GeoNord15 - Fumerolles EarthCache

Résumé

La combustion des terrils est une spécificité des régions où du charbon est (ou a été) exploité. Ce phénomène spectaculaire est relativement courant et suivi de près d’une part à cause des risques d’explosion qui lui sont liés et d'autre part à cause des conséquences environnementales. Du point de vue du pétrographe, des paragénèses inhabituelles de ultra-haute température à pression ambiante se développent, ainsi que des efflorescences de minéraux complexes, donnant ainsi des opportunités pour leur étude.

Terrils

Afin de comprendre la minéralogie inhabituelle, complexe et variable qui résulte de la combustion des terrils, il semble important de présenter les caractéristiques d’un terril. Il s’agit d’un tas sur lequel sont déversés tous les gravats liés à l’exploitation minière : stériles (grès, arkoses, …) contenant toujours des restes de matière organique charbonneuse, et également divers déchets : rails usagés, déchets de démolition… Historiquement, les premiers terrils (18e-19e siècle) étaient plats et n’atteignaientpas des hauteurs importantes (10-30 m) car ils étaient édifiés en déversant des wagonnets, leur volume ne dépassait pas le million de m³. Les procédés de séparation du charbon n’étaient alors pas très efficaces : Par le passé, le tri du charbon était manuel et les fragments rocheux de grande taille (jusqu’à 15-20 cm) ; les anciens terrils présentent ainsi beaucoup de volumes vides et de résidus riches en charbon jusqu’à 20-25 %. Ainsi, ils sont plus susceptibles de s’embraser en masse. Les progrès techniques ont entraîné l’élévation des terrils sous forme de cônes, atteignant 100 m de hauteur pour un rayon de 100 à 200 m et un volume de 1 à 3 millions de m³. Ils sont édifiés grâce à des convoyeurs à bandes, des téléphériques ou encore des rampes mobiles. De plus, l’amélioration des procédés de nettoyage du charbon a permis la diminution de la teneur en poussière de charbon dans les terrils.

Les causes de la combustion

Si l’on excepte la combustion volontaire pour transformer leur contenu en matériaux valorisables, la combustion des terrils est un phénomène généralement accidentel, provoqué le plus fréquemment par des éclairs, un feu de forêt à proximité ou encore par un court-circuit. L’auto-inflammation et la combustion spontanée des résidus riches en charbon, ainsi que l’apport de chaleur lié à la décomposition exothermique de la pyrite, sont les causes internes et typiques de la combustion de la majorité des terrils dans le monde. De plus, la nature faiblement compactée des dépôts facilite les appels d’air ainsi que sa circulation vers les parties internes. La moisissure sur les morceaux de bois peut également contribuer à l’élévation interne de température (Figure 1). Il a été estimé, dans le Nord-Pas-de-Calais, qu’un terril sur trois entrait en combustion, ce qui, au début des années 1980 représentait 74 terrils. L’entrée en combustion d’un terril est donc un phénomène complexe.

Durée

Il est difficile de savoir précisément à quel moment un terril entre en combustion, mais une fois que celle-ci est effective, elle peut durer plusieurs décennies. C’est par exemple le cas au terril de la Ricamarie (42), qui brûle depuis les années 1950, ou encore du terril d’Avion (62), en combustion depuis plusieurs décennies. Dans le bassin de Tcheliabinsk (Russie), certains terrils ont brulé durant 30 à 50 ans.

Exemples

De nombreux exemples sont connus dans le monde, dans des bassins houillers exploités ou anciennement exploités : Silésie en Pologne, Tcheliabinsk en Russie, au sud de l'Oural, Wallonie en Belgique, Douro au Portugal…

En France, plusieurs terrils sont en combustion active ou l’ont tout du moins été au cours des dernières années, comme, par exemple ceux d’Haveluy (59) (Figure 2), d’Avion, la Ricamarie, la Taupe (bassin de Brassac-les-Mines, 43), Champclauzon (bassin de la Grand-Combe près d’Alès, 30), Rochebelle à Alès (30), Gardanne (13)…

Figure 2 : Le terril n°157 du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais, en combustion, se dresse tel un volcan surplombant le village d’Haveluy (59) près de Valenciennes (a). On peut y observer des fumerolles ainsi que de la végétation calcinée (b), il arrive que des flammes soient visibles.

