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La Mine de Saint Pierre la Palud
Geologie, Méthodes d'exploitation, Traitement du minerai

Géologie :

D'après Mr de Launay Sain-Bel appartient à la catégorie des gîtes d'imprégnation diffuse.
Au moment de la mise en place, dans les terrains encaissants, des masses granitiques formant l'ossature profonde des Monts du Lyonnais, des fumerolles de matières sulfurées se sont dégagées des magmas non encore refroidis.

Grâce à l'action de la vapeur d'eau sous pression et des carbonates alcalins, ces fumerolles sont venues se condenser dans les bâillements des schistes produits par les plissements hercyniens au voisinage de la roche-mère.
La pyrite a cristallisé par masse homogènes en remplissant les vides plus ou moins complexes des schistes, et n'a pas pris les dispositions zonées et concrétionnées qui caractérisent les dépôts-hydrothermaux.
Quant aux failles découpant l'ensemble, elles sont dues à des jeux d'âge post-hercynien et même alpin.

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Le gisement des Mines de Sain Bel est formé de filons et amas de pyrites d’orientation générale Nord/Sud et de pendage Ouest. Il est inclus dans des micaschistes amphiboliques ou « cornes vertes » et en stratifications concordantes.

Au contact des filons, soit sur une vingtaine de mètres au plus à l’Ouest et plus de 300 m à l’Est, ces cornes sont remplacées par des schistes blancs argileux ou talqueux parfois chloriteux et souvent quartzeux.

Les masses minérales arrivent, généralement, au jour à l’état oxydé (chapeau de fer). La hauteur du chapeau de fer atteint jusqu’à 40 m sur les crêtes isolées. Cette oxydation ne descend généralement pas en dessous du niveau des vallées.

Le gisement est cité comme ayant d'importante réserve en plus de sa pureté (55% de soufre) ce qui en fait l'un des plus importants gisements de pyrite au monde (à sa découverte).


Cette pyrite est remarquable dans le monde entier par sa pureté.
Les nombreuses analyses faites montrent qu'elle contient en moyenne 46% de soufre (parfois plus de 52 à 53%) et 45% de fer.

Le reste, qui se réduitparfois à moins de 1%, est fait de cuivre à l'état de pyrite cuivreuse, de zinc à l'état de blende, de gangue insoluble (quartz, etc.) et d'eau.

Il est remarquable d'observer l'absence totale ou à peu près totale d'arsenic et d'antimoine dont la présence même en petite quantité diminuerait de beaucoup la valeur du minerai.

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Traitement du minerai :

La pyrite est un dissulfure de fer (FeS2) contenant également des traces d'autres minerais en plus faible quantité. On s'en servait pour la production de soufre mais surtout pour la fabrication de l'acide sulfurique (vitriol) par la méthode ancienne de la "chambre de plomb" (sorte de tour en plomb servant au "mélange" des vapeurs de soufre).

L'acide sulfurique est un produit industriel de première importance, qui trouve de très nombreuses applications, surtout dans les batteries au plomb pour les voitures et autre véhicules, le traitement des minerais, la fabrication des engrais, le raffinage du pétrole, le traitement des eaux usées et les synthèses chimiques.
 
Le dioxyde de soufre (SO2) obtenu par oxydation de la pyrite de fer va produire un trioxyde de soufre (SO3) ou anhydrique sulfurique (2 SO2 + O2 => 2 SO3), lequel combiné avec de l'eau (H2O) produira de l'acide sulfurique (H2O + SO3 => H2SO4).
La réaction avait lieu dans des chambres de plomb doublé dans lequel un jet d'eau était dirigé, en dissolvant du trioxyde de soufre pour former de l'acide sulfurique qui se rassemblait au fond de la chambre. La méthode de la chambre de plomb de fabrication a été la plupart du temps remplacé par le processus de contact (présence d'un catalyseur).

Les frères PERRET ont inventés le procédé permettant d’obtenir de l’acide sulfurique par le grillage des pyrites. Ce procédé a fait l’objet d’essais et des mises au point sur quelques années après 1833. L’exploitation de la pyrite à des fins chimiques (utilisation du soufre) devient effective à partir des années 1840.


Méthodes d’exploitation

 Avant 1870, aucune information ne nous permet de définir la ou les méthode(s) d’exploitation utilisée(s). Une exploitation « archaïque » par puits et galerie est envisageable d’après la seule coupe de travaux disponible.
Pour la période récente de l’exploitation, deux techniques principales se distinguent :
 (Ponctuellement, les mineurs ont utilisé d’autres méthodes, et notamment la méthode de l’unimontante remblayée.)

