préoccupations de
court terme. La longueur des étapes qui précédaient
l’ouverture d’une mine, l’importance des investissements nécessaires, et donc la durée du retour sur
investissement, imposaient au contraire une prise en
compte du moyen et du long termes beaucoup plus
contraignante que dans la plupart des autres industries.
Mais l’horizon, même lointain, auquel se limitait
l’exploitant minier, était celui de la fin de son exploitation. Tout était fait pour assurer la rentabilité et la
sécurité en phase d’exploitation. Mais, jusqu’à une
période très récente, la question du devenir de la mine
après son abandon et celle des conséquences futures
sur l’environnement ne se posaient pas. On n’ignorait
sans doute pas que les mines abandonnées pouvaient
entraîner de graves désordres. Au cours d’une aussi
longue histoire, on a fermé autant de mines qu’on en
a ouvertes et les accidents ou catastrophes liés aux
vieux travaux n’ont pas dû manquer. Mais peut-être
les anciens considéraient-ils ces accidents comme des
phénomènes inéluctables, voire naturels ? De même,
les bénéfices qu’apportaient les mines à leurs propriétaires, comme à l’ensemble des populations,
devaient rendre leurs inconvénients plus supportables.Toujours est-il que les désordres étaient traités
au cas par cas, sans attirer une attention particulière
de la part des populations, des médias et du monde
politique. Depuis une dizaine d’années la situation a
radicalement changé.
L’arrêt des mines de fer de Lorraine :
la prise de conscience
1995, la dernière mine de fer de la société Lormines
(groupe Usinor-Sacilor) du bassin de Briey-Longwy
ferme ses portes en Lorraine. Dès lors, les pompages
d’exhaure cessent et, conséquence logique de cette
interruption des prélèvements d’eau dans le sous-sol,
le niveau de la nappe phréatique remonte. En octobre
1996 des affaissements du sol dont l’amplitude
verticale atteindra par endroits deux mètres se manifestent assez soudainement dans la ville d’Auboué,
avec maisons lézardées, chaussées déformées, rupture
des conduites enterrées. Puis Moutiers, Moyeuvre,
Roncourt et de nombreuses autres communes de
Moselle et de Meurthe-et-Moselle connaissent des
désordres analogues que l’on explique rapidement
par l’effondrement de vieux travaux miniers. Le
déclenchement de ces phénomènes coïncide avec le
moment où le niveau de l’eau souterraine, lors de sa
remontée, atteint le “toit” (plafond) des anciennes
galeries. Des centaines de maisons sont affectées,
dont beaucoup devront être détruites. D’autres types
de désordres se manifestent : dégradation de la qualité
de l’eau souterraine, inondation de certains quartiers,
remontées d’air appauvri en oxygène dans des caves
reliées aux galeries minières...
Ces désordres suscitent une émotion considérable
dans une population déjà durement touchée par les
difficultés économiques liées à la fermeture des
mines et au déclin de la sidérurgie. Ils sont alors à
“
Ces désordres
suscitent une émotion
considérable dans
une population déjà
durement touchée
par les difficultés
économiques liées
à la fermeture des
mines et au déclin
de la sidérurgie.
”
De la mine à “l’après-mine” :
des préoccupations nouvelles
©GISOS (LAEGO-INPL)
25
l’après-mine
l’origine d’une prise de conscience, au plus haut
niveau de l’État, des problèmes liés à “l’après-mine” et
de la nécessité d’y apporter une réponse adaptée.
L’appui technique à l’administration :
Geoderis (cf encadré p. 29)
La DRIRE (Direction Régionale de l’Industrie, de la
Recherche et de l’Environnement), administration en
charge du suivi et du contrôle de l’activité minière,
avait vu ses effectifs spécialisés diminuer au fur et
à mesure que décroissait l’activité minière. Elle s’est
donc trouvée face à une surcharge de travail considérable à laquelle elle ne pouvait faire face. Pour
l’appuyer, l’État a donc fait appel au BRGM et à
l’INERIS (Institut National de l’Environnement
Industriel et des Risques) qui ont créé une structure
d’appui à l’administration, dotée du statut de GIP
(Groupement d’Intérêt Public) et nommée Geoderis.
Les problèmes d’“après-mine” ne se limitant pas à la
Lorraine ni aux mines de fer, Geoderis, qui compte à
l’heure actuelle vingt-cinq personnes, couvre l’ensemble du territoire métropolitain, avec une direction
nationale à Metz et deux agences à Alès et Caen.
26
Le modèle fonctionnel
La simulation
TEMPO-RER
700
Concentration (mg/l)
Alimentation du système
(Pluie efficace)
Débordement
dans la Moselle
Pompage
AEP
Fuites
Eau
d'alimentation
600
Concentration en
sulfate simulée
500
Concentration en
sulfate mesurée
400
300
Pompage
200
100
+ Eau de débordement
du sous-réservoir supérieur
Eau
d'alimentation
0
06/10/80
03/07/83
29/03/86
23/12/88
19/09/91
15/06/94
Interconnection entre les deux
sous-réservoirs due au surpompage
Modélisation de l’évolution de la concentration en sulfate dans l’ancienne mine de fer de Saizerais (Meurthe-et-Moselle).
À gauche : représentation schématique du modèle utilisé ; à droite : comparaison des teneurs calculée et mesurée.
Modeling the evolution of sulphate concentration in the former Saizeris iron-ore mine (Meurthe-et-Moselle). Left: schematic
representation of the model; Right: comparison of the calculated and measured concentrations.
Source : BRGM - R. Fabriol
Le GISOS au service de la recherche
“
Personne ne s’attendait
à ces désordres, difficilement
explicables, tant le rôle
de l’eau dans les anciennes
mines est complexe
et encore mal connu.
”
Les premiers mouvements de surface apparus après
l’arrêt des mines de fer de Lorraine semblaient liés à
la remontée de l’eau souterraine. Personne ne s’attendait à ces désordres difficilement explicables, tant
le rôle de l’eau dans les anciennes mines est complexe
et encore mal connu. Un gros travail de recherche
scientifique était à mener pour combler cette lacune.
C’est pourquoi, le GISOS, (Groupement d’Intérêt
Scientifique sur l’Impact et la Sécurité des Ouvrages
Souterrains) fut constitué et inauguré à Nancy en 1999
avec l’appui des pouvoirs publics locaux, nationaux et
européens. Un tel groupement n’a pas d’existence
Vue en perspective de deux cuvettes
d’affaissement dues à d’anciennes
mines de fer en Lorraine.
General view of two subsiding basins
resulting from former iron-ore mines in
Lorraine.
Source : O. Deck, (GISOS, LAEGO-INPL)
juridique propre et constitue une structure au sein
de laquelle les organismes membres décident de
mettre en commun leurs moyens humains et matériels pour réaliser ensemble des recherches sur un
thème donné. Le GISOS regroupe une cinquantaine
de chercheurs et associe le BRGM, l’INERIS, le LAEGO
(Laboratoire Environnement, Géomécanique et
Ouvrages, commun à l’École des Mines et à l’École de
Géologie de Nancy et relevant de l’Institut National
Polytechnique de Lorraine) et l’École des Mines de
Paris. Divers spécialistes issus de grands organismes
de recherche français et européens participent
également à ses travaux, au sein de son conseil
scientifique.
Le champ d’action du GISOS porte sur tous les types
de travaux souterrains et englobe non seulement les
problèmes de comportement des terrains et de la
qualité des eaux mais également des sujets plus
transversaux comme l’évaluation et la gestion du
risque. Les sciences humaines ne sont pas non plus
absentes des thèmes de recherche du GISOS, auquel
le laboratoire de Psychologie de l’Université de Metz
apporte une contribution originale. Le GISOS se veut
en outre un lieu de rencontres et d’échanges de
toutes personnes et organismes (scientifiques, administrations, entreprises, collectivités publiques) qui
sont concernés par sa thématique. Il a ainsi organisé
en février 2003 à Nancy “Après-mine 2003”, premier
colloque international sur le sujet qui a rassemblé 170
participants issus d’une dizaine de pays et a donné
lieu à des échanges très riches (www.gisos.org). Devant
le succès de cette manifestation, décision a été prise
d’organiser un second colloque à l’automne 2005.
Une réussite inespérée
Compte tenu de l’urgence, le GISOS a consacré ses
premiers travaux au bassin ferrifère lorrain avec
notamment la mise en place d’un site pilote expérimental dans une ancienne mine de la société
luxembourgeoise ARBED. Ce site a permis d’étudier
en vraie grandeur et sur une durée d’un an et demi
les mécanismes entraînés par l’ennoyage des mines.
De nombreux résultats marquants ont d’ores et déjà
été obtenus sur plusieurs sujets : influence de l’eau et
du vieillissement sur le comportement mécanique des
mines abandonnées, compréhension des mécanismes
de dégradation de l’eau du réservoir minier et prévision de l’évolution de sa composition, dégradation
du bâti suite aux affaissements miniers, méthodes
d’évaluation et de hiérarchisation de l’aléa “mouvements de terrain”, dégradation de l’air dans les
anciennes mines.
Sans pour autant relâcher son effort sur les problèmes des mines de fer, le GISOS aborde désormais
d’autres thématiques, comme celle des anciennes
exploitations de sel. Celles-ci, qu’il s’agisse de mines
traditionnelles ou d’exploitations par dissolution au
moyen de sondages, sont nombreuses sur le territoire
national et posent des problèmes difficiles. Le sel est
en effet un matériau extrêmement soluble dans l’eau
dont le rôle sur le devenir des exploitations est encore
beaucoup plus complexe que pour les mines de fer.
27
l’après-mine
Effondrement de terrain
en zone urbaine
Urban subsidence
©BRGM im@gé
Les évolutions réglementaires
La réglementation de l’industrie minière découle en
France de deux textes fondamentaux : la loi de 1810
(régime de la concession, par laquelle l’État accorde à
un pétitionnaire le droit d’exploiter une substance
donnée) et surtout celle de 1955 qui institue le code
minier. Celui-ci précise les démarches qui doivent
être suivies à la fin de l’exploitation d’une mine.
Le bilan que l’on peut tirer des cinq premières années
d’activité du GISOS est très positif car les recherches
qu’il coordonne ne se limitent pas à une addition de
programmes de ses différentes composantes. Un projet considérable comme le site pilote expérimental
n’aurait pu être entrepris et mené à bien isolément
par chaque organisme associé. En amenant les
équipes à collaborer, il a créé les conditions d’une
réussite que personne n’osait imaginer au moment
de sa conception. Le GISOS a également créé au bénéfice de ses membres une image de marque auprès
des pouvoirs publics et des médias, image renforcée
par les retombées opérationnelles de ses travaux,
dont beaucoup sont transposés sur le terrain par des
organismes comme Geoderis. Enfin, il a amorcé une
dynamique qui attire de plus en plus d’organismes
nationaux mais également européens intéressés à
collaborer avec lui. La part de son programme qui est
réalisée en collaboration avec des partenaires étrangers
ne cesse de croître.
28
Affaissement de terrain dû à une ancienne
mine de fer à Jarny (Meurthe-et-Moselle),
déterminé par interférométrie-radar.
Ground subsidence due to a former iron-ore
mine at Jarny (Meurthe-et-Moselle),
determined using radar interferometry.
Source : BRGM
Les désordres survenus en Lorraine ont induit une
réactualisation des dispositions légales et réglementaires, pour faire face en particulier à la situation
fréquente dans laquelle l’ancien exploitant n’existe
plus (on parle alors de mine “orpheline”). Dans ce cas,
c’est désormais l’État lui-même qui se porte garant
des désordres de “l’après-mine” et de leur réparation.
En contrepartie, l’État a rendu plus contraignante la
procédure d’abandon d’une exploitation. Celle-ci
comporte deux étapes.
La première, dite procédure de “déclaration d’arrêt
définitif des travaux et d’utilisation des installations
minières”, impose à l’exploitant d’élaborer un dossier
dans lequel il évalue l’impact de l’abandon de la
mine et de ses installations sur toute une série
d’intérêts à préserver : sécurité et salubrité publiques,
voies de communication, sites naturels, agricoles, historiques et archéologiques, ressources en eau, etc. Les
points à prendre en compte dans cette évaluation
concernent tous les aspects de l’activité de la mine :
“
Une avancée
décisive dans la
vie et une gestion
reconnue des
intérêts présents
et futurs.
stabilité des terrains, eaux souterraines et de surface,
émanations de gaz, ouvrages d’accès, anciennes
installations de surface, verses, terrils, bassins de
décantation, tas de résidus...
Si certains des intérêts à préserver sont menacés, le
dossier doit définir les mesures envisagées pour y
remédier ou pour assurer une surveillance des risques
s’il n’existe pas de mesure technique raisonnablement envisageable pour les éliminer. L’arrêt définitif
des travaux ne peut être prononcé qu’après approbation par le préfet et mise en application complète
de ces mesures afin que la sécurité des personnes et
des biens soit assurée sur le long terme. Si l’exploitant
est défaillant, l’administration peut décider de faire
réaliser elle-même, aux frais de ce dernier, les travaux
qu’elle estime indispensables.
La deuxième étape est celle de la renonciation à
concession, à l’issue de laquelle le titre minier retourne
à l’État.
La nouvelle réglementation a également institué les
“Plans de Prévention des Risques Miniers (PPRM)”,
documents inspirés des “Plans de Prévention des
Risques Naturels (PPRN)”. Les PPRM, qui seront établis
à la demande de l’État sur des zones et pour des
risques bien définis, sont destinés à constituer, dans
l’avenir, les outils de base de la gestion de l’usage du
sol dans les anciennes zones minières.
Une avancée décisive
”
L’industrie minière appartient désormais, en France
comme dans la plupart des pays d’Europe occidentale,
au passé. Pour éviter que l’héritage de ce qui fut
pendant des siècles source de richesse pour les Etats
et de fierté pour les acteurs de cette industrie ne soit
vécu comme une malédiction par les générations
à venir, il importait que les problèmes posés par les
anciennes mines soient considérés dans leur ensemble
et qu’une réponse globale leur soit apportée. Les
dispositifs mis en place à cette fin dans notre pays, et
dans lesquels les acteurs publics comme le BRGM
trouvent toute leur place, sont encore perfectibles. Ils
n’en constituent pas moins une avancée décisive dans
la voie d’une gestion de “l’après-mine” soucieuse des
intérêts, présents et futurs, de l’ensemble des parties
en présence.
> Les missions de Geoderis
Ce groupement d’intérêt public est
habilité à intervenir, à la demande de
l’administration, sur tout type d’exploitation minière arrêtée et dans différents domaines :
> Recueil de données sur les anciennes
mines : positionnement et mise en
forme de ces données et élaboration
de SIG qui permettent de visualiser
l’information disponible.
> Reconnaissance des anciennes mines :
mise en œuvre de moyens lourds de
reconnaissance sur le terrain tels que
sondages,campagnes de géophysique
ou visites au fond, nécessaires pour
retrouver l’emplacement des anciens
travaux.
> Évaluation de l’aléa : Geoderis élabore des cartes d’aléa qui,complétées par
la prise en compte des enjeux,permettront de définir le risque et de préparer
les décisions relatives à l’usage du sol
ou d’autres ressources dans les zones
affectées par l’exploitation minière.
> Traitement du risque : des travaux
doivent être menés sans délais dans
les zones où le risque identifié est
considéré comme très élevé.
> Surveillance :face à un risque existant
Geoderis assure le suivi de tout un
réseau de surveillance installé sur
d’anciennes mines et faisant appel à
diverses techniques (mesure de déformations, surveillance vidéo, écoute
micro-sismique des bruits émis par le
massif rocheux...).
The term ‘post-mining’
designates all the problems
resulting from the cessation
of mining activities, and from
former mines in general, as
well as the actions involved in
resolving these problems. The
disturbances (surface
subsidence, water-quality
degradation, gas emanation,
flooding) that have occurred
in the Lorraine iron-ore basin
since 1996, following the
closure of the mines, have
brought about a multitude
of responses.
The regulations have evolved
in a way that places an
increasing responsibility upon
the Government where ‘post
mining’ is concerned. As
against this, the procedures
for halting mining activities
and relinquishing a
concession are now much
tougher for the mining
companies, who must take all
necessary measures to ensure
long-term safety.
Two organizations have been
established to help the
government manage the
technical problems associated
with ‘post mining’. Geoderis,
a Public Interest Group that
provides expertise and minehazard assessment, and
GISOS, a Scientific Interest
Group for underground
structures which carries out
research into phenomena
associated with former mines.
GISOS is made up of BRGM,
Ineris (Institute for Industrial
Environments and Risks), the
Paris School of Mines and
INPL (Lorraine Polytechnic
College).
la mine en europe
Depuis la préhistoire,
les sociétés modernes ont été
fortement conditionnées par
les activités minières.
Symboles de richesse, de
pouvoir économique et de
puissance politique,
les mines ont contribué au
développement humain et au
progrès technique tout en
modelant les paysages.
À l’heure où les dernières
mines françaises ferment,
c’est tout un pan de notre
histoire et de notre
patrimoine qui risque de
disparaître.
la mine en Europe
avant l’ère
Le rôle de
industrielle
Mineurs au travail à Schwaz en 1556
dans les mines de Jacob Fugger
Miners at work in the Jacob Fugger
mines at Schwaz in 1556
Source : extrait du Schwazerbergbuch
historique
30
Marie-Christine
Bailly-Maître
Directeur de Recherche
Laboratoire d’Archéologie
Médiévale Méditerranéenne
(LAMM)
UMR 6572 CNRS - Université
de Provence
[email protected]
n janvier 2000, Paris a accueilli un colloque dont le thème était La mine du XVe
au XXe siècle(1) avec des intervenants venus d’horizons très divers. La diversité des
approches qui aurait pu donner lieu à une rencontre assez déséquilibrée ou peu
cohérente a, au contraire, mis en évidence les visions très contrastées et souvent contradictoires de ceux qui étudient le monde de la mine.
E
Le clivage est net entre d’un côté les historiens et archéologues et, de l’autre, les tenants
d’approches littéraires. Les premiers travaillent essentiellement, depuis les périodes
anciennes, sur les savoir-faire techniques, sur le rôle de la mine dans le développement
des autres activités humaines et dans les mouvements économiques, ou encore sur les
enjeux politiques. Les seconds s’intéressent d’abord aux mines “récentes” des XIXe et
XXe siècles. L’essentiel des œuvres qui traitent de ce milieu met en scène des mineurs
de charbon avec une image dominante véhiculée par Emile Zola dans Germinal (1885).
On y représente des mineurs travaillant dans des conditions effroyables, vivant avec leur
famille le plus souvent en dessous du seuil de pauvreté, exposés à des risques terribles :
éboulements, inondations, explosions dues au grisou, silicose qui brûle les poumons, etc.
Malgré cela, les mineurs sont fiers de leur métier que l’on exerce souvent de père en
fils. En dehors des sources purement littéraires, d’autres ouvrages traitent du monde
Commune de Bez et Esparon (30) :
Four à griller à la calamine (XIXe s).
Commune of Bez et Esparon (Gard)
Calamine roasting kiln (XIX C.)
de la mine. En 1867, dans son ouvrage “La vie souterraine ou les mines et les mineurs”, Louis Simonin nous
montre des hommes aux prises avec les terribles
dangers du monde souterrain, face à un milieu hostile
qui ne se laisse pas dominer. Jules Verne, ami de
Louis Simonin, reprend ces mythes dans son “Voyage
au centre de la terre” (1864).
Aujourd’hui encore, c’est cette vision “noire” qui
subsiste dans la conscience collective : il n’est qu’à
écouter la chanson de Pierre Bachelet “Au nord, c’était
les corons...”. Autres sujets d’inquiétudes avec les
effondrements importants survenus en Lorraine ces
dernières années et l’arrêt de toute activité minière
en France programmé dans un avenir proche. Mais le
code minier est formel : pour que les sites extractifs
sortent de sa compétence, les travaux de “mise en
sécurité” doivent avoir été préalablement réalisés.
La mine visitée par les historiens
C’est l’ensemble de ces perceptions - vécu négatif de
la mine, peur de la pollution, des effondrements,
perspectives d’arrêt total de l’activité - qui a déterminé, depuis une dizaine d’années le Ministère de
l’Industrie, à entreprendre la mise en sécurité systématique de tous les vestiges miniers. Dans ce cadre, l’État
se charge directement des mines dites “orphelines”(2),
alors que les concessionnaires sont tenus de réaliser
la sécurisation dans le périmètre de leur concession,
même si les vestiges actuels ne résultent pas de leur
propre activité(3).
La mise en sécurité signifie la disparition totale des
sites, l’idéal (sic) étant d’aller jusqu’à la restitution
topographique du paysage originel, avant l’activité
d’extraction et de transformation. C’est le cas avec le
site des Malines à Saint-Laurent-le-Minier dans le
Gard où il ne reste plus aucune trace de l’une des plus
importantes exploitations de plomb-zinc de France
fermée en 1991. C’est un pan entier du patrimoine et
de l’histoire des hommes qui est inexorablement
voué à la disparition en raison de l’application du
“principe de précaution”.
Il est possible cependant de véhiculer une autre idée de
la mine et de ses acteurs. C’est celle que les historiens
et archéologues s’appliquent à mettre en évidence.
Des travaux de recherche ont été menés depuis près
de 25 ans sur des sites miniers et métallurgiques dont
la chronologie est comprise, pour le plus grand
nombre, entre la protohistoire et le XVIIIe siècle. La
quasi-totalité des chercheurs œuvrant dans ce
domaine est regroupée au sein de la Société Française
d’Etude des Mines et de la Métallurgie.
L’histoire est différente selon que l’on s’intéresse aux
mines métalliques ou aux gisements de combustibles, et pour ce qui concerne les mines métalliques,
©M.C. Bailly-Maître
31
(1) Colloque organisé en janvier 2000 par l’Equipe Histoire des techniques de Paris 1 et l’Institut Catholique de Paris. À paraître.
(2) Les mines dites orphelines sont celles qui ont été concédées, mais qui n’ont plus ni propriétaire ni concessionnaire. Elles relèvent tou-
jours du code minier en vigueur.
(3) Quel statut donner aux mines exploitées antérieurement à l’établissement des concessions et du code minier ? Depuis la fin des années
quatre-vingt, les mines relèvent de la loi sur l’archéologie, quelle que soit la date d’abandon de l’exploitation.
la mine en europe
entre le fer et le non ferreux. En effet, les minerais de
fer sont assez largement répartis sur l’ensemble du
continent européen et particulièrement en France.
