Extraction de l'argile

Un article de TerraWiCotta.

Après avoir introduit les principaux éléments sur les matières de base et l’argile, nous allons présenter le procédé de fabrication avec ses différentes étapes : l’extraction de l’argile, la préparation de la pâte, le façonnage, le séchage et la cuisson. Le présent chapitre est consacré à l’extraction de l’argile à la carrière. Tout commence donc à la carrière d’argile.

Sommaire 1 Préparation du projet de carrière 1.1 Etude du gisement 1.2 Préparation technique de l’exploitation de la carrière 1.3 Préparation administrative 2 Exploitation 2.1 Généralités 2.2 Matériels d’extraction 2.3 Pré homogénéisation et stock annuel 3 Carrière et environnement 3.1 Réglementation européenne 3.2 Exemple de réglementation nationale des carrières: le cas français 3.2.1 Schéma départemental des carrières 3.3 Émissions des carrières 3.3.1 Poussières 3.3.2 Eaux d’exhaure 3.3.3 Bruits

Préparation du projet de carrière

Avant une éventuelle mise en exploitation, des études approfondies de la future exploitation de la carrière d’argile sont réalisées.

Etude du gisement

On commence par l’étude du gisement à partir des cartes, études géologiques, et des examens de surface disponibles. Puis des analyses sur le terrain sont effectuées. Les techniques géophysiques (carte de résistivité électrique par la méthode de Slingram, carte par magnétisme, épaisseur de couches par mesure de résistance électrique à quatre électrodes - méthode de Wenner, sismique) sont peu utilisées dans l’argile car les gisements exploitables sont superficiels et le carottage ainsi que la réalisation de tranchées sont aisés. On pratique donc des sondages carottés selon un maillage donné, en fonction de la qualité du gisement et l’utilisation envisagée. Des échantillons sont récoltés. Le gisement est caractérisé par son extension géographique, son épaisseur, son pendage, son uniformité, la hauteur de la découverte et finalement sa puissance, exprimée en tonnes de produit cuit ou en années de production. Une carrière doit pouvoir s’exploiter sur le long terme (10 à 30 ans ou plus). Les informations sur les conditions géologiques de formation des couches donnent des indications sur l’uniformité, les impuretés potentielles… Il y a souvent plusieurs couches d’argile superposées avec des propriétés différentes. Dans une couche, la partie inférieure est souvent de plasticité inférieure. Des veines plus ou moins argileuses viennent s’intercaler entre les bonnes couches. On rencontre aussi des impuretés comme des bancs de silex, des nodules de calcaire, des bancs de coquillages et fossiles, des pyrites, des matières organiques : lignite, tourbe… Il faudra sans doute les éliminer et l’exploitation sera donc sélective, quand c’est possible et économique. On étudie alors les propriétés des argiles obtenues, les mélanges de production réalisables, les propriétés des produits cuits finaux.

