Carrière et cimenterie Vicat de Xeuilley : 3. Description
Géologie
La carrière de Xeuilley présente un front de taille principal, orienté NO-SE, haut d'une dizaine à une quinzaine de mètres et long de 300 à 400 mètres (fig.1A, 1B et 1C).
Fig. 1A: Vue d'ensemble du front de taille
Fig. 1B : Le front de taille de la carrière de Xeuilley
(la couleur ocre des bancs supérieurs résulte d'une altération différenciée)
Fig. 1C : Alternances marno-calcaires
Fig.2: Position stratigraphique des terrains affleurant à Xeuilley
(colonne lithostratigraphique d'après Hilly et Haguenauer 1979)
Cette formation et la carrière de Xeuilley ont fait l'objet d'études paléontologiques et sédimentologiques récentes : Lathuilière et al. 2003 ; Nori et Lathuilière 2003, Guillocheau et al. 2002, Hanzo et al. 2000, etc. Les résultats des études de ces auteurs sont largement repris ici.
Les fossiles sont abondants et représentent une faune très diversifiée et dominée par des formes benthiques (fig.3) :
Fig.3: Répartition des macrofossiles (hors ammonites) à Xeuilley (d'après Hanzo et al. 2000)
La largeur des diagrammes est proportionnelle à la quantité de macrofossiles récoltés.
Les ammonites (fig.4), somme toute assez rares, sont récoltées dans la presque totalité des niveaux et permettent d'attribuer un âge allant de la base de l'Hettangien (genre Psiloceras) au sommet du Sinémurien inférieur (genre Euagassiceras). Aucune lacune biostratigraphique n'est constatée.
Fig.4: Ammonite (genre indéterminé) dans un banc d'âge hettangien, en coupe longitudinale
L'absence d'algues photophiles et de coraux à zooxanthelles indique que l'ensemble de la faune benthique correspond à une paléobiocénose d'un milieu plutôt faiblement éclairé, des étages infra- à circa-littoraux. Les organismes endobiontes (= vivant en partie dans le sédiment) sont représentés par des espèces adaptées à un substrat plus ou moins mou : lingules, gryphées, Pinna, Plagiostoma... (fig.5 et 6) La bonne conservation (absence d'usure ou de débris) des spécimens implique une faible dispersion post mortem et donc un environnement faiblement agité.
Présents dans quelques bancs, des dépôts coquilliers désorganisés et certaines figures sédimentaires érosives (sillons) résultant d'un hydrodynamisme élevé, montrent que le milieu reste toutefois soumis à l'action des vagues de tempêtes (offshore supérieur).
Fig.5: Amas de gryphées
Fig.6: Plagiostoma giganteum Sow.,
un bivalve de grande taille fréquent dans les niveaux de la carrière de Xeuilley
L'apparition de formes nectoniques plus abondantes vers le sommet de la coupe suggère une tendance transgressive et bathycroissante de l'Hettangien au Sinémurien inférieur. Dans un cadre régional, cette tendance illustre la grande transgression de la mer alpine qui envahit, depuis le sud-est, une vaste dépression à l'emplacement du Bassin de Paris à partir de la limite Trias - Lias et qui atteindra son apogée au Toarcien-Pliensbachien (Pautrot et Hanzo 2006).
Les gryphées (fig.5 et 7) qui ont donné le nom à la formation, sont des huîtres fossiles fréquentes dans les terrains jurassiques en Lorraine. L'analyse des variations morphologiques réversibles de leur coquille dans les différents bancs de la coupe permet de mettre en évidence des fluctuations climatiques et de dresser une interprétation paléoécologique, au cours de la période considérée.
Ainsi, les formes à croissance lente caractérisées par une coquille plus fine, plus large (proportionnellement à leur longueur) suggèrent un milieu de vie sous climat chaud et humide (lessivage et apports terrigènes importants), en eaux mésotrophiques, à turbidité assez élevée et une interface eau-sédiment moyennement oxygénée.