C’est donc au domaine de la métallurgie que s’est
appliqué le génie humain, conduisant des méthodes
de métallurgie directe aux processus de transformation indirecte avec l’apparition, à la fin du Moyen Âge,
du haut-fourneau.
32
Dès la protohistoire, les Gaulois exploitent les mines
d’or en roche du Limousin, de la Corrèze et du Pays
Basque (Cauet, 1999). Les recherches archéologiques
menées sur ces aurières montrent que les chantiers
étaient conduits par des techniciens puisque certains
sites ont conservé des boisages et des galeries
d’exhaure. Si l’Antiquité a laissé peu de traces sur
notre territoire national, des sites exceptionnels ont
été étudiés en Espagne (Domergue, 1990), en Grèce
au Laurion, en Roumanie(4)...
À chaque fois, le terrain montre que ces gisements
ont été travaillés par des hommes de l’art, des professionnels qui maîtrisaient parfaitement les techniques
extractives. Il ne s’agit en aucun cas d’une économie
de cueillette, mais de véritables entreprises bien
gérées. En revanche, pour ces périodes anciennes,
l’historien dispose de peu d’informations sur les
hommes qui ont travaillé dans ces mines.
Avec le Moyen Âge, les sites identifiés deviennent
plus nombreux. À partir des XIe-XIIe siècles, les textes
apportent un éclairage déterminant pour la connaissance
de l’activité minière dans ses multiples facettes techniques extractives, gestion de l’espace souterrain,
traitement minéralurgique et métallurgique - mais
aussi et surtout, sur le cadre dans laquelle elle se
déroule. Car de tout temps, l’exploitation de minerais
a été une activité fragile, fortement dépendante du
contexte économique et politique.
“
Commune de Pommiers (30)
Mine de plomb/zinc de Mas Lacombe, paysage marqué par les haldes où se
téléscopent vestiges médiévaux et contemporains.
Commune of Pommiers (Gard)
Mas Lacombe lead/zinc mine, landscape marked by waste heaps telescoping
mediaeval and contemporaneous remains
En France, la recherche et l’exploitation de gisements
polymétalliques sont fortement liées à l’exercice du
droit régalien de battre monnaie avec, depuis les VIIeVIIIe siècles, le monométallisme argent du denier,
situation qui se maintient jusqu’à Philippe IV le Bel.
Dès l’époque carolingienne, les mines de plomb
argentifère de Melle (Poitou) alimentent sur place un
atelier monétaire qui figure sur la liste des ateliers
autorisés par l’Edit de Pitre de 864. C’est ce lien entre
le pouvoir et le minerai qui explique que les mines ont
été des éléments essentiels du développement économique de régions ou d’Etats.
Enjeux de pouvoir et de puissance
À chaque fois, le terrain
montre que ces gisements
ont été travaillés par
des hommes de l’art,
des professionnels qui
maîtrisaient parfaitement les
techniques extractives.
”
L’Europe du sud (Italie, Espagne, France méridionale)
est une grande productrice d’argent au Moyen Âge et
participe à la création de richesses avec des mines de
plomb et cuivre argentifères. L’enjeu politique est
essentiel. De grands féodaux engagent des conflits
incessants pour des mines qui semblent, aujourd’hui,
de médiocre importance, mais qui, par leur nombre
constituent une source de métal blanc non négligeable
[Bailly-Maître, (2002)]. Ainsi voit-on intervenir pour les
mines de Largentière en Vivarais, aux XIe-XIIe siècles,
l’évêque de Viviers, le Comte de Toulouse, l’Empereur
Frédéric Barberousse, et même Simon de Montfort
lors de la croisade des Albigeois. Dans un premier
“
C’est ce lien entre
le pouvoir et le
minerai qui explique
que les mines ont
été des éléments
essentiels du
développement
économique de
régions ou d’Etats.
”
”
temps, les gisements de galène ou de plomb argentifère sont recherchés en priorité car la séparation de
l’argent et des autres métaux contenus dans le
minerai est plus aisée. Très vite cependant les cuivres
gris, dont la bournonite, sont recherchés. Ainsi dans
les Cévennes, le district d’Hierle (autour du bourg de
Saint-Laurent-le-Minier) livre à l’étude un ensemble
de plus de 60 réseaux miniers ayant fonctionné aux
XIe-XIVe siècles. Dès la fin du Moyen Âge, les métallurgistes dominent la technique du “ressuage” pour
traiter l’argent associé au cuivre.Les progrès s’accélèrent
pour retraiter le plomb (très utilisé pour les toitures,
la poterie, la tuyauterie...) et le cuivre dont la demande
est en pleine expansion avec le développement de
l’artillerie. La fouille de la mine de cuivre argentifère
de Pampailly a permis de retrouver les vestiges
d’un martinet hydraulique du XVe siècle destiné à
broyer les scories afin de récupérer les billes de cuivre
[Benoit, (1997)]. L’importance économique et politique
de ces minerais engendre la mise en exploitation
de gisements dans des conditions extrêmes, comme
à Brandes (Huez-Isère) où les filons sont travaillés,
du XIIe au XIVe siècle, de 1850 m à 2900 m d’altitude.
Il est d’ailleurs révélateur de voir le Dauphin, alors
seigneur du Dauphiné, engager une politique de
conquête systématique des pays de montagne
pour maîtriser les cols, mais aussi les ressources
du sous-sol.
En France, la fin du Moyen Âge marque l’aboutissement de la politique royale pour récupérer l’ensemble
des droits sur l’activité minière. Le Capétien opère un
lent grignotage, au gré des opportunités et des
conflits, le plus souvent par l’intermédiaire de ses
sénéchaux. L’ordonnance de 1413, puis les suivantes,
officialisent la mainmise de l’état centralisé sur les
ressources minières. Ces textes accordent une grande
liberté de prospecter et d’entreprendre, mais imposent
un prélèvement royal sur le métal précieux [Isambert,
(1821-1833)].
Avec les Temps Modernes, l’Europe méditerranéenne
passe au second plan en tant que productrice directe de
minerais nobles. Deux facteurs principaux expliquent
cette mutation : la découverte du Nouveau Monde
avec l’arrivée massive de métaux précieux en Europe
et l’essor considérable de la production des pays de
l’aire “germanique”. Les gisements de Bohême, Tyrol,
Harz, Slovaquie sont déjà exploités avant la
Renaissance, mais un véritable “boum”intervient à partir de la fin du XVe siècle et plus encore au XVIe siècle.
Des réseaux souterrains gigantesques sont creusés,
les métiers de la mine se hiérarchisent et des fortunes
naissent. Ainsi Jacob Fugger devient-il au XVIe siècle
un des hommes les plus riches de son temps. Sa
fortune s’appuie sur de nombreuses activités mais
d’abord sur les mines d’argent de Schwaz au Tyrol. Le
milieu du XVIe siècle est aussi le temps des traités
techniques.Trois ouvrages essentiels sont alors rédigés.
De la Pirotecnia du vénitien Vanoccio Biringuccio
(1540), le Schwazerbergbuch (1556) et surtout, le De Re
Metallica de Giorgius Agricola (1556) qui détaille tous
les savoir-faire répertoriés sur l’extraction et la transformation des minerais métalliques.
L’image, vérifiée par de nombreux indices, du mineur
médiéval est celle d’un homme aux compétences très
recherchées, au statut social reconnu. On est loin du
bagnard antique enchaîné aux enfers : le métier de
mineur est devenu un métier valorisant(5).
(4) Béatrice Cauet (CNRS UTAH UMR 5608) mène un programme de recherche sur les exploitations de Roscia Montana (Roumanie) où
sont conservés des vestiges d’exploitations daces et romaines.
(5) Le topographe ou le forgeron ne seront pas considérés comme l’ouvrier du martel, la hiérarchie est très prégnante.
“
On est loin du
bagnard antique
enchaîné aux
enfers : le métier de
mineur est devenu un
métier valorisant.
33
la mine en europe
34
Le XVIIe siècle est marqué par une innovation technique,
l’abattage à la poudre noire, qui change radicalement
les pratiques du mineur. La première mention écrite
d’achat de poudre à canon pour exploiter du minerai
date de 1617 pour les mines de cuivre du Thillot
(Vosges) [Pierre, (1993)]. La technique se répand de
façon inégale selon les régions et les pays, mais elle est
à peu près généralisée au XVIIIe siècle. Cette mutation
est la première d’une longue période. Depuis
l’Antiquité, et même sans doute auparavant, la technique d’abattage était restée la même : percussion
posée ou lancée et exploitation au feu. Les progrès
s’étaient appliqués à la qualité de l’outillage,à la gestion
des réseaux souterrains et à la métallurgie.
Le rôle économique de la mine est tel que souvent
l’existence d’entreprises extractives ou leur fermeture
engendrent la richesse ou la ruine de régions entières.
Les mines, outil de développement local
Au Moyen Âge, des villes se créent autour de cette
activité(6). Des cités éphémères comme à Brandes
(Huez-Isère), San Silvestro (Toscane-Italie) ou encore
dans le Siegerland (Altenberg-Allemagne). À Brandes,
une agglomération minière, véritable coron, occupe
un plateau à 1800 m d’altitude du milieu du XIIe
siècle au milieu du XIVe siècle, pour être désertée dès
l’abandon de la mine d’argent. Le site italien, est par
bien des points, comparable à Brandes. Le village
naît, au XIe siècle dans l’unique but d’exploiter des
mines d’argent au cœur des Monts métallifères de
Toscane. Le choix d’implantation du village est dicté
par la localisation des gisements métallifères car les
constructions s’installent sur un piton calcaire, sans
aucun point d’eau. La fouille du site a permis de
retrouver le château (rocca), l’église, le cimetière, les
habitations, les mines et les ateliers. La recherche sur
le site de l’Altenberg (Allemagne), exploité au XIIIe
siècle, a porté sur les vestiges miniers et métallurgiques, mais aussi sur la “colonie” associée, c’est-à-dire
les lieux de vie des travailleurs. Chaque fois que ces
agglomérations ont été étudiées et fouillées, le
témoignage qu’elles livrent est le même : les mineurs
et leurs familles appartenaient à un groupe social
aisé, jouissant d’une bonne alimentation, de loisirs, de
vêtements de qualité ornés de bijoux “à la mode”.
Puits du 13ème siècle (restitution
du fonctionnement à partir
des vestiges archéologiques)
13th Century mine shaft
(reconstruction based on
archeological findings)
Source : Marion Baudrand
D’autres villes naissent et survivent jusqu’au XXe
siècle, pour péricliter à l’abandon de l’activité minière
comme Largentière dans le Vivarais, Saint-Laurent-leMinier dans le Gard, Massa Marittima en Toscane ou
encore l’Argentière-la-Bessée (Hautes-Alpes). En 1202,
(6) Naissance et développement des villes minières en Europe, Colloque international de l’Université d’Artois, Lens-Lievin, mars 2002.
(7) Les mines de l’Argentière-La Bessée sont étudiées par Bruno Ancel, dans le cadre d’un C.C.S.T.I. - (8) Prospections menées depuis 1997 par l’auteur.
le Dauphin épouse la petite fille du comte de
Forcalquier et reçoit en dot le mandement de
l’Argentière-la-Bessée et les revenus miniers qui s’y
attachent. C’est dans le contrat de mariage de
Guigues-André Dauphin et de Béatrix, que le nom de
l’Argentière-la-Bessée apparaît pour la première
fois(7). Dans le Vivarais (Ardèche), le toponyme de
Largentière désigne une bourgade florissante au
Moyen Âge, comme en témoigne l’architecture du
bourg actuel. Rien, sinon sa création sur un district
minier argentifère, ne prédisposait cette cité à
occuper la place qu’elle a tenue au cours de l’histoire.
La carte de localisation des entrées de mines médiévales
montre à quel point la ville ancienne s’est implantée
sur les chantiers extractifs(8). Au cœur des Cévennes
gardoises, au fond d’une vallée encaissée et isolée,
Commune de Saint-Laurent-le-Minier (30)
Mine de cuivre argentifère, fausse galerie de circulation
muraillée avec les stériles et couverte de Lauzes ; sur les
lauzes, reposent des amas de stériles en vrac (XIIe-XIVe s).
Commune of Saint-Laurent-le-Minier (Gard)
Argentiferous copper mine, false circulation gallery walled
with tailings and covered with roofing stones: piles of
waste rock lie on the roofing stones (XII-XIV C.)
“
Le rôle économique
de la mine est tel que
souvent l’existence
d’entreprises
extractives ou leur
fermeture engendrent
la richesse ou la ruine
de régions entières.
”
le bourg de Saint-Laurent-le-Minier est au centre d’un
important district minier exploité aux XIIe-XVe siècles
pour le cuivre et l’argent. La vocation minière de la
contrée s’est poursuivie jusque dans les années 1990
avec le fonctionnement de nombreuses exploitations
aux mains de Vieille Montagne, puis Penarroya. La
fondation médiévale de Saint-Laurent-le-Minier ne
fait pas de doute puisque le qualificatif de minier est
déjà accolé au nom au XIVe siècle : Sanctus-Laurentius
de Meneria en 1320 [Bailly-Maître, (2002)]. Comme à
Largentière dans le Vivarais, la mine semble la seule
raison d’être de cette petite ville dont la situation
géographique ne permet aucun développement économique.
D’autres exemples, plus récents, pourraient illustrer ce
lien entre le fait minier, la création de richesses, le
creuset de réflexion et d’ingéniosité dont les hommes
ont fait preuve pour extraire, transformer les
richesses du sous-sol. C’est vrai en Europe, mais aussi
sur d’autres continents à l’image des mines d’argent
de Potosi (Bolivie), qui culminent à plus de 4000 m
d’altitude et ont engendré, là aussi, une grande ville
sans aucune source d’eau.
Quel que soit le minerai recherché et l’époque, il est
donc possible d’affirmer que la mine a fortement
influencé le développement local ou national, que ses
chantiers ont attiré des hommes, des familles, ont
crée des agglomérations et ont durablement modifié
le paysage. C’est aussi l’activité minière et métallurgique qui est à l’origine d’innovations techniques
avec des incidences directes sur l’évolution des autres
activités humaines.
Belonging to the ‘infernal’
world of darkness, mines are
both fascinating and
threatening. The perception
imparted by recent history is
terrifying and dangerous, akin
to the image conveyed by the
peplos of convicts chained to
the bowels of the earth. But
the mine is also something
completely different. The
Middle Ages and the Modern
Era have been periods of
intense mining activity in
France and Europe. Being a
miner carries with it a certain
social status that is not
conferred on other technicians,
such as potters. The mine is a
source of wealth and of local
or national development.
Although the major production
centres have shifted over the
centuries in response to
demand, the equation is
always the same. Power
leaders are not mistaken on
this issue and manage to make
the mine a political power tool
in view of the role that mining
plays at the economic level.
Bibliographie : G. Agricola (1556). De Re Metallica, Bâle, Trad. A. France-Lanors, réd. Klopp, Thionville, 1987. — M.C. Bailly-Maître (2002). L’argent. Du minerai au pouvoir dans la France médiévale, Espaces médiévaux,
éditions Picard, Paris. — P. Benoît, Ph. Fluzin (1995). Paléométallurgie du fer et culture, Symposium international du Comité pour la Sidérurgie Ancienne, Belfort, 1990, éd. Vulacain, Belfort, 542 p. — B. Cauet, (sous
la dir.) (1999). L’or dans l’Antiquité de la mine à l’objet, Aquitania, supplément 9, Aubenas. — Cl. Domergue (1990). Les mines de la péninsule ibérique dans l’Antiquité romaine, collection de l’Ecole Française de
Rome, 127, Rome. — F. Isambert (1821-1833). Recueil général des anciennes lois françaises, 29 vol., Paris, t.VII. — F. Pierre (1993). Les mines de cuivre de Le Thillot (Vosges), Apparition et évolution des techniques de
percement à la poudre noire, Lotharingia, V. — F. Tereygéol (2001). Les mines d’argent carolingiennes de Melle, thèse pour le doctorat d’état, Université de Paris I, 3 vol.
développement historique urbain et cavités souterraines
Modèle 3D d’un secteur de la ville de Lyon
construit à partir de la carte géologique à
1/50 000 et de 400 sondages
This 3D model of the city of Lyons was
constructed from a 1:50,000-scale
geological map and 400 drill holes.
Source : BRGM
En héritage de leur histoire
urbaine, de nombreuses villes
recèlent dans leur sous-sol
d’anciennes mines ou
carrières devenues des cavités
souterraines potentiellement
dangereuses. Il y a donc
urgence à cartographier,
étudier et modéliser ces
cavités pour expertiser les
risques et prévoir des mesures
préventives ou réparatrices.
Développement
historique urbain et
cavités souterraines :
gérer la ville en 3D en assumant son passé
cavités souterraines
36
Pierre Thierry
Géologue spécialiste des
risques naturels,
Service Aménagement et
Risques naturels - BRGM
[email protected]
Frank Hanot
Géologue
Service Connaissance et
diffusion de l’information
géologique - BRGM
[email protected]
a ville constitue un écosystème socio-économique et humain, dynamique et
complexe et s’inscrit dans un milieu physique naturel, avec lequel se créent des
interactions profondes. Ainsi, une ville européenne d’un million d’habitants
consomme chaque jour 320 000 tonnes d’eau et rejette 300 000 tonnes d’eaux usées
[EEA, (1995)]. Autre exemple, l’agglomération parisienne utilise chaque année 50 millions
de tonnes de granulats, qu’il faut extraire à proximité. Mais la ville évolue, et les
contraintes d’occupation du sol impliquent le renouvellement sur place des bâtiments
ou des infrastructures trop anciens. Il faut compter 500 kg de produits de démolition
par citoyen et par an à restituer dans l’environnement et 300 tonnes de matériaux pour
bâtir les infrastructures nécessaires à chaque nouveau citoyen.
L
La ville et son milieu géologique naturel
Historiquement, le sous-sol de la ville a d’abord été exploité pour en tirer les matériaux
nécessaires à son développement "all materials used to create cities are derived from the
Earth" [d’après R.F. Legget (1973), in McCall G.J.H. et al. (1996)].
Le problème de la proximité du lieu d’extraction est d’une importance économique
primordiale. Aujourd’hui encore les matériaux de construction représentent plus de
gérer la ville en 3D
Fig. 1 : Vue d’une cave dans les
Calcaires de Beauce au contact de la
nappe phréatique, située à 10 m de
profondeur environ, rue des Murlins
à Orléans
Fig. 1: Cave in the Calcaires de Beauce
(Beauce Limestone) in contact with
the water table, situated at a depth
of some 10 m, Rue des Murlins in
Orléans
©BRGM im@gé - P. Courtot
La nécessité de trouver des matériaux de construction
a donc conduit à creuser la roche le plus près possible
de la ville pour diminuer les coûts de transports. Lors
des phases de développement ultérieures, la ville s’est
ensuite étendue au-dessus des anciennes carrières.
Toutefois, les cavités n’avaient pas pour objectif
l’extraction des seules pierres de taille, il pouvait
s’agir également de mines pour produire métaux ou
combustibles.
Au fil de son histoire, le développement d’une ville
se traduit donc par un double phénomène ; la production de sols artificiels que l’on appellera sols
anthropiques ou remblais et l’utilisation du sous-sol
par le creusement de cavités.
Le creusement des cavités
Dans toutes les villes, un premier niveau de cavités
est situé juste sous la surface. Il est associé à la disparition du sol naturel, remplacé par les fondations
des bâtiments ou les structures enterrées, parkings
ou voiries. Ainsi, le seul réseau d’assainissement
occupe deux m3 de sol par habitant dans les pays
industrialisés [Barles et Guillerme, (1995)]. Dans une
ville comme Paris, près de 15 000 ouvertures de la
chaussée sont réalisées chaque année pour 1 350 km
de voirie et 25 000 ouvertures pour 1 400 km à
37
Hong-Kong [Berosh M. in EUS, (1995)]. La tranche la
plus superficielle des sols est donc mise continuellement à contribution pour le fonctionnement de la
ville moderne.
L’extraction de pierres de taille nécessite la présence,
sous la ville ou à proximité immédiate, d’un faciès
géologique apte à fournir les matériaux de construction.
Souvent, ces exploitations ont débuté comme carrières
ouvertes à flanc de collines. On sait que les Gaulois
utilisaient des pierres pour les soubassements de
certaines constructions. De telles exploitations ont
perduré tout au long du Moyen Âge pour atteindre un
maximum entre les XVe et XVIIIe siècles avant de
s’éteindrent généralement au début du XXe siècle.
Quand l’exploitation passe en souterrain, la disposition des galeries est alors guidée par deux impératifs :
suivre les niveaux de meilleures caractéristiques
mécaniques et rester au-dessus du niveau de la
nappe phréatique. À Orléans, le calcaire de Beauce qui
constitue le substratum rocheux sous la ville a été
extensivement exploité comme moellons pour la
construction, malgré une qualité souvent médiocre.
Les galeries sont donc présentes sur plusieurs
niveaux, de manière quasiment continue sous le
cœur historique de la ville. Les niveaux les plus inférieurs se situent au contact de la nappe phréatique
(Fig. 1). L’exploitation a été souvent anarchique,
chaque carrier cherchant à extraire les pierres de
meilleures qualités, mais en étant limité par les autorisations d’exploitation ou la possession des terrains
en surface. De là découle une cartographie souvent
très complexe des galeries (Fig. 2).
50 % du tonnage des marchandises transportées et
leur distance moyenne d’acheminement est très
courte (34 km en France).
La gestion des risques liés aux cavités
Les creusements anarchiques ont pu aboutir à la
superposition dangereuse de cavités sur plusieurs
niveaux, en limite de stabilité de la roche tandis
qu’en fin d’exploitation, les carriers s’attaquaient
souvent aux piliers laissés par les premiers exploitants.
La rupture d’un pilier ou d’un toit est alors susceptible
de se propager jusqu’à la surface avec des effets
visibles : affaissement à l’origine de fissurations dans
le bâti ou les infrastructures, effondrement (Fig. 3) ou
fontis aux conséquences parfois catastrophiques.
Fig. 2 : Tracé de galeries
sous les communes de
Dampierre et Souzay (49)
Fig. 2: Plan view of the
galleries beneath the
communes of Dampierre
and Souzay (Maine-etLoire Dept.).
Source : CETE d’Angers.
