Dans les années 1980, environ vingt milliards de tonnes de matériaux étaient extraits annuellement des seules mines à ciel ouvert dans le monde, dont plus de la moitié desminerais[1] alors que plus de six milliards de tonnes decharbon,1,6 milliard de tonnes deminerai de fer,190 millions de tonnes de minerai d'aluminium sont présumés extraits dusous-sol par desgaleries etpuits au début duXXIe siècle.
La distinction entre mine etcarrière tient à la nature du matériau extrait (stratégique ou précieux pour la mine, de moindre valeur pour la carrière). EnFrance, cette distinction est définie par ledroit minier.
L'existence des mines remonte à laPréhistoire, où certains puits et galeries étaient creusés dans la craie pour l'extraction dusilex, et d'autres servaient à l'extraction de minerais (fer et cuivre notamment).
À partir duXIXe siècle, les progrès techniques et de lagéologie ont permis d'exploiter plus rapidement des gisements de plus en plus profonds, jusque sous la mer à partir d'uneplate-forme de forage, non sans impactsenvironnementaux,sociaux etsanitaires directs ou indirects. L'extraction minière est responsable d'un grand nombre de morts, dans les galeries, ou à la suite de lasilicose, l'asbestose ou à descancers dus à laradioactivité. Les déchets, poussières des « stériles minières » sont parfois à l'origine de pollutions graves différées dans l'espace ou le temps (à partir desmétaux lourds notamment). Certaines mines ont engendré un phénomène d'acidification du milieu, auto-entretenu (ce phénomène est dit « drainage minier acide »). Des mines abandonnées sont aussi à l'origine d'effondrement du sol superficiel. Desséismes induits peuvent être produits par les grandes mines.
Puits pour la recherche desilex, illustration de De Re Metallica,Agricola, 1556.Schéma d'une exploitation minière en montagne, extrait duMeyers, 1890.La mine, c'était aussi l'exploitation des enfants ; ici en1853 les « esclaves blancs d'Angleterre », livre de John Cobden.
La mine la plus ancienne attestée est la mined'hématite deNgwenya auSwaziland, datée de 42 000 ans et toujours en exploitation.
L'exploitation du sous-sol date au moins de la fin duNéolithique en Europe[2]. Les hommes creusaient déjà dans la roche despuits et des galeries parfois de plusieurs dizaines de mètres pour la recherche de minéraux variés (silex,ocre,variscite, etc.), au moyen d'outils rustiques mais efficaces tels que des galets de roche dure utilisés commebroyeurs[3].
Comme en témoignent certains restes préhistoriques decharbon de bois retrouvés dans d'anciennes petites mines de par le monde, l'homme préhistorique a précocement appris à aussi utiliser lefeu et peut-être le feu et l'eau pour disloquer la roche et « ouvrir » des mines[4] (technique confirmée par l'expérimentation et l'archéométrie) ; et même le feu a-t-il été utilisé pour « l'abattage » dans les galeries, notamment dans le sud de la France[4]).
Lesarchéologues ont ainsi retrouvé dans lesannées 1980 des traces de ces techniques minières préhistoriques[5], plus d'une dizaine de mines de cuivre (avec un peu d'antimoine et d'argent[6]). Ces mines ont été creusées dans la région deCabrières dans l'Hérault il y a plusieurs milliers d'années (4310 ± 75 BP[7]), à la fin du Néolithique, et étaient considérées à l'époque de leur découverte comme le plus vieux site minier de France[8],[9].
Les premières constructions enpierre ont été une origine probable aux premièrescarrières, et l'agriculture aux premièresmarnières. Il fallait creuser le sol pour extraire de la pierre ayant une qualité suffisante pour bâtir et certaines pierres se taillent plus facilement aussitôt extraites, avant qu'elles ne durcissent[réf. souhaitée].
En creusant en profondeur, on atteignait une couche de roche non dégradée par lamicrofaune etflore du sol, ou lesracines d'arbres (une « veine »), puis on creusait horizontalement pour extraire laroche de cette couche (la couche suivant lesplis géologiques). Ces puits et couloirs pouvaient ensuite servir à se protéger des agressions[réf. souhaitée].
