1. Présentation de l'exploitation

La carrière du Revoi à Pagny-sur-Meuse est exploitée par la Société Novacarb. C'est une carrière de calcaire destiné à la chimie, principalement pour la fabrication de carbonate ou de bicarbonate de soude. On n'y produit normalement pas de granulats car ce calcaire est gélif. Exceptionnellement, certaines fractions granulométriques ont été incorporées dans les niveaux de base hors-gel de la LGV Est.

La carrière Novacarb comme la carrière Solvay de St.-Germain-sur-Meuse exploitent les mêmes niveaux calcaires dans le même but. Les réserves sont estimées à une cinquantaine d'années d'exploitation au rythme actuel soit 1 500 000 tonnes de roche abattues par an.

La société emploie une vingtaine de personnes réparties en deux équipes se relayant quotidiennement sur le site.

La carrière de Pagny, ouverte depuis plusieurs décénies (1966), fournit un calcaire presque pur (de 98% à 99,5 % de CaCO₃) principalement utilisé (pour les deux-tiers de la production soit 1 million de tonnes) par la soudière Novacarb  de Laneuveville-devant-Nancy (usine de la Madeleine). Les matériaux extraits sont acheminés jusqu'à l'usine de traitement par chemin de fer. Les wagons des convois sont directement chargés dans la carrière. La quantité hebdomadaire transportée correspond à 8-9 trains de 2250 tonnes chacun (environ 2 trains par jour).

Le reste du calcaire produit (500 000 tonnes environ) correspond à des échantillons de granulométrie inadéquate pour l'industrie chimique ; ces sous-produits sont traités différemment selon leur calibre :

• la fraction grossière (15-30 mm) est destinée à un usage en travaux publics (granulats) ou pour la production de ciments blanchis ;
• la fraction de calibre moyen (5-15 mm) subit une combustion dans un four à chaux voisin à Sorcy Saint-Martin ;
• la fraction la plus fine (0-5 mm), environ 200 000 t/an, auparavant utilisée par la sidérurgie lorraine est maintenant expédiée par camions en Allemagne pour une utilisation en acièrie.

L'exploitation de la carrière s'organise autour de 4 fronts de taille principaux de 15 à 20 mètres de haut (fig.2). Ces fronts de taille de calcaires blancs sont désignés (de bas en haut) : 100, 110, 120, 130. La découverte au sommet constitue un cinquième front de taille (lui-même redécoupé en plusieurs) dont les roches, formées de calcaires plus sombres, impurs car enrichis en composants siliceux (argiles), ne sont commercialisés que sporadiquement (remblais de la ligne LGV). Leur principale utilisation réside dans le remblaiement progressif du site pour permettre son reboisement ("remise en l'état") après exploitation.

Fig. 2 : Vue d'ensemble des fronts de taille de la carrière du Revoi à Pagny-sur-Meuse (le véhicule blanc garé au dessus du front de taille inférieur donne l'échelle)

La partie orientale de la carrière est traversée par une faille N160-170 subverticale qui décale très légérement la série. Sa trace a été conservée comme témoin dans une butte (fig.3) qui marque  la séparation entre la partie actuellement exploitée et une partie plus ancienne de la carrière qui est déjà rembayée.

Fig. 3 : Vue d'ensemble du site - la butte boisée ocre en haut à gauche est la zone qui correspond au passage de la faille ; les remblais gris qui permettent une remise en état du site après exploitation sont bien visibles à gauche.

Les calcaires situés au delà de l'accident tectonique ont déjà été exploités et la zone remblayée. La faille met à l'affleurement des faciès terminaux de l'Oxfordien supérieur semblables à ceux de la découverte (cf. §2.).

L'abattage se fait à l'explosif nitrate-fioul (fig.4). Chaque foudroyage produit entre 5000 et 10 000 tonnes de calcaire qui est ensuite convoyé par des dumpers vers la fosse de concassage puis criblé à 40 mm, chargé dans des wagons et expédié jusqu'à la soudière de Laneuveville devant Nancy. Il n'y a pas de stock.

