Projet Impact of tailings on environment : Example of transfers of elements from spoil tips in the North of France

Description du projet

Pour satisfaire ses besoins, l’homme n’a de cesse d’augmenter les capacités d’exploitation minière. Cette exploitation a un fort impact sur l’environnement, notamment lors du stockage des résidus miniers non valorisables. Ces stériles miniers sont généralement accumulés sous forme de dômes modifiant le paysage, et sont soumis à des processus d’altération et de lessivage. Par conséquent, des éléments potentiellement toxiques et/ou polluants peuvent être transférés de ces résidus vers leur environnement proche, et constituer un risque pour la santé humaine et les écosystèmes.

Face à ces enjeux sociétaux, économiques et environnementaux, les interactions entre stériles miniers et environnement, ainsi que les processus de transferts associés, doivent être bien compris et leurs impacts quantifiés pour tenter de les minimiser.

En France, cette problématique est particulièrement présente dans les anciennes régions minières, notamment dans le Nord et le Pas-de-Calais, où se situait l’une des plus importantes zones d’extraction de charbon du pays. Les terrils – près de 300 dômes formés par les cumulas de résidus et de déchets de l’exploitation houillère – peuvent être l’origine de transferts d’éléments du matériel géologique parent (éléments traces, métaux, soufre, composés organiques, …) vers les écosystèmes et hydrosystèmes attenants. Or à ce jour, très peu d’études ont quantifié les risques associés à ces transferts.

Malgré leur potentiel pouvoir polluant et leur apparente stérilité, les terrils présentent à leur surface un néo-sol et une végétalisation par des espèces pionnières. Ainsi, les terrils deviennent le support d’écosystèmes originaux et uniques dans la région, et doivent à ce titre, être protégés.

Ce projet vise à caractériser les interactions et les transferts terril/eau/environnement, à établir les flux d’éléments mobiles, et à identifier les risques potentiels de pollution. Pour ce faire, nous prévoyons de suivre trois axes de recherche : (1) un axe géologique, afin de caractériser le matériel parent et les processus d’altération (caractérisation de la source des éléments mobiles), (2) un axe pédologique, pour étudier la formation du néo-sol et son rôle dans les transferts des éléments, et (3) un axe géochimique, pour déterminer et quantifier les transferts d’éléments vers l’environnement de surface. En combinant les résultats de ces trois axes de recherche, nous serons en mesure d’aider au développement de stratégies de gestion raisonnée des terrils et de leurs écosystèmes. Bien que centrés sur les terrils du Nord de la France, nos résultats seront transposables à des systèmes similaires à travers le monde (Wallonie (Belgique), Russie, Angleterre, …). Pour mener à bien ce projet, nous combinerons des approches géologiques, géophysiques, hydrologiques, écologiques et biogéochimiques. Plusieurs protocoles d’échantillonnage, de mesure et d’analyse seront spécialement développés pour ce projet. Ainsi, pour caractériser les processus d’altération du matériel géologique, des analyses de composition à l’échelle nanométrique seront menées (STXM-XANES pour l’étude de l’état d’oxydation du fer), le GPR (Ground Penetrating Radar) sera déployé pour étudier le système hydrologique interne des terrils et des tests de lixiviation en laboratoire seront utilisés pour établir des liens entre la libération des éléments du matériel géologique et du néo-sol et de la composition in situ des eaux de ruissellement et des eaux de percolation. Ce projet s’appuie sur l’expertise de collaborateurs en minéralogie, biogéochimie, hydrologie et géophysique.

Apports scientifiques du laboratoire

Ce projet s’inscrit parfaitement dans les thématiques de l’équipe ER4 du laboratoire LGCgE, abordant la réhabilitation des milieux anthopisés et/ou pollués. Ce projet fait notament écho au projet GESIPOL (ADEME) dirigé par Francis Douay (Junia) qui vise la réfonctionnalisation de différents sols multicontaminés sur l’abord d’anciennes industries métallurgiques et au pied de stockage de déchets miniers.

De plus, ce projet permettra à la fois de créer des synergies, de renforcer des collaborations existantes et d’équiper un nouveau laboratoire de géochimie. Bien que l’objet d’étude soit une préoccupation régionale, les résultats escomptés doivent permettre de comprendre des processus à l’œuvre dans d’autres contextes donnant ainsi une portée internationale au projet.