Méthode des sous-étages descendants de deux tranches montantes
Il s’agit de l’ancienne méthode employée de 1870 à 1950 environ.
Le travail consiste à exploiter la lentille par la partie supérieure et à descendre progressivement de sous-étage en sous-étage qui correspond à des hauteurs de 5 m après défruitage du haut.
Au niveau d’un sous-étage, l’extraction a lieu dans deux tranches superposées de 2,5 m de hauteur chacune (« deux tranches montantes »). Au niveau d’une tranche, des recoupes (= allée d’extraction de 2 m de large) sont ouvertes de part et d’autre de la galerie de roulage tous les 20 m. Les recoupes conduisent à tirer le minerai par abattage de front jusqu’à rencontrer les épontes.Après extraction complète du minerai d’une recoupe, le travail reprend de part et d’autre : une taille à droite et une taille à gauche correspondent aux nouveaux emprunts. Au fur et à mesure les recoupes s’étendent latéralement pour intéresser la totalité de la lentille.
Dans le même temps, pour éviter d’étayer toute la tranche déjà vidée, chaque recoupe fait l’objet d’un remblayage par des matériaux inertes (marin). Le chantier alterne alors une recoupe en abattage et une recoupe en remblayage (méthode dite « avec remblais des deux tranches). Généralement ces recoupes atteignent quelques mètres delongueur et dessinent alors des petits quartiers perpendiculaires à la galerie de roulage
Cette technique est remarquable surtout au niveau du Grand Filon où 36 sous-étages ont ainsi été réalisés. La profondeur atteinte est importante (de l’ordre de 150 m de hauteur d’extraction). Durant cette période, l’ensemble des travaux miniers (perforation, chargement, roulage, remblayage) se faisait à la main.

Méthode des tranches unidescendantes foudroyées
C’est la méthode généralement utilisée depuis 1950.
L’emploi de cette méthode s’explique du fait :

  •  de l’abandon du remblayage,
  •  d’un gain de rendement,
  •  d’une relative maîtrise des pressions.

En outre, la mise en oeuvre de cette méthode nécessite au préalable la recherche des concentrations (afin de foudroyer les zones non productives) et la mise en oeuvre d’un chargement mécanisé (afin d’assurer le déblaiement d’une plus grande quantité de minerai abattu). Cette technique coïncide ainsi avec l’apparition du dynamitage à retard et d’un chargement par pelle mécanique.
L’exploitation consiste donc à acheminer le minerai depuis les tranches jusqu’au niveau d’étage par des cheminées verticales (rolls ou faux-puits) qui servent en même temps d’accumulateurs. Ces cheminées verticales boisées possèdent deux compartiments, l’un pour l’accumulation et la descente des produits, l’autre pour la circulation du personnel, des bois, du matériel et le passage des tuyauteries. Certaines de ces cheminées servent d’entrée d’air, d’autres de retour d’air.
La tranche s’exploite alors longitudinalement (pas de système de recoupe) : les quartiers se présentent sous la forme de grandes bandes rejoignant la cheminée ; les quartiers sont aussi plus larges que les tailles de l’ancienne méthode (3 m de large) et plus hautes (2,75 m de haut).
L’extraction a donc lieu dans le sens de la longueur du filon. L’emprunt est d’abord pris à partir de la cheminée en longeant l’éponte (la moins stable en général), puis comme dans l’ancienne méthode, l’exploitation se décale parallèlement à la galerie ouverte : l’abattage précède le foudroyage.
Le foudroyage consiste à dépiler, c’est-à-dire à retirer l’étayage. La couronne (correspondant à ce qu’il y a au-dessus de la tête) s’effondre (le terme de « foudroyage » vient du fait que le terrain lâche à un moment donné). L’exploitation du gisement se fait en descendant, la couronne se constituant d’un matelas entremêlés de bois et de roches.

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Méthode de l’unimontante remblayée
La technique consiste à exploiter le filon du bas vers le haut en remblayant chaque tranche prise par du stérile.
Cette méthode de l’unimontante remblayée a été employée ponctuellement soit pour des raisons techniques (éviter les affaissements en surface et la mise en péril des infrastructures, bâtiments,…) soit pour des raisons pratiques (exploitation directement à partir de la galerie de roulage).
Cette technique reste occasionnelle car sa mise en oeuvre est plus longue que le foudroyage et elle comporte un coût supplémentaire lié à l’approvisionnement en remblais.