Fig.3 : Fontis sous une voirie
Fig.3: Subsidence under a road
©BRGM - Ch. Mathon
38
“
Les municipalités ou
les autorités régionales
réagissent en fonction
de leur sensibilité et
de l’urgence des situations.
”
Ces cavités présentent donc fréquemment un danger
qu’il s’agit de gérer mais qui est souvent prévenu par les
maîtres d’ouvrages. On observe ainsi, dès le Moyen Âge,
le confortement des premiers niveaux de cavité comme
c’est le cas à Sens où les galeries situées à proximité
de la cathédrale ont été consolidées, probablement,
dés 1260 [d’après L. Dumüys in De Pasquale, (1996)].
Les municipalités ou les autorités régionales réagissent en fonction de leur sensibilité et de l’urgence des
situations. Des services spécialisés ont été créés
(Inspections Générales des Carrières à Paris ou à Caen
par exemple). D’autres villes ont élaboré des stratégies
différentes comme l’inventaire et la cartographie des
cavités à Orléans ou le suivi et le confortement des
galeries du Grand Lyon.
D’un point de vue législatif, le problème de sécurité
s’est posé de très longue date aux autorités. Deux
textes essentiels régissent la question du régime
juridique des cavités sous les voies publiques : l'Edit
de février 1566 dit “Edit de Moulins” et l'Edit du 16
décembre 1607, dit “Edit de Sully”. Il faut attendre le
25 février 1838 pour qu’une ordonnance de LouisPhilippe impose aux autorités locales la déclaration
d’ouverture d’une carrière. C’est à partir de cette date
que des archives seront tenues.
Actuellement, le principal texte juridique applicable,
selon le Code de l’Environnement, et conformément
au décret n°95.1089 du 5 octobre 1995, est relatif aux
Plans de Prévention des Risques naturels prévisibles
(PPR) : "l'État élabore et met en application des plans de
prévention des risques naturels prévisibles engendrés par
des phénomènes tels que les mouvements de terrain,
parmi lesquels on distingue les affaissements et/ou les
effondrements dus à l'instabilité des cavités souterraines, les écroulements rocheux liés à la dégradation
des falaises".
Un PPR peut imposer des mesures aux constructions,
ouvrages, biens et activités existant antérieurement
à sa publication.
La modélisation 3D
Il s’agit d’appréhender la position et l’épaisseur des différentes formations géologiques qui sont connues
essentiellement par les ouvrages de reconnaissance réalisés lors de travaux d’aménagement. La densité de ces
informations ainsi que leur qualité sont éminemment
variables. Ainsi pour le Grand Lyon (environ 500 km2
[Fig. 4]),on estime à 15 000 le nombre de sondages disponibles avec une densité théorique d’environ 30 sondages
au km2. Une grande partie des données disponibles est
archivée dans le cadre de la Banque de Données du
Sous-Sol (BSS), gérée par le BRGM.
À partir de ces informations, les surfaces constituant
le contact entre les différentes formations peuvent
être modélisées à l’aide des outils géostatistiques. Ces
surfaces sont représentées sous forme de grilles,
pour lesquelles à chaque point X,Y est associée une
altitude Z. La géostatistique utilisée pour les sciences
de la terre s’appuie sur deux outils fondamentaux : le
variogramme et le krigeage [Chiles et Delfiner,
(1999)]. Le variogramme permet de calculer la perte
de corrélation entre deux points d’observation, en
fonction de la distance. Le krigeage est une méthode
d’interpolation automatique qui repose sur l’interprétation de l’étude variographique préalable. Il
présente l’avantage de quantifier l’incertitude qui
entache toute valeur interpolée.
Fig. 4 : Modélisation 3D en cours de réalisation sur la plaine de l’Est lyonnais.
“Drapage” de la carte géologique sur le relief. Les points verts indiquent les têtes
de forage, en transparence, utilisés pour la construction du modèle.
Fig. 4: Current 3D modelling of the Lyons eastern plain. ‘Draping’ of the geological map
over topography. The green points represent the drill heads used to build the model.
Source : BRGM
Le calcul des différences d’altitude entre les surfaces
permet d’évaluer l’épaisseur des formations géologiques susceptibles d’être exploitées. Pour identifier
les secteurs hors d’eau de ces formations, il est également nécessaire de calculer une surface piézomètrique moyenne suivant les mêmes principes. Mais
cette modélisation se heurte à deux difficultés : les
perturbations hydrauliques localisées (barrages ou
drains) ainsi que les fluctuations historiques de
niveau dues aux changements de pratiques dans les
pompages et les infiltrations.
Lorsque l’épaisseur, hors d’eau, de la formation
considérée est suffisante pour l’exploitation, et que
l’incertitude liée au krigeage est compatible avec la
précision recherchée, on peut alors considérer qu’il existe
une susceptibilité des terrains à la présence des cavités.
Les surfaces calculées, ainsi que les sondages, sont
visualisables sous différents outils. Les cavités, dont la
géométrie est connue, peuvent également être
intégrées dans ce modèle. Un format de fichier
numérique, le VRML pour "Virtual Reality Modelling
Language" tend à devenir actuellement un des principaux standards pour ce type de représentation.
L’impact des activités humaines conduit donc à une
situation où le sous-sol des villes constitue à la fois
une ressource patrimoniale à protéger et un risque à
prévenir. Connaître le sous-sol constitue donc une
base indispensable pour prendre en compte ces différents aspects. Cette connaissance passe par la
modélisation géométrique des formations géologiques.
39
“
La compréhension du
comportement mécanique
d’une cavité devient
indispensable pour
déterminer les mesures
de mise en sécurité.
”
40
Fig. 6 : Maillage aux éléments finis de l’église
troglodyte d’Aubeterre (vue en coupe)
Fig. 6: Finite-element grid of the troglodyte
church at Aubeterre (section view)
Source : BRGM
Fig. 7 : Eglise troglodyte d’Aubeterre –
vue en perspective (façade) avec visualisation
des déplacements horizontaux calculés
Fig. 7: Troglodyte church at Aubeterre –
Perspective (façade) displaying the calculated
horizontal displacements
Source : BRGM
Fig. 5 : Visualisation dans un
format VRML de drains au toit
du granite dans les "Balmes" de
Lyon (surface verte :
topographie, surface marron :
toit du granite)
Fig. 5: VRML format display of
drains at the top of the granite
in the Lyons 'Balmes' (green
layer: topography; brown layer:
top of the granite)
Source : BRGM
Pour les galeries dont la géométrie est connue, l’intégration dans le modèle permet de calculer leur proximité
par rapport à la surface topographique et l’épaisseur
de toit, sous les formations meubles. Ces deux critères
constituent un élément important dans la détermination du niveau de danger potentiel qu’elles représentent,
ainsi que sur l’extension des surfaces susceptibles
d’être affectées par une éventuelle ruine.La visualisation
de la position de ces galeries (Fig. 5) permet de mieux
appréhender le contexte, en particulier en termes de
proximité de la galerie avec la surface.
Modélisation numérique
du comportement mécanique
À l’échelle d’un ouvrage, la compréhension du comportement mécanique d’une cavité devient indispensable pour déterminer les mesures de mise en
sécurité. Pour cela, des outils de simulation numérique
permettent d’évaluer et de visualiser le champ de
contraintes et les mouvements potentiels. Ils reposent
sur une analyse d’un modèle géométrique 3D pour
construire le maillage du massif et de sa cavité. La
modélisation numérique permet alors d’évaluer la
stabilité mécanique de la cavité. Dans le cadre d’une
étude menée par le Service Géologique Régional
Poitou-Charentes [Dessandier et al.,(2002)] pour établir
un diagnostic de stabilité de l’église troglodyte
d’Aubeterre sur Dronne (Charente), une telle modélisation tridimensionnelle de l’ouvrage a été réalisée
avec le logiciel GEFDYN, utilisant la méthode des
éléments finis, développée par l’Ecole Centrale de Paris
(Fig. 6 et 7).
“
La présence d’anciennes
carrières sous une ville
constitue souvent un
danger potentiel et la
prévention de ce danger
reste un objectif important
des politiques urbaines.
”
Vue de Paris - View of Paris
Un enjeu pour le prix du foncier
La présence d’anciennes carrières sous une ville
constitue souvent un danger potentiel et la prévention
de ce danger reste un objectif important des politiques urbaines. Mais, outre ces aspects de sécurité
publique, l’espace naturel sur lequel se construit la
ville, constitue une ressource limitée. Les conflits
d’occupation du sol et du sous-sol portent sur des
enjeux énormes, exprimés par le prix du foncier. Dans
ce contexte, si les critères socio-économiques et
politiques restent déterminants pour les décisions
d’aménagements, la présence potentielle de cavités
influe fortement sur les investissements nécessaires
à la construction et les coûts de maintenance des
ouvrages. Le développement de méthodes pour une
connaissance en trois dimensions du sous-sol à
l’échelle de la ville doit donc permettre d’établir les
bases indispensables pour la prise en compte de ces
aspects dans la gestion urbaine.
> Les quatres matériaux de base à Paris
Les Parisiens ont extrait de tout
temps les matériaux nécessaires à la
construction de la ville.
La craie servait de base à la fabrication du "blanc de Meudon" rentrant
dans la composition des peintures et
mastics.
L’argile du Sparnacien a été exploitée
à ciel ouvert à Vaugirard pour la fabri-
cation des briques mais également
en galeries souterraines sur les flancs
de la vallée de la Bièvre et les communes de Gentilly et Arcueil.
Le calcaire Grossier du Lutétien
représente, en volume, le matériau
de construction le plus exploité
dans la moitié sud de Paris où il est
facilement accessible et sous faible
recouvrement. L’ensemble de la
couche est exploité ne préservant
que les piliers tournés.
Le gypse est exploité pour le plâtre
depuis l’Antiquité dans les collines de
Montmartre et de Belleville. Les vastes
exploitations ont engendré de graves
accidents. L’arrêt de cette exploitation sera définitif à Paris en 1875.
The interaction between a
town's historical development
and its subsurface can be
summarized in two ways:
initially, a town would have
extracted its construction
materials (dimension stone,
gypsum, sand, clay) from its
immediate vicinity, and then,
through earthworks and the
destruction of earlier
buildings as it developed, it
would produce ground that
encloses part of the urban
history. The extraction of
building materials has
resulted in a fairly common
presence of former quarries
beneath historical town
centres. Because of the risk of
collapse, such cavities are a
potential hazard that the
authorities have, since the end
of the Middle Ages, been
trying to overcome through
reinforcement work as well as
by promulgating laws and
regulations. Preventing such
potential cavity-related
dangers requires a suitable
knowledge of the subsurface,
which can be obtained
through 3D modeling.
A first step is to establish a
geometric representation of
the town's underlying
geological layers, along with
an analysis of any available
borehole data combined with
a geostatistical approach.
A second step in the modeling
is aimed at simulating,
digitalizing in 3D, the
mechanical behaviour of the
cavities.
Bibliographie : Barles S., Guillerme A. (1995). "L’urbanisme souterrain", Presses Universitaires de France, Paris — Chiles J.P., Delfiner P., (1999). "Geostatistics, Modelling Spatial Uncertainty", Ed. Wiley-Interscience,
Wiley series in probability and statistics, 693 p — De Pasquale J. (1996). "Carrières souterraines d’Orléans : Connaître et gérer le risque" Document de la Direction Environnement – Santé, Hygiène et Qualité de la
Vie de la Mairie d’Orléans — Dessandier D. et al. (2002). "Diagnostic général de l’état de stabilité de l’église troglodyte d’Aubeterre sur Dronne (16)", Rapport brgm RP-51796-FR — EEA (European Environment Agency)
(1995). "Europe’s Environment : The Dobris Assessment" - Brussels-Luxembourg, CR-80-93-339-EN-C — EUS (1995). "Underground Space and Urban Planning, Proceedings of the 6th International conference" Paris,
september 1995, Institut Français d’Urbanisme — Halbout H. (1986). "Perspectives de recherches pour une meilleure connaissance du sous-sol urbain (perspectives géomorphologiques, géologiques, archéologiques…) ;
l’exemple de la ville de Caen", Mémoire de maîtrise de géographie physique à l’Université de Caen — MC Call et al. (1996). "Urban geoscience A.A. Balkema ", Rotterdam, Brookfield, 263 p.
Life cycle assessment
(LCA) for the metals cycle
in the context of waste policy
©BRGM im@gé
The general trend in
waste policy making
goes towards
integrating the waste
sector in the holistic
environmental
assessment approach
“Building on
environmental Life
Cycle thinking”.
How can LCA support
this trend in the field
of metals?
metals cycle
42
LCA as a central piece of scientific support to waste policy
Markus A. Reuter
Professor of Resource Engineering at
Delft University of Technology.
Department of Applied Earth Sciences
[email protected]
Ewoud Verhoef
T
he waste management policy in the EU is rapidly evolving. The major objective
of this evolution is a de-coupling between economic growth and waste
production and a reduction of environmental impacts associated with the
generation and management of waste [see EC Communication COM(2003) 301 final:
“Towards a thematic strategy for the prevention and recycling of waste”, 14 April 2003].
Jacques Villeneuve
A number of concepts have been widely recognised as guiding policy principles for
waste management with the aim of reducing environmental impacts of waste both
in terms of quantity and quality. These principles include: prevention principle,
precautionary principle, proximity principle, polluter pays principle and principle on
extended producer responsibility. The principles are often translated into what is
known as waste management hierarchy, which prioritises the actions to be taken in
the following: waste prevention and reduction, reuse, recycling, environmentally
sound treatment and disposal and improved monitoring. To help setting up these
principles, research projects have been conducted in the field of municipal waste [2].
Project manager
Environment and Process Division BRGM
[email protected]
Thus the general trend goes towards integrating the waste sector in the holistic
environmental assessment approach “building on environmental Life Cycle Thinking”,
Ph D. Student
Department of Applied Earth Sciences
Delft University of Technology
[email protected]
Gerard P.J. Dijkema
Dr.Ir., Chemical Engineer
Department of Technology, Policy
and Management
Delft University of Technology
[email protected]
To this end, life cycle assessment (LCA) is a key step
to quantify environmental impacts. LCA can be
defined as an iterative procedure to quantify and
interpret the environmental repercussions of
(changes in) a product system from cradle to crave
related to a functional service unit. According to the
ISO 14040, LCA includes four phases. After definition
of the goal and scope of the study, the resource
depletion due to emissions to soil, water and air,
material and energy consumption during the entire
life cycle is compiled and allocated to the processes
or products under investigation in the inventory
analysis (LCI). The subsequent impact assessment
(LCIA) involves aggregation, characterisation and
normalisation of the resulting inventory results.
Aggregation is necessary, as large sets of data
cannot easily be dealt with in decision-making [5].
The final interpretation involves a sensitivity analysis
and a general appraisal.
Stake and limits of LCA
The value of a LCA is related to what extent it increases
our ability to anticipate (a) the environmental
consequences of using technological systems and
their products and (b) the effect of manipulating
said systems. Thus, a LCA should provide an as clear
as comprehensive picture of the environmental
“
The major objective of this
evolution is a de-coupling
between economic growth
and waste production and a
reduction of environmental
impacts associated with
the generation and
management of waste.
”
repercussions of our actions. The LCA should yield
said repercussions in case contemplated, welldefined alternative actions are assessed, but also
when our goal is to generate ideas and a
knowledge-base to help decision-making on future
systems that are not yet contemplated. In painting
such pictures by LCA, typical difficulties encountered
include [3]:
• dealing with limited data availability and quality,
• determining allocation rules,
• selection of system boundaries and detail,
• temporal and spatial characteristics,
• final weighting into environmental repercussions.
Among others due to the iterative nature of LCAs,
these problems are interrelated. For instance, the
availability of many data points can be used to
improve data quality, while high quality reduces
need for quantity. Study scope, resolution, and
boundaries establish the need for data, and vice
versa data availability can affect scope, resolution,
and system boundaries.
Based on impact assessment two types of LCA can
be distinguished: problem-oriented, and damageoriented. The use of the standardised LCA method at
European level as reported by ADEME [1] can be
characterised as a damage-oriented or top-down
method for life cycle assessment, an approach that
is similar to, for example, the Eco-indicator 99
method [4]. This method is often used in product
design because it can produce single environmental
scores.
Particularly on various packaging materials many
LCA studies have been completed. Steel, aluminium
and tin are used as packaging material, and said
damage-oriented assessments largely focused on
traditional steps in the life cycle.
Metals cycle: is it “LCAble”?
Winning, extraction and processing of iron,
aluminium and any other metal are part of the interconnected worldwide metals production system. In
this complex, networked system two types of
primary metals can be distinguished: carrier and
downstream metals. Carrier-metals are metals that
flow through the system, which in their primary
“
”
Life cycle
assessment
(LCA) is a key
step to quantify
environmental
impacts.
which also serves as the basis for the Communication
on Integrated Product Policy COM(2003) 302 final
from June 2003, the IPPC-system (Integrated
Pollution Prevention and Control) for industrial
facilities (including waste treatment) and the
European Soil strategy.
43
44
production deliver their co-elements (Fig. 1) and in
their recycling allow removal of same co-elements
from diverse types of materials to be recycled. As
such, both primary and secondary production
infrastructures for these metals (e.g. copper, nickel,
iron) are essential for the functioning of the entire
networked metal system and the availability of
downstream metals such as cobalt and ruthenium.
By reducing the capacity for primary and secondary
production of carrier metals, input and recovery
capacity of the downstream metals in the
networked production system are also unavoidably
removed. Thereby, availability is affected of
downstream metals at an industry-compatible
grade, as well as recovery capacity for harmful
downstream heavy metals. The environmental
repercussions of these actions are not included in
LCA-scores. Obviously these may have a significant
impact on life cycle impacts assessments, the extent
of which is of course dependent on the weighting of
these production and recovery functions in the LCA
procedure.
When in the inventory analysis of a damageoriented LCA, the complex metal production system
must be simplified to allow analysis, it could be
argued that Figure 1 should be kept in mind: it
illustrates which metals are connected to which
metals, and how, and may help to avoid the
exclusion of relevant impacts in a LCA.
In recent work [6, 7], a problem-oriented LCA for
integrated metals cycles has been set up, which
allows in-depth analysis of the impact arising from
the development and use of products (consumer
goods), which bring together metals that are not
naturally linked. Such products represent a
formidable problem at their end-of-life that can be
understood through the information represented in
Figure 1. Therein, the primary and secondary metals
processing infrastructure developed for the
Fig. 1: Metallurgical interconnections
of carrier metals and their
downstream metals.
Fig. 1 : Interconnexions
métallurgiques des métaux porteurs
et de leurs métaux associés.
Source: E. Verhoef - M. A. Reuter G. P. J. Dijkema - A. Scholte [6, 7]
processing of combinations of metals as they
naturally occur in the Earth’s crust is indicated.
Its implication is that for any new combination of
metals in consumer products no dedicated
infrastructure is currently in existence, whilst the
risk of co-processing in existing infrastructure often
simply is too large. Therefore, to ensure optimal
metal recovery product designers must keep this
Figure 1 in mind since this will enable the metal
producing industry to optimally deal with end-oflife products and hence improve the overall
environmental performance. As such a high level of
recovery, in particular recycling can be achieved, and
producers can better integrate recycled material in
new equipment as promoted in the Directive on
waste from electrical and electronic equipment.
Key issue in metals cycle assessment
Metals are generally obtained from the world
market and consequently these are metals
produced by a network of interconnected
production routes, rather than a single production
chain [6, 7]. The different production routes in the
network differ significantly in their environmental
impacts. At the level of individual processes the
distinction between recovery and production is
fuzzy, and the production of one metal often is
“
A problem-oriented
LCA for integrated
metals cycles has
been set up, which
allows in-depth
analysis of the
impact arising from
the development
and use of products
(consumer goods).
”
interrelated to and dependent on the consumption
or generation of another. Scrap metal is used in
primary processes. For instance, in exothermic
converting processes, such as the treatment of
copper matte for production, scrap is added to
control process temperature. In this sense ‘primary’
copper does not exist, because virtually always a
certain percentage of the input is copper scrap or
recycled material. Moreover, the recycling of copper
from brass scrap, or the steel from cars also produces
zinc. Silver, for example, is mainly produced from the
by-products of gold, copper, lead and zinc production.
Therefore the silver production is affected if the
primary production of the aforementioned
materials changes. In the case that outlets for
arsenic cease to exist (e.g. enforced by legislation),
primary production of copper, lead and zinc must be
modified or even eliminated. Thus the recovery of one
material can interrelate to the recovery of another
and the manufacturing of any metal containing
product is considered a global, interconnected open
loop recycling and production system.
Methodology
The need is thus of developing an interconnected
dynamic system model that:
> Interrelates the metal production systems of the
major metals depicted in Figure 1,
> Creates a static and dynamic model to provide outputs
for environmental assessments by linking the output
of the dynamic model to LCA tools (see Fig. 2),
> Links the metal industry with the waste
infrastructure and end-of-life product processing
(see Fig. 2),
> Incorporates present and future restrictions or
opportunities caused by EU Legislation into the models,
> Supports problem-oriented LCA approach for
policy analysis to ensure that legislation does not
become too restrictive or even harmful to the
creation of an industrial ecological sound system.
Only after suitable simulations (applying a dynamic
system model programmed in Simulink [6, 7] - Fig. 2)
and sensitivity analyses, a LCA can be performed.
Impact assessment involves classification of the
data from the inventory table into impact
categories, characterisation and valuation. Valuation
may only be valid within the defined system
boundaries, as it depends on the local context of
environmental status and on the temporal limits. For
that particular aspect, metals may be stored in
products for years and it is particularly important to
consider the dynamic of their recycling, depending on
the time limit.
“
Fig. 2: Dynamic Simulink model to
simulate the interactions between
metal flows.
Fig. 2 : Modèle dynamique Simulink
pour simuler les intéractions entre
les flux de métaux
Source: E. Verhoef - M. A. Reuter - G. P. J. Dijkema
- A. Scholte [6, 7]
...an interconnected dynamic system
model that:
> Interrelates the metal production
systems of the major metals,
> Creates a static and dynamic model
to provide outputs for environmental
assessments,
> Links the metal industry with the
waste infrastructure and end-of-life
product processing...
”
Current EU Regulations do not take these
interrelations into account and therefore comes to
legislation that could be potentially harmful to
waste management at large. Policy being focused
on final waste abatement, many options for coprocessing and co-incineration that are technically
and economically feasible and ecologically sound
cannot be realised if a more systems view to waste
processing is not adopted. Some prerequisites of
sustainability such as minimising material loss and
maximising recovery are part of the realm of Solid
Waste Management. In order to close material cycles
waste must be recovered rather than disposed of.