A l'inverse, les gryphées de grande taille, à coquille plus épaisse traduisent des conditions moins réductrices, plus favorables à la formation de carbonate de calcium (Thompson et al. 1985) : un climat un peu plus tempéré (lessivage et apports terrigènes modérés), des eaux faiblement mésotrophiques, moins turbides et un fond mieux oxygéné.
Des études palynologiques complémentaires vont dans le sens de ces interprétations paléoclimatiques.
Fig.7: Gryphée arquée (Gryphaea arcuata Lamarck) -
la valve gauche est concave et la plus grosse (à gauche sur le cliché) ;
la valve droite est plate (à droite sur le cliché)
Dans l'ensemble, la tendance mésotrophique (signifiant une dominance des organismes hétérotrophes aux dépens des phototrophes) traduit un confinement relatif du bassin sédimentaire au tout début du Jurassique. En effet, ce bassin accumule d'importants apports terrigènes provenant du Massif ardennais émergé au nord et semble relativement abrité des influences océaniques méridionales téthysiennes par le haut-fond de l'éperon lyonnais (Debrand-Passart et al. 1984).
Extraction des matériaux et fabrication du ciment
La carrière de Xeuilley est exploitée par une cimenterie appartenant au groupe VICAT, troisième cimentier en France avec 6 millions de tonnes produites par an: www.vicat.fr
Louis Vicat, polytechnicien et ingénieur des Ponts et Chaussées, est l'inventeur du ciment artificiel (1817); son fils Joseph est le fondateur de la première cimenterie du groupe près de Grenoble en 1853.
L’usine de Xeuilley a intégré le groupe Vicat en 1968 et emploie actuellement 75 personnes. C’est la société VICAT qui a installé les équipements constituants la cimenterie actuelle, au début des années 1970.
Au début le site de XEUILLEY abritait une fabrication de chaux. Les premiers fours à chaux remontent à 1873. En 1880, cette entreprise prendra le nom de « Etablissements FISSON » jusqu’en 1968 date de l’intégration au groupe VICAT. Entre 1880 et 1930 la chaux de XEUILLEY sera utilisée dans de nombreuses réalisations, telles que : Ouvrage du canal de l’Est, construction de 11 forts, casernes de Nancy, St Nicolas, … La fabrication du ciment débutera à XEUILLEY en 1931, particulièrement en raison de la forte demande pour la construction de la ligne Maginot.
Fig.8: La cimenterie VICAT de Xeuilley
Le ciment est une poudre minérale issue de la transformation d'un mélange composé essentiellement de calcaire et de marne argileuse. C'est un liant hydraulique, c'est-à-dire qu'il forme avec l'eau une pâte plastique faisant prise et durcissant progressivement, même sous l'eau.
Le béton est obtenu par malaxage d'eau, de ciment, de sable, de graviers et de cailloux.
La carrière de Xeuilley fournit un des matériaux nécessaire à la fabrication du ciment artificiel : la marne riche en argile. L'extraction se fait uniquement à la pelle mécanique, sans avoir recours à l'explosif (fig.9).
Fig.9: Pelle mécanique utilisée à la carrière de Xeuilley
Le calcaire, autre matière première nécessaire (apports en chaux), provient essentiellement de deux autres carrières de la région : la carrière voisine de Viterne (54) appartenant également à la société Vicat (cf. fiche correspondante) et d'approvisionnements extérieurs.
L'élaboration du ciment artificiel requiert aussi des apports en silice, alumine et oxyde de fer. Suivant les teneurs des marnes et des calcaires, les ajouts complémentaires sont réalisés par valorisation de sous-produits minéraux d'autres industries (fonderies et aciéries notamment).
Le cycle de production du ciment comporte quatre étapes principales :
1°. L'extraction en carrière et le concassage (fig.10)
Marnes et calcaires sont acheminés par dumpers jusqu'au concasseurs (fig.11) où les blocs extraits sont réduits à la taille de 0 à 40 mm.