Abstract

The burning of slag heaps is a specific feature of regions where coal is (or was) exploited. This spectacular phenomenon is relatively common and closely followed, on the one hand because of the risk of explosion linked to it and on the other hand because of the environmental consequences. From the viewpoint of petrographers, unusual ultrahigh temperature at ambient pressure paragenesis develop, as well as complex mineral blooms, thus providing opportunities for their study.

Slag heaps

In order to understand the unusual mineralogy, complex and variable that results from burning sslag heaps, it seems important to give the characteristics of them. It is a hill on which is spilled all rubble related to mining: sterile (sandstone, arkose, ...) still containing remains of carbonaceous organic materials, and also various waste: used rails, demolition wastes... Historically, the first slag heaps (18th-19th century) were flat and did not reach great heights (10-30 m) because they were built by dumping trucks, their volume did not exceed the million m3. Coal separation processes were then not very effective. In the past, coal sorting was manual and rocky fragments of large size(up to 15-20 cm); consequently the old slag heaps have a lot of empty volumes and contain coal-rich residues (up to 20-25%). Thus, they are more likely to catch fire. Technical advances have resulted in the elevation of the slag heaps as cones, reaching 100 m height for a radius of 100 to 200 m and a volume of 1 to 3 million m3. They are built through conveyor belts, cable or mobile ramps. In addition, improving coal cleaning processes has led to the reduction of the coal dust concentration in the heaps.

The causes of combustion

Except for the deliberate burning to turn their content into reusable materials, burning of slag heaps is generally an accidental phenomenon, caused most frequently by lightning, a nearby forest fire, or by a short circuit. The auto-ignition and spontaneous combustion of the coal-rich residues, as well as the heat input due to the exothermic decomposition of pyrite, are the internal and typical causes of the combustion of the majority of slag heaps in the world. Moreover, the weakly compacted nature of the deposits facilitates air calls as well as its flow to the internal parts. Mildew on the wood pieces can also contribute to the internal temperature rise (Figure 1). It was estimated in the Nord-Pas-de-Calais, that one slag heap out of three come into combustion, which in the early 1980s accounted for 74 slag heap. Combustion of slag heaps is thus a complex phenomenon.

Durée

It is hard to precisely know when the combustion of a slag heap starts, but once started, it can last for decades. It is the case for the slag heap of Ricamarie (42), who burns since the '50s, or the Avion slag heap (62) who's in combustion since dacades. In Tchelyabinsk bassin (Russia), some slag heaps have been burning for 30 to 50 years.

Exemples

Many examples are known around the world, in exploited or former coal bassin: Silesia (Poland), Tchelyabinsk or south of Ural (Russia), Wallonia (Belgium), Douro (Portugal)…

In France, many slag heaps are in active combustion, or have recenly been, one can cite the slag heaps from Haveluy (59) (Figure 2), Avion, Ricamarie, or la Taupe (Brassac-les-Mines bassin, 43), Champclauzon (La Grand-Combe bassin near Alès, 30), Rochebelle à Alès (30), Gardanne (13)…

Figure 2 : Slag heap n°157 from Nord-Pas-de-Calais coal bassin, in combustion, stands as a volcano above Haveluy (59) near Valenciennes (a). One can observe fumaroles as well as calcinated vegetation (b), flames are sometimes visible.

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1-. With informations found in the description, Sainte-Marie slag heap is old or new?
2-. Walking around it, is the slag hill currently in combustion, has it already been in combustion, or it has never been ?
3-. Dig a small hole with you hands and touch the bottom, what about the temperature, is it varying?

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