À l'époque de l'Empire romain de nombreuses et importantes exploitations minières se développent dans certaines régions comme l'Hispanie ainsi que dans les Balkans enDalmatie et enMésie et plus tard enDacie. L'exploitation minière romaine est connue par les textes des auteurs anciens commeStrabon ouPline l'Ancien, ainsi que par desinscriptions, comme les tables de bronze de Vipasca, règlement d'un district minier situé près de l'actuelle ville d'Aljustrel auPortugal ou encore comme les inscriptions figurant sur les lingots de métal. Les fouilles archéologiques ont aussi révélé différentes techniques d'extraction et le matériel utilisés par lesmineurs. Ceux-ci appartenaient à des catégories de population variées : si sous laRépublique la main d'œuvre servile semble avoir dominé, sous l'Empire romain l'importance des travailleurs salariés locaux semble s'être considérablement accrue. Bien des sites miniers romains sont cependant encore mal connus[10].
Mines et forges de Baigorry, original de 1787 refrappé en 1970. Description revers : Scène représentant l'extraction du minerai et son traitement dans les hauts fourneaux ; à droite, laveries.
LeMoyen Âge a vu l'exploitation de mines dans presque tous les pays d'Europe, que ce soit desmines de fer ou de non ferreux. Très abondant à la surface de laplanète, leminerai de fer est disponible dans depetits gisements à la surface du sol ou à faible profondeur. Les hommes du Moyen Âge ont surtout exploité lesgîtes de ce type qui n'exigeaient pas d'équipements sophistiqués. La diffusion du procédé indirect de réduction du minerai, apparu auXVe, a considérablement transformé les conditions d'extraction. La demande de plus en plus importante, la possibilité de traiter des minerais moinsfusibles, ont conduit à rechercher des gisements plus abondants même si leur qualité était moindre.
Les mines d'argent duPotosi dans lavice-royauté du Pérou (aujourd'hui enBolivie) sont exploitées à partir de 1545, et celles deZacatecas enNouvelle-Espagne (actuelMexique), à partir de 1548. Les techniques sont très rudimentaires comparées à celles en usage en Europe centrale et l'exploitation dépend du travail de milliers d'Indiens soumis à la corvée, lamita, au prix d'une forte mortalité[14].
les mines artisanales sont ouvertes par des individus (parfois anarchiquement et sans déclaration, voire illégalement) de manière opportuniste et souvent avec des employés qui cherchent là une ressource de survie avec des moyens rudimentaires et traditionnels. L'activité est souvent saisonnière, complémentaire aux cultures, à la pêche et à la chasse. Elle peut être une source de revenus très importants pour les habitants, mais provoque parfois des dégâts environnementaux (ruées vers l'or ou le diamant) et sanitaires (empoisonnement de l'environnement et populations par le mercure des orpailleurs).
Plusieurs exploitations minières ou projets miniers font face à des contestations de la part des communautés locales. En plus des permis règlementaires à obtenir, les compagnies doivent aussi s'assurer d'avoir un "permis social d'opération" qui permet aux activités de se dérouler dans un cadre acceptable pour la population touchée[21],[22]
L'exploitation des mines pose de nombreux problèmes, et fait donc intervenir de nombreux domaines dessciences. C'est la raison pour laquelle dans la plupart des pays se sont créées des écoles spécifiques d'ingénieurs, lesécoles des mines.
Les mines de charbon sont organisées par étages à partir desquels on exploite les couches. Chaque mineur creuse une couche pour en extraire le charbon que l'on charge ensuite dans desberlines. Ce travail est très difficile car il faut creuser de façon à ne pas faire effondrer la galerie, en plus de cela, il y règne une chaleur étouffante, car il n'y a quasiment pas d'air qui circule. Le seul moyen trouvé pour créer une ventilation a été de construire au minimum deux puits. Le premier sert à la montée et la descente des mineurs et la montée du charbon. L'autre sert seulement à la ventilation.
En remontant une tonne de charbon, on extrait sept tonnes de sous-produits (éventuellement susceptibles de contenir des toxiques ou de poser des problèmes via la poussière ou la turbidité des eaux de ruissellement) que l'on évacue sur lesterrils ou des bassins (ex :bacs à schlams des exploitations de charbon).