Fig.10: De l'extraction au broyage (d'après document VICAT)
Fig.11: Concasseur
Les ajouts en silice et oxydes de fer sont réalisés en continu par soutirage de trémies disposées en ligne. Après séchage et passage dans un broyeur à boulets, la poudre fine obtenue a l'aspect d'une farine (85% des grains inférieurs à 90 micromètres) ; elle est stockée à l'intérieur de silos.
2°. La cuisson (fig.12)
La poudre farineuse est hydratée puis passée dans un four rotatif où elle est chauffée à une température de 1450°C. C'est là que se produit la recombinaison moléculaire des différents composés du cru.
Le produit de la cuisson appelé "clinker" se présente sous forme de granules minéraux centimétriques.
Fig.12: Cuisson et fabrication du clinker (d'après document VICAT)
3°. Le broyage du clinker en ciment
Après stockage en silos et hall, le clinker est broyé très finement à moins de 60 micromètres en présence d'anhydrite naturelle de Lorraine pour en régulariser la prise (fig.12 et 13).
Fig.13: Du clinker au ciment
4°. Stockage et expédition (fig.14)
A l'issue du broyage, le ciment est entreposé à l'intérieur de silos qui alimentent des chargements en vrac par camions ou wagons.
Une partie de la production sort également de l'usine sous forme de sacs de 50 kilogrammes (capacité d'ensachage jusqu'à 3000 sacs à l'heure).
Fig.14: Étapes finales du cycle de production du ciment (d'après document VICAT)
Le ciment étant un produit de consommation locale , la production de l'usine Vicat de Xeuilley est essentiellement destinée à alimenter un marché de proximité (150 km par transport routier ; 300 km par transport ferroviaire).
Impacts sur l'environnement
Toute activité cimentière génère inévitablement l'émission de gaz et poussières atmosphériques.
Le principal gaz polluant produit est le dioxyde de carbone issu de la combustion elle-même et de la décarbonatation du calcaire lors de sa cuisson (environ 500 kg de CO2 émis par tonne de ciment produit). Si le rejet ne peut être complètement éliminé, une part accrue est réservée aux combustibles issus de la biomasse. Par ce biais, la cimenterie contribue à la lutte contre l'augmentation des gaz à effet de serre.
Depuis 1999, l'installation de filtres et d'analyseurs en ligne sur les cheminées du four a permis de suivre et de réduire les émissions de poussières en-dessous du seuil imposé par les législations française et européenne.
Dans un souci de préservation du paysage, l'exploitation de la carrière nécessite un réaménagement au fur et à mesure : le site de la carrière est ainsi réhabilité en terrains agricoles, après revégétalisation (fig.1: prairies au premier plan sur le cliché).
Le carreau de la carrière est, par ailleurs, propice à l'installation de milieux humides à certains endroits. La faune exceptionnelle d'amphibiens (pélodytes ponctués, crapauds calamites, crapauds sonneurs et Tritons crêtés) qui a colonisé ces milieux a justifié l'intégration de la carrière au réseau européen Natura 2000, au sein du site "Vallées du Madon, du Brénon et carrières de Xeuilley". La carrière fait également partie des Espaces Naturels Sensibles de Meurthe-et-Moselle (Aumaître et Pierrel 2006).
Remerciements
Pour leur accueil, leur disponibilité et la richesse des informations fournies, nous tenons à remercier M. Du Manoir directeur de la cimenterie Vicat de Xeuilley et M. Lemaître, chargé d'études senior.
Bibliographie
AUMAITRE D. et PIERREL R. (2006) - Réalisation de travaux favorables aux Amphibiens dans la carrière de Xeuilley (54). - Commission Reptiles et Amphibiens de Lorraine - Circulaire n°29 juin 2006. Conservatoire des Sites Lorrains.
DEBRAND-PASSARD S. et al. (1984) - Synthèse géologique du Sud-Est de la France. Mém. Bur. Rech. Géol. Min.
GUILLOCHEAU F., ROBIN C., DAGALLIER G., ROBIN F.X., et LE SOLLEUZ A. (2002) - Le Jurassique de l'Est du Bassin de Paris. Bull. Inf. du Bass. Paris, 39, 3, 23-47.