Fig.4 : Abattage à l'explosif du front de taille 100 ; un volume préalablement abattu et prêt à être évacué est également observable au niveau du front de taille 120

Le niveau de base, proche de la nappe phréatique est difficilement exploitable car régulièrement inondé en hiver, ce qui explique ce grand plateau au toit du niveau 100 et le "relatif" retard dans son exploitation par rapport aux autres niveaux. C'est donc principalement à ce niveau de base que l'activité se concentre durant l'été. Il fournit un calcaire corallien tendre et très pur. Une vingtaine de mètres de calcaire de même qualité, mais situé en dessous du niveau de la nappe phréatique de la Meuse, sont inexploitables.

Le calcaire est exploité concommitament sur les 4 fronts 100, 110, 120, 130 (fig.2 ).

Les calcaires des fronts de taille 100, 110 et 120 sont tendres, le calcaire du niveau 130 contient un peu de silice et doit être mélangé aux calcaires des autres niveaux avant son utilisation.

Tout le traffic est pensé pour diminuer au maximum les frais d'exploitation : les dumpers montent à vide et descendent à charge ; les pentes des rampes sont faibles. La fosse de concassage est au point le plus bas de l'exploitation.

Une extension progressive de la découverte se fait vers le sud-sud-est en direction du bois de Longor.

Les terrains de découverte marno-calcaires ne sont pas assez riches en CaCO₃ pour être utilisés en chime ; ils ne sont cependant pas inutiles et servent à la remise en état du site ; ils sont décapés et transportés afin de combler au fur et à mesure la partie de la carrière vidée de son calcaire et ainsi constituer une nouvelle colline qui sera reboisée et dont l'élévation aura été abaissée de 70 m par rapport à la topographie originelle. Le front de ce "terril", très proche de la zone exploitée, est bien visible à gauche sur le cliché de la fig.3.

La carrière respecte les normes ISO (9001) de qualité, ISO (14001) d'environnement et de sécurité.

2. Description  géologique des terrains

Chaque front de taille montre une coupe géologique continue de plus de 100 m de long dans les calcaires de l'Oxfordien moyen et supérieur présentant une exceptionnelle diversité de faciès et de structures (Lathuilière et al., 2003). L'étude détaillée de ces formations lors d'une visite avec des scolaires n'est malheureusement pas possible pour des raisons évidentes de sécurité.

La série oxfordienne de Pagny (fig.5 et 6) commence dans les Calcaires coralliens supérieurs (front de taille 100 = Oxfordien moyen) et se termine au sommet de l'Oolithe de Saucourt / Marnes à serpules de Pagny (découverte = Oxfordien supérieur).

Fig. 5 : Place dans le log stratigraphique (données chiffrées = âges en millions d'années - © BRGM).

Seuls les calcaires blancs et très purs sont exploités pour  être utilisés en chimie.

Les analyses paléontologiques et sédimentologiques (fig.5) des différentes formations de la carrière du Revoi ont fait l'objet de publications scientifiques récentes (Lathuilière et al., 2003 ; Olivier et al., 2004 ; Carpentier et al., 2006, 2007 et 2010). Les résultats de ces travaux sont repris dans les descriptions ci-après.

Fig.6 : Coupe de la carrière de Pagny et interprétation (simplifié d'après Lathuilière et al., 2003 et Olivier et al., 2004)

Les calcaires du niveau inférieur (front de taille 100) correspondent aux formations d'âge Oxfordien moyen des Calcaires coralliens d'Euville et de la Craie de Sorcy. La première est très riche en coraux coloniaux d'aspect très divers (branchus, lamellaires ou en dôme), dominés par les genres Stylina, Aplosmilia et Stylosmilia. Un bioherme corallien haut d'une quinzaine de mètres sur une centaine de mètres de largeur se dresse au-dessus du plancher de la carrière (fig.7). Un tel édifice témoigne d'une sédimentation très rapide dans l'environnement de dépôt récifal, puisqu'on estime à moins de 1000 ans l'édification de 10 mètres de bioconstruction. D'autres organismes constituent la faune et la flore associées au récif : brachiopodes (térébratules, rhynchonelles), bivalves pectinidés, crinoïdes (genre Pentacrinus), éponges calcaires, gastéropodes (nérinées - fig.9), échinides (genre Paracidaris) ainsi que des algues rouges du genre Solenopora.

