APERCU GEOLOGIQUE DU BASSIN HOUILLER LORRAIN

A- Cadre géographique et géologique

Le bassin houiller lorrain représente en France le prolongement en profondeur des terrains carbonifères affleurant en Sarre.
Le bassin sarro-lorrain occupe la partie sud-ouest d'une vaste dépression intramontagneuse, entre les massifs hercyniens du Hunsrück au Nord et des Vosges au Sud.
On peut lui attribuer, dans l'ensemble, la forme d'une bande d'environ 140 km de long et 70 km de large, suivant une direction NE-SO (La concession H.B.L. est limitée à 35 km de long - de Forbach à Faulquemont et 20 km de large - de Boulay à Saint-Avold).
Sa limite Nord passerait au Nord de Metz et Bouzonville (faille de Metz), sa limite Sud correspond à une ligne passant par Gironville et Sarrebourg. Enfin sa limite occidentale coïncide avec le grand accident de la vallée de la Marne, connu en surface (à l'Est de Bar-le-Duc, en Meuse).

Dès la frontière sarro-lorraine, les terrains houillers disparaissent sous un recouvrement permo-triasique, qui s'épaissit progressivement en direction du SO, pour atteindre environ 1700 m à l'extrémité occidentale du bassin (Bar-le-Duc).
Cette zone de dépression intramontagneuse s'est développée au carbonifère supérieur (depuis le Namurien jusqu'à l'Autunien) en bassin lacustre continental (bassin limnique). Elle n'a subi aucune influence marine contrairement au bassin du Nord de la France (bassin paralique).
Le fond du bassin n'est reconnu qu'en un seul point en Sarre grâce au sondage "Saar 1". Ce dernier a mis en évidence, à 6000 m de profondeur un socle métamorphique et cristallin d'âge devono-dinantien, recouvrant un granite d'âge dévonien inférieur, granite qui témoigne durant cette période d'une activité magmatique orogénique intense.

B- Genèse et développement du bassin houiller lorrain

A la fin de la phase Sudète (début du carbonifère supérieur), le socle dévono-­dinantien est intensément plissé.
Après la phase Sudète, le socle de l'actuel bassin subit un phénomène de subsidence, ainsi se créa une vaste dépression intramontagneuse à sédimentation molassique (schistes,conglomérats) limno-fluviatile. Le remplissage du bassin se poursuit de façon continue durant le Westphalien (4000 m de dépôts continentaux lacustres).
Dans le même temps, se développe, à l'emplacement des actuels anticlinaux de Merlebach et Simon, une structure syn-sédimentaire, fonctionnant comme seuil ou haut-fond et responsable de la variabilité des faciès et des épaisseurs : c'est là que se déposent les couches de charbon les plus épaisses et les plus nombreuses, témoignant ainsi d'un développement maximum de la végétation subaquatique (faible tranche d'eau et phénomène dé subsidence).
Vers la fin du Westphalien (phase asturienne) des failles normales et des mouvements de compression engendrent un phénomène de subsidence différentielle ; une émersion des dépôts westphaliens provoque une érosion partielle et une interruption de sédimentation dans la partie Est du bassin (dépôt du conglomérat de Holz d'âge stéphanien en discordance sur les terrains westphaliens).
Durant le Stéphanien, le remplissage du bassin se poursuit sous un régime de lac plus profond, permettant encore l'accumulation de plus de 1500 m de sédiments.
Le Permien inférieur (Autunien) ne se dépose qu'en Sarre. A la fin de l'Autunien, le remplissage du bassin se termine.
L'ensemble des terrains westphalien, stéphanien et autunien subit le dernier plissement hercynien (phase saalienne) provoquant la formation d'un anticlinorium allongé NE-SO.

Doc3. Evolution du bassin sarro-lorrain depuis le carbonifère supérieur

C- Stratigraphie du bassin lorrain

La stratigraphie du bassin houiller lorrain repose essentiellement sur trois méthodes d'étude :
-    la paléobotanique
-    la palynologie
-    les tonsteins (roches faites de cendres volcaniques) marqueurs chronostratigraphiques (horizons repères).
Les différents étages géologiques rencontrés dans le bassin lorrain sont, du plus ancien au plus récent :