Il s'appuie sur laGéophysique et laRésistance des matériaux et sur les ressources locales disponibles, en prenant de plus en plus en compte, en amont les besoins derenaturation et restauration écopaysagère du site en fin de vie, voire durant les différentes phases de l'exploitation. Les grands projets font l'objet d'uneétude d'impact approfondie, et demesures compensatoires ouconservatoires.
Il existe différents cas de figure pour atteindre le gisement à exploiter et permettre l'évacuation des produits. Si le gisement est relativement horizontal (enplateure) et si la couche de morts-terrains n'est pas trop épaisse, on pourra exploiter à ciel ouvert (voir ci-dessous).
Si le gisement affleure dans une zone accidentée, par exemple des collines surplombant une vallée, on pourra atteindre et exploiter le gisement par des galeries horizontales (lesfendues dubassin de la Loire) débouchant à flanc de coteau. C'est, par exemple le cas dans le bassin ferrifère de Lorraine pour les mines d'Hussigny-Godbrange,Charles Ferdinand ou Kraemer.
Par contre, si le gisement n'affleure pas du tout ou n'affleure pas dans de bonnes conditions il faudra creuser (on ditfoncer) des puits afin de l'atteindre. C'est la solution la plus coûteuse pour l'exploitation et la moins rentable, c'est aussi la majorité des cas. Les deux solutions peuvent aussi se combiner (cas desmines de La Mure ou de lamine de fer deSoumont).
Le cas de lamine de fer deSaint-Rémy-sur-Orne, enNormandie, est intéressant puisqu'une partie du gisement est au-dessus du carreau de la mine. La majorité des produits sont toutefois descendus au-dessous du niveau du puits, roulée jusqu'au puits pour être remontée au niveau du carreau pour y être traitée, solution moins coûteuse qu'une sortie à flanc de coteau dans une zone pauvre en routes et moyens d'évacuation.
Le puits dessert les différents étages d'exploitation, chaque niveau s'appelle une recette ou accrochage.
On distingue lestailles destravers-bancs. Lestailles servent directement à l'exploitation du gisement. En général pour exploiter un gisement on creuse unegalerie de tête la plus haute et unegalerie de base la plus basse. Le gisement est découpé en panneaux entre ces deux galeries et délimités par destailles transversales les joignant. Cestailles permettent d'exploiter le massif mais aussi d'organiser l'aérage, c'est-à-dire la circulation de l'air dans les travaux. La galerie de base permet également l'évacuation des produits abattus (le déblocage) vers le roulage qui les emmènera ensuite vers le puits d'extraction. Les galeries peuvent être taillées dans le produit exploité (charbon, minerai) en général ouau rocher de part et d'autre de la couche. La galerie de roulage détermine le niveau de la recette du puits. L'ensemble des travaux qui permettent la délimitation d'un panneau s'appellent les travaux préparatoires (outraçage). Ils sont bien sûr fondamentaux.
Lestravers-bancs sont presque toujours creusés au rocher ; ils permettent la liaison entre le ou les puits et le gisement exploité (galerie de roulage). En effet en général les puits sont foncés non dans le gisement mais à l'extérieur dans le rocher. Un puits creusé dans le charbon par exemple, entraîne une perte de l'exploitation puisqu'il faudra maintenir autour du puits une zone non exploitée ditestot de sécurité ouinvestison (de tels stots sont obligatoires sous les zones habitées, les routes, leschemins de fer…).
Le même raisonnement vaut pour les mines exploitées à flanc de coteau. Dans ce cas lesfendues débouchent directement au jour à flanc du coteau. Depuis lacatastrophe de Courrières, il y obligation d'avoir au moins deux débouchés au jour (2 puits ou 1 puits et 1 débouché à flanc de coteau par exemple).
Pour relier les différents niveaux d'exploitation entre eux (on parle aussi d'étage) la liaison peut se faire soit par le puits, soit par unbure (oufaux-puits) soit encore par plan incliné. On appellebure un puits intérieur ne débouchant pas au jour reliant deux niveaux. Le plan incliné est une galerie outravers-bancs plus souvent incliné et généralement muni d'un treuil afin de hisser les berlines ou d'un convoyeur à bande.