45
The Eco-indicator 99 method [4] can be used for
impact assessment using the output of the dynamic
system model. The underlying assumption of the socalled top-down method is that the weighting step
is most critical and controversial one in the impact
assessment. The weighting step should therefore be
the starting point to develop damage models for the
most important impact categories. This is in
contrast to the bottom-up approach described in
the ISO standards (14040 and 14042) where impact
assessment is considered a way to improve the
understanding of the inventory results.
However, as the top-down approach starts by
defining the required result of the assessment,
interpretation should be easier and less ambiguous.
Based on the inventory table, software packages can
be used to calculate the Eco-indicator damages.
46
However, a drawback of the Eco-indicator 99
method is that while the investigated metal
production is a global system, the Eco-indicator
method is based on the European situation. It is
assumed that all emissions and land uses, and that
all subsequent damages occur in Europe. Exceptions
are the damages to resources depletion and the
Life Cycle of a car
Le cycle de vie d’une voiture
Source: E.Verhoef - Delft University of
Technology (2004)
> Influence of metals consumption on their production circuits
Effects (Fig. 3) on the total metal production system for the SnZnBi solder:
the demand for lead decreases (98.5%),
while demand for zinc (100.1%), tin
(115.2%) and bismuth (1190.6%)
increases. As a consequence, the figure
shows the impact on the supply and
consumption (and thus disposal) of
intermediates. The present surplus of
bismuth intermediates is reduced,
because its supply from lead production dwindles, while bismuth production increases. In the base situation
only a small portion of the bismuth
production comes from other intermediates in proportion to the lead
intermediates. Thus, intermediates
from the production of other metals
must be found, for example from tin
production (see the metal wheel - Fig.1).
This example shows a paradox:
bismuth is to replace lead in solder,
but lead is its source. In the model,
this paradox is solved by assuming
that new resources for bismuth can be
found. If bismuth is produced from
intermediates, effect on resources
depletion will be minimal.
Fig. 3: Mass flows in the global
metals production system at t=0
(tons/year in 2000);
Legends: O= ore, ly= intermediate
from (y) other metal production
circuits, S = old scrap.
Parkes (silver removal), KrollBetterton (bismuth removal),
Zn/Pb oxides and Anode slimes
are intermediates.
Fig. 3 : Flux de métaux dans le
système de prodution global à t=0
(tonnes/an en 2000).
Légende : O = minerai, ly = flux
intermédiaire venant du circuit de
production d’un autre métal (y) ;
S = résidus anciens.
Parkes (extraction de l’argent),
Kroll-Betterton (extraction du
bismuth), les oxydes de Zn/Pb et
les boues anodiques sont des
intermédiaires.
Source: E. Verhoef - M. A. Reuter G. P. J. Dijkema - A. Scholte [6, 7]
damages created by climate change, ozone layer
depletion, air emissions of persistent carcinogenic
substances, inorganic air pollutants that have longrange dispersion, and some radioactive substances.
It underlines once again the need of a clear system
definition within which the results have a meaning.
Conclusion
The objective of EU waste policy is to reintroduce
used materials into the economic cycle, especially by
recycling, or to return them to the environment in a
useful state or at least a harmless state.
To support decision-making in complex systems, the
standardised ISO 14040 life cycle assessment (LCA)
method can be used to quantify and to interpret the
environmental repercussions of (changes in) a
product system from cradle to crave related to a
functional service unit. The use of the standardised
LCA method at European level can be characterised
as a damage-oriented or top-down method, which is
often used in product design.
Winning, extraction and processing of metals are
part of the interconnected worldwide metals
production system. This complexity cannot be dealt
with using LCA. Two types of primary metals can be
distinguished: carrier and downstream metals.
Carrier-metals deliver their co-elements in their
primary production and in their recycling allow
removal of same co-elements from diverse types of
materials to be recycled. By reducing the capacity for
primary and secondary production of carrier metals,
input and recovery capacity of the downstream
metals in the networked production system are
unavoidably removed.The environmental repercussions
of these actions are not included in damageoriented LCA-scores.
“
The objective of EU
waste policy is to
reintroduce used
materials into the
economic cycle.
”
Recycling of the end of life cars to
feed the metals care
Recyclage des véhicules hors d’usage
pour alimenter le cycle des métaux
©BRGM im@gé - F. Michel
Thus the focus is to be set on the system definition
allowing an inventory analysis of metals in a
problem-oriented approach. This can be achieved by
developing an interconnected dynamic system
model that links the metal production systems of
the major metals and links the metal industry with
the waste infrastructure. This should provide results
to feed the LCA methodology to calculate the
environmental impact.
Bibliographie : 1. ADEME, (2002). “Bilan environnemental sur les filières de recyclage : l’état des connaissances ACV”, report n°4362. – 2. AWAST. “Aid in
the management and European comparison of Municipal Solid Waste treatment methods for a global and sustainable approach”. Research project
of the 5th Framework Program of the European Commission, 2001-2003, http://awast.brgm.fr. – 3. T. Ekvall, 10 (2002). “Cleaner production tools: LCA
and beyond “ Journal of Cleaner Production, pp 403-406. – 4. M. Goedkoop, R. Spriensma (1999). “The Eco-indicator 99, A damage oriented method
for Life Cycle Impact Assessment “ (Methodology Report, 2nd edition. Amersfoort: Pré Consultants. 2000). – 5. H.A. de Haes, E. van der Voet (1997).
“Material Flow Accounting and Life Cycle Assessment “ The Global Environment: science, technology and management, ed. D. Brune, D.V. Chapman,
M.D. Gwynne and J.M. Pacyna (Scandinavian Science Publisher.Weinheim:VCH 1997). – 6. E.V.Verhoef, G.P.J. Dijkema, M.A. Reuter (2004) (1/2).“ Knowledge,
waste management and metal ecology”, J. Industrial Ecology, p. 1-20 (in press). – 7. E.V. Verhoef, M.A. Reuter and A. Scholte (2003). A dynamic model for
assessing the impact of lead free solder. Proc. TMS Annual Meeting Yazawa International Symposium on Metallurgical and Materials Processing:
Principles and Technologies. 3 to 6 March 2003 in San Diego, California. Vol. 2. pp. 605-621.
L’objectif de la politique européenne
en matière de déchets est de
réintroduire les matériaux dans le
cycle économique, spécialement par
recyclage, ou de les retourner à
l’environnement dans un état utile
ou au moins dans un état inoffensif.
Pour aider à la décision dans des
contextes complexes, la méthode
normalisée ISO 14040 d’analyse du
cycle de vie (ACV) peut être utilisée
pour quantifier et interpréter les
répercussions environnementales des
chaînes de production. L’utilisation
de la méthode ACV standardisée à
l’échelle européenne est orientée vers
les dommages, de l’amont vers l’aval,
ce qui est l’approche traditionnelle
dans la conception des produits.
Dans le cas des métaux, l’extraction,
le traitement et l’élaboration font
partie d’un système mondial
interconnecté de production dont
l’ACV traditionnelle ne peut rendre
compte. En effet, deux principaux
types de métaux peuvent être définis :
les porteurs et les associés. Les
porteurs amènent leurs co-éléments
dans le système métallurgique.
En réduisant les capacités de
production primaires et secondaires
des métaux porteurs, les capacités
de récupération des métaux associés
sont inévitablement réduites.
Les répercussions environnementales
de ces actions ne sont pas incluses
dans les résultats des ACV.
Ainsi, l’accent doit être mis sur une
définition des systèmes qui autorise
l’analyse de l’inventaire des métaux
dans une approche orientée vers le
problème. Cela peut être réalisé en
développant un modèle dynamique
des systèmes interconnectés qui relie
les systèmes de production des
métaux majeurs, et les infrastructures
de traitement et recyclage des
déchets. Ce modèle pourrait fournir
les résultats aptes à alimenter la
méthode ACV pour calculer les
impacts environnementaux. C’est
seulement de cette façon que la
complexité des flux de matière peut
être appréhendée et aider à
l’élaboration de la réglementation
environnementale.
recyclage des matériaux de construction
Recyclage des matériaux
de construction : les
L’épuisement des gisements
naturels de granulats et les
difficultés pour ouvrir de
nouvelles carrières imposent de
chercher de nouvelles sources
d’approvisionnement.
Le recyclage des matériaux
de construction, déjà bien
engagé dans le secteur des
travaux publics mais moins dans
le bâtiment, est la solution
la plus prometteuse.
Pour autant, ces nouveaux
matériaux seront-ils suffisants
pour satisfaire une demande
toujours plus importante ?
nouvelles filières
pour préserver
l’environnement
Extraction de granulats,
Berville, Seine-Maritime
Aggregate extraction,
Berville, Seine-Maritime
recyclage
48
Recyclage des matériaux de construction :prometteur mais insuffisant
Marcel Rubaud
Ingénieur de Recherches et
d’Etudes
Département Développement
durable - Centre Scientifique et
Technique du Bâtiment (CSTB)
[email protected]
Jean-François Pasquet
Responsable d’études sur les
roches et les minéraux industriels
Service Ressources minérales BRGM
[email protected]
Florent Bourgeois
Chef de projet
Service Environnement Industriel
et Procédés innovants - BRGM
[email protected]
a France est une consommatrice importante de granulats. Selon l’UNPG (Union
Nationale des Producteurs de Granulats) l’utilisation totale de granulats a atteint
413 millions de tonnes en 2000 (soit 7 tonnes par habitant et par an) dont 328 Mt
pour le génie civil et 85 Mt pour le bâtiment. Ces matériaux naturels sont utilisés essentiellement pour les travaux routiers (283 M/t) ou les bétons hydrauliques (130 M/t). D’une
valeur moyenne de 7 euros la tonne (prix qui double au-delà d’un trajet de 30 km), ces
matériaux pondéreux voyagent sur des distances relativement courtes, essentiellement
par camion. Ainsi selon l’Unicem Ile-de-France (Union Nationale des Industries de Carrières
et Matériaux de Construction) le camion représente le mode de transport prépondérant
(91 %), loin devant le bateau (5 % ) et le rail (4 %). Certaines régions équilibrent production et consommation alors que d’autres dépendent d’approvisionnements parfois
éloignés. Ainsi, l’Ile-de-France affiche un déficit important : les 113 carrières franciliennes
n’ont produit que 60 % des 30 millions de tonnes consommées en 2000 (Unicem Ilede-France, 2001). Mais 55 % des granulats alluvionnaires y sont transportés par bateau.
L
Démolition et déconstruction dans le
quartier de La Brise, Aulnay sous Bois
Demolition and deconstruction in the La
Brise sector, Aulnay sous Bois
©METATTM/SIC – G. Grossay, 1998
granulats
triés et propres
déchets bruts
traitement
Les professionnels se mobilisent
métaux récupérés
Dans le bâtiment, le recyclage pourrait concerner
une bonne part des déchets issus de différentes
opérations : construction neuve, réhabilitation avec
dépose et reconstruction, déconstruction/démolition.
La dépose en réhabilitation et la démolition génèrent
80 % de la “production annuelle” évaluée par l’ADEME
à 31 millions de tonnes (dont 18,8 Mt de déchets
inertes, 10,3 Mt de déchets banals, de 1,5 Mt de déchets
dangereux et de 300 000 tonnes d’emballages).En 1998
dans son “guide des déchets de chantier de bâtiment”,
l’ADEME estimait cette production à 24 millions de
tonnes dont 64 % de déchets inertes. Cette étude
montrait que l’essentiel des déchets était constitué
de déchets inertes en mélange (37,2 %), de ciment
et mortier (12,9 %) ou de béton armé (9,8 %).
L’importance des déchets mélangés (avec des éléments qu’il est souvent difficile de séparer comme le
plâtre ou des substances toxiques) limite la qualité et
les possibilités du recyclage. Il y a donc urgence à
modifier les pratiques actuelles, à prescrire le nonmélange des déchets et à pratiquer la déconstruction
sélective des bâtiments qui peut représenter une
recyclithe
(organiques inertés)
alternative économique et qualitative.C’est la condition
pour que le recyclage des inertes qui représente
moins de 10 % du gisement progresse sensiblement.
Déconstruction sélective : une alternative
Des outils sont disponibles pour une bonne mise en
œuvre de la déconstruction sélective.Ainsi,le DFIU/IFARE
(French-German Institute for Environmental Research)
a développé un logiciel d’audit et de planification de
chantier de démolition qui a été utilisé dans une opération au lycée de Nantua par la région Rhône-Alpes
avec le concours de l’ADEME ou encore sur un chantier
de logements à Mulhouse en collaboration avec le
CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment).
Le Logiciel ECO-LIVE développé par la société Adatire
avec l’aide de la FFB (Fédération Française du
Bâtiment), de l’ADEME et de la DGUHC (Direction
Générale de l’Urbanisme, de l’Habitat et de la
Construction), permet d’évaluer dans la phase d’audit
les déchets par nature et quantités. Il a été utilisé pour
un lycée en Ile-de-France et par l’Opac 86 à Chauvigny.
L’expérience acquise sur les chantiers montre que
toute déconstruction doit être précédée d’un audit
avec inventaire systématique et relevé métré complet
des matériaux. Il faut également identifier, dès les
premières études, les filières locales de recyclage car
une déconstruction fine ou un tri poussé ne peuvent
se justifier en l’absence de possibilité de valorisation
locale. Le guide “Déconstruire les bâtiments” publié
par l’ADEME en mars 2003 liste des recommandations
pour les opérations de déconstruction et décrit dix
opérations exemplaires.
“
Le recyclage et la
valorisation de
matériaux inertes
du BTP peuvent
être considérés
comme des
solutions d’avenir.
”
Le recyclage des matériaux inertes du BTP est aujourd’hui considéré comme une solution d’avenir afin de
répondre au déficit entre production et consommation
et de mieux protéger l’environnement. Le secteur du
bâtiment et des travaux publics a longtemps pratiqué
la technique du dépôt sauvage ou de “l’enterrement
civil” sur ses chantiers. Pourtant, malgré des blocages,
économiques,normatifs et psychologiques,le recyclage
de ces déchets progresse régulièrement. C’est vrai
pour le secteur routier, particulièrement actif dans
le développement de procédure de déconstruction
(par opposition à la démolition) et de recyclage des
revêtements routiers [Bomstein et Bazire, (2003)].
49
50
Des plans départementaux de déchets du BTP
L’enquête menée entre fin 2001 et mi 2002 par la
FNTP (Fédération Nationale des Travaux Publics)
avec l’ADEME et le Ministère de l’Ecologie et du
Développement Durable a montré que l’activité des
TP générait 280 millions de tonnes d’excédents
(matériaux issus de la construction mais n’entrant
pas dans la réalisation du chantier comme la terre
végétale) et déchets de chantier dont un tiers est éliminé et deux tiers valorisés. La plus grande partie des
déchets éliminés (63 Mt) est stockée en site de classe 3
pour déchets inertes alors qu’une part non négligeable
(29 Mt) est déposée dans des décharges brutes ne
respectant pas la réglementation en vigueur. À
l’inverse, les dépôts en décharge de classe 2 ou de
classe 1 demeurent très minoritaires. Pour la partie
valorisée, 117 Mt sont utilisées sur des chantiers de TP
soit sur site (87 Mt), soit sur des chantiers extérieurs
(30 Mt). La valorisation peut aussi prendre la forme de
remise en état de carrières, de construction de merlons
anti-bruit, de recyclage, compostage et incinération
pour de très faibles quantités.
La circulaire du 15 février 2000 recommande la mise
en place de plans départementaux de gestion des
déchets du BTP avec plusieurs objectifs : élimination
des décharges sauvages, mise en place d’un réseau
de traitement des sites de recyclage, de valorisation
et de stockage, limitation de la mise en décharge,
participation à l’effort de recyclage, utilisation de
matériaux recyclés pour instaurer des débouchés
viables et économiser les matériaux naturels, implication de la maîtrise d’ouvrage publique. Ces plans
doivent permettre d’établir un état des lieux dans
chaque département, de définir les besoins en centres
de collecte, de tri ou de dépôts pour matériaux valorisables, en installations de recyclage ou en centres
de stockage des déchets ultimes. Élaborés par les
acteurs de la construction eux-mêmes, ces plans dont
la plupart sont aujourd’hui en phase d’approbation,
doivent définir les actions à entreprendre et mettre
en œuvre des projets concrets.
Utilisation sous conditions
Granulats de recyclage attaqués au
marteau brise-roches, Massy, Essonne
Recycled aggregates being crushed by a
hydraulic rock breaker, Massy, Essonne
“
En France,
les expérimentations n’ont pas
dépassé le stade du laboratoire
alors que dans d’autres pays
européens plusieurs chantiers
ont été réalisés.
”
Contrairement à certains pays d’Europe du Nord, en
France les granulats recyclés issus d’ouvrages en béton
sont valorisés dans les travaux routiers mais pas dans
la fabrication de bétons. Des guides de recommandation ont pourtant été établis, au Danemark depuis
1990, en France depuis 1997 avec la norme expérimentale P18-540 qui s’applique indistinctement aux
granulats naturels, artificiels et recyclés. Cette norme
définit les termes relatifs aux granulats, les règles
générales permettant leur contrôle et les spécifications
de ces granulats pour les principaux usages (chaussées,
bétons hydrauliques, voies ferrées).
Face à la décroissance régulière des granulats
alluvionnaires dans l’industrie du béton (49 % 1988,
40 % dix ans plus tard) les professionnels, malgré leur
préférence pour ces granulats, se tournent de plus en
plus vers des matériaux concassés. L’utilisation de
matériaux de démolition pourrait donc représenter
un complément intéressant de ressource, en substitution partielle ou totale aux granulats naturels.
C’est pourquoi des études ont été réalisées depuis
Recyclage important des matériaux de
construction dans les travaux routiers Vallée de la Maurienne, Savoie
Major recycling of building material during
roadworks - Maurienne Valley, Savoie
Une autre étude du CSTB [Pimienta, Delmotte, (1997)]
a montré que la fabrication de blocs préfabriqués en
béton avec des granulats recyclés était possible sous
réserve d’utiliser davantage de sable naturel et d’augmenter de 10 % la teneur en ciment. Pourtant, les
expérimentations en France n’ont pas dépassé le
stade du laboratoire alors que dans d’autres pays des
chantiers ont été réalisés comme le “Environmental
building” en Grande-Bretagne ou encore le “Delftse
Zoom”,projet de construction d’habitations aux Pays-Bas.
De nombreux obstacles à surmonter
À l’inverse du béton, le recyclage est important dans
les travaux routiers où une part importante des
déchets est utilisée sur les chantiers. Des procédés
permettent aujourd’hui le retraitement en place de la
couche de roulement ou de la chaussée, elle-même ;
la proportion de recyclage approche les 100 % pour les
couches de roulement dont les mélanges granulats/bitume sont recyclés en quasi-totalité. Les
déchets transitent souvent par des centres de tri et de
concassage qui permettent d’obtenir une matière
première secondaire contrôlée pour la fabrication de
graves routiers. Les entreprises de TP vont même audelà : en plus de leurs propres déchets, elles valorisent
la totalité de la fraction recyclée des déchets inertes
de bâtiment, soit environ 10 % du gisement. Cette
valorisation pourrait encore aller plus loin afin de
limiter la mise en décharge trop importante des
inertes du bâtiment. De nombreuses initiatives sont
donc engagées par les professionnels afin de gérer la
prise en compte des déchets. C’est notamment le cas
des marchés publics avec le “Schéma d’Organisation
et de Suivi de l’Evacuation des Déchets de chantier” mis
en place en 2000 par le Conseil général de Seine-etMarne, la DDE et les entreprises de TP [Bornstein et
Bazire, (2003)].
Plusieurs obstacles limitent cependant le développement du recyclage. Le frein économique n’est pas le
moins important. Avant d’être utilisés, ces produits
recyclés doivent subir, la plupart du temps, un traitement préalable avec un coût qui empêche le matériau
recyclé d’être concurrentiel aux granulats naturels. À
terme, il devrait le devenir car les coûts de production
des matériaux naturels ainsi que les coûts d’accès aux
sites de classes 3 devraient augmenter sensiblement
du fait de la réglementation européenne.
Dans les marchés publics, la règle de l’offre “économiquement la plus avantageuse” doit être privilégiée
d’autant que le recyclage d’un matériau inerte
transforme un coût de dépôt en décharge de classe
3 en profit net.
D’autres obstacles techniques, réglementaires ou normatifs freinent aussi le développement du recyclage.
Malgré tout, les granulats entreront sans doute d’ici
quelques années dans la composition du béton sous
réserve d’adaptations des procédés de fabrication.
Certains estiment que cette utilisation se fera dans le
cycle de préfabrication et non sur chantier, à moins
que démolition et reconstruction soient localisées sur
un même site afin que la réduction des coûts de
“
”
Il faudra donc
ouvrir de nouvelles
carrières.
plusieurs années afin de caractériser des bétons élaborés avec des granulats de recyclage. Les travaux ont
montré que ces bétons sont poreux avec des valeurs
de perméabilité deux fois plus élevées que celles des
bétons de granulats naturels tandis que leurs propriétés physiques et mécaniques décroissent à mesure
que le taux de remplacement des granulats naturels
par des granulats de recyclage augmente. Une étude
de 2002 (Gomez-Soberon) va dans le même sens : la
porosité à l’eau et l’absorption croissent proportionnellement à la teneur en granulats recyclés, tandis
que la résistance en compression diminue nettement
dès que le taux de remplacement dépasse 30 %.
51
transport contrebalance le surcoût lié au retraitement.
Mais se posera alors le problème du contrôle et de la
constance de qualité de production sur des installations “foraines” de petite ou moyenne taille.
52
Certains aspects techniques devront également être
précisés comme la durabilité, le comportement à
long terme de ces bétons ou encore les possibilités de
relargage de substances nocives pour l’environnement.
Les professionnels des TP sont donc demandeurs
d’un cadre d’utilisation des granulats car “l’absence
de normes ou de recommandations d’utilisation des
produits recyclés est fortement préjudiciable à leur
développement”. Quelques guides ont cependant été
élaborés par la DDE du Rhône ou la DRE d’Auvergne
sur “la prise en compte des déchets de chantier dans les
marchés publics”.
