Altération du minerai de fer dans les mines abandonnées de Lorraine

Weathering of iron ore in Lorraine abandoned mines

¹ Laboratoire Environnement, Géomécanique et Ouvrages École nationale supérieure de géologie de Nancy rue, du Doyen-Marcel-Roubault BP 40 54501 Vandœuvre-lès-Nancy Dragan.Grgic@ensg.inpl-nancy.fr Françoise.Homand@ensg.inpl-nancy.fr, France.
² UMR 7566 Géologie et Gestion des Ressources minérales et énergétiques CREGU. Nancy Guy.Dagallier@ensg.inpl-nancy.fr, France.

Résumé

Une étude de l’évolution minéralogique du minerai de fer de Lorraine formant les piliers abandonnés des anciens travaux a été réalisée pour mieux comprendre le mécanisme des effondrements miniers. Des échantillons ont été prélevés dans une zone sans travaux miniers, au cœur de certains piliers et au bord de piliers dont la date d’exposition à l’atmosphère minière est connue. Les échantillons ont été analysés au MEB, à la microsonde et au diffractomètre à rayons X. Il en résulte que la minéralogie et la microstructure du minerai de fer exploité évoluent avec le temps. Cette évolution, d’origine anthropique, diffère de l’évolution diagénétique. Elle correspond à une première phase d’altération du ciment inter-oolitique (carbonates de fer et phyllosilicates ferrifères) suivie par une seconde phase de néoformation de phyllosilicates ferrifères puis d’un dépôt d’oxydes de fer. Une étude de microbiologie a montré l’influence des bactéries sur ces phénomènes. L’influence des conditions physico-chimiques environnantes a également été discutée. Ces modifications microscopiques se traduisent à l’échelle macroscopique par une diminution de la cohésion et donc de la résistance de la roche, et influent donc sur la stabilité à long terme des piliers abandonnés.

Abstract

In order to explain mining collapses, which currently occur in Lorraine, a study on iron ore ageing constituting abandoned pillars of old workings has been performed. Samples have been taken in an area without mining workings, in the centre of some pillars and at the edge of some pillars whose date of exposition to the mining atmosphere is known for each one. Samples have been analysed with Scanning Electron Microscope, electronic microprobe and X-ray diffractometer. It results that iron ore mineralogy and micro-structure evolve with time in working zones. This evolution, of anthropogenic origin, differs from diagenetic evolution. It corresponds to a first stage of interoolitic cement (iron carbonates and iron phyllosilicates) weathering followed by a second stage of iron phyllosilicates and iron oxides crust neoformation. Microbiological analysis have shown the influence of bacteria on these phenomena. The influence of surrounding physicochemical conditions has also been discussed. These microscopic modifications appear on a macroscopic scale as a decrease of iron ore cohesion and maximal strength, and affect on the long-term behaviour of abandoned pillars.