Gestion de l après mine en France

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1 Gestion du réservoir minier de Gardanne (13) - Approches environnementales et hydrauliques du pompage et de son rejet dans le milieu A. Dheilly, M. Nicolas Département de Prévention et de Sécurité Minière, (DPSM), BRGM, France) Entretiens Jacques Cartier BRGM/DPSM (a) novembre 2013

2 Gestion de l après mine en France ETAT Groupement d intérêt public du BRGM et de l INERIS Geoderis Expert Recherche Gisos Opérationnel Département Prévention et Sécurité Minière DPSM Assurer pour le compte de l Etat, la surveillance des sites miniers Gardanne : article L Installations Hydrauliques de Sécurité - IHS) BRGM/DPSM (m) Groupement de recherche sur l Impact et la Sécurité des Ouvrages Souterrains > 2

3 Localisation et Géologie - Exploitation : ,5 milliards de tonnes - Distance : Est-Ouest : 17 km Nord-sud : 10 km 65 km 2 Liaison entre mine (+18 m NGF) et port de Marseille par Galerie de la Mer de 14 km (0 m NGF) Quatre couches de lignite exploitées dans du calcaire karstique fuvélien (Crétacé supérieur) : partie autochtone et nappe de charriage (Lambeau Charrié) Au-dessus : argile et calcaire oligocène (affleurement jurassique : Sainte Victoire et Etoile) Mine En dessous : aquifère calcaire du crétacé inférieur et du jurassique Puits Gérard BRGM/DPSM (a) > 3

4 Altitude (mngf) A Evolution des techniques d exploitation et extension de la mine avec le temps 4 couches de lignite Gros Rocher : 0.8m 4 Pans layer : 0.8m Mauvaise Mine : 0.8m Grande Mine 2.5 to 3.5 m B Affleurement févuliens : Rocher Bleu et Valdonne Mine pompée en continu (de 600 à 850 m3/h) pour dénoyer les travaux Lambeau Charrié (nappe de charriage) et affleurements fuvéliens East West A B BRGM/DPSM (a) Puits Gérard Zone en chambres et piliers non remblayée 0-1,200 Pendage Mine du Fuvélien > 4

5 Risques et Enjeux environnementaux de l après mine du site de Gardanne/eau Remplissage du réservoir minier suite à l arrêt de l exhaure Gestion de l eau ferrugineuse (mg/l) Sans action : débordement à +18 m NGF par la Galerie de la mer coloration des eaux du Port de Marseille par oxydation du Fer dissous dans les eaux de mine (essai par CdF) Solution étudiée par l ancien exploitant et abandonnée par manque de place: le traitement avant rejet d un débit d eau > 600 m3/h Paramètres minimum maximum moyenne ph NF T unité ph 6,6 7,05 6,76 Conductivité à 20 C μs/cm Calcium mg/l Magnésium mg/l Potassium mg/l Sodium mg/l Chlorures mg/l Sulfates mg/l Ammonium mg/l Nitrates mg/l <1 2,3 4,42 Manganèse mg/l 0,4 0,57 0,47 Fer mg/l 1, données : sept 2011 à nov 2012 BRGM/DPSM (m) Simulation graphique > 5

6 Solution retenue Débit de pompage initial prévu : de 450 à 600 m3/h Le rejet se fait en profondeur à ce niveau. Cette simulation graphique montre ce doit être évité! BRGM/DPSM (m) > 6

7 Installations mise en place 4 pompes Evacuation de l eau dans un tuyau PEHD installé dans la Galerie de la Mer IMAGE DES FORAGES BRGM/DPSM (m) Foration de 3 sondages inclinés débouchant à l extérieur du port à 30 m de profondeur, équipés chacun d une tuyauterie PEHD, prolongée par un dispositif de dilution en mer. > 7

8 Installations de diffusion en mer Le rejet en mer s effectue par l intermédiaire de 3 «clarinettes» équipées chacune de 14 diffuseurs «bec de canard» > 2005 : Etat zero : Caractérisations chimique et physique du milieu du futur lieu de rejet par l ancien exploitant dans le cadre du DADT. > 2010 : Etat zéro-bis Caractérisations chimique et physique du milieu du futur lieu de rejet avant démarrage du pompage par le BRGM - DPSM > Aout 2010 début du pompage et du rejet Le débit est augmenté progressivement de 450 à 600 m3/h, puis successivement à 850, puis 1050 m3/h en agissant sur la géométrie des canalisations et en adaptant la sécurité des installations hydrauliques > Fin 2010 début 2011 : bilan de l impact du rejet sur le milieu Les mesures et les interprétations réalisées par une société spécialisée montrent qu il n y a pas d impact négatif sur le milieu, tant sur la faune et la flore, que sur le sédiments, ni de coloration en surface > Depuis 2011 bilans annuels de l état du milieu receveur Confirmation de l absence d impact, la DDTM et la DREAL autorisent une diminution des fréquences d investigation BRGM/DPSM (m) > 8

