Coal fires associated with the coal waste heaps in the Nord-Pas-de-Calais region, France : the environmental pollution and resulting by-products

par Naze-Nancy Masalehdani

Thèse de doctorat en Dynamique et environnement sédimentaires

Sous la direction de Jean-Luc Potdevin.

Soutenue en 2006

à Lille 1 .

  • Titre traduit

    Combustion associée aux terrils miniers de la région Nord-Pas-de-Calais, France : impact environnemental et formation de produits secondaires


  • Résumé

    Des « coal fires» (combustion de charbons) se produisent pratiquement partout dans le monde que ce soit dans des mmes, des remblais ou des terrils riches en charbon. Ils entraînent des phénomènes particuliers qui sont autant de risques potentiels pour l'environnement : émissions nocives de gaz et de particules, affaissements de terrain, métamorphisme thermique et fusion des sédiments (pyrometamorphics : porcellanites, slags, paralavas) et formation de produits secondaires susceptibles de contribuer à la pollution des nappes phréatiques et des sols. Mesures, analyses et études détaillées de composition des gaz émis par la combustion a été entreprise in situ sur deux terrils miniers de la région Nord-Pas-de-Calais (Terrils n°76 Avion et 83 Fouquières-les-Lens). La nature des différents gaz émis a été déterminée à l'aide d'un laboratoire mobile et « chamber method ». Leurs teneurs ont été mesurées et comparées par rapport à la TLV (Threshold limit value) qui fixe leur seuil de nocivité pour la santé publique et/ou de risque pour l'environnement. Le résultat le plus significatif concerne la teneur en CO2, 7%, qui excède de beaucoup la TLV. SO2 (<5 à 25ppm) et NOx (8 à 25ppm) sont également au-dessus de la TLV. CO, avec des teneurs de l'ordre de 20-110 ppm, est, pour sa part, le double ou proche de la limite de la TLV. Les teneurs en CH4, le principal hydrocarbure détecté, sont comprises entre 47 et 260 ppm mais restent en dessous de la limite où il y a risque d'explosion. L'accés au public ne devrait pas être pour autant autorisé, en raison de la faible teneur en O2 (<1% à 19%) autour de certains points d'émission des gaz dans ces sites. 21 phases minérales ont été identifiées dans les dépôts qui se forment sur les débris de schistes thermiquement altérés autour des points d'émission des gaz. Les minéraux les plus abondants sont la thénardite et la bloedite, suivis de la konyaite, la glaubérite, l'aphthitalite, la langbeinite, l'arcanite, le gypse, l'epsomite, l'hexahydrite, l'alunogen, la kalinite, la pickeringite, l'haltrichite, la tschermigite, la mascagnite, la lecontite, de même que des halides (salammoniac, halite), du soufre natif et deux nouveaux sulfates. Les éléments chimiques majeurs qui entrent dans la composition de ces minéraux sont : S, N, H, 0, CI, Mg, K, Na, Al, Ca, Fe et Mn. Ces phases minérales ainsi que l'origine du processus de leur formation sont analogues aux minéraux qui se forment autour des fumerolles sur les volcans. Ces minéraux résulteraient de l'altération hydrothennale de débris sédimentaires (schistes Carbonifères) par des solutions aqueuses légèrement acides (pH entre 4 et 5,5) suite de la combustion.


  • Résumé

    La plupart des minéraux précipiteraient dans un environnement saturé en vapeur d'eau, à des températures comprises entre 40 et 265°C. Le processus de minéralisation s'est effectué par étapes à partir d'une solution chimique complexe. Le "Salammoniac" s'est formé par sublimation tandis que thénardite, bloedite, aphthitalite, langebeinite, arcanite, glauberite, halite, gypse, epsomite, pickeringite, halotrichite, alunogen, tschermigite, mascagnite et soufre natif se sont formés par condensation. La konyaite et l'hexahydrite résulteraient de la déshydratation de certains dépôts in situ ou après l'échantillonnage à partir respectivement de la bloedite et de l'epsomite. La kalinite proviendrait de la déshydratation du "K-alum" et la lecontite pourrait être un produit d'altération de la phase native "anunonium aphthitalite". L'étude des inclusions fluides de la thénardite montre que sa cristallisation s'est effectuée à basse température (<̱150°C) dans un milieu aqueux de forte salinité dominée par Na2SO4 et NaCl pour l'assemblage thenardite-bloedite-aphthitalite. Toutes les inclusions observées ont une origine primaire ou "pseudosecondaire". Les sulfates et les halides identifiés sur les terrils sont solubles dans l'eau. Leurs dépôts sont donc rapidement dissous par la pluie. Cela pourrait donc avoir un impact négatif sur la santé publique ainsi que sur l'environnement. En effet, les sulfates contiennent, en plus des élémcnts S et N, des traces de métaux lourùs. As, Ba, Cu, Mo, Cs, Ni, Rb, Th, U. . La dissolution des sels produits par les phénomènes d'auto-combustion pourrait être des facteurs potentiels de pollution des nappes phréatiques et des sols qu'ils restent à apprécier. La plupart des sulfates décrits dans ce travail, ainsi que l'étude portant sur les inclusions fluides dans la thénardite, comtituent une première approche originale des effets induits par les gaz émis des terrils et des mines de charhon en auto-combustion.

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  • Annexes : Bibliogr. à la suite de chaque chapitre

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