Fig. 7 : Constructions coralliennes branchues ou en dôme (front de taille 100)

Le sommet du bioherme est brutalement tronqué par une surface de ravinement (fig.8) vraisemblablement provoquée par une tempête d'une intensité considérale (cyclone).

Fig.8 : Sommet du bioherme récifal tronqué par une surface d'érosion d'origine cyclonique

La Craie de Sorcy correspond au sédiment carbonaté intra et péri-récifal. Il s'agit de calcaires micritiques péloïdaux (= pelmicrite). À ces niveaux font suite, au-dessus des bioconstructions, des calcaires micritiques crayeux qui occupent l'essentiel de la deuxième moitié supérieure du premier front de taille.

Fig.9 : Passée fossilifère à gastéropodes (nérinées).

Le sommet du front de taille 100 se termine avec des bancs à lamines stromatolithiques alternant avec des dépôts de tempêtes subtidaux (débris de coraux, de rudistes et autres bivalves divers) que l'on retrouve sur le deuxième front de taille (110). Il s'agit de faciès correspondant aux Calcaires crayeux de Maxey (Oxfordien moyen). La partie sommitale du deuxième front de taille présente des faciès de plage avec des structures de type bird-eyes, indiquant des conditions proches de l'émersion.

Ces traces d'émersion sont confirmées par des niveaux à débris ligniteux et galets noirs, caractérisant un environnement de dépôt supratidal, apparaissant à la base du troisième front de taille.

Les niveaux de la partie supérieure du troisième front de taille (120) et ceux du quatrième (130) appartiennent à la formation des Calcaires de Dainville (Oxfordien moyen). Ils forment un empilement de séquences, d'un à deux mètres d'épaisseur, constituées chacune de dépôts plus grossier à gravelles roses, peloïdes et oncoïdes à la base, et de calcaires fins au sommet (fig.10). Ces faciès indiquent un milieu lagonaire confiné. Au-dessus, des calcaires oolitiques à stratifications entrecroisées marquent une transition vers des faciès de haute énergie (fig.10). La réapparition de structures stromatolitiques et l'occurrence d'une surface karstifiée dans les derniers niveaux des Calcaires de Dainville sont le signe d'un retour à un environnement proximal, inter ou supratidal.

Fig.10 : Passées à peloïdes (cliché du haut) ou à oolithes (clichés du bas)

Un ensemble marneux peu développé, riche en grains de quartz et en débris végétaux, fait suite à la formation précédente. Il correspond aux Marnes silteuses de Maxey. Un environnement confiné de baie correspondrait au milieu de dépôt de cette formation. Les Marnes silteuses de Maxey débutent la série des formations d'âge Oxfordien supérieur marquée par la constance des apports silicoclastiques. Ces terrains, reconnaissables à leur teinte sombre contrastant avec les formations blanches sous-jacentes, constituent les fronts de taille de la découverte de la carrière (fig.11 à 13). Plusieurs formations d'épaisseur modeste (inférieure à 10 m) s'y succèdent ; de bas en haut :

Au-dessus des Marnes silteuses de Maxey, des dépôts de calcaires oolitiques (chenaux de marée) forment l'Oolithe de Dugny. Ils indiquent une baisse de niveau marin et une reprise momentannée de la sédimentation carbonatée.

Les Calcaires à polypiers de Pagny sont formés, à leur base, de biohermes à huîtres englobés au sein une matrice marneuse, auxquels font suite des biohermes coralliens récifaux et leur faune associée (lamellibranches, brachiopodes, éponges, échinodermes, sélaciens...). Des couches de tempêtes s'intercalent dans les niveaux de cette formation et traduisent un milieu marin plus ouvert.

Des structures entrecroisées d'origine tidale (zone de balancement des marées) sont observables dans les calcaires biosparitiques de la formation suivante correspondant à l'Oolithe de Saucourt inférieure, au sommet de laquelle on peut observer la présence de rides de houle fossilisées.

Les Marnes à huîtres de Pagny, à faune diversifiée et glauconieuses, surmontent l'Oolithe de Saucourt inférieure. Elles sont parcourues par des couches de tempêtes (structures mamelonnées de type HCS = Hummocky Cross Stratification), traduisant un approfondissement du milieu.