Préparation technique de l’exploitation de la carrière

Après cette évaluation technique du gisement, on réalise les études économiques de sa mise en œuvre. Le rapport entre la puissance exploitable et le volume de découverte est un facteur crucial dans la rentabilité du projet. De même la distance carrière- usine est importante. On prépare les plans d’exploitation en fonction du procédé d’exploitation prévu et de l’état de développement de la carrière. On choisira les hauteurs des fronts de taille, la formation éventuelle de gradins, les pentes des talus pour qu’ils restent stables, selon leur nature et leur humidité. Les talus d’argile humide nécessitent ainsi des angles maximaux de l’ordre de 20 à 30°. On conçoit l’exhaure (drainage et évacuation de l’eau de la carrière). L’eau peut s’accumuler par infiltration, ruissellement et pluie. Une mauvaise exhaure peut induire des problèmes de stabilité des couches, des risques de contamination entre couches et peut compliquer le transport de l’argile. Un écoulement naturel est évidemment le plus simple quand c’est possible car l’entretien du système d’exhaure et l’énergie consommée par les pompes peuvent devenir coûteux. On limitera au mieux les arrivées d’eau et on s’efforcera de garder l'exhaure la plus propre possible. Il faudra prévoir des bassins de décantation pour clarifier l’eau avant son rejet avec une qualité conforme à la réglementation. On prévoira le transport à l’intérieur de la carrière et aussi entre la carrière et l’usine de terre cuite, en étudiant les moyens mis en œuvre et les trajets effectifs. Les passages d’engins, la création des pistes et leur revêtement seront planifiés. La position des remplissages en fuel des engins sera fixée, ainsi que celles des stations de lavage des engins. On examinera les problèmes de voisinage qui peuvent apparaître en période d’extraction: les voisins peuvent se plaindre du bruit, de la poussière, de la circulation, et de la saleté des routes… Si on considère ces problèmes dès le stade de la conception, ils sont généralement plus faciles à résoudre. Les solutions classiques sont la clôture de la carrière, la constitution de merlons de terre et de chicanes judicieusement placés pour limiter les bruits, la plantation de haies d’arbres pour limiter les envols de poussière, le mouillage et traitement des pistes si besoin est, le nettoyage des roues des camions qui quittent la carrière…En période d’inactivité de la carrière, on se préoccupera de la sécurité des voisins et promeneurs. On fixera les positions des éventuels tas d’argile, en particulier si on y stocke la production annuelle. On planifiera le stockage de la découverte : elle peut parfois être utilisée pour faire des écrans de protection acoustique et elle sera réutilisée à la remise en état.

Préparation administrative

La préparation du projet de carrière sous le plan administratif est généralement une tache laborieuse, variable selon les réglementations et administrations nationales et locales Le premier point est bien sur lié à la propriété de la carrière. Selon les législations, il peut exister différents types de propriété de l’argile. La carrière sera achetée, concédée ou louée avec par exemple un droit de fortage. On réalise les travaux nécessaires à la sauvegarde de restes archéologiques qui pourraient être mis à jour : par exemple des sondages sont demandés par la récente loi française sur l’archéologie préventive et ses décrets d’application. Une étude d’impact est alors réalisée et remise à l’administration avec la demande d’autorisation d'exploiter. Ce document présente le projet, les buts visés et les précautions environnementales qui sont prises. II comprend habituellement les éléments suivants :

• Description de l’état initial des lieux avant la création de la carrière;
• Intégration des futures exploitations dans leur environnement (étude paysagère, faune et flore remarquables, compatibilité avec l’exploitation agricole),
• Protection les intérêts liés à l’environnement, et études des effets prévisibles de l’exploitation future sur la qualité de l’environnement et sur la sécurité du public ;
• Définition des mesures prises pour limiter les nuisances de l’exploitation et prévenir les pollutions (réduction du bruit, limitation des poussières en tenant compte de la météorologie,
• Protection des ressources en eau, limitation de l’impact hydraulique sur la nappe phréatique et les captages d’eau, contrôle des rejets d’eau….
• Proposition des moyens de transport les mieux adaptés.
• Prise en compte du devenir des sites avec description de la remise en état prévue (stabilisation et mise en sécurité des fronts de taille, nettoyage, relief et remblayage éventuel, élimination des vieilles installations, insertion dans le paysage, pentes acceptable des talus, limitation de la hauteur des fronts de taille par des banquettes intermédiaires, limitation des ruptures de pentes, essences végétales replantées,…) avec son coût estimé.
• Travail par phases avec des déboisements limités et simultanéité de l’exploitation et de la remise en état.
• Association des populations locales aux phases de vie de la carrière.

Généralement, à la suite de l’étude d’impact, des enquêtes publiques sont réalisées pour informer les populations et les associations locales et obtenir leurs avis et commentaires. A la suite de ce long travail de préparation, et si tout se passe bien, l’administration donne une autorisation d’exploiter avec un certain nombre d’exigences et de limitations.

