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Le bassin de rétention des eaux acides de la mine de soufre de Calimani (Roumanie, 2006). © BRGM - David Cazaux

Apport de la gitologie environnementale pour une meilleure gestion des sites miniers

19.10.2017
Suite au passé minier de la France, quelques 300 gisements exploités de manière significative ou ayant fait l’objet de travaux d’exploration avancés sont recensés. Ces exploitations sont à l’origine d’importantes quantités de « déchets miniers », qu’il s’agisse de la gangue écartée à l’issue des étapes de concentration, de résidus de traitements minéralurgiques (étapes de concentration) ou hydro-métallurgiques ou encore de scories récupérées à l’issue des procédés de pyrométallurgie.

Vue de résidus miniers dans l’Aveyron.

Vue de résidus miniers dans l’Aveyron.

Contexte

La directive 2006/21/CE du Parlement et du Conseil du 15 mars 2006 concernant la gestion des déchets de l’industrie extractive (DDIE) encadre les conditions d’autorisation, de stockage, de surveillance et de contrôle de ces déchets afin de garantir la protection de la santé humaine et de l’environnement. Elle prévoit, dans son article 20, la réalisation et la mise à jour régulière, par les états membres, d’un inventaire et d’une classification selon les risques posés sur la santé humaine ou l’environnement. En France, cet inventaire a été piloté par GEODERIS avec un fort appui du BRGM. Les zones inventoriées (2 109 zones de dépôts métalliques et 1 274 zones de dépôts charbon) ont été hiérarchisées, et 53 zones à problématiques environnementales majeures ont été publiées le 01/05/12 sur le site du ministère chargé de l’Environnement.

Depuis, un certain nombre de sites ont fait l’objet d’études complémentaires réalisées ou pilotées par GEODERIS en partenariat avec le BRGM et l’INERIS. On distingue ainsi des études d’orientation, dont l’objectif est de mieux préciser le risque du site à l’aide d’investigations complémentaires, des études environnementales et sanitaires, visant à quantifier les risques associés au secteur minier et des études de risque d’exposition dans le cas d’habitations construites directement sur des résidus miniers.

Le BRGM est significativement impliqué dans les deux premiers types d’études, avec un total de 15 études réalisées entre 2014 et 2016.

Le programme GEODERIS prévoit la réalisation d’un programme très dense d’études jusqu’en 2021 avec plus de 30 sites/secteurs miniers à étudier.

Objectif

Les études de type études environnementales et sanitaires ont pour objectif de déterminer les sources de contamination (résidus miniers, sols contaminés, exhaures minières, anciennes installations, etc.) et les vecteurs de transport de cette contamination (eau, vent, etc.). Elles se basent notamment sur la détermination du fond géochimique local (sol et eau) nécessaire à l’établissement de l’environnement local témoin (ELT) qui sert de référence pour les études sanitaires de manière à éviter des solutions de gestion inadaptées dans les contextes naturellement fortement chargés en métaux et métalloïdes.

La détermination d’un ELT est rendu difficile en raison :

  • de l’étendue du secteur à considérer (secteur minier et secteur en contexte géologique similaire et non exploité afin de faire la part du naturel et de l’anthropique) ;
  • de la complexité du contexte géologique ;
  • du type de minéralisation (filons, amas minéralisés, placers, etc.).

Depuis 2016, ces études font intervenir conjointement des experts environnementalistes et des experts en gitologie et métallogénie afin d’avoir une vision la plus complète possible des formations géologiques et des concentrations en métaux et métalloïdes présentant un risque pour l’environnement et la santé humaine.

Programme des travaux

Chaque site présente une typologie de gisement et une paragénèse minérale (association de minéraux dans une roche donnée, présentant une communauté d'origine, et résultant de processus géologiques et géochimiques donnés) qui lui sont propres et qui ont conditionné les techniques d’extraction et les installations de traitement.

Les experts se basent sur toutes les données disponibles nécessaires à la réalisation de l’étude : archives minières, données cartographiques, données géologiques, photo aériennes, données climatologiques, etc.

L’expert gitologue a pour rôle de délimiter (à partir d’une étude bibliographique et de reconnaissances sur le terrain) et de fournir les paragénèses (en se focalisant sur les métaux et métalloïdes d’intérêt d’un point de vue environnemental) des formations géologiques et de leur lithostratigraphie associée pour le secteur étudié. Il apporte une vision de la géométrie des structures qui contrôlent la distribution des minéralisations (on parle aussi d’anomalie géochimique).

Cette étape est essentielle à l’environnementaliste qui peut ainsi étudier les fonds géochimiques et les ELT spécifiques à chaque unité lithologique préalablement identifiée en tenant compte de leur potentiel en minéralisation. Par une approche source-vecteur-cible, il caractérise l’étendue de l’impact dans les zones à enjeux en intégrant le transport des contaminants ainsi que les mécanismes géochimiques qui contrôlent leur transfert en solution ou sous forme particulaire. Il intègre les sources anthropiques de contaminations (déchets d’extraction, déchets de traitement) primaires et secondaires (re-dépôt des résidus miniers dans les sédiments des rivières ou les lacs par exemple), ainsi que les exhaures minières.

Ces caractérisations requièrent de nombreuses analyses de métaux et métalloïdes sur les sols et les sédiments. L’outil utilisé est la fluorescence X portable (pXRF), qui permet une mesure rapide et semi-quantitative après calibration via des analyses en laboratoire.

Les données du fond géochimique stratégique et tactique français sont d’intérêt lorsqu’elles sont disponibles sur le secteur étudié.

Mesure pXRF sur sol.

Mesure pXRF sur sol.

Des analyses des eaux sont réalisées afin de caractériser les exhaures minières et les impacts sur les cours d’eau.

Les gammes d’ELT obtenues par usage (jardins d’agrément, jardins potagers, champs cultivés, etc.) et par faciès lithologique sont ensuite utilisées pour les calculs de risques sanitaires.

Résultats obtenus

Cette approche, dite de gitologie environnementale, permet de comprendre la répartition des minéralisations dans les formations géologiques et d’identifier ou de quantifier le risque de présence d’anomalies géochimiques non exploitées (car non intéressantes d’un point de vue économique) pouvant toutefois présenter des concentrations en métaux et métalloïdes incompatibles avec certains usages.

Elle s’inscrit dans une logique d’aide à la gestion durable du territoire.

L’intérêt de cette approche pourrait être renforcé en intégrant de nouveaux éléments méthodologiques :

  • couplage des analyses géochimiques et isotopiques pour obtenir des signatures permettant d’identifier les sources de contamination ;
  • modélisation de la dispersion des contaminants ;
  • développement d’approches géostatistiques en vue de déterminer le stock en contaminants.

PARTENAIRES

GEODERIS

INERIS

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34