9 Exemples de contrôles de l eau de mine et du milieu récepteur Point de prélèvement des eaux de mine sur la canalisation PEHD Points de contrôle en mer Suivi hebdomadaire de la qualité des eaux de mine BRGM-DPSM (m) > 9

10 Problèmes rencontrés > Débit de pompage insuffisant pour contrôler le niveau dans la mine BRGM/DPSM (a) > 10

11 Comprendre le comportement de l'eau dans la mine Modélisation de la géologie régionale en 3 dimensions : pour mieux comprendre le contexte géologique de l encaissant de la mine Représentation de la mine en 3 dimensions (géomodeleur) Liens entre la partie autochtone de la mine et le Lambeau Charrié Galerie de la Mer Puits Gérard Lien entre mine autochtone et nappe de charriage Reconnaitre les circulations privilégiées d eau par galeries Relations zones exploitées et galeries BRGM/DPSM (a) Mine > 11

12 02/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /2012 Altitude (m NGF) Altitude (m NGF) Modélisation GARDEMUL et GARDENIA (logiciels développé s par le BRGM 4 variables en entrée : pluie et ETP, débits pompés et débit de réalimentation de la nappe ). Détermination de l influence de chaque paramètre sur le niveau d'eau observé Reproduction du niveau du puits observé Simulations en fonction de la pluviométrie Gardemul : Simulation Décadaire du niveau Puits Y (compos.) niveau simulé niveau réel correlation = Pluie Effic. Pomp Gardénia : Simulation du niveau Puits Gérard (Corrélation = 0.992) Simul. Observ Alim Nappe Ext Mine BRGM/DPSM (a) > 12

13 Nouveau schéma conceptuel Q (issu de la pluie efficace) = de 1 à 9 Mm3/an selon pluviométrie 75 % pluie efficace 75 % pluie efficace Période 01/08/ /07/2011 Stocks d eau (18 millions m 3 ) dans la partie en chambres et piliers de l est de la mine autochtone Affleurements fuvéliens du Lambeau Charrié 800 m 3 /h minimum Affleurements fuvéliens de la partie autochtone de la mine Niveau de l eau au puits Gérard pompage Puits Gérard Sources jurassiques Q = 800 m 3 /h minimum (7 Mm3/an) 300 m 3 /h ou plus Débit moyen à pomper : entre et m3/h Modification des installations : pompes, diffuseurs, Etude impact sur faune et flore marine Mine BRGM-DPSM (a) > 13

14 Augmenter le potentiel de pompage Etude d impact et modifications de l installation hydraulique pour un rejet de 1200 m3/h > Etude préalable sur l impact de l augmentation du débit sur le milieu receveur, dimensionnement des dispositifs de diffusion (géométrie de clarinettes, nombre de diffuseurs) > Etudes techniques (hydraulique, électrique) liées à l augmentation du débit: dimensionnement des pompes, des canalisations, des organes de sécurité. BRGM/DPSM (m) > 14

15 Conclusions et perspectives Les mesures réalisées à ce jour valident les études prospectives et montrent qu il n y a pas d impact environnemental du rejet de l eau de mine sur le milieu marin (faune, flore, sédiments) Par ailleurs, les développements initiés depuis permettent de mieux comprendre le comportement hydraulique du réservoir minier et de redimensionner l'installation de pompage. Les améliorations continues de ces outils vont assurer la disponibilité d'une base de connaissances solide sur le réservoir minier et son comportement. Ces connaissances acquises offrent de multiples possibilités d utilisation dans différents domaines: la recherche: - modélisation hydrogéologique 3D des réservoirs complexes et gestion des incertitudes dans ces modèles; - modélisation chimique de l interaction eau/milieu houiller (décroissance du fer en fonction du temps) relation entre les événements microsismiques, la pluie et le remplissage des zones de la mine l étude de l'utilisation future de l'eau pompée - à court terme: développement possible de la géothermie avec un doublet pompée-rejet dans différents puits de mine; - à plus long terme, lorsque les niveaux de fer auront baissé : utilisation potentielle de l'eau Mine pour l'industrie ou pour l'eau potable BRGM/DPSM (a+m) > 15