Héritage des activités métallurgiques et processus de remobilisation à long terme des métaux dans un district minier alpin (Alpes françaises du Nord-Ouest).

Legacy of metallurgical activities and long-term remobilisation processes of metals in an alpine mining district (French N-W Alps).

• Auteur / Autrice : Floriane Guillevic
• Direction : Fabien Arnaud, Magali Rossi, Jérôme Poulenard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, Univers et Environnement
• Date : Soutenance le 17/05/2023
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences, ingénierie, environnement (Chambéry ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements, dynamiques et territoires de la montagne (Le Bourget du Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Véronique Walter
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophia V. Hansson, Lluis Camarero
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vojtěch Ettler, Alexandra Courtin-Nomade

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mines (sites d'extraction)

Éléments traces -- Analyse

Contamination

Sols

Mots clés libres

Géochimie

Minéralogie

Éléments traces métalliques

Contamination

Mines et métallurgie

Remobilisation

Geochemistry

Mineralogy

Trace metals

Contamination

Mines and metallurgy

Remobilisation

Résumé

Les activités minières et métallurgiques sont parmi les activités industrielles les plus impactantes pour l'environnement et les organismes vivants. Pour transformer une roche minéralisée en métal plusieurs étapes industrielles (minéralurgie puis métallurgie) sont nécessaires, et produisent chacune d'importantes quantités de déchets généralement porteurs d'éléments traces métalliques (ETM) potentiellement toxiques (Pb, Sb). Le panel des ressources internationales du programme des Nations Unis souligne l'important héritage environnemental des nombreux sites miniers abandonnés à travers le monde. Les différentes problématiques environnementales et sanitaires soulevées par l'héritage minier dans de nombreux pays, comme la France, représentent une opportunité pour mieux appréhender les effets à long terme de ces activités sur l'environnement.Des centaines d'anciennes mines ont été exploitées par le passé dans les Alpes françaises. Toutes ont été fermées et abandonnées entre le XIXe et le XXe siècles, laissant des déchets miniers et métallurgiques abandonnés en surface. La mine de Pb-Ag de Peisey-Nancroix (Savoie) fût l'une des plus importantes mines régionales entre XVIIe et le XIXe siècles. Les activités minières et métallurgiques ont laissé sur place d'importantes quantités de roches « stériles » toujours riches en minerai et des scories métallurgiques enrichies en ETM. Des fumées pyrométallurgiques ont également été émises dans l'atmosphère pendant la pyrométallurgie.Cette thèse vise à évaluer la contamination engendrée par la dispersion des déchets dans l'environnement, la part de chacune des sources à la contamination et leur remobilisation potentielle depuis 200 ans. La mise en place d'une approche source-puits, multi-compartiments, multi-scalaire, basée sur la caractérisation des sources de la contamination (roches minéralisées, scories et fumées métallurgiques) et des puits potentiels de la contamination (sols, sédiments lacustres, eaux et sédiments de rivière) combinée à des analyses géochimiques, minéralogiques, sédimentologiques et isotopiques (Pb-Sb) a permis d'évaluer l'héritage à long-terme des activités minières et métallurgiques passées. L'étude des sols en aval de la zone de stockage de déchets révèle une contamination extrême en plomb (Pb) et modérée en antimoine (Sb) en surface, mais un transfert limité en profondeur. Les isotopes de Sb identifient les scories comme étant la principale source de contamination des sols sur le site. Les sédiments de rivière et les eaux à proximité du site minier montrent un enrichissement rapidement dilué par le régime torrentiel du Ponturin. Les sédiments lacustres du lac de La Plagne, situé 7 km en amont, enregistrent une contamination par les fumées pyrométallurgiques pendant la période d'activité de la mine 5 fois supérieure à la période pré-mine. Les sols du bassin versant du lac montrent toujours la persistance de ce Pb anthropique portant la signature du minerai local. L'érosion de ces sols depuis 200 ans contribue à remobiliser ce Pb anthropique vers l'aval.Cette étude montre la persistance et la remobilisation des ETM liés aux anciennes activités minières et métallurgiques. Les inventaires de Pb anthropiques générés demeurent assez importants pour que la trace laissée par ses activités soit mesurable sur le long terme, plusieurs siècles après l'arrêt des activités

Mining and metallurgical activities are among the industrial activities that have the greatest impact on the environment and living organisms. In order to transform a mineralized rock into metal, several industrial steps are necessary and produce large quantities of wastes, generally carrying potentially toxic trace metals. In this respect, the United Nations International Resource Panel recalls that many old and abandoned mining sites have left a serious environmental legacy throughout the world (van der Voet et al., 2013). The various environmental and health issues raised by the mining legacy in many countries, such as in France, represent an opportunity to better understand the long-term effects of these activities on the environment.Hundreds of former mines were exploited in the French Alps, which closed down between the 19th and the 20th centuries, leaving mining and metallurgical waste heaps abandoned on the surface. The Pb-Ag mine of Peisey-Nancroix (Savoy) was one of the most important regional mines between the 17th and 19th centuries. Ore processing and metallurgical activities have left on site large quantities of ore-bearing waste rocks and metal-rich metallurgical slags. Pyrometallurgical fumes were also emitted into the atmosphere. This thesis aimed to assess the contamination generated by the dispersion of these wastes in the environment, the contribution of each source to the contamination and their potential remobilisation. The implementation of a source-sink, multi-compartments, and multi-scalar approach, based on the characterisation of the sources of the contamination (ore-bearing rocks, metallurgical slags and fumes) and the potential sinks of the contamination (soils, lake sediments, waters and river sediments), combined with geochemical, mineralogical, sedimentological and isotopic (Pb-Sb) methods, allowed evaluating the long-term legacy of past mining and metallurgical activities. The study of surface soils downstream of the waste storage area reveals extreme lead (Pb) and moderate antimony (Sb) contamination in the upper most horizons, with limited transfer in depth. Sb isotopes identified slags as the main source of soil contamination at the site. River sediments and waters collected in the vicinity of the mine site show enrichment that is rapidly diluted by the torrential regime of the river. The sediments of Lake La Plagne, located 7 km upstream, show a contamination from the pyrometallurgical fumes during the period of mine activity 5 times higher than during the pre-mine period. The soils of the lake catchment show the persistence of this anthropogenic Pb, with the signature of the local ore. For 200 years, the soil erosion contributes to remobilize this anthropogenic Pb downhill: only a small part of this anthropogenic Pb is being caught into the lake, whereas most of it is being evacuated downstream by the river.This study shows the persistence and remobilisation of trace metals related to past mining and metallurgical activities. The anthropogenic Pb inventories generated remain large enough for the mining legacy to be measurable over the long term, even centuries after the activities have ceased.