Des réticences psychologiques doivent également
être surmontées. Les matériaux recyclés sont encore
considérés comme des produits d’occasion avec un
faible retour d’expérience qui gène les donneurs
d’ordre. Les professionnels sont donc confrontés à une
double question : faut-il accepter de produire du béton
avec ces matériaux “d’occasion” et les habitants voudront-ils vivre dans des bâtiments en béton recyclé ?
Une alternative incomplète
Le recyclage se heurte également à un attachement
quasi culturel aux matériaux de carrières et à la prescription de “sur-qualité” sur les petits chantiers par
manque de temps ou de moyens pour les études. Ce
blocage pourrait être surmonté par la réévaluation de
Extraction de calcaire, dans la carrière de Ravière, dans l'Yonne
Limestone extraction at the Ravière quarry, Yonne
certaines normes permettant d’inclure d’autres matériaux, comme le verre dans les enrobés bitumineux,
une technique déjà utilisée en Grande-Bretagne.
Une fois tous ces blocages levés, le recyclage des
granulats devrait prendre une place grandissante.
Avec les plans départementaux, pouvoirs publics et
professionnels du BTP adoptent un comportement
volontaire. Cependant, même en ayant recours à
d’autres solutions comme l’utilisation de granulats
marins ou de certains matériaux “locaux”, les déchets
de chantiers recyclés ne constitueront pas une alternative complète. En raison des quantités traitées et
des contraintes techniques et en tolérant des surcoûts
raisonnables, les volumes recyclés ne représenteront qu’une fraction des besoins. L’utilisation des
granulats recyclés ne permettra donc pas de se
passer complètement de l’exploitation des matériaux
naturels et, au fur et à mesure de l’épuisement des
carrières exploitées, de l’ouverture de nouveaux
gisements.
> Un potentiel réél mais sous utilisé
Face aux 400 millions de tonnes de
matériaux naturels extraits chaque
année de 5 800 gisements et carrières, la “production” des déchets de
chantier de bâtiment et de travaux
publics atteint plus de 310 millions de
tonnes (280 Mt pour les TP et 31 Mt
pour le bâtiment) qui ne sont cependant pas tous recyclables. En Rhône-
Alpes, le potentiel des matériaux de
démolition est estimé à une tonne par
habitant et par an dans la mesure où
plus de la moitié de ces matériaux est
impropre à la réutilisation en BTP.
L’objectif dans cette région est de
satisfaire 15 % des besoins en granulats
par des produits issus du recyclage.
En Ile-de-France, l’utilisation des gra-
nulats recyclés ne concerne que 10 %
des besoins et 16 % de la production,
chiffres qui sont cependant quatre fois
supérieurs à la moyenne nationale
(Unicem Ile-de-France,2001).En Alsace,
on estime que le gisement des déchets
de démolition de bâtiment est comparable à celui des déchets ménagers
et atteint 1 million de tonnes.
Bibliographie : ADEME (1998).“Guide des déchets de chantiers de bâtiment”,Paris.— ADEME (2003). Guide “Déconstruire les bâtiments”,Editions Angers.— D.Bomstein,
Y.P. Bazire (2003).“Les déchets tiennent la route”, Environnement magazine, n° 1615, pp. 49-57. — FNTP (17 juin 2003).“Journées excédents et déchets de chantier dans
les Travaux Publics”“www.fntp.fr” — J. M.V.Gomez-Soberon (2002). “Porosity of recycled concrete with substitution of recycled aggregate. An experimental study” Cement and Concrete Research 32, pp. 1301-1311.* — Ministère de l’Equipement, ADEME, FNB (1997). “Audit des bâtiments avant démolition, repérage des matériaux,qualification et quantification. Formulaire”. — P. Pimienta, P. Delmotte (1997).“Blocs de construction en granulats recyclés” - CSTB Magazine 109, pp. 30-32.
— Site Internet : http://www.ademe.fr – UNICEM Ile-de-France (2001). “Les besoins en granulats de l’lIe-de-France, la pénurie est-elle pour demain ?”.
The supply of materials in
France will be a major
issue over the coming
years. The environmental
impact of aggregate
extraction and its
associated transport weigh
heavily on companies, yet
certain projections forecast
a supply shortage for some
large urban centres in the
near future. In view of this
situation, another
approach must be sought:
we consider the
substitution of natural
aggregates by recycled
demolition material and
building-site waste. The
success of this new
opening will depend on
finding high-quality
material that can be
delivered at a reasonable
cost. This will involve
overcoming several
obstacles, as well as the
sensible management of
the waste materials’
properties and the
conditions under which
they are used. The use of
recycled materials at
building sites is still
uncommon and represents
only a very small
percentage of total
consumption. This should
nevertheless change with
the increase in site supply
needs and higher
transport costs related to
having to travel greater
distances to landfills, some
of which are now
saturated. However,
because of the low
quantities processed and
the technical constraints,
recycled material could
only satisfy a small
fraction of the demand for
aggregates. Recycling
alone cannot fulfil current
needs and replace the
necessity to extract
natural resources.
Dans les travaux routiers, la
proportion de recyclage approche les
100 % pour les couches de roulement
In roadworks, almost 100% of the
material used for the surface course is
recycled
mineral resources in Norway
Norway’s 900 mining and
quarrying companies generated
almost 01 billion turnover in 2002.
But this thriving enterprise must
continually adapt to substantial
changes in the structure of the
industry, and a shift in markets
from metallic ores to industrial
minerals, particularly added-value
products. Research and
development at the Geological
Survey of Norway (NGU) is helping
it to meet these rapidly evolving
needs, and stimulating innovation.
NGU’s extensive mining databases
in particular, combined with
modern GIS systems, are
increasingly central to industry
and government’s goal of
improving exploitation of known
and future reserves.
Mineral resources in Norway :
current status
future perspectives,
and a new role for the
Geological Survey
La vallée de Sognefjell - Sognefjell valley
©BRGM im@gé - Ph. Calcagno
europe
54
Arne Bjørlykke
Director general
Geological Survey of Norway
[email protected]
Peer-Richard Neeb
Programme leader, mineral resources
Geological Survey of Norway
[email protected]
Nigel John Cook
Senior Geologist Geological Museum,
University of Oslo.
[email protected]
M
ainland Norway - that is, excluding Svalbard - has a surface area 58% that of
France, but a population of less than one-tenth (4.55 million).
Most of the country is mountainous and sparsely populated. Norway’s long geological
history began in the Archean and extended through the Middle and Late Precambrian
into the Palaeozoic - this was marked by Caledonian mountain building involving
mainly Early Palaeozoic volcanic and sedimentary rocks - and ending in the Permian
when the Oslo Rift was formed. Norway is as a result endowed with a highly diverse
geology and a wide range of mineral deposits. It has a long mining tradition.
Historically, significant amounts of silver, copper and iron ore have been mined, and to
a lesser extent, gold. More recently, Europe’s largest oil and gas industry has grown up
on the Norwegian Shelf and become the driving force behind Norway’s rapid economic
and technological development.
Fig. 2: Main centres of mineral
production in Norway.
Fig. 2 : Principaux sites d’exploitation
minière en Norvège.
The industry today
Overview
The Geological Survey of Norway (Norges geologiske
undersøkelse, NGU) publishes an annual survey of
the country’s mineral production based on data
requested from producers(1). Its focus is on the value
of raw materials supplied, and the tonnages of
mineral products generated (Fig. 1). The main centres
of production are scattered across Norway, but most
are near the coast (Fig. 2). The survey also gives
figures, for each production site, on the size of the
workforce and - with the consent of the individual
companies - the added value generated.
The minerals industry has undergone substantial
structural change over the past decade. Industrial
minerals production has greatly increased, and
natural stone moderately so, with crushed rock
remaining stable. Metallic-ore mining has dropped
off considerably.
These changes, a greater emphasis on new
commodities, and tougher demands on product
specification and marketing, have impacted on how
resources are managed. Later in this article, we
explore how NGU is continuing to adapt to all these
changes as the central administrator of information
on Norway’s mineral resources.
(1) Figures for gravel and crushed rock are to a large extent based on information in the Gravel and Crushed Rock Database and figures from Bergvesenet.
Fig. 1: Production of Norway’s
most important mineral products
in 2002 in terms of value.
Fig. 1 : Principales substances
minérales produites en Norvège
en 2002 en valeur.
55
We briefly summarize below an overview of the year
2002 [Neeb, (2003)](2). 65 MT(3) of mineral resources,
worth around ¤910 million(4) were extracted in
2002. The value of industrial minerals produced fell
from around ¤300 million in 2001 to 290 million in
2002, with natural stone increasing over the same
period from ¤126 to 139 million, and metallic ores
dropping from ¤76 to 63 million. Output of crushed
rock, sand and gravel remained stable over the two
years at around ¤330 million (Fig. 3a).
Exports were worth some ¤545 million in 2002, or
about 60% of the total. Industrial minerals - mainly
lime slurry, olivine and nepheline syenite - accounted
for almost half exports. Exports of natural stone were
worth almost ¤100 million, building materials ¤57
million, and metallic ores - ilmenite, iron and nickel ¤50 million (Fig. 3b).
Industrial minerals
Industrial minerals - in particular, lime slurry - have
outperformed the rest of the mining and quarrying
sector over the past decade, and in 2002, 11Mt of raw
materials worth ¤291 million were extracted. ¤253
million of these were exports, according to data
from the Central Bureau of Statistics. Although lime
slurry, olivine and nepheline syenite are the main
exports, Norway is also a major producer of quartz,
dolomite, feldspar, talc and graphite.
Norway is a world leader in olivine and nepheline
syenite production. It extracted 3.1 Mt of olivine in
2002, and the world’s largest firm is Norwegian; A/S
Olivin, which was taken over by North Cape Minerals
following privatisation. It has 206 staff, and mining
operations at Åheim and Raubergvika (Møre og
Romsdal county).
56
Fig. 3(a): Production trends for Norway’s most important
mineral products 1982-2002.
Fig. 3(a) : Evolution de la production des principales substances
minérales de Norvège sur la période 1982-2002.
Fig. 3(b): Export trends over the period 1990-2002.
Fig. 3(b) : Tendances à l’export sur la période 1982-2002.
Around 550,000 t.p.a of nepheline syenite is mined
by North Cape Minerals from the giant 300-Mt
deposit at Stjernøy in Finnmark county in northern
Norway. This output is expected to increase as a
result of open-pit operations launched in 2003.
North Cape Minerals also produces quartz and
feldspar at Glamsland near Lillesand, and olivine at
Bryggja in Nordfjord. It is one of the biggest players
on the Norwegian scene, with its main owner,
UNIMIN/Sibelco, also controlling much of the world
market for quartz, feldspar and nepheline syenite.
Twenty companies produce limestone and dolomite.
Norway has become a significant producer of
limestone for use in fillers, with the Hustad Group
being the largest producer. The opening of its new
mine in Velfjord in the Nordland county marked an
important milestone for the Norwegian mining and
quarrying industry. Limestone from the group goes
to Hustadmarmor AS at Fræna (Møre og Romsdal
county), which makes lime slurry and limestone
filler, and is the world’s largest supplier of the latter
to the paper industry. Much of the limestone comes
from the company’s four quarries in the same
county. There is also considerable production of lime
for other purposes, including cement, quicklime and
lime for agriculture. The 3.1 Mt produced for cement
and quicklime production in 2002 was worth ¤19
million, not counting value added after processing.
“
Although lime slurry,
olivine and nepheline
syenite are the main
exports, Norway is
also a major
producer of quartz,
dolomite, feldspar,
talc and graphite.
”
Talc is produced in limited quantities by Norwegian
Talk Altemark AS, near Mo i Rana in Nordland and by
Kvam Talk AS in Gudbrandsdalen. Major new talc
discoveries have been made recently in parts of the
Caledonides mountain chain. Skaland Grafittverk AS,
on the island of Senja (Troms), produced graphite
until 2002, but production ceased following the
company’s bankruptcy.
Excellent prospects exist in Norway to find new
economically-important mineral deposits, such as
talc, limestone, dolomite, quartz, feldspar and mica.
Natural stone
Sand, gravel and crushed rock
Output of sand, gravel and crushed rock in 2002 was
50 MT worth ¤330 million. 600 companies work in
this sector, with 100 being large operators. Exports
to the European continent have risen by 150% since 1990.
Norway exported 11.2 Mt of crushed rock (29%) and
0.2 Mt of sand and gravel worth ¤57 million in 2002,
mostly to Germany, Denmark, the United Kingdom,
The Netherlands and Poland. Exports of crushed rock
to France increased from 180,000 t in 2002 to
230,000 T in 2003. 1.3 Mt of crushed rock was used in
offshore oil/gas exploitation on the Norwegian,
British and Dutch continental shelves. End uses of
aggregates include roads (64%), offshore (17%),
concrete (10%) and other purposes, such as rock fill,
levelling of construction sites, and covering pipelines
on the Norwegian Shelf (9%). EUROVIA is planning a
new sandstone quarry at Gulestø, in the Sogn og
Fjordane county. Production generally takes place
near to point of use, as transport costs are high.
57
Quartz and quartzite are produced by seven
operations employing 94 people. Production has
risen in recent years to 1.1 Mt, worth some ¤18
million. Quartz is a raw material for making glass,
ceramics and porcelain, and silica has various uses in
the metallurgical industry. It is also used as filler in
plastics, rubber and paint, in semiconductor
technology, quartz glass and fibre optics.
The natural stone industry is highly diversified,
reflecting Norway’s diverse geology [Heldal and
Neeb, (2000)]. In 2002, 380,000 t of dimension stone
worth ¤106 million was extracted, and 171,000 t, or
¤30 million of flagstone. Exports of both amounted
to ¤100 million.
The larvikite of southern Norway, which dominates
the country’s dimension stone production, is a
natural resource of unique quality that fetches a
high price on the world market. It is essentially
exported as raw blocks to Italy, France and Spain,
from where it is re-exported; mainly to the United
States. Lundhs Labrador AS is the main player. End uses
include kitchens/interiors (40%), outdoor facades
(40%), floor tiles (10%), and monuments (10%).
Six companies produce syenite, anorthosite and
marble, with a total value of ¤7.2 million. Syenite is
produced at Lødingen in Nordland, anorthosite from
Hå in Rogaland, and marble from the Fauske area in
Nordland. Granite, gneiss and soapstone, valued at
¤4.7 million, are produced by 14 companies. Among
these are producers of white trondhjemite (SørTrøndelag and Hedmark), granite (Østfold, Buskerud,
Oslo, Sogn og Fjordane) and soapstone from Otta
and Bardu.
In 2002, 28 companies quarried flagstone and walling
stone for a value of ¤30 million. The biggest output
was of quartzitic flagstone from Alta in Finnmark and
Oppdal in central Norway, and phyllitic slate from
Otta. Nearby factories process the flagstone and slate,
with around 60% being exported. Durable Norwegian
quartzite flagstone is particularly valued for surfaces
that are exposed to heavy traffic.
Quartziteproduction,
Elkem Tana AS, Finnmark,
Norway.
Production de Quartzite,
Elkem Tana AS, Finnmark,
Norvège.
©NGU
Metallic ores
Norway produced ¤83 million of metallic ores sector
in 2002, and exported ¤50 million, from 0.4 Mt of
extracted concentrated ore. 398 people worked in the
sector as of April 2003. Production has substantially
declined over recent years, however, and only two
mines remain active in Norway.
“
”
Titania AS produces ilmenite concentrate from the
Tellnes deposit at Sokndal (Rogaland). The potential
for future new titanium deposits seems excellent, with
large ilmenite resources (magnetite-apatite) in the
Bjerkreim-Sokndal intrusion (Rogaland) and eclogitic
rutile deposits near Førde (Møre og Romsdal) being of
particular interest [Korneliussen et al. (2000)].
Although metallic-ore exploitation is declining, NGU
is keeping a watch on trends in the world market and
exploration. There is an upswing in interest in
platinum-group elements, for example, and Norway
has considerable potential here for discoveries of new
deposits. Similarly, NGU is vigilant about retaining
65 MT of mineral
resources, worth
around ¤1 billion
turnover, were
extracted in 2002 by
Norway’s 900 mining
and quarrying
companies.
(2) This report can be downloaded from the NGU website (http:// www.ngu.no). - (3) MT: megatones (million tones). - (4) Values converted from the Norwegian kroner (NOK)
to ¤ at an exchange rate of 7.91 NOK = 1 ¤.
58
expertise in other mineral resources/commodities,
such as ‘high-tech elements’- including Sc,Ta,Nb,and Be
- that may become economically important in the future.
Coal
Store Norske Spitsbergen Grubekompani AS (SNSG)
currently mines coal at Longyearbyen, Mine 7 and Svea
Nord [http://www.snsk.no]. The Svea Nord field
entered into production in 2001 and will ensure the
continuation of Norwegian coal mining for another 1520 years. Coal from SNSG is exported to Germany,
Denmark, Finland, U.K., France, Sweden and Iceland.
Production has risen steadily over recent years and in
2002 it produced 2.2 Mt of coal worth ¤87 million. The
company has 225 employees assigned to coal-mining.
Mineral resource databases
NGU maintains and updates open access
databases on Norway’s mineral resources, [see
http://www.ngu.no under ‘Geological Services’].
NGU and the Norwegian Mining Authority
(Bergvesenet) plan this year to provide a distinct
Internet entry point named ‘Mineral resources,’
intended to increase awareness and interest for
prospecting by providing information on mining
rights, exploration claims and protected areas, and
geological and other data.Target groups include both
domestic industry and multinational companies.
Mineral deposits of national interest
NGU has prepared a preliminary overview of
mineral deposits of national long-term strategic
interest (Table 1), and which merit being taken into
account in future land-use management (Fig. 4).
Selection criteria include deposits which could be
exploited within the next 50 years, with potential
for export, or for supplying raw materials to either
domestic markets or export-oriented processing/refining facilities.
Future perspectives
Norway has an enormous variety of rocks, many
readily unavailable elsewhere in Europe, for example
nepheline syenite, eclogite, dunite, extremely pure
carbonate rocks, larvikite, certain sandstone,
anorthosite showing iridescence and white
anorthosite. It has strong competitive advantages, such
Norway does not have unlimited quantities of sand,
gravel and crushed rock, and demand has grown for
information from NGU’s databases and resource
statements by county authorities, on the location
Commodity type
Of national
interest
Currently in
production
Future
resource
Industrial Minerals
57
33
24
Metals
18
2
15
Dimension stone
79
55
24
Aggregates
36
36
7
Sand and gravel
16
16
-
206
143
70
Sum
An overview of these deposits is shown on the maps.
Table 1: Summary of the mineral deposits of national interest.
Tableau 1 : Synthèse des principaux sites d’intérêt national.
and other data on existing available resources, and
potential future quarries. NGU has mapped around
9100 sand and gravel deposits, and 1100 crushedrock ones. Some 4500 quarries and gravel pits are in
continuous or sporadic operation.
Fig. 4: Deposits of national interest.
Fig. 4 : Gisements d’intérêt national minéraux indutriels.
Copper ingots from the Norwegian Roros mine.
Lingots de cuivre de la Mine de Roros en Norvège.
©BRGM im@gé
future wealth creation. Similar initiatives are needed
to generate comparable information in other sectors
of the minerals industry.
as an extensive coastline with excellent harbour
facilities for all-year round shipping, and a welldeveloped science and technological base in the sector.
It nonetheless faces challenges in exploring and
exploiting future mineral resources, carrying out
research to better characterise deposits, and
increase their potential value, developing land
management policies to secure these, and last but
not least increasing public awareness as to the
importance of minerals, and the need to ensure
sustainable future production.
Mineral exploration
Mineral exploration in Norway has substantially
decreased from its heyday in the 1960’s and 1970’s.
Industry as a whole spends less than ¤1 million
annually on searching for new deposits, equivalent
to around 0.1% of turnover, or 1% of profits. In
comparison, Sweden’s industrial funding of
exploration has stood at around ¤22 million annually
over the past five years.
Many of the major international players for
commodities such as olivine, ilmenite, and
nepheline syenite, have few needs for additional
reserves. NGU’s role in stimulating exploration
needs to be flexible and diverse.
Research and development
Demands on the quality and specific uses of mineral
products are increasing steadily, with recycling of
mineral-containing materials such as paper and
plastic. NGU is responding to the resulting need for
better characterisation of mineral products, with a
focus on obtaining a comprehensive understanding
of all aspects of the mineralogy, petrography and
mineral chemistry of Norway’s important industrial
mineral deposits, and making these data available to
industry and the public.
The Norwegian Research Council, for example, is
financing a project entitled “From quartz sand to
solar cells” which illustrates a renewed focus on
NGU’s mineral resources programme, like those of
its counterparts elsewhere, has undergone rapid
change over the past decades, spurred on in part by
new digital possibilities. GIS-technology integrated
with large comprehensive databases has enabled
new research to better understand the distribution
of various mineral deposits on the pan-regional
scale, often with useful input from neighbouring
Sweden, Finland and Russia.
Mineral resources and land management
Mining demands much less space - 0.05% of the
total land area - than many industries, and most
involves sand and gravel extraction. Mining
companies have no option but to operate where
resources are found and an important part of survey
activities therefore involves advising local
authorities, agencies, and even government
departments on the location and economic
potential of mineral deposits. Despite the significant
economic value of mineral resources, society often
ignores the needs of managing them, compared with
say the attention given to land-use management
schemes for forests and agriculture, not to mention
protected areas. NGU will strive to map and
characterise known and potential deposits.
In the oil industry, deposits are attributed an in situ
value, which is a gross value calculated from the
volume of exploitable oil and/or gas in the reservoir,
and the price that the company is likely to earn from
the sale. Applying the same approach to mineral
deposits, we can readily calculate that many have
deposits in Norway have extremely high values, with
some exceeding ¤10 billion.
Public awareness
The average Norwegian’s awareness of their natural
environment is perhaps higher than elsewhere in
Europe, but many citizens remain unaware of the
large volume of minerals required to sustain
contemporary lifestyles. From ice cream to insulation,
pencils to paints, trains to toothpaste, minerals are
required in an ever-increasing range of applications.
NGU considers it a vital strategic goal to act upon its
slogan,‘Geology for Society’, and to help to inform and
educate the public, and in particular those of school
age, who will be tomorrow’s decision makers.
Bibliographie : Heldal, T., Neeb, P.R. (2000). Natural stone in Norway: production, deposits and developments. NGU Bull. 436, p. 15-26. –
Korneliussen, A. et al. (2000). An overview of titanium deposits in Norway. NGU Bull. 436, p. 27-38. – Neeb, P.R. (2003). The Norwegian mining and
quarrying industry in 2002. NGU Report 2003.041, 24p.