L'Oolithe de Saucourt supérieure présente deux faciès. La partie basale est riche en faune et correspond à un calcaire à oncolites (dépôts lagonaires). La partie supérieure montre la présence de bioconstructions coralliennes de taille modeste.

Les derniers mètres de la découverte se terminent par des dépôts fossilifères à serpules (= tubes de vers marins) caractérisant les Marnes à serpules de Pagny.

Fig.11 : Terrains de découverte à alternances marno-calcaires de l'Oxfordien Supérieur

Fig. 12 : Calcaire marneux gris (découverte)

Fig. 13 : Faciès de l'Oxfordien supérieur à lamellibranches (huîtres exogyres) et niveaux riches en traces laissées par les animaux fouisseurs.

Les reconstitutions environnementales, déduites de l'analyse des faciès (voir aussi annexes scientifiques), montrent que deux épisodes principaux soulignent le changement de sédimentation entre l'Oxfordien moyen et l'Oxfordien supérieur.

Durant l'Oxfordien moyen, une plate-forme récifale laisse place à une plate-forme carbonatée peu profonde proximale, proche de l'émersion. En période de forte subsidence, comme c'est le cas au cours du Jurassique supérieur, une intense production sédimentaire carbonatée comble en continu la création d'espace disponible générée dans un tel contexte.

À l'Oxfordien supérieur, l'arrivée de matériaux terrigènes argileux coïncide avec l'ennoyage de la plate-forme et induit l'arrêt de la production carbonatée ainsi qu'une diminution du taux de sédimentation.

Ce changement brutal de la sédimentation sur la plate-forme lorraine, à la transition Oxfordien moyen-supérieur, serait à mettre en relation avec un changement climatique au cours de cette période, confirmé par des analyses isotopiques de delta ¹⁸O notamment (fig.14) : passage d'un climat chaud et sec à l'Oxfordien moyen à un climat plus froid et plus humide à l'Oxfordien supérieur. Une modification de la circulation des courants océaniques (blocage de la remontée de courants chauds méridionaux théthysiens vers la plate-forme lorraine à l'Oxfordien sup.) pourrait expliquer de telles perturbations climatiques.

Fig.14 : Evolution du delta O¹⁸ et des paléotempératures de l'eau de mer au cours de l'Oxfordien en Lorraine, d'après des mesures isotopiques de l'oxygène effectuées sur des coquilles de brachiopodes (d'après Carpentier et al., 2006).

NB : les isothermes 20,5°C et 30°C représentent l'intervalle de température de l'eau de mer favorable au développement des récifs coralliens actuels; les récifs de l'Oxfordien moyen se sont mis en place dans des eaux répondant aux mêmes exigences thermiques.

Remerciements

Nous tenons à remercier le personnel de la société Novacarb et particulièrement le chef de carrière, M. Hervé Van Troost  pour l'accueil qui nous a été réservé sur le site de la carrière de Pagny.

Bibliographie

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CARPENTIER C., LATHUILIÈRE B., FERRY S. et SAUSSE J. (2007) - Sequence stratigraphy and tectonosedimentary history of the Upper Jurassic of the Eastern Paris Basin (Lower and Middle Oxfordian, Northeastern France). Sedimentary Geology 197, pp.235-266.

CARPENTIER C., LATHUILIÈRE B. et FERRY S. (2010) - Sequential and climatic framework of the growth and demise of a carbonate platform: implications for the peritidal cycles (Late Jurassic, North-eastern France). Sedimentology 57, pp.985-1020.

LATHUILIÈRE B., CARPENTIER C., ANDRÉ G., DAGALLIER G., DURAND M., HANZO M., HUAULT V., HARMAND D., HIBSCH C., LE ROUX J., MALARTRE F., MARTIN-GARIN B. et NORI L. (2003) - Production carbonatée dans le Jurassique de Lorraine. Livret guide excursion Groupe français d’études du Jurassique, Nancy, 142 p.

OLIVIER N., CARPENTIER C., MARTIN-GARIN B., LATHUILIÈRE B., GAILLARD C., FERRY S., HANTZPERGUE P. et GEISTER J. (2004) - Coral-microbialite reefs in pure carbonate versus mixed carbonate-siliciclastic depositional environments: the example of the Pagny-sur-Meuse section (Upper Jurassic, northeastern France). Facies 50, pp. 229-255.