HANZO M. et LATHUILIERE B., ALMERAS Y., DAGALLIER G., GUERIN-FRANIATTE S., GUILLOCHEAU F., HUAULT V., NORI L. et RAUSCHER R. (2000) - Paléoenvironnements dans le Calcaire à gryphées du Lias de Lorraine, de la carrière de Xeuilley au Bassin parisien. Eclogae geol. Helv. 93, 183-206.
HILLY J. et HAGUENAUER B. (1979) - Guides géologiques Régionaux - Lorraine Champagne. Masson éd.
LATHUILIERE B., CARPENTIER C., ANDRE 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 de terrain excursion. Conseil Régional Lorraine, G2R, GFEJ.
NORI L. et LATHUILIERE B. (2003) - Intérêt sédimentologique de Gryphaea arcuata. Poster, 7ème Congr. Fr. Sédim. Publ. A.S.F., 33, 245.
PAUTROT C. et HANZO M. (2006) - Le mer épicontinentale au Lias. in LEXA-CHOMARD A. et PAUTROT C. "Géologie et géographie de la Lorraine. Serpenoise éd., p. 100-109
THOMSON J.B., MULLINS H.T., NEWTON C.R. et VERCOUTERE T.L. (1985) - Alternative biofacies model for dysaerobic communities. Lethaia, vol.18, p.167-179.
Fig.4: Ammonite (genre indéterminé) dans un banc d'âge hettangien, en coupe longitudinale
Présents dans quelques bancs, des dépôts coquilliers désorganisés et certaines figures sédimentaires érosives (sillons) résultant d'un hydrodynamisme élevé, montrent que le milieu reste toutefois soumis à l'action des vagues de tempêtes (offshore supérieur).
Fig.5: Amas de gryphées
Fig.6: Plagiostoma giganteum Sow.,
un bivalve de grande taille fréquent dans les niveaux de la carrière de Xeuilley
L'apparition de formes nectoniques plus abondantes vers le sommet de la coupe suggère une tendance transgressive et bathycroissante de l'Hettangien au Sinémurien inférieur. Dans un cadre régional, cette tendance illustre la grande transgression de la mer alpine qui envahit, depuis le sud-est, une vaste dépression à l'emplacement du Bassin de Paris à partir de la limite Trias - Lias et qui atteindra son apogée au Toarcien-Pliensbachien (Pautrot et Hanzo 2006).
Les gryphées (fig.5 et 7) qui ont donné le nom à la formation, sont des huîtres fossiles fréquentes dans les terrains jurassiques en Lorraine. L'analyse des variations morphologiques réversibles de leur coquille dans les différents bancs de la coupe permet de mettre en évidence des fluctuations climatiques et de dresser une interprétation paléoécologique, au cours de la période considérée.
Ainsi, les formes à croissance lente caractérisées par une coquille plus fine, plus large (proportionnellement à leur longueur) suggèrent un milieu de vie sous climat chaud et humide (lessivage et apports terrigènes importants), en eaux mésotrophiques, à turbidité assez élevée et une interface eau-sédiment moyennement oxygénée.
A l'inverse, les gryphées de grande taille, à coquille plus épaisse traduisent des conditions moins réductrices, plus favorables à la formation de carbonate de calcium (Thompson et al. 1985) : un climat un peu plus tempéré (lessivage et apports terrigènes modérés), des eaux faiblement mésotrophiques, moins turbides et un fond mieux oxygéné.
Des études palynologiques complémentaires vont dans le sens de ces interprétations paléoclimatiques.
Fig.7: Gryphée arquée (Gryphaea arcuata Lamarck) -
la valve gauche est concave et la plus grosse (à gauche sur le cliché) ;
la valve droite est plate (à droite sur le cliché)
Extraction des matériaux et fabrication du ciment
La carrière de Xeuilley est exploitée par une cimenterie appartenant au groupe VICAT, troisième cimentier en France avec 6 millions de tonnes produites par an: www.vicat.fr
Louis Vicat, polytechnicien et ingénieur des Ponts et Chaussées, est l'inventeur du ciment artificiel (1817); son fils Joseph est le fondateur de la première cimenterie du groupe près de Grenoble en 1853.