Le chargement est l'opération qui consiste, juste après l'abattage, à charger manuellement ou mécaniquement le minerai extrait en vue de son évacuation par berlines ou par convoyeurs (voir roulage) vers le puits.
Le chargement peut être manuel (pelletage) ou mécanisé (scraper, pelles à godets, chargeusesà pattes de homard).
Chariots.Mineurbolivien extrayant des débris à l'aide d'une simplebrouette.
Leroulage est le transport des produits (charbon, minerai mais aussi le stérile) depuis le front de taille (ou plus exactement depuis le point de chargement du système de déblocage des chantiers) jusqu'à la recette inférieure du puits d'extraction, puis éventuellement, depuis la recette supérieure du puits aux ateliers de traitement. Le transport des produits, dans les mines industrialisées, s'effectue dans des bennes (ouberlines) de contenance variée selon les exploitations (de500 litres à25 000 litres) traînées à bras dans les exploitations non mécanisées, par uncheval (ouâne oumulet) puis parlocotracteurs, électrique,air comprimé,essence oudiesel ou tout simplement pargravité. Il s'agit en général de voies étroites inférieures à 1 m de large. Le roulage est un facteur fondamental dans l'exploitation d'une mine, il conditionne en effet, avec le puits, la capacité d'extraction.
Avant de passer à l'exploitation industrielle souterraine, les régions minières connaissaient souvent une exploitation artisanale de couches affleurantes. Il s'agissait d'exploitation à ciel ouvert connue sous le nom decayat, cayauderie,perrières (dans le bassin houiller de la Loire). Il est à remarquer que bien que les anciennes régions minières ont toutes de nombreuses rues du cayat, le sens de l'expression s'est perdu.
Certaines conceptions des réseaux de puits facilitent la circulation de l'air
La ventilation est souvent un problème critique dans les galeries souterraines artisanales ou illégales.
Les mineurs emportaient autrefois un canari en cage, qui lorsqu'il s'agitait, ou même mourait, ou encore donnait des signes de suffocation était le signe qu'il fallait remonter[réf. nécessaire].
L'étude de l'éclairage ne présente qu'un intérêt secondaire dans les mines exemptes de grisou ou de poussières.
Éclairage à feu nu :
depuis l'Antiquité, les mineurs se sont éclairés grâce à des chandelles desuif. Les mineurs les utilisaient soit sur des bougeoirs de fer, soit attachées à la tête au moyen d'une courroie decuir.
Lesromains se servaient également de lampes à huile en terre cuite ou en métal, lampes plus éclairantes que les chandelles (lampe Rave).
La nécessité d'un éclairage de sûreté dans les atmosphères inflammables des mines (grisou, poussières) s'est avéré nécessaire à la suite de nombreux accidents.
Le plus ancien procédé a été imaginé àWhitehaven, en1760. Il s'agit d'un rouet à silex par dégagement de gerbes d'étincelles.
C'est àHumphry Davy etGeorge Stephenson que nous devons le concept des lampes de sûreté : un tamis métallique à mailles très serrées empêche la propagation d'une flamme de l'intérieur vers l'extérieur de la lampe.
Ultérieurement les lampes ont été équipées d'abord d'un verre puis d'une cuirasse en tôle. L'essence minérale s'étant substituée à l'huile, on adapta aux lampes un système de rallumage interne.
Outre la lampe Davy, citons : la lampe Clanny, la lampe Mueseler, la lampe Marsaut et la lampe Wolf. Chacune marquant un stade nouveau dans l'évolution technique de l'appareil. De nombreuses autres lampes s'apparentent à ces premières: la lampe Rode (1894), la lampe Fumat (1903), la lampe Mulkay, la lampe Müller à système de fermeture magnétique, la lampe Cuvelier-Catrice à fermeture hydraulique, la lampe Demeure, la lampe Seippel, la lampe Koch.
Lampes électriques portatives
Lampes électriques avec batteries en charge,Bois du Cazier.