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Désordres en surface

La liste des documents ou/et données historiques sur l’influence des travaux miniers sur la surface est restreinte :
Plan de 1889 : 
Ce plan témoigne des premiers affaissements plurimétriques du sol (jusqu’à 4 mètres) qui se produisent sur l’ensemble de la zone d’exploitation de la pyrite. L’origine de l’affaissement est imputable à l’exploitation intensive de la pyrite de fer. Les lignes de rupture suivent la limite des travaux de l’époque. Par rapport à l’état topographique actuel, il est certain que l’affaissement s’est poursuivi au cours du temps (depuis 1889 jusqu’à une date indéterminée correspondant au clavage des terrains). Le mécanisme de l’affaissement a été a priori lent et constant (phénomène de subsidence) et n’a pas été brutal (type collapse).
Septembre 1925 :
Eboulement de l’orifice du puits A
Entre 1935 et 1937 :
Mise des maisons sur vérins : maison du directeur (construite en 1880), trois maisons le long de la route reliant Sain Bel à St-Pierre à Palud. Ces quatre anciennes constructions minières sont situées du même coté par rapport à l’exploitation (coté oriental au niveau de l’éponte tendre) et dans le même secteur (relativement proche l’une de l’autre). Depuis ce temps, aucune autre habitation n’a été équipée de vérins de sorte que cet effet ponctuel ne s’est pas propagé.

Mai 1965 : 
Eboulement de surface correspondant à la tête du faux-puits de la Baudette
1969 : 
Ecroulement de la maison en bordure de la cité minière, du coté de l’éponte ouest. Les origines minières de cet événement, très peu documenté, ne sont pas attestées.
1996 : 
Effondrement-glissement de la route à proximité du puits Neuf. Incertitudes sur la cause de ce phénomène : effet de versant, influence du Pigeonnier, zone de fragilité de l’encaissant. Cet effet est situé à la limite de la zone d’affaissement de la mine St-Gobain mais ces origines minières sont fortement contestées.
1997 :
Obturation d’un fontis (effondrement localisé du toit d’une cavité souterraine) au Gervais (propriété de M. RAYMOND). Ce fontis pourrait être lié à un objet minier mal identifié : cheminée d’aérage. Ce fontis a été comblé par apport de tout-venant (1,5 m3 environ).
2005 : 
Obturation d'un fontis découvert lors de travaux de pose de canalisation à la verticale de la descenderie des Croix (ZAC Perret). Ce fontis a été comblé par apport de tout-venant (12 m3 environ).
Pendant l’exploitation de la mine :

  • Dégradation de la maison COQUELIN : cette ancienne maison minière (construite en 1874), encore existante et située à proximité du puits Neuf, a été impactée et détériorée au fur et à mesure de l’exploitation.

  • Renforcement par équerrage d’une maison de la cité minière (construite vers 1905-1906) à proximité immédiate de la zone d’affaissement.

Des décrochés et ruptures de pente auraient été observés dans les champs amonts, à l’aplomb des Vieilles Mines.
Compte tenu des techniques d’exploitation employées (sous-étages descendants à deux tranches montantes remblayées à la main de 1870 à 1945-50 puis foudroyage durant les 25 dernières années) pour la mine de pyrite, un affaissement en surface s’est produit.
La technique du remblayage a été appliquée sur les 4/5ème de la zone d’exploitation. Le remblayage n’a pas empêché la rupture des terrains mais a réduit l’effet en surface de l’exploitation. Il a également permis de réduire l’effet sur le chantier d’exploitation en participant efficacement au remplissage, au foisonnement et au clavage de la zone située immédiatement au-dessus du chantier. Cette technique équivaut en fait à un foudroyage différé. La technique des sous-étages descendants remblayés a été ensuite remplacée par la technique d’unidescendante foudroyée.
Le foudroyage pratiqué en profondeur a conduit à la « descente » de cette colonne de matériaux en restant au toit du chantier. La technique du foudroyage a accéléré l’effet en surface.
Au final, l’extraction de pyrite a été compensée par un matelas de remblais et de roche foisonnés d’épaisseur d’environ 300 m.

Par ailleurs, l’affaissement a été remblayé en surface, en partie, au Sud (remblai Crouzet) et au Nord (remblai au-dessus d’une décharge au niveau du chemin de la Madone). Ces plateformes en remblais, d’une trentaine de mètres d’épaisseur, présentent par leur nature, l’inconvénient d’un éventuel tassement différentiel des terrains. Ce phénomène est plus géotechnique que minier. La localisation précise de ces secteurs remblayés n’est pas connue.