1- Carbonifère - Permien
- le Westphalien : 4000 m de dépôts molassiques; 100 couches de charbon de quelques centimètres à 15 m d'épaisseur; couleur dominante = gris ; schistes = 55 à 65 % ; grès = 15 à 18 %; conglomérat = 5 à 20 %
- le Stéphanien : 1100 m à 1500 m de dépôts pauvres en charbon ; 4 veines dont 2 exploitables ; couleur dominante = bariolée rouge et vert ; pélites et argilites = 40 % ; grès et conglomérat = 60 %
- le Permien supérieur (Saxonien) : discordant sur le Stéphanien ; 10 à 300 m de dépôts ; Grès et conglomérats parfois dolomitisés

2- Trias
- Trias inférieur : les Grès Vosgiens s.l. (= ) 200 à 300 m de grès rouge ou jaune plus ou moins induré, contenant une nappe phréatique
- le Muschelkalk : épaisseur variable sur les bordures Ouest et Sud de la concession

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D- Analyse structurale du bassin houiller lorrain.

Le bassin a subi après son dépôt des déformations diverses.

1- Des mouvements

Des plissements importants : indépendamment des mouvements saccadés du tréfond qui se sont produits pendant le dépôt, on note surtout une poussée importante venant du N-O.(Hunsrück) qui est responsable des plis allongés du N-E. vers le S-0.
Ces plis affectent surtout la partie orientale du bassin ; ce sont, d'Ouest en Est : l'anticlinal de Merlebach, le synclinal de Marienau, l'anticlinal de Simon, puis, en limite de concession, l'anticlinal d'Alsting. Ailleurs, notamment à l'Ouest et au Nord, on observe de très vastes zones à pendages faibles et réguliers (La Houve, Faulquemont).

Des failles qui vont compartimenter le gisement et qui peuvent avoir de très grands rejets (100 à 1000 m).
- des failles directionnelles, parallèles aux plis. Certaines forment des doublages et sont contemporaines à la période de subsidence ; les autres sont des réajustements postérieurs, de loin les plus nombreux,
- des failles transversales, généralement postérieures aux précédentes, perpendiculaires aux plis.
- une série de failles secondaires qui contribuent encore à compartimenter les panneaux.
Les failles ont parfois un rôle favorable en remontant vers la surface, des formations qui devraient plutôt, selon leur pendage, s'approfondir de plus en plus ; c'est le cas au Sud (faille de Longeville ou de Dorwiller) et aussi à l'Ouest (grand dérangement du Siège 1, grand dérangement du Siège 2, faille de Diesen,...).

La conséquence de ces plissements et failles est la disposition structurale des couches qui prennent ainsi dans l'espace toutes les positions possibles de l'horizontale à la verticale (ou même renversées). La variété des épaisseurs et des pendages engendre celle des méthodes d'exploitation, plus ou moins difficiles pour le mineur.

Doc4. Carte structurale du bassin houiller (coupe AB ci dessous)

Doc5. Coupe NO - SE à travers le bassin houiller (les points A et B sont positionnés sur la carte structurale)

2- Recouvrement des terrains houillers

Presque immédiatement après ces mouvements, les terrains contenant du charbon ont été recouverts, dès le Permien, par des formations plus récentes, de sorte qu'ils ont peut-être été plus protégés de l'érosion que dans d'autres bassins (comme le Nord Pas-de-Calais) ; il n'en reste pas moins que le sommet des anticlinaux a subi un rabotage sérieux et que le Stéphanien, si son dépôt a couvert l'ensemble de la région, a maintenant disparu dans différents secteurs.

Par ailleurs, les terrains du Trias, gréseux, sont le siège d'une importante nappe d'eau dont la présence peut être dangereuse pour le mineur si des précautions ne sont pas prises. A noter aussi que de nombreuses agglomérations lorraines sont alimentées à partir de cette nappe, d'où également des risques de contentieux si les besoins de l'exploitation faisaient abaisser par trop le niveau piézométrique.

E- Aspects de l'exploitation

1- Les problèmes de grisou

Le charbon lorrain contient du grisou (CH₄) entre 2 et 10 m³/ tonne. Les Unités d'Exploitation sont équipées d'un contrôle de grisou centralisé et informatisé. Le Télévigile fonctionne 24h/24. Il est à la fois le centre de renseignements indispensable pour la bonne marche des chantiers et un organe essentiel de sécurité et de contrôle de l'atmosphère au fond.
La teneur maximale autorisée de grisou sur retour d'air est de 2 % (teneur explosive à partir de 5 %). On est parfois obligé d'arrêter l'exploitation quand la teneur est trop importante. Une partie du grisou est captée par trous de sonde en taille. En 1989, captation de 120 millions m3 de CH₄ pur, soit environ 13 m³/ tonne extraite .Le reste est rejeté dans l'atmosphère. Les H.B.L. recherchent à améliorer la récupération du grisou et la commercialisation.