En 2002, le chiffre d’affaires de
l’activité minière norvégienne
(900 entreprises et 5100 salariés)
approchait les 900 millions
d’euros dont 545 millions réalisés
à l’export en incluant les mines de
charbon situées sur le Svalbard.
Ces chiffres traduisent le
dynamisme du secteur qui a
cependant subi des changements
récents avec un grand
mouvement de privatisation
et la prédominance des
multinationales étrangères.
Aujourd’hui, les minéraux
industriels et les matériaux de
construction représentent la
figure de proue du secteur.
Le développement de demandes,
nouvelles et de plus en plus
exigeantes, pour des produits
destinés à des marchés
spécifiques, a eu un impact
primordial sur l’activité du Centre
National de Recherche
Géologique de Norvège (NGU),
L’information qu’il diffuse à
travers des banques de données
est notamment conçue pour
promouvoir les activités de
reconnaissance et pour
encourager le développement
d’un secteur industriel durable
avec une gestion responsable
du sous-sol.
Le NGU mène également des
activités de recherche et
développement afin de répondre
aux exigences de ce secteur en
évolution rapide et pour stimuler
la créativité industrielle. À l’avenir,
la création de richesse sera portée
par la mise en oeuvre de concepts
novateurs qui aident à
comprendre les caractéristiques
des dépôts déjà classés d’intérêt
national, à expliciter la
répartition des dépôts de
minéraux et donc à prévoir
quelles seront les futures zones
intéressantes. Le développement
du secteur passera notamment
par la mise en œuvre de SIGs
conjugués aux banques de
données et aux équipements
de microanalyse pour caractériser
les dépôts minéraux. Ces outils
soutiennent le Centre de
Recherche Géologique dans son
ambition d’occuper la première
place dans le développement d’un
secteur minier prospère en Norvège.
remote control and automation
Remote control
Luossavaara-Kiirunavaara
Aktiebolag (LKAB), the
Swedish minerals group is
pioneering highly-automated
mining and remote control in
underground mines in
extreme environments. The
Kiruna iron-ore mine in
northern Sweden is a
showcase of this approach,
allowing LKAB to compete on
the international market
with the dominant producers
who operate huge open cast
operations in Brazil and
Western Australia.
and automation
Swedish
in
iron ore mining
The Kiruna mine: train underground.
Mine de Kiruna : convoi souterrain.
©SGU
europe
60
Sven Arvidsson
Head of the Division
of Information and
Mineral Policy
Geological Survey of
Sweden
[email protected]
T
he city of Kiruna is located in the extreme north of Sweden (67°50’34” N,
20°25’10” E), above the Arctic circle. The city has grown up with mining, which
began more than a century ago. The ore body is 4 km long and around 80 m
wide. It lies roughly in a north-south direction, dipping some 60 degrees to the east,
and extending to a depth of at least 2 km.
The so-called Kiruna Type of iron ore is a phosphorous containing iron ore with
magnetite as the ore mineral. Scientists remain divided on its origins. In the past, it
was thought to have been formed by magmatic differentiation processes and to have
reached its present position through a magmatic-intrusive emplacement, but many
researchers now support a marine synsedimentary origin.
A high-phosphorous apatite-rich ore, called D ore, makes up some 20% of the ore
body. It has an average phosphorous level of 2% although this varies widely. The
remaining 80% is a low phosphorous, iron ore, called B ore, with an average of
Aerial view of Kiirunavaara mountain with the old
open cast and present industrial facilities.
Vue aérienne de la montagne de Kiirunavaara avec
l’ancienne mine à ciel ouvert et les installations actuelles.
©SGU
Remote controlled
production drilling.
Télécommande des
forages d’exploitation.
©SGU
Mining method
Kiruna ore was originally mined in open pits on the
surface of the mountain, and has subsequently been
pursued underground. Sublevel caving is currently
used, which is both suited to this sort of ore, and also
allows different operations to be carried out
independently in various parts in the mine.
The ore body is divided into main levels to facilitate
haulage and access to the ore. On sublevels between
these haulage levels, drifts are made across the ore
body from the footwall to the hanging wall. This
involves transversal sublevel caving, although
longitudinal sublevel caving is sometimes also used
depending of the geometry of the ore body.
Drifts, 7 m wide and 5 m high, are made at 25 m
horizontal intervals in a vertical zigzag pattern with
28,5 m vertical spacing. In sublevel drifts, production
drilling starts at the hanging wall with rings of long
holes drilled in a fan-like pattern, and rings spaced
at 3 to 3.5 m. They are then charged and blasted,
again beginning at the hanging wall and
subsequently retreating towards the footwall. Each
production ring contains around 10 000 tons of ore.
The blasted ore is loaded on the level below and
carried to ore passes by electric load-haul-dump
(LHD) units.
The ore passes themselves are built along the
sublevels to the main haulage level below. All
haulage is currently carried out at the 1045 m level.
The mine is divided into ten production blocks,
each with both its own ventilation shafts, and ore
passes situated at the block centre. Each block is
around 400 to 500 m long. Sublevels are
interconnected both with each other, and the main
haulage levels, using a system of ramps; this allows
equipment to be moved, and gives maintenance
and support staff access to the various parts of the
mine. Over 400 km of maintained underground
roads have been built.
Mining begins at the top sublevel and proceeds
sequentially downwards.
At the main haulage levels, ore is transported by train
from the ore passes to vertical bins where crushers
lead the ore to loading bays at the bottom of the
hoisting shafts. Skips bring the ore to the surface
where it is further processed into fines and pellets.The
finished products are transported by rail to the ports of
Narvik, Norway and Luleå in the Gulf of Bothnia.
Production at Kiruna in 2002, including the nearby
Svappavaara pellet plant, amounted to 13 million
tons of finished products - 10 million tons of which
were pellets - derived from 20.7 million tons of crude
ore. The same year, 12. 800 km of drifts were
constructed.
0.025% phosphorous, and 68% iron. Distinct
boundaries separate both the ore types, and the ore
and surrounding bedrock at the hanging wall and
footwall contacts. D ore is usually found near the
hanging wall, although it occasionally occurs in the
centre or even along the footwall. The two ore
grades are kept apart during mining operations, as
is the barren bedrock.
61
Remote control
The substantial chain, from drifting to port delivery,
offers good opportunities for planning and
optimization, including mechanisation.
As production drilling in sublevels is performed
uniformly at several drifts simultaneously, this
repetitive process is amenable to remote control.
Fibre optic cables connect key positions in the mine
via feeder cables to other blocks where mining is
done. Each block is fitted with a base station for
wireless communication. This enables control and
monitoring of different machines in the mine.
62
Communication must be fast enough to let remote
control operators obtain information and have
sufficient time to make proper corrections. This was
achieved in 1997 with wireless transmission of
sound, images and data. The Atlas Copco drilling
rigs; all fitted with Wassara drilling machines
operated with water rather than compressed air are remote-controlled from a centre situated at 775
m depth - thousands of metres from where drilling
actually takes place.
Drilling is remote controlled, with a remote operator
drilling via a joystick. Newer drilling rigs have
facilitated this as they have a high-degree of inbuilt
automation. A computer-based system provides
operators and maintenance technicians with the
information they need to monitor drill-rig status,
including maintenance history as well as
parameters of its current condition.
Remote control of loading and hauling poses
another technical challenge - how does one
navigate a 14 metre long, 100 ton loader inside the
mine? The solution is a system based on a revolving
laser on top of the loader, with reflectors located on
the walls of the drifts. Loading, hauling and
dumping on the sublevels are now fully remotecontrolled from the control centre in the main
office building on the surface. As a result, one
operator can run three LHD loaders simultaneously,
having to intervene only during loading, while the
loaders can be operated continuously.
“
Production control
centres have recently
been introduced to help
run operations.
”
Loading out the ore at the face is very efficient.
When one face is being mucked clean, the loader is
moved to a nearby drift heading to continue
loading. Remote control also means that the
machines operate for longer hours; there is no
need to wait until dispersion of blasting gases
after detonations, for example, and the machines
need no coffee breaks.
The first remote-controlled trains came into
operation in the Kiruna mine as early as 1970. Today,
six trains are each loaded with 500 tons of ore at the
1045 m level. Each train has one locomotive,
powered by four 150 kW AC-motors, and 24 cars. A
train cycle takes around one hour. Trains run 365
days a year. Crushing, weighing, skip loading and
hoisting have been automatic for decades.
Production control centres have recently been
introduced to help run operations smoothly and to
avoid bottlenecks from arising. The centre for
mining operations, which houses operators, is
situated in the main office of LKAB in Kiruna. From
here, the entire process is monitored and controlled,
with some 15,000 measurement points covering
everything from underground operations to ship
loading in port. Operators can at any time compare
actual performance with production plans.
Drill rig Atlas Copco BVK.
Foreuse Atlas Copco BVK.
©SGU
Moving the remote control centre from the mine to
the main office will offer further flexibility. Modern
telecommunications provide the company with the
freedom to operate the mine from almost
anywhere. Indeed, the mine has been operated
from the Technological University of Luleå some
340 km away.
As well as streamlining mining operations,
automation and remote control also contribute to
better working conditions for staff, as there is no
need for people to be in the zones where mining
operation takes place. The mine can be operated at
night without a single person being down the mine.
“
In 2003, the mine produced
11 Mt of pellets, and 2.3 Mt of
sinter fines, and employs 1800
people, 400 of whom work
underground.
”
The challenge of underground mining
The LKAB Group sells its iron ore products on the
international market, where prices are in practice set
by the dominant producers operating in Brazil and
Western Australia, where deposits are mined in
huge open cast operations. In contrast, LKAB’s mines
in Kiruna and Malmberget are both underground
operations run at depths of some 1 km.
Open-cast mining avoids many of the complications
of underground mining. Drilling, loading and hauling
can also be done at a larger-scale as they can make
use of equipment much larger than would fit into an
underground mine. Streamlining of the entire
underground mining operation is needed in if it is to
compete with the giants on the international scene.
LKAB invests heavily in diverse research and
development to keep a competitive-edge. In product
development, for example, LKAB operates its own
research blast furnace in Luleå. Every bit as
important, however, is research on the upstream
processes and the logistics. Advances here double up
in contributing to the total quality management
system needed to ensure that the product delivered
meets the specifications ordered, and keeps
customers happy.
64
Aerial view of Kiruna
processing plants.
Vue aérienne des installations
de minéralurgie de Kiruna.
©SGU
Environmentally friendly mining
The ore mined in Kiruna is non-hazardous magnetite,
but LKAB, nonetheless takes environmental issues
very seriously. An environmental management
system, including environmental policy and
reporting, is an important part of its total quality
management system. The company is continually
improving the internal and external environment as
a means of contributing to sustainable and
profitable development. Environmental issues are
taken into account when making new investments,
and occupational health, environmental protection
and energy efficiency are always considered when
introducing new technology.
As the mine is located north of the Arctic Circle, at
latitude 68° north, outdoor temperatures are close
to or below zero degrees Celsius for long periods of
the year. This means that air used to ventilate the
mine must first be heated. This is done using surplus
heat generated by the pellets plants, with periodic
additional energy requirements being met using oil
and electricity. Air is passed through the mine at an
average rate of 1 000 m3 per second, which amounts
to 34 billion m3 of air annually. Air exiting the mine is
first passed through filters to remove particulate
matter.
plants, and used in ore sorting, concentrating and
pelleting, before being cleaned and pumped to a
settling pond. Water quality is continuously
monitored. Water used in the mine for purposes
such as washing equipment, and for operations in
the repair shop at the 775 m level, is treated to
separate out oil before being pumped to the surface.
A vast mine like Kiruna with a 4 km long ore body
drains water from a large area. In 2003 more than 5.3
million m3 of drainage water was pumped from the
mine at an average rate of 25 m3 per minute. Water
brought to the surface is diverted to the processing
People living in the city of Kiruna are affected by
mining activities in various ways. Blasting, for
instance, create ground vibrations, which are
monitored by the company to ensure they remain at
low levels and within set limits.
> The Kiruna iron ore mine
It is located at latitude 68o in
northern Sweden, far north of the
Arctic Circle. The magnetite ore body
is 4 km long and 80 m wide. It has
been mined for over a century,
yielding some 950 million tones
over this period. This amounts to
around just one third of the original
ore body, according to current
knowledge of the deposit’s size.
Ore is hauled at a depth of 1045
metres, and given present mining
capacity this haulage level can be
sustained until 2015. The mining
method used is sublevel caving, with
sublevels spaced at 28.5 m vertically.
Each blast yields around 10 000
tones of raw ore. Remote-controlled
electric-powered drilling equipment
is used. Ore is crushed and sampled
in the mine. A surface complex
comprises a sorting plant, two
concentrators and two plants for
producing pellets and sinter fines.
A third pellet plant is located at
nearby Svappavaara. Products are
transported by rail to the ports of
Narvik in Norway and Luleå in the
Gulf of Bothnia. Most business is
with European Union countries.
The mine produced 11 million tones
of pellets, and 2.3 million tones of
sinter fines, in 2003. It employs
around 1800 people, 400 of whom
work underground.
Remote controlled loader Toro 2500.
Chargeuse télécommandée Toro 2500.
©LKAB
Le groupe minier suédois
Luossavaara-Kiirunavaara
Aktiebolag (LKAB) exploite ses
deux mines dans le cercle
arctique ou à proximité de
celui-ci ; cette implantation
géographique en a fait le
pionnier de l’exploitation
minière hautement automatisée et télécommandée.
A titre d’exemple, ce groupe
possède et exploite la mine de
fer de Kiruna située dans le
nord de la Suède, qui a produit
20,7 millions de tonnes de
minerai en 2002.
Ayant commencé il y a un
siècle à ciel ouvert,
l’exploitation s’effectue
maintenant entièrement par
abattage souterrain à grande
échelle.
A Kiruna, le minerai le plus
important sur le plan
économique est la magnétite.
La mine présente deux formes
de minerai de fer, l’un ayant
une teneur en phosphore
élevée, avoisinant les 2 %, et
l’autre ayant seulement 0,025 %
de phosphore et 68 % de fer.
Le filon, orienté nord-sud sur
environ 4 km, fait 80 mètres
de large et présente un
pendage de quelque 60 degrés
vers l’est. Il se continue jusqu’à
une profondeur d’au moins
2000 mètres.
Afin d’accroître sa compétitivité,
LKAB a réalisé d’importants
investissements dans le
domaine de la technologie, en
particulier l’automatisation et
les systèmes télécommandés.
Les installations de forage
et d’abattage sont gérées
automatiquement à l’aide
d’une unité télécommandée
conçue par l’entreprise. Celle-ci
transfère les données aux
bureaux de LKAB situés en
surface à partir des opérations
de fond à 775 mètres sous terre.
Les unités de chargement, de
déchargement et de transport,
y compris les convois dans les
niveaux de roulage, sont
également télécommandés.
mine artisanale
Développement durable :
quelle place pour
©BRGM im@gé
la mine artisanale ?
Longtemps décriée pour ses effets sociaux et
environnementaux dévastateurs, la mine artisanale se
répand dans une grande partie du monde, notamment
en Afrique. Pour nombre de pays et de communautés,
elle représente une voie vers le développement et la
croissance. Les politiques d’aide au développement
doivent donc intégrer cette évolution tout en
favorisant l’émergence d’un tissu de petites mines
semi-industrielles.
international
66
Eric Jaques
Ingénieur-chercheur
Service Environnement
Industriel et Procédés
innovants - BRGM
[email protected]
Jean-François Orru
Ingénieur-chercheur
socio-économiste
Service Ressources
Minérales - BRGM
[email protected]
Rémi Pelon
Ingénieur économiste
Service Ressources
minérales - BRGM
[email protected]
L’
exploitation des ressources minérales, par essence non renouvelables, peut
paraître contradictoire avec les principes du développement durable. Peut-on
envisager ne pas compromettre les besoins des générations futures alors qu’on
épuise aujourd’hui certaines ressources de manière irréversible ? En fait, de nombreux
économistes considèrent, compte tenu de l’importance des capitaux générés par la mine
industrielle, que le potentiel de réinvestissement pour un développement local durable
est considérable. Dans la pratique, cette hypothèse suppose que le secteur minier s’inscrive dans une démarche éthique de responsabilité sociale des entreprises (concept de
“social corporate responsabilities” développé par les institutions internationales). En
revanche, certains affirment que l’activité minière artisanale, prise entre une tradition
séculaire et des rêves de gains rapides, contribue à pérenniser, voire à entretenir, la
pauvreté des communautés.
Le problème est plus complexe et relève d’une problématique multi-critères et multiagents. La dissémination de l’activité à l’échelle mondiale offre une grande diversité de
contextes, selon les ressources, selon les acteurs qui animent les différents niveaux de
la filière, mais aussi selon les zones géographiques, les situations politiques, administratives, économiques et sociales.
Mine artisanale et petite mine :
une frontière floue
Les mineurs obéissent le plus souvent à une logique
de subsistance, il faut alors distinguer leur activité
dans la mine artisanale ou la petite mine.
La petite mine sensu stricto présente un profil de type
entreprise. Reconnue administrativement, elle possède un minimum d’installations fixes et d’engins
mécanisés et exploite de façon planifiée à l’aide de
procédés semi-industriels un gisement de taille
modeste préalablement reconnu. D’après les Nations
Unies [UNCTAD, (1997)], une petite mine produit moins
de 50 000 t/an (100 000 à 200 000 t/an pour les
matériaux) avec un investissement inférieur à 1 M¤,
un chiffre d’affaires annuel inférieur à 1,5 M¤, emploie
moins de 40 employés et a une durée de vie inférieure
à 5 ans. De son côté, la mine artisanale concerne des
opérations menées par des individus ou des petits
groupes dans une démarche qui s’apparente à une
cueillette opportuniste. Largement informelle, elle
exploite sans planification, avec des méthodes et
des outils souvent ancestraux et rudimentaires, une
ressource mal connue. Cette activité de subsistance
saisonnière est souvent complémentaire de l’agriculture (Fig. 1).
Fig. 1 : Evolution de la population sur le site d’Alga (province du Bam) au cours
de l’année 2001 montrant le caractère saisonnier et complémentaire de
l’artisanat minier à l’agriculture au Burkina Faso.
Fig. 1: Population evolution at the Alga site (Bam Province) for 2001 showing the
seasonal and complementary nature of artisanal mining with respect to
agriculture in Burkina Faso.
Source : BRGM, 2003
nombre d’individus
6000
5700
4000
3200
2000
1000
0
0
300 mm
calendrier agricole et précipitations
Le boom de la mine artisanale
mineurs pourrait encore tripler d’ici à 2010 [Hentschel
et al, (2002)]. Les artisans recherchent d’abord les
substances précieuses et semi-précieuses à forte
valeur ajoutée destinées à l’exportation (or, gemmes
et pierres fines), et dans une moindre mesure les
matériaux d’intérêt local commercialisables sur place
(construction, amendement agricole…). La part de
cet artisanat dans la valeur de la production minière
mondiale est tout à fait significative : elle est de
l’ordre de 10 % et même 15 % pour les diamants et la
columbo-tantalite, 20 % pour l’or et plus de 80 % pour
les gemmes colorés [Blinker, (1997)].
> Les différentes formes d’organisation de l’artisanat minier
L’artisanat minier peut adopter différentes formes d’organisation. La première est une activité pratiquée par
des communautés rurales en complément d’activités traditionnelles. On
rencontre ce type d’exploitation villageoise notamment à Madagascar, à la
Guyana ou en Guyane Française.
Autre organisation :les artisans mineurs
choisissent de se spécialiser dans l’ex-
ploitation de ressources minérales
parfois éloignées de leurs villages. Des
populations variées se rassemblent
dans des villages créés ex-nihilo.
L’organisation qui en découle est
alors essentiellement professionnelle.
Toutefois, l’exploitation se trouvant
parfois dans des zones isolées impose
des prélèvements sur les ressources
halieutiques et cynégétiques et par-
fois même des mises en culture de
petites parcelles. Dernière forme,
éphémère mais récurrente, la ruée
précipite des foules hétéroclites attirées par des rêves de fortune vers des
gisements “neufs”et réputés riches. À
Madagascar, depuis 1997, la ruée vers
le saphir a probablement mobilisé
plus de 150 000 personnes.
À l’exception de quelques pays de tradition minière
comme le Ghana ou le Zimbabwe, les petites mines
sont rares en Afrique. La mine artisanale, quant à elle,
connaît un véritable “boom” depuis une vingtaine
d’années. Il est probable qu’aujourd’hui cette activité
implique au moins 15 millions de personnes dans le
monde, soit près de deux fois plus qu’il y a dix ans.
Pour le seul continent africain, entre 4,5 et 6 millions
d’actifs sont concernés - dont 30 % à 40 % de femmes
- et entretiennent près de 40 millions de dépendants,
soit 1 africain sur 20 [Jaques et al, (2003)]. Dans certains pays comme le Zimbabwe, le nombre d’artisans
67
mine artisanale
En Afrique sub-saharienne, la valeur de la production
artisanale annuelle de substances précieuses est
aujourd’hui estimée à plus de 1 milliard d’euros,
autant que la valeur annuelle de la production sudafricaine de diamant. L’activité est donc déterminante
dans les économies nationales fragiles et peu diversifiées.
C’est par exemple le cas de la RCA (République centrafricaine), où la filière artisanale du diamant participe
à plus de 50 % des recettes à l’exportation du pays.
68
Des effets néfastes
Le secteur artisanal utilise des méthodes et des outils
souvent rudimentaires, avec une exploitation peu
rationnelle de la ressource (Fig. 2). Le gisement est donc
écrémé : la production sur un site concerne rarement
plus de la moitié des réserves potentielles. En Afrique,
pour une production artisanale d’or estimée à 42 t par an,
les manques à gagner (sur la base d’une exploitation
industrielle) pourraient s’élever à près de 140 tonnes,
soit l’équivalent de 1 milliard d’euros [Jaques, (2001)].
Les productivités au travail restent également faibles
avec des rendements qui excèdent rarement 5
tonnes/homme/jour. De même, les revenus sont
modestes et saupoudrés, de l’ordre de 1 à 2 euros par
jour. De récentes enquêtes du BRGM au Burkina-Faso
ont montré que les gains moyens mensuels s’échelonnaient de 25 à 40 ¤ pour les manœuvres (majoritairement des femmes), 50 ¤ pour les mineurs et 320 ¤
pour les propriétaires de puits.