L’usine de Xeuilley a intégré le groupe Vicat en 1968 et emploie actuellement 75 personnes. C’est la société VICAT qui a installé les équipements constituants la cimenterie actuelle, au début des années 1970.
Au début le site de XEUILLEY abritait une fabrication de chaux. Les premiers fours à chaux remontent à 1873. En 1880, cette entreprise prendra le nom de « Etablissements FISSON » jusqu’en 1968 date de l’intégration au groupe VICAT. Entre 1880 et 1930 la chaux de XEUILLEY sera utilisée dans de nombreuses réalisations, telles que : Ouvrage du canal de l’Est, construction de 11 forts, casernes de Nancy, St Nicolas, … La fabrication du ciment débutera à XEUILLEY en 1931, particulièrement en raison de la forte demande pour la construction de la ligne Maginot.
Le ciment est une poudre minérale issue de la transformation d'un mélange composé essentiellement de calcaire et de marne argileuse. C'est un liant hydraulique, c'est-à-dire qu'il forme avec l'eau une pâte plastique faisant prise et durcissant progressivement, même sous l'eau.
Le béton est obtenu par malaxage d'eau, de ciment, de sable, de graviers et de cailloux.
La carrière de Xeuilley fournit un des matériaux nécessaire à la fabrication du ciment artificiel : la marne riche en argile. L'extraction se fait uniquement à la pelle mécanique, sans avoir recours à l'explosif (fig.9).
Fig.9: Pelle mécanique utilisée à la carrière de Xeuilley
Le calcaire, autre matière première nécessaire (apports en chaux), provient essentiellement de deux autres carrières de la région : la carrière voisine de Viterne (54) appartenant également à la société Vicat (cf. fiche correspondante) et d'approvisionnements extérieurs.
L'élaboration du ciment artificiel requiert aussi des apports en silice, alumine et oxyde de fer. Suivant les teneurs des marnes et des calcaires, les ajouts complémentaires sont réalisés par valorisation de sous-produits minéraux d'autres industries (fonderies et aciéries notamment).
Le cycle de production du ciment comporte quatre étapes principales :
1°. L'extraction en carrière et le concassage (fig.10)
Marnes et calcaires sont acheminés par dumpers jusqu'au concasseurs (fig.11) où les blocs extraits sont réduits à la taille de 0 à 40 mm.
Fig.10: De l'extraction au broyage (d'après document VICAT)
Fig.11: Concasseur
Les ajouts en silice et oxydes de fer sont réalisés en continu par soutirage de trémies disposées en ligne. Après séchage et passage dans un broyeur à boulets, la poudre fine obtenue a l'aspect d'une farine (85% des grains inférieurs à 90 micromètres) ; elle est stockée à l'intérieur de silos.
2°. La cuisson (fig.12)
La poudre farineuse est hydratée puis passée dans un four rotatif où elle est chauffée à une température de 1450°C. C'est là que se produit la recombinaison moléculaire des différents composés du cru.
Le produit de la cuisson appelé "clinker" se présente sous forme de granules minéraux centimétriques.
Fig.12: Cuisson et fabrication du clinker (d'après document VICAT)
3°. Le broyage du clinker en ciment
Après stockage en silos et hall, le clinker est broyé très finement à moins de 60 micromètres en présence d'anhydrite naturelle de Lorraine pour en régulariser la prise (fig.12 et 13).
Fig.13: Du clinker au ciment
4°. Stockage et expédition (fig.14)
A l'issue du broyage, le ciment est entreposé à l'intérieur de silos qui alimentent des chargements en vrac par camions ou wagons.
Une partie de la production sort également de l'usine sous forme de sacs de 50 kilogrammes (capacité d'ensachage jusqu'à 3000 sacs à l'heure).