2- La qualité des charbons

Les charbons exploités en Lorraine sont des houilles de qualité :
- Flambants Secs
- Flambants Gras B
- Flambants Gras A
- Gras B
- Gras A
Cinq paramètres permettent de définir la classe d'un charbon mais, il est de coutume et habituel aux H.B.L. d'utiliser l'Indice de Gonflement AFNOR (IG). Chaque début de mois, le Service Géologie calcule l'IG prévisionnel moyen de la production de chaque Siège. L'IG des charbons lorrains varie de 1,5 à 8.
Plus l'IG est grand et plus le charbon a des qualités cokéfiantes. Un IG supérieur à 6,5 permet une cokéfaction avec un appoint de charbon à coke. L'IG augmente avec la profondeur et/ou l'ancienneté du faisceau géologique.
Le charbon produit par l'UE La Houve, et lavé au lavoir de De Vernejoul, est un Flamkant Sec d'IG = 1,5 à 2,5. Actuellement, l'UE Vouters produit un charbon d'IG = 6,5 (Gras B plancher) et l'UE Reumaux un charbon d'IG = 6,2 (Flambants Gras A). Le lavoir Freyming, qui lave la production de ces deux UE, fournit un mélange d'IG = 6,4 (FGA). La lavoir Wendel produit un mélange d'IG = 5,3 (FGA) (production de Marienau D de l'UE Forbach). Le lavoir Simon, qui lave les charbons cokéfiables du champ Marienau B + D et Creutzberg de l'UE Forbach, produit un mélange cokéfiable d'IG = 7,0.

3- Réserves du bassin lorrain au 1-01-1990

-  Ressources estimées (champs extérieurs inclus)  = 622 MT
-  Ressources identifiées (jusqu'à l'étage 1250)    = 285 MT
-  Réserves planifiables (al + b2)    = 147 MT
(a = gisement bien connu; b = des preuves de prolongement
1 = économiquement exploitable ; 2 = coût actuel excessif).

Sur ces 147 MT:
-  La Houve = 35 MT
-  Vouters = 44 MT
-  Reumaux = 46 MT
-  Forbach = 22 MT

4- Les méthodes d'exploitation :

Deux techniques d'exploitation prévalent aujourd'hui aux H.B.L. : la technique des "plateures" et celle des "dressants".
-  L'exploitation en plateures
Trois "unités d'exploitation fond" (les sièges miniers de La Houve à Creutzwald, Reumaux à Freyming-Merlebach et l'unité Forbach) exploitent des "plateures", veines inclinées de O à 35°.

Doc6. Exploitation en plateures

La technique mise en oeuvre est celle du "havage et soutènement marchant". L'abattage du charbon est réalisé par une "haveuse", machine munie à ses deux extrémités d'un tambour hérissé de pics.
Dans la veine, la haveuse attaque le massif par tranches successives de 70 cm sur toute la longueur du front de taille. La taille (le chantier) et les hommes qui y travaillent sont protégés par une rangée de "piles de soutènement marchant" qui progressent dans la veine au même rythme que la machine.
L'arrière taille est foudroyée: il y a éboulement contrôlé des couches supérieures après exploitation d'une veine

-  L'exploitation en dressants
Une unité d'exploitation fond (Vouters à Freyming-Merlebach) exploite un gisement de "dressants" (veines verticales) selon une méthode assez particulière.

Doc7. Exploitation en dressant

Un chantier de dressant est généralement composé de deux ailes. Dans chacune d'elles opère une machine d'abattage. La machine est dotée d'un bras terminé par un double tambour qui creuse la veine vers le haut. Une fois la tranche d'abattage terminée, la machine est surélevée, l'aile de chantier est remblayée par du sable sur lequel la machine s'appuie de nouveau pour la tranche suivante : il y a remblayage hydraulique. Le remblai, destiné à combler les vides provoqués par l'enlèvement du charbon, provient d'un mélange composé, pour 95 % de sable extrait d'une carrière exploitée en surface dans le grès vosgien (fiche Carrière de Freyming-Merlebach) et, pour 5%, de schistes de lavoir calibrés.