Les premières lampes électriques portatives à piles primaires mises en service en 1862 étaient loin de répondre à toutes les exigences de sécurité.
Les lampes à accumulateur et à électrolyte liquide : modèles d'Edison, de Pitkin, de Swan, de Bréguet, de Pollak, Stella, de Mallet-Parent.
Les lampes à accumulateur et électrolyte immobilisé présentent l'avantage de résister aux renversements accidentels. La lampe Süssmann, la lampe Max, la lampe Cotté, la lampe Lux.
L'opération d'abattage consiste à détacher la roche à extraire du massif et à la réduire en éléments plus petits[réf. nécessaire] pour la manutentionner et la transporter. Cette opération peut être faite de plusieurs manières :
Abattage à la main,
Abattage par outils individuels :
Historiquement l'abattage était fait avec des outils à main, larivelaine (pic à deux pointes à manche long et plat), lepic léger (pic à veine, pic lourd et pic d'avaleresse) ou encore lepied de biche. Ces outils ont été remplacés par lemarteau piqueur, instrument de frappe, à mouvement alternatif et dont l'outil est une aiguille.
Desrabots ont été mis en service dans les années 1940 en Allemagne. Il s'agissait d'un soc raclant la veine de charbon en prenant appui sur le convoyeur blindé et tiré par un câble ou une chaîne.
Desmineurs auxÉtats-Unis en1905.De par le monde, de très nombreux accidents, notamment dus augrisou ont touché les mines et tués des mineurs (ici dans leQueensland en1895 en Australie).
S'il n'est pas un accident « violent », lefeu de mine de charbon est un problème grandissant, notamment en Chine. On estime actuellement qu'environ 1 % de la production degaz à effet de serre provient de cesfeux de mine (20 millions de tonnes de charbon partiraient ainsi en fumée chaque année). A température ambiante, le charbon réagit naturellement et spontanément avec l'oxygène de l'air pour donner du gaz carbonique. Si la chaleur ainsi créée n'est pas évacuée (ex. par ventilation), cette dernière augmente la température du charbon jusqu'à atteindre le seuil de combustion. Le feu de mine est donc très fréquent dans les mines affleurantes ou à ciel ouvert.
Explosion ou embrassement degrisou, ou « coup de grisou »
Coup de poussière, explosion provoquée par l'embrassement des poussières de charbon (dites "poussier") en suspension ou accumulée dans les travaux souterrains.
Incendies
Coups d'eau
Coups de terrain
Éboulements
D.I. : dégagements instantanés de grisou ou parfois d'acide.
Une mine à ciel ouvert ouopen pit[23] consiste à déplacer de grandes quantités de sol et de sous-sol pour ensuite extraire le minerai. On met en place une mine à ciel ouvert lorsque le minerai se trouve relativement proche de la surface. On creuse la roche par dynamitage et le minerai est ensuite chargé sur d’énormes engins pour traitement.
Les mines à déplacement du sommet, oumountain-top removal (MTR) enanglais, sont un type particulier de mine à ciel ouvert, utilisée presque exclusivement dans les montagnes desÉtats-Unis[24]. La végétation est d’abord détruite, puis le sol arraché[24]. Les déblais sont simplement poussés dans les fonds de vallée, ce qui permet de niveler une région accidentée, mais provoque aussi une pollution importante[24].
Dans lesAppalaches, le colmatage des fonds de vallée fait disparaître500 montagnes et 200 km decours d’eau par an, augmentant ainsi le risque d'inondations[24]. Le paysage subsistant est généralement lunaire.
Tawni O'Dell :Retour à Coal Run, Paris,Éditions Belfond,2004. Sur cet ouvrage, un article dans la revue de sciences sociales « EspacesTemps.net » : Pierre Schill,Coal Run, cité minière dePennsylvanie, fragment d'Amérique.[1]
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François-Hubert Forestier,Apports récents de la géologie, de l’archéologie et de la microtoponymie à la localisation d’activités « industrielles » anciennes sur le plateau deCraponne-sur-Arzon. Fonderies et exploitations minières à l'époque gallo-romaine : in Cahiers de la Haute-Loire 1985, Le Puy-en-Velay,Cahiers de la Haute-Loire,
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