Fig.14: Étapes finales du cycle de production du ciment (d'après document VICAT)
Le ciment étant un produit de consommation locale , la production de l'usine Vicat de Xeuilley est essentiellement destinée à alimenter un marché de proximité (150 km par transport routier ; 300 km par transport ferroviaire).
Impacts sur l'environnement
Toute activité cimentière génère inévitablement l'émission de gaz et poussières atmosphériques.
Le principal gaz polluant produit est le dioxyde de carbone issu de la combustion elle-même et de la décarbonatation du calcaire lors de sa cuisson (environ 500 kg de CO2 émis par tonne de ciment produit). Si le rejet ne peut être complètement éliminé, une part accrue est réservée aux combustibles issus de la biomasse. Par ce biais, la cimenterie contribue à la lutte contre l'augmentation des gaz à effet de serre.
Depuis 1999, l'installation de filtres et d'analyseurs en ligne sur les cheminées du four a permis de suivre et de réduire les émissions de poussières en-dessous du seuil imposé par les législations française et européenne.
Dans un souci de préservation du paysage, l'exploitation de la carrière nécessite un réaménagement au fur et à mesure : le site de la carrière est ainsi réhabilité en terrains agricoles, après revégétalisation (fig.1: prairies au premier plan sur le cliché).
Le carreau de la carrière est, par ailleurs, propice à l'installation de milieux humides à certains endroits. La faune exceptionnelle d'amphibiens (pélodytes ponctués, crapauds calamites, crapauds sonneurs et Tritons crêtés) qui a colonisé ces milieux a justifié l'intégration de la carrière au réseau européen Natura 2000, au sein du site "Vallées du Madon, du Brénon et carrières de Xeuilley". La carrière fait également partie des Espaces Naturels Sensibles de Meurthe-et-Moselle (Aumaître et Pierrel 2006).
Remerciements
Pour leur accueil, leur disponibilité et la richesse des informations fournies, nous tenons à remercier M. Du Manoir directeur de la cimenterie Vicat de Xeuilley et M. Lemaître, chargé d'études senior.
Bibliographie
AUMAITRE D. et PIERREL R. (2006) - Réalisation de travaux favorables aux Amphibiens dans la carrière de Xeuilley (54). - Commission Reptiles et Amphibiens de Lorraine - Circulaire n°29 juin 2006. Conservatoire des Sites Lorrains.
DEBRAND-PASSARD S. et al. (1984) - Synthèse géologique du Sud-Est de la France. Mém. Bur. Rech. Géol. Min.
GUILLOCHEAU F., ROBIN C., DAGALLIER G., ROBIN F.X., et LE SOLLEUZ A. (2002) - Le Jurassique de l'Est du Bassin de Paris. Bull. Inf. du Bass. Paris, 39, 3, 23-47.
HANZO M. et LATHUILIERE B., ALMERAS Y., DAGALLIER G., GUERIN-FRANIATTE S., GUILLOCHEAU F., HUAULT V., NORI L. et RAUSCHER R. (2000) - Paléoenvironnements dans le Calcaire à gryphées du Lias de Lorraine, de la carrière de Xeuilley au Bassin parisien. Eclogae geol. Helv. 93, 183-206.
HILLY J. et HAGUENAUER B. (1979) - Guides géologiques Régionaux - Lorraine Champagne. Masson éd.
LATHUILIERE B., CARPENTIER C., ANDRE 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 de terrain excursion. Conseil Régional Lorraine, G2R, GFEJ.
NORI L. et LATHUILIERE B. (2003) - Intérêt sédimentologique de Gryphaea arcuata. Poster, 7ème Congr. Fr. Sédim. Publ. A.S.F., 33, 245.
PAUTROT C. et HANZO M. (2006) - Le mer épicontinentale au Lias. in LEXA-CHOMARD A. et PAUTROT C. "Géologie et géographie de la Lorraine. Serpenoise éd., p. 100-109
THOMSON J.B., MULLINS H.T., NEWTON C.R. et VERCOUTERE T.L. (1985) - Alternative biofacies model for dysaerobic communities. Lethaia, vol.18, p.167-179.
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