Du point de vue environnemental, l’activité artisanale
peut engendrer des dégradations préoccupantes :
chantiers orphelins non sécurisés, terres agricoles
stérilisées, forêts dégradées, rivières polluées, nappes
phréatiques altérées par pompage excessif, pollutions anthropiques diverses.
Fig. 2 : L’artisanat et les institutions minières en Afrique.
Fig. 2: Artisanal mines and mining institutions in Africa.
Source : R.Noetstaller, 1995
Le cercle vicieux de l’artisanat minier.
The vicious circle of the artisanal mining
Santé et sécurité déficientes
Poor health & safety
Techniques inadaptées
Inadequate techniques
Inaptitude à investir
Inabylity to invest
Dommages à l’environnement
Environmental damage
Récupération et productivité faibles
Low recovery & productivity
Revenus et épargne faibles
Low income & savings
Le cercle vicieux des institutions minières.
The vicious circle of the mining institutions
Ressources opérationnelles inadaptées
Inadequate operational resources
Santé et sécurité déficientes
Poor health & safety
Revenus de l’Etat insuffisants
Insuffisant government income
Inaptitude à contrôler
Inability to control
Dommages à l’environnement
Environmental damage
Opérations illégales
Illegal operations
Inaptitude à collecter taxes et royalties
Inability to collect taxes & royalties
Les conditions de travail sont souvent à haut risque
et d’une grande pénibilité, en particulier pour les
femmes et les enfants. Bien que rarement déclarés,
les accidents mortels ou invalidants sont fréquents et
les conditions opératoires du traitement des minerais
peuvent à plus long terme être à l’origine de graves
séquelles pour les manœuvres. À ces conditions
déplorables de travail, d’autres problèmes s’ajoutent
dans les camps isolés : précarité des logements, malnutrition, manque d’eau potable, absence d’installation
sanitaire, développement d‘endémies (paludisme,
fièvre jaune, choléra, typhoïde, tuberculose…).
Vannage par les femmes des rejets de lavage
des orpailleurs au Burkina Faso.
Women winnowing tailings of the artisanal
gold miners in Burkina Faso.
©BRGM im@gé - E. Jaques, 2002
Le problème majeur réside dans l’utilisation massive
de mercure dont les pertes (entre un et deux
grammes par gramme d’or produit) peuvent générer
des impacts sanitaires importants avec une introduction
dans la chaîne alimentaire et une amplification rapide
par bio-accumulation(1) . Au Ghana, 5 tonnes de mercure
sont importées chaque année pour le seul besoin des
artisans. Une étude récente de l’ONUDI a montré que
sur certains sites d’orpaillage du pays, 50 % des
mineurs étaient intoxiqués. Au Burkina Faso, le mercure, pratiquement inconnu il y a 5 ans, se rencontre
aujourd’hui sur tous les chantiers du pays – vendu
au détail 40 000 CFA/kg, soit à peine 1 % du prix
d’achat de l’or.
Sur le plan socio-culturel, les problèmes les plus aigus
se posent lors des “ruées” (Fig. 3). Cette dynamique
migratoire spontanée aboutit rapidement à une surpopulation sur des sites restreints et à un état de promiscuité extrême. Les conflits y sont fréquents entre les
artisans, les communautés et parfois avec les autorités.
Si la ruée engendre une nouvelle forme d’organisation
sociale, celle-ci est artificielle, éphémère et déstructurante par rapport aux systèmes coutumiers. D’autres
problèmes s’y ajoutent : non scolarisation des enfants,
consommation d’alcool et de produits stupéfiants,
prostitution, SIDA, au centre des préoccupations des
institutions internationales (UNAIDS).
Malgré cette image négative sur le plan social et
environnemental, l’artisanat minier est créateur de
richesses et contribue à la survie, voire dans certains
cas au développement d’un nombre croissant de
communautés et territoires déshérités. S’appuyant
sur une main-d’œuvre abondante et peu qualifiée, il
constitue un filet de sécurité en fournissant de l'emploi
et des revenus à des populations de plus en plus
désœuvrées et donc marginalisées. Il permet notamment de limiter l’exode rural en maintenant une activité dans des régions isolées et d’après Holloway, de
favoriser l’émergence “d’îlots de prospérité dans un
océan de pauvreté” et de valoriser de petits gisements
non exploitables à l’échelle semi-industrielle.
Paroxysme
Prise de contrôle
progressive
(croissance
incontrôlée)
”
Développement
“petite mine”
Suivi minier
Découverte
“
L’activité artisanale
peut engendrer des
dégradations
environnementales
préoccupantes.
Déclin
Dépression
saisonnière
avec
petite mine
Durée
(années) 1
2
3
4
5
Production d’or
Nombre de personnes sur site
% accidents-maladie
(1) L’expertise collégiale menée par l’IRD sur le mercure en Amazonie constitue une base de référence sur le cycle du mercure et les
problèmes de santé publique associés (Carmouze & al. coord. 2001).
6
Fig. 3 : Les différentes phases de
la dynamique d’une ruée vers l’or.
Fig. 3: The various phases in the
dynamics of a gold rush.
Source : BRGM, 2001
69
Quelles voies d’action ?
mine artisanale
Aussi, ce secteur “sensible” de l’artisanat minier, sous
réserve d’une gestion améliorée, s’affirme malgré tout
et de plus en plus comme un axe de développement
social et économique majeur pour bon nombre de pays.
Des solutions existent pour tenter de combler les
multiples carences du secteur artisanal et limiter
ainsi ses impacts négatifs. L’action, pour être efficace,
doit s’attaquer de front aux multiples facettes de la
problématique et s’inscrire dans la durée. Toute
intervention doit être précédée d’une analyse socioculturelle, socio-économique et technico-économique
poussée de la filière.
L’optimisation du secteur passe nécessairement par des
actions à long terme d’éducation, de sensibilisation,
de formation et d’accompagnement dans les trois
domaines-clés de l’humanitaire, de l’assistance
technique, et de l’accès au financement.
70
Le soutien aux communautés ne peut se limiter à une
portée technico-administrative (appui technique,
rationalisation économique, amélioration du cadre
juridique...), sociale (accès à la scolarisation des
enfants) et sanitaire (appui humanitaire, santé
publique, sécurité du travail). Il doit également
prendre en considération la connaissance globale du
milieu naturel ainsi que l’état des infrastructures et
des réseaux et leurs perspectives de développement.
L’appui aux communautés peut se décliner dans de multiples actions comme la prévention des MST, la gestion
de l’eau, ou encore l’accès à des micro-financements.
Nouvelle ruée vers l’or, mine
artisanale de Nagrigré, Burkina-Faso.
New gold rush, the Nagrigré smallscale mine, Burkina Faso.
Evaporation du mercure par grillage
“artisanal” de l’amalgame or/mercure,
mine de Bouéré, Burkina-Faso.
Mercury evaporation during ‘artisanal’
roasting of the gold/mercury amalgam,
the Bouéré mine, Burkina Faso.
D’un point de vue méthodologique, le soutien aux
communautés ne peut donc faire l’objet d’un modèle
unique et doit tenir compte de leurs spécificités et de
leurs comportements. Il est par ailleurs nécessaire de
ne pas les isoler et de faciliter le développement de
liaisons solides et efficaces avec les décideurs.
Le soutien lors de ruées est plus délicat, compte tenu
des aspects dynamiques et des volumes humains en
présence. L’invasion des zones minéralisées est souvent si rapide que les gouvernements se retrouvent
devant le fait accompli. Deux grandes solutions sont
alors possibles : autoritaire en expulsant ou encadrant
strictement ; humanitaire et sanitaire pour parer à
l’urgence et atténuer les aspects les plus criants de la
misère sociale.
L’appui à la petite mine
Plusieurs organismes de coopération internationale
misent aujourd’hui sur la petite entreprise privée
“
Les petites mines
peuvent servir de
catalyseur et “faire
tache d’huile” en
conduisant le secteur
artisanal vers plus
de performance.
”
Pesée “artisanale”
de l’or au Burkina-Faso.
“Artisanal” weighing
of gold in Burkina Faso.
©BRGM, 2002
comme moteur de développement économique
régional dans les pays en développement. Le secteur
semi-industriel peut, en effet, être une plate-forme de
conception, d’utilisation, de diffusion de procédés
innovants et donc de création d’emplois plus qualifiés.
Profitant d’un cadre légal et réglementaire désormais
plus incitatif, un nombre croissant d’entrepreneurs
nationaux tentent de développer de petites opérations
minières. Cependant, par manque de moyens, ces
opérations se cantonnent souvent dans une logique
d’artisanat amélioré et ne peuvent aboutir à une
capacité suffisante d’investissement pour réellement
changer d’échelle.
Bien intégrées dans le tissu économique régional, ces
petites mines peuvent pourtant servir de catalyseur
et “faire tache d’huile” en conduisant le secteur artisanal
vers plus de performance sous réserve de respecter
les contraintes sociales et environnementales.
Mais le “tout-économique” n’est pas une solution
universelle.Ainsi,l’introduction d’un ensemble automatisé sur un site d’orpaillage au Burkina-Faso a entraîné
la débauche de 350 manœuvres qui ramenaient
chaque jour 450 ¤ au village - dans un pays où la moitié de la population touche moins de 0,38 ¤/jour.
La petite mine devrait donc accepter “une clause de
non-concurrence” avec l’artisanat et jouer un rôle de
complémentarité en se tournant impérativement vers
de nouveaux gisements et minéraux techniquement
non accessibles au secteur artisanal. Ces nouvelles
ressources ne pourront être reconnues qu’au prix de
travaux d’exploration préliminaires bien adaptés mais
trop coûteux pour les entrepreneurs locaux. Les projets
d’appui doivent donc encourager les phases préliminaires
de reconnaissance, de prospection et de certification
de réserves de nouveaux sujets.
Démarche adaptée au terrain
Face à la plupart des problèmes identifiés, il existe des
réponses et des solutions techniques. Mais dans le
cas de la mine artisanale, il serait d’abord inopportun
de chercher à l’éradiquer. Promouvoir des activités
alternatives n’a de sens que dans le cadre d’une
restructuration profonde de l’économie locale.
Comment peut-on transformer cette activité choisie
par défaut, de manière souvent temporaire, pour
qu’elle contribue à un développement durable ?
En fait, il semble toujours possible d’opter pour une
démarche adaptée au terrain. Les travaux préalables
au projet d’appui doivent comporter des études socioéconomiques et techniques approfondies qui feront
émerger, d’un état des lieux bien compris, les besoins
et les moyens d’actions appropriés.
Artisanal mining, long since
considered a harmful activity,
is currently undergoing
unprecedented expansion in
several regions of the world.
Furthermore, development-aid
projects can no longer accept
mere abandonment or
resorting to alternative
activities. The current context
of sustainable development is
devoted to proposing realistic
means of action. Two main
lines of action, apparently
antagonistic but which must
nevertheless evolve in a
complementary manner, have
emerged: providing support to
communities and encouraging
small-scale mining. The
harmful effects of artisanal
mining have for many years
been publicised by
development-related
institutions who considered
that the informal mining
sector had no significant
economic consequences. The
idea of integration only
surfaced recently along with a
generalised increase in
awareness. It is thus becoming
more and more accepted that
a growth in small-scale mining
could play a fundamental role
in local and regional
development.
Bibliographie : L.R. Blinker (1997). "Environnemental management of small-scale and artisanal mining sites in developing countries – Latin América and the Caribéean region". – UNEP IE/UNIDO Consultancy
report. – T. Hentschel, F. Hruschka, M. Priester (2002). "Global report on Artisanal and Small-scale Mining". MMSD, n° 70, p.67 – J. Holloway, (1995). "The small-scale mining sector in Africa : restructuring for Profitability.
"Natural Resources Forum, vol. 10, n°3. – I.L.O. (1999). "Social and Labour Issues in Small-scale Mines". Report for the Tripartite Meeting on Social and Labour Issues in Small-scale Mines. ILO Geneva, 99 pp. –
E. Jaques (2001). "La mine artisanale en Afrique : aspects techniques et environnementaux". CIFEG, Publication Occasionnelle 2001/37, pp. 87-93. – E. Jaques, B. Zida (2004). "La filière artisanale de l’or au Burkina
Faso : bilan, perspectives d’évolution et recherche de cibles pour le développement de petites mines", Séminaire de Ouagadougou (Burkina Faso), 6 et 7 novembre 2003, CIFEG, Publication occasionnelle, n° 2004/39,
pp. 41-59. – R. Noetsaller (1995). "Historical perspective and key issues of artisanal mining". Paper presented at International Round Table on Artisanal Mining, Washington, D.C. – U.N.C.T.A.D. (1997). "Management
of commodity resources in the context of sustainable development : gouvernance issues for the mineral sector". pp. 37-43.
©BRGM im@gé - D. Thiéblemont
cartes géologiques et minières
Les cartes géologiques
représentent un outil
important pour la
connaissance des ressources
du sous-sol et le
développement des pays. Elles
sont également de véritables
œuvres scientifiques
intégrant des données
toujours plus fines et plus
nombreuses issues des
technologies de pointe.
Dotées d’un impact industriel
fort, ces cartes pèsent d’un
poids nouveau pour
l’exploration ou l’exploitation
des matières premières.
Les cartes
géologiques et minières
outils de développement industriel :
l’exemple de l’Afrique de l’ouest
afrique
72
Denis Thiéblemont
Géologue spécialiste des roches magmatiques.
Service Connaissance et diffusion de
l’information géologique - BRGM
[email protected]
Jean-Pierre Milesi
Géologue-gîtologue - Adjoint au chef de
service Ressources minérales - BRGM
[email protected]
Christian Castaing
Géologue spécialiste en géologie structurale Service Connaissance et diffusion de
l’information géologique - BRGM
[email protected]
EN COLLABORATION AVEC :
Mario Billa
Géologue
Service Ressources minérales - BRGM
Emile Kaboré
Géologue minier
BUMIGEB - Ouagadougou,BURKINA FASO
D
epuis près d’un siècle, la recherche de gisements a été le principal moteur de
la connaissance géologique de l’Afrique de l’Ouest. En 1911, la première synthèse
à l’échelle du 1/5 000 000 [Hubert, (1911)] (Fig. 1) ignore de nombreuses "terra
incognita", mais donne déjà une répartition assez exacte entre socles et bassins sédimentaires. Plus tard, les levés de l’administration coloniale aboutissent à une couverture
partielle du sous-continent à des échelles variant du 1/1 000 000 au 1/200 000. Dans
les années 1970-1980, cette couverture bénéficie de nombreux travaux "d’inventaires
miniers" ou de recherche, de nouvelles cartes sont publiées et d’autres largement révisées.
En 1989, la carte des minéralisations aurifères au 1/2 000 000 publiée par le Brgm
[Milesi et al., (1989)] et la carte géologique internationale de l’Afrique éditée par
l’UNESCO au 1/5 000 000 mettent provisoirement fin à cette phase active de la
recherche géologique en Afrique de l’Ouest.
Un regain d’intérêt pour la cartographie géologique se manifeste à la fin des années 1990
avec notamment la reprise des investigations du BRGM en collaboration avec les services
géologiques locaux et grâce aux financements institutionnels. L’échelle des cartes est
généralement le 1/200 000 et leur emprise le degré-carré. Des synthèses au 1/500 000
ou 1/1 000 000 sont souvent publiées à l’issue des projets.
l’exemple de l’afrique de l’ouest
Installation du bivouac lors
d’une campagne de
cartographie dans le désert
mauritanien.
Setting up a field bivouac in
the Mauritanian desert.
©BRGM - D. Thiéblemont
”
Le secteur minier garde un fort impact industriel dans
les pays en voie de développement où l’ouverture
d’une mine peut constituer une source de devises
importante. L’objectif des nouvelles cartes est essentiellement de faciliter la mise en valeur des ressources
des pays, et de ce point de vue, les progrès qu’elles
apportent sont jugés pertinents.
Une discipline en constante évolution
Tout en cherchant à stimuler l’investissement industriel,
les cartes géologiques et minières sont avant tout des
œuvres scientifiques répondant à des critères d’évaluation précis. Fondamentalement, une carte est une
représentation ordonnée du sous-sol fondée sur des
concepts scientifiques et dont la réalisation repose
sur la reconnaissance des "entités" constitutives du
sous-sol, la détermination de leur répartition géographique et de leurs rapports mutuels. Ainsi, une carte
géologique comprend une légende qui inventorie et
décrit les formations, une carte qui donne la projection
de ces formations sur la surface topographique et des
coupes géologiques qui en décrivent l’organisation
en profondeur.
Le travail de terrain n’est pas toujours facile, le géologue
doit répondre à de multiples questions et mener une
enquête patiente et minutieuse afin que toutes les
données paraissent s’emboîter de façon harmonieuse.
Dans ce travail, les méthodes analytiques (chimiques,
physiques et datations radiométriques…) prennent de
Aujourd’hui, la carte géologique est totalement
informatisée et prend place dans un "système d’information géographique" (SIG) qui donne accès à
l’ensemble des données géologiques sous forme de
"couches" séparées et superposables.
La "résolution" de cette information est dépendante
de l’échelle. Au 1/1 000 000, une formation affleurant
à la surface sur une épaisseur de 100 m représenterait
1/10 de millimètre, soit un trait à peine perceptible
alors qu’au 1/1 000 la même formation est figurée par
un ruban de 10 cm de large. Une carte au 1/200 000
est donc peu apte à rendre compte de la forme de
gisements dont la surface est rarement supérieure à
la centaine de mètres.
De fait, l’objectif des cartes géologiques n’est pas
uniquement de déterminer les contours des formations et d’y localiser les gisements, mais également
de rendre compte de l’organisation du sous-sol. Sur ce
point, le renouvellement de la cartographie est fondamental et correspond aux attentes des institutions
internationales : c’est en retournant sur le terrain que
l’on peut actualiser les données et les mettre en
phase avec l’évolution des techniques et des concepts
géologiques.
Cartographie géologique et
concepts métallogéniques
L’étude des gîtes minéraux procède de la "métallogénie"
(ou "gîtologie") et consiste à superposer sur les "SIGs"
une couche d’information spécifique qui comprend
les "occurrences" (ou "gîtes") de l’ensemble des
“
”
C’est en
retournant sur le
terrain que l’on
peut mettre en
phase les
techniques et les
concepts.
“
Les cartes géologiques
et minières sont avant
tout des œuvres
scientifiques répondant
à des critères précis.
plus en plus d’importance. Ainsi, la prise d’information
et d’échantillons sur le terrain n’est qu’un des éléments
de la chaîne qui associe un ensemble de spécialistes
et d’outils allant du plus simple au plus complexe.
Néanmoins, le travail de terrain, la rigueur et l’intuition
du géologue constituent toujours le socle de la
connaissance.
73
substances minérales connues dans l’emprise de la
carte. Ces occurrences sont des "indices" devenant
"gisement" quand une masse significative de métal
économiquement exploitable est mise en évidence et
"mine" lorsque le gisement est exploité industriellement. Cette exploitation dépend aussi de paramètres
économiques (niveau des cours) ou politiques qui en
déterminent la rentabilité.
Le statut d’indice ou gisement d’un dépôt métallique
ne dépend pas uniquement de paramètres technicoéconomiques. L’évolution des connaissances et les
progrès conceptuels "impactent" fortement la filière
minière : les gisements d’aujourd’hui n’étaient souvent
hier que des indices, voire des affleurements sans
intérêt. Ainsi pour l’or, les cibles minières d’avant 1975
contenaient plus de 10 t d’or avec une teneur d’au
moins 10 g/t (gisements dits de "faible tonnage et
forte teneur"), aujourd’hui l’or ne représente parfois
que quelques g/t dans des gisements dits de "fort
tonnage et basse teneur".
74
Ces changements ont modifié les paramètres pris en
compte dans les cartes géologiques. Dans le cas de
gisements à basse teneur, l’or peut ne pas être visible
mais être présent dans des "halos" (zones portant la
trace d’altérations chimiques des roches),qui traduisent
l’activité de fluides chauds (dits "hydrothermaux" :
eau+chlore+sulfates…) ayant circulé et transporté l’or.
L’identification de ces halos sur la carte est donc
indispensable, même si l’or n’y a pas été directement
observé.Ainsi,la carte d’aujourd’hui inclut la description
des occurrences minéralisées, mais aussi un ensemble
d’informations pertinentes quant à l’existence de tel
ou tel type de gisement.
Les cartes inventorient les gisements et indices,
qu’elles placent dans une couche propre. Cette
information (Fig. 2) porte sur le type, la forme, la taille
économique et la géométrie des gisements et, plus
exceptionnellement, sur leur position dans l’histoire
géologique.
La définition de la typologie d’un gisement découle de
l’observation d’un certain nombre de caractères à la
fois "lithologiques", géométriques, morphologiques ou
autres. Des amas massifs de minéraux sulfurés (pyrite,
calco-pyrite) associés à certaines laves sous-marines
sont ainsi attribués au type dit "VMS" (volcanogenic
massive sulfide), exploité pour le soufre et les métaux
de base mais qui présente également de fortes
potentialités pour l’étain ou l’or.
La morphologie d’un gisement participe à la définition
de son type, mais aussi de son volume. Un gisement
“
”
Les gisements
d’aujourd’hui
n’étaient souvent
hier que des
indices, voire des
affleurements
sans intérêt.
75
La taille économique d’un gisement peut être "grosse",
"moyenne" ou "petite" en fonction de lexiques internationaux.
La géométrie est déterminante sur la taille et le mode
d’exploitation. Une étude détaillée sur le positionnement du gisement en profondeur, son inclinaison,
sa profondeur ou la présence de failles détermine sa
rentabilité.
Finalement,la détermination de la position du gisement
dans l’histoire géologique consiste à l’attribuer à un
"événement minéralisateur" qui témoigne d’un processus géologique particulier : intrusion d’un certain
type de granite, fonctionnement de failles d’une
certaine orientation…
peut être "filonien", "stratiforme" (amas intercalé entre
les couches géologiques), "disséminé" (substance
"imprégnant" un média rocheux) ou autre.
Ces informations sont stockées dans des bases de
données qui donnent le "nom" du gîte et sa description.
La maintenance de ces bases suppose une réactualisation permanente des informations et une adaptation
des architectures informatiques.
Les cartes géologiques modernes distinguent des
couches et structures particulières (dites "à valeur
métallifère" ou "métallotectes") dont l’étude a révélé
l’association privilégiée avec des minéralisations. La
représentation de ces métallotectes enrichit la carte
géologique et en matérialise les "potentialités métallifères". Leur définition dépend étroitement de la
qualité de l’expertise des gîtologues et des concepts
métallogéniques.
>
L'identification de zones à potentiel métallifère
nécessite de modéliser les paramètres géologiques,
gîtologiques, géophysiques et géochimiques associés
aux métallotectes et contrôlant la répartition de
gîtes déjà connus. Mais il faut également extrapoler
ces paramètres à l’échelle de la carte afin d’identifier
des zones analogues.
Fig. 1 : Extrait de la carte géologique de
l’Afrique occidentale réalisée en 1911 par Hubert
à l’époque coloniale. Le rectangle matérialise
l’emprise de la carte de la figure 2.
Fig. 1: Extract from the Geological Map of West
Africa produced by Hubert in 1911, during the
Colonial period. The rectangle marks the area of
the map shown in Figure 2.
Fig. 2 : Extrait de la carte géologique du Burkina Faso
(12-13°N, 1°W-1°E) réalisée en 2003 sous financement de
l’Union Européenne.
Fig. 2: Extract from the Geological Map of Burkina Faso
(12-13°N, 1°W-1°E) produced in 2003 with European Union
funding.
Source : Castaing et al., 2003
La modélisation consiste à établir une combinaison
d’éléments appartenant à différentes couches d’information afin de donner une "signature" discriminante
aux zones minéralisées. L’extrapolation consiste à
rechercher cette signature dans des zones sans
gisement connu, ce qui nécessite des outils informatiques de gestion des données géographiques, des
outils de croisement de ces données, ainsi qu’une solide
expertise gîtologique.
L’expert définit les procédures de traitements, sélectionne, quantifie les critères à prendre en compte et
valide les résultats en tenant compte des limitations
méthodologiques. Les résultats dépendent de l’échelle ;
une approche au 1/200 000 permet de révéler des secteurs
favorables pour une campagne d’échelle "stratégique",
en revanche, l’implantation d’un sondage procède
d’une approche "tactique" dont l’échelle d’application
est celle du gisement (au plus le 1/1000).
“
L'identification
de zones à potentiel
métallifère nécessite
de modéliser
les paramètres
géologiques,
gîtologiques,
géophysiques et
géochimiques.
”
>
76
Fig. 3 : synthèse géologique de l’Afrique de l’Ouest
mettant en évidence la prépondérance de gisements
de diamant ( ) et de fer ( ) dans les terrains archéens
(
), d’or ( ) dans les terrains paléoprotérozoïques
(dits aussi “birimiens”
) et de bauxite dans les terrains
plus récents (
)”.
Source : BRGM - Milesi et al., 2004
Fig. 3: The Geological Synthesis of West Africa stresses the
preponderance of diamond ( ) and iron ( ) deposits in the
Archean domain (
), of gold deposits ( ) in the
Paleoproterozoic domain (also known as “Birimiam”,
), and
of bauxite deposits in the more recent sediments (
).
Campagne de reconnaissance et de cartographie
dans le Nord-Est de la République islamique de
Mauritanie, dans le cadre du Projet PRISM (Projet
de Renforcement Institutionnel du Secteur Minier).
Exploration and mapping survey in the northeast of
the Islamic Republic of Mauritania, as part of the
PRISM (Project for Institutional Reform of the
Mining Sector) project.
©BRGM im@gé - G. Stein
Plus généralement, les résultats obtenus par les traitements multi-critères témoignent du contrôle étroit
exercé par les paramètres strictement géologiques
sur les minéralisations (Fig. 3) et fondent la notion de
"marqueur à valeur métallifère".Parallèlement,l’analyse
de l’histoire géologique permet d’attribuer une signification dynamique aux marqueurs en les rattachant
à un environnement géologique particulier.
À l’exemple de la carte des minéralisations aurifères
d’Afrique de l’Ouest publiée en 1989 par le BRGM, une
évaluation réalisée en 1998 pour le compte du
Ministère des Affaires Etrangères [Michel, (2000)]
témoigne d’une réelle pertinence industrielle des travaux d’exploration menés par la France en Afrique de
l’Ouest. En effet, des centaines de milliers de km2 sont
désormais mieux connus grâce à la cartographie
géologique qui a permis la découverte de nombreux
gisements d’or (Guinée, Côte d’Ivoire), de fer (Guinée)
et phosphates (Sénégal, Guinée Bissau, Gabon).
La pertinence des travaux du BRGM s’exprime notamment par la nouvelle carte minière nationale du
Burkina Faso [Castaing et al., (2003)] qui a d’ores et
déjà entraîné la prise de quatre nouveaux permis
d’exploration [Marchés tropicaux, (2004)].
Ainsi, les cartes géologiques et minières d’aujourd’hui
ne sont donc pas uniquement des "œuvres scientifiques" de qualité, mais également des outils
d’exploration opérationnels dont l’impact industriel
est important, en particulier dans les pays en voie de
développement où l’ouverture d’une mine peut
peser fortement sur l’économie nationale.
“
Il convient de donner
aux pays les moyens
de s’approprier
la connaissance.
”
Une priorité : la formation
La géologie progresse sans cesse dans ses techniques
comme dans ses concepts. Ces avancées donnent un
cadre toujours plus précis aux minéralisations, permettant de passer d’une approche factuelle à une approche
prédictive. D’un point de vue scientifique et technique,
le développement est donc indéniable.
En termes d’impact industriel, l’intégration de
paramètres sociétaux, économiques ou environnementaux aux cartes et SIGs modernes, représente une
voie d’avenir car ils sont fondamentaux pour évaluer la
rentabilité des gisements ou pour le développement
harmonieux des pays. Néanmoins, un SIG est un système vivant qui suppose une actualisation constante
des données comme des outils informatiques, ce qui
nécessite un effort important de formation.
L’article évoqué plus haut chiffrait à plus de mille le
nombre d’Africains formés par la France sur la période
1975-1995 et jugeait ces hommes et femmes "globalement
en position dans le secteur minier". Ce résultat peut
sembler flatteur et les personnes formées constituent
effectivement un vivier de cadres locaux pour les opérateurs miniers. Cependant, ce chiffre ne saurait masquer
une difficulté persistante d’un certain nombre de pays en
voie de développement à maintenir leur infrastructure
technique. Ceci est d’autant plus vrai que ces pays, dont
les besoins sont multiples et les économies fragiles,
souffrent plus particulièrement des variations erratiques des cours des matières premières.
Rendre le développement durable, ce n’est donc pas
uniquement faire progresser la connaissance géologique, c’est également donner aux pays les moyens
de s’approprier cette connaissance par le maintien de
l’infrastructure technique, des personnels nécessaires
et des ressources financières indispensables.
Development agencies, since
the end of the 1990s, have
been expressing renewed
interest in geological
mapping, possibly because of
the need for new maps to
update their basic knowledge
on a region's mineral
potential. However, far from
being a mere inventory, the
geological map is a scientific
document that incorporates
the most recent advances in
analyses, measurements and
geological concepts; progress
that is relevant for mineral
exploration. Today's maps
attempt to define a causality
that takes into account both
the history and the structure
of the subsurface. It is a quest
that is important for
exploration because it enables
one to determine the
potential for undiscovered
mineral deposits. Moreover,
geological mapping has
benefited from the
considerable advances made
in the field of information
processing. The maps are now
'geographic information
systems' structured into
separate layers that can be
crossed to allow an
increasingly deterministic
approach in the exploration
for raw materials. Proof of the
relevance of modern maps is
provided by looking at their
industrial impact.
Nevertheless, for such
advances to be translated
effectively into development,
it is necessary that the
countries appropriate the
knowledge and ensure that
they have both the trained
personnel and the means
necessary to permanently
maintain the scientific and
technical infrastructures.
Bibliographie : Castaing C. et al. (2003). Carte géologique et minière à 1/1 000 000 du Burkina Faso et notice explicative, 3ème édition. Ministère des Mines des Carrières et de l’Energie – Hubert H. (1911). État actuel
de nos connaissances sur la géologie de l’Afrique Occidentale. Carte géologique et notice explicative (8 p.). Émile Larose Librairie-Editeur, Paris – Marchés Tropicaux (2004). Burkina Faso : Jilbey Gold a acquis 4 nouveaux
permis d’exploration. n° du 13 février 2004, p. 323 – Michel G. (2000). L’évaluation de la politique française d’aide dans le secteur minier. Marchés Tropicaux, n° du 14 janvier 2000, pp. 45-46 – Milesi J.P. et al. (1989).
West African gold deposits in their Lower Proterozoic lithostructural setting. Chron. Rech. Min., Orléans, 497, pp. 3-98. – Milesi et al.(2004). Géologie et principaux gisements de l’Afrique à 1/ 10 000 000, Congrès
de géologie africaine 2004.
points de vue croisés
points de vue
L’activité minière est-elle compatible avec
les exigences liées au respect de l’environnement
et aux conditions du développement durable ?
E
78
points de vue croisés
n ce début de XXIème siècle, les industries extractives et l’exploitation des
minerais sont une composante essentielle du mode de vie moderne et
représentent un secteur majeur des économies mondiales. La consommation de
métaux est en croissance constante alors que de nombreuses mines ferment ou
sont arrêtées en Europe. L’exploitation minière est de plus en plus contestée sur le
plan environnemental et est confrontée à des exigences sociales croissantes. Ceci
suggère que la gouvernance publique et la gouvernance des entreprises, comme
piliers du développement durable, ne sont pas qu’éthiques, mais qu’elles
demandent aussi des moyens humains, matériels, technologiques et financiers
supplémentaires. Comment intégrez-vous ces exigences nouvelles et quelles sont
les perspectives que vous imaginez dans ce contexte ?
Bertrand
Collomb
PDG de Lafarge
“Développer l’expertise
environnementale”
“C’est une vraie question pour un groupe comme
le nôtre, très impliqué dans des activités de carrières. Dans certaines régions, notamment l’Ilede-France, se dessine pour les années à venir une
pénurie de granulats : les carrières ferment progressivement autour de Paris faute de permis
d’exploitation, sans que des sources d’approvisionnement alternatives n’émergent. L’Ile-deFrance consomme déjà une forte proportion de
matériaux recyclés, et pourtant 40 % de sa
demande est satisfaite par les régions voisines.
Ceci s’explique par une réticence de plus en plus
grande à accepter les impacts induits au niveau
local par les activités extractives, tel le bruit ou
la modification du paysage et des écosystèmes.
Au-delà de ces impacts environnementaux, ces
activités se retrouvent souvent en compétition
avec d’autres usages possibles des terrains :
extension des zones urbaines ou agricoles, zone
naturelle protégée...
Pourtant, il apparaît clairement, et les collectivités locales le reconnaissent elles-mêmes, que
l’activité extractive est indispensable au développement de la société : la construction et la
rénovation d’infrastructures de transport, de
logement, d’éducation, de santé... répondent aux
attentes légitimes de notre monde moderne et
constituent des conditions de notre développement durable.
Il est donc essentiel, malgré les difficultés que
cela engendre, de trouver des solutions pour
rendre compatible l’activité extractive, avec le
respect de l’environnement. Ces solutions existent : elles passent par un dialogue permanent
et construit avec les populations et par le développement d’une véritable expertise environnementale en matière d’exploitation et de réhabilitation de carrières.”
Bertrand Collomb est Président-Directeur
Général de Lafarge, leader mondial des matériaux de construction présent dans 75 pays avec
un chiffre d’affaires de 13,6 milliards d’euros en
2003. Ancien élève de l’Ecole Polytechnique et
de l’Ecole des Mines de Paris, il est également
licencié en droit et a obtenu un PhD de
Management (Université du Texas).
“L’extraction de nos sous-sols est un sujet de
plus en plus sensible qui fait l’objet de
contraintes réglementaires croissantes pour
protéger les citoyens et ménager la nature. Sous
peine de ne plus être acceptées, les industries
extractives doivent intégrer ces exigences nouvelles pour continuer à répondre à la demande
dans des conditions acceptables par la société.
Mais cette prise en compte de la “société” génère des coûts, ceux de dispositifs de plus en plus
sophistiqués, dans un cadre éventuellement
plus contraignant que la loi.
Plus généralement, y a-t-il compatibilité entre
développement durable et extraction du soussol ? Les réserves d’un gisement sont, par essence,
épuisables, mais cela signifie-t-il que nous
devrions freiner toute activité consommatrice
de tout produit venant d’une source épuisable?
Chaque Français consomme chaque année, en
moyenne, sept tonnes de matériaux extraits du
sous-sol et il faut bien que des entreprises se
chargent de satisfaire ce besoin là ! La question
n’est donc pas tant de savoir si l’on doit consommer moins, ou arrêter tout développement pour
faire durer, mais de consommer différemment.
À l’image de la Chine, l’accélération exponentielle de certaines économies au cours de ces dernières années oblige à poser ces questions. Mais
comment mettre en œuvre de tels programmes,
une telle solidarité, une telle vision commune à
l’échelle planétaire ? Cela me paraît être l’un des
grands défis du siècle qui vient.”
Jean Crespon, président de la société OMYA
(société industrielle de minéraux et matériaux de
carrières) est ingénieur ECP, Master of Science
in Metallurgy (Case Tech, Cleveland USA).
Jean
Crespon
Président d’OMYA
Guy
Vattier
Président de l’APSRM
“Faire le deuil du passé”
“Il suffit d’observer la carte de France pour
prendre conscience que nous sommes un pays
minier avec tout ce que cela comporte de responsabilités, d’expérience, d’organismes et de
personnels hautement qualifiés. Ce sont des
atouts précieux dans un monde où la consommation de minerais ne cesse d’augmenter.
L’exploitation minière pose des problèmes spécifiques car le simple fait de creuser le sous-sol
provoque une déstabilisation inévitable avec des
risques d’effondrements en surface, ce qui doit
être intégré dans les réflexions urbanistiques sur
nos territoires.
Le deuxième impact de l’exploitation minière
concerne l’étiage des cours d’eau avec des débits
modifiés chaque fois qu’il faut assurer l’exhaure,
ce qui peut entraîner des problèmes sanitaires
ou environnementaux. La troisième donnée est
celle de l’organisation sociale des cités minières avec
une forme de rapports humains et économiques
particuliers : afflux de populations d’origines
variées, urbanisme dédié, activités périphériques,
psychologie et sociologie spécifiques, etc.
Ces particularités, qui font partie intégrante de
la réflexion des responsables, prennent une
dimension supplémentaire à la fin de l’exploitation lorsqu’il devient nécessaire de conduire les
indispensables reconversions. C’est à ce moment
qu’il faut trouver un bon équilibre entre le devoir
de mémoire auquel les mineurs sont légitimement attachés et la nécessité de ne pas enfermer
les jeunes générations dans une nostalgie paralysante. Car, in fine, il convient de faire le deuil du
passé pour accepter l’avenir.”
Guy Vattier fut député, vice-président du
Conseil Général de Meurthe-et-Moselle. Viceprésident du Conseil Régional de Lorraine. Il
est aujourd’hui Président de l’Agence de
Prévention et de Surveillance des Risques
Miniers - Maire de BRIEY.
79
“Consommer différemment”
chiffres clés
chiffres clés
©BRGM - M. Marenthier
Au cours d’une vie de
Valeur
L’industrie extractive mondiale déplace annuellement 17 800 millions m3 de roches, soit l’équivalent de
ce qui est déplacé par le reste des activités humaines
(génie civil en particulier) ; ou l’équivalent de la moitié
de ce qui est déplacé par l’érosion naturelle. Ce volume
représente l’équivalent d’une pyramide à base carrée
de 3,8 km de base et de hauteur.
Indice CRB des matières premières sur cinq ans.
Tiré par la croissance chinoise, l’indice
données au 19 oct. 2004
financier CRB qui est composé par
une vingtaine de matières premières
industrielles a connu une croissance
de plus de
% depuis le creux de
2001. Une augmentation de la valeur
de tous les métaux a permis de relancer l’activité minière mondiale dans
un nouveau cycle d’investissements.
CRB Index (CRBIN-I)
280
260
50
240
220
200
oct. mars août
1999 2000
janv.
2001
juin
nov.
avril sept. fév.
2002
2003
juil.
déc.
mai
2004
oct.
70 ans
un européen moyen consomme :
160 000 kg de sables et graviers
> 1 090 000 kg de pétrole
> 140 000 kg de fer
> 130 000 kg de sel
> 16 000 kg d’aluminium
> 12 000 kg de phosphates
> 680 kg de cuivre
> 600 kg de potasse
> 360 kg de plomb
> 343 kg de zinc
>3
260 000
emplois dans l’industrie
minérale européenne dont 200 000 dans le secteur
des matériaux et minéraux de construction.
4,7%
: Rentabilité moyenne de l’investissement
minier (1973-2001)
Moyenne des investissements du marché mondial :7,4%.
10 %
chiffres cles
de la production électrique mondiale sont
consommés par l’industrie minière.
80
15 millions d’emplois directs
dans l’ensemble de l’industrie minière mondiale, soit
11 % des emplois dans l’industrie. 13 millions de personnes travaillent dans les petites mines et l’artisanat
minier dont 4 à 6 millions en Afrique où la participation
féminine est la plus importante (30 à 40 %).
150 millions de tonnes
Consommation européenne annuelle de métaux
soit 25-30 % de la production mondiale.
Part du recyclage dans la consommation
des substances minérales en Europe :
> 33 % : Aluminium
> 50 % : Plomb
> 45 % : Cuivre
> 38 % : Acier divers
> 70 % : Verre à bouteilles
> 65 % : Décombres de construction
330
gisements d’or sont connus dans le
monde dont 130 sont exploités.
Cela représente 45 000 tonnes d’or (15 ans de production mondiale).
les brèves du brgm
brèves
Pays ACP (Afrique-Caraïbes-Pacifique)
Réalisation d’une banque de données minières
(http://mines.acp.int/) à la demande du
Secrétariat Général pour les pays ACP (79 Etats).
Cette banque est mise à la disposition des états
et des investisseurs en général. Elle doit permettre, à terme, un développement accru de
l’industrie minière des états ACP.
Ouganda
Biograv, un brevet mis au point par le BRGM
pour traiter de la pyrite.
Serbie
Réalisation de la numérisation de l’inventaire des ressources du sous-sol serbe ainsi
que l’actualisation de la législation minière
de ce pays.
Dans le cadre d’un contrat FASEP (Fonds
d’étude et d’Aide au SEcteur Privé), ce
programme financé par la France permet
de réaliser un Système d’Information
Géographique (SIG) du secteur minier et de
proposer des axes de modernisation de la
législation minière. Ces travaux montrent
que la Serbie dispose d’un potentiel intéressant en plomb, zinc, cuivre et or. La nouvelle
Nesmi (Network on European Sustainable
Mining and processing Industries)
Un programme européen de recherche pour
fédérer les différents acteurs du secteur de
l’industrie minérale.
Ce programme est destiné
à favoriser l’information
et les échanges entre
tous les industriels de la
chaîne minière, les producteurs ou les équipementiers ainsi que les universitaires, les organisations gouvernementales et les bureaux d’études afin de mieux
répondre aux attentes de l’Europe en terme
de développement durable. NESMI est coordonné par un comité de pilotage dont le
BRGM est membre et dont le consortium
industriel charbonnier allemand DMT est
leader.
Shemaca
Ce projet doit permettre d’approvisionner
en granulats et en autres matériaux de
carrière des milliers de chantiers du BTP, en
conciliant aménagement et développement
durable. Schemaca va intégrer dans une
même base de données géographiques,
l'ensemble des données concernant l'exploitation et l'usage des matières premières
naturelles. En rassemblant et en homogénéisant des données souvent disparates et
dispersées dans une centaine de schémas
départementaux des carrières, Schemaca
propose un outil capable, en mettant en
relief les flux de matière et leurs impacts
socio-économiques, de développer au
niveau national des scenarii d'approvisionnement pour l'aménagement du territoire.
Ecomine
La revue d'actualité des minerais et des
métaux réalisée par le BRGM pour le Ministère
de l'Economie, des Finances et de l'Industrie
a connu d'importantes évolutions qui ont
permis de moderniser sa présentation et son
accessibilité au grand public. Ecomine est
désormais d'accès gratuit à partir du site du
Ministère : http://industrie.gouv.fr/energie.
Parallèlement, le portail français sur l'Industrie
Minérale http://www.mineralinfo.org qui est
développé et maintenu par le BRGM permet
au public d'avoir un accès aux archives
d'Ecomine et d'obtenir des informations sectorielles sélectionnées (recueil d'actualités,
statistiques, informations sur les gisements
et les minerais), dont certaines sont accessibles par un moteur de recherches.
Auvergne
Établissement d’une cartographie des zones
de roches massives et de leurs caractéristiques géologiques et géotechniques afin de
trouver des matériaux de substitution aux
granulats alluvionnaires dans le département du Puy-de-Dôme.
Convention Chine
L’impact sur le marché mondial des matières
premières de la croissance des principales
filières chinoises productrices ou utilisatrices de métaux soutient le développement
des activités d'intelligence économique du
BRGM. Sur la base d'une convention d'étude passée avec la Direction des Ressources
Energétiques et Minérales, le BRGM informe
périodiquement le Ministère de l'Economie,
des Finances et de l'Industrie des évolutions
prévisibles sur ces marchés.
les brèves du brgm
Beaucoup de process du BRGM sont aujourd’hui fondés sur les biotechnologies. Biograv
a été mis au point pour traiter 1 million de
tonnes de pyrite, résidu d’une usine de
cuivre contenant 1,2 % de cobalt. C’est à partir de l’identification d’une bactérie capable
de dissoudre les sulfures que le procédé
d’extraction du cobalt a été conçu. Coup
double : la pyrite a été rendue inoffensive
pour l’environnement et le cobalt valorisé.
loi minière mise en place contribue désormais à l’ouverture du secteur minier serbe à
l’investissement privé national et international.
81
prochain numéro > été 2005
l’eau
souterraine
Siège
Tour Mirabeau 39-43 quai André Citroën
75739 Paris Cedex 15 - France
Tél. : (33) 1 40 58 89 00 - Fax : (33) 1 40 58 89 33
Centre scientifique et technique
3, avenue Claude Guillemin - BP 6009
45060 Orléans Cedex 2 - France
Tél. : (33) 2 38 64 34 34 - Fax : (33) 2 38 64 35 18
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