Exploitation

Généralités

L’extraction a généralement lieu à ciel ouvert. De façon très générale, l’argile est extraite de façon mécanique. L’abattage à l’explosif n’est généralement pas nécessaire pour l’argile qui est assez tendre. Il peut l’être cependant si l’argile est recouverte d’une couche plus dure. On trouve souvent deux types de carrières :

• Les carrières de plaines ou au fond de vallée. Il s’agit alors souvent de couches lacustres ou fluviales récentes, en forme de lentilles horizontales. Elles sont souvent assez minces. Leur exploitation est assez simple, il y peu de problème de stabilité des pentes sauf s’il peut y avoir des accumulations d’eau importantes au fond de la carrière et des interactions ou non avec la nappe phréatique. L’eau stagnante peut devenir polluée.
• Les carrières de collines. Il s’agit souvent de couches marines plus anciennes qui ont été remodelées par la tectonique. Elles peuvent être très épaisses (plusieurs centaines de m) avec des orientations plus ou moins pentues. L’exploitation se fera à flanc de coteau, en fonction de la topologie. On peut alors faire des gradins pour l’exploitation avec des pelleteuses. De façon plus rustique, il est aussi possible de réaliser un plan incliné de glissement, en bas duquel on charge l’argile poussée du haut par un bulldozer. La stabilité des pentes, à court et à long terme, est très importante, en particulier en zone sismique.

L’exploitation est dite en butte lorsqu’elle se fait à flanc de coteau ou de talus, et en fouille quand elle se fait en excavation. Les hauteurs de front de taille sont souvent comprises entre un mètre à une vingtaine de mètres environ, pour des raisons d’épaisseur de couche, d’accès des engins et de stabilité et sécurité quand les couches sont épaisses. La hauteur des gradins est limitée par le rayon d’action des engins. L’exploitation en elle-même commence par l’enlèvement de la découverte (encore appelée stérile) à l’aide de bouteurs (bulldozer), de pelles mécaniques, de chargeurs ou de décapeuses (scraper)… Cette découverte est mise de côté pour le réaménagement futur, sous forme de merlons géo techniquement stabilisés. La terre végétale est stockée de façon sélective dans des tas de hauteur limitée pour lui conserver sa valeur humifère. Parfois une mince couche d’argile est conservée en fond de carrière pour assurer la protection des sols et sous-sols contre une pollution accidentelle. On s’efforce parfois d’exploiter chaque couche de façon séparée afin de limiter les pollutions et les variations de compositions. Ce tri devient cependant plus difficile et moins économique actuellement avec les nouveaux modes d’exploitation à haute productivité. Souvent, l’extraction est réalisée au cours de campagnes courtes et intenses, dans une période bien choisie, et cette approche tend à se généraliser. Le travail en campagne permet d’extraire dans des bonnes conditions climatiques, d’optimiser l’organisation, de sous-traiter le travail à des sociétés spécialisées mieux équipées, de limiter dans le temps l’impact écologique et d’être moins sensible aux variations de la géologie. Le prix de revient au m3 peut ainsi être réduit, en particulier pour les carrières éloignées de l’usine. Le transport entre la carrière et l’usine est souvent sous-traité lui aussi.

Matériels d’extraction

Selon le mode d’exploitation et la dureté de la terre, l’extraction peut se faire à la pelle mécanique, à l’excavateur, à l’aide de défonceuses, décapeuses, bouteurs, chargeuses, roues-pelles (ou roue à couteaux), etc. L’utilisation de pelles mécaniques est la plus courante. Ces machines conviennent bien pour les argiles de dureté moyenne avec des gradins de 2 à 6 m. Ces équipements sont très maniables, flexibles et ont de multiples emplois. On peut exploiter facilement plusieurs couches à la fois et éviter les impuretés. En butte, les pelles travaillent avec un godet normal. En fouille, elles utilisent un godet rétro. Ces machines peuvent aussi être équipées de dragline ; dans ce cas, elles se rapprochent de l’excavateur à godet. Les excavateurs à godet travaillent sur des matières tendres avec des fronts de taille plus grands (5 à 15 m). Ils fragmentent l’argile sous forme d’un copeau et homogénéisent bien les différentes couches mais incorporent aussi les impuretés lorsqu’elles existent. La roue à couteau permet de fragmenter l’argile et de pouvoir suivre des couches de faible épaisseur en évitant les zones d’impuretés. La matière première extraite est déplacée dans la carrière par des tombereaux (dumper) puis acheminée à l’usine, principalement par camions, moyen flexible et économique. Plus rarement, l’argile a pu être évacuée par voie ferrée, transporteurs à câbles ou transporteurs à bandes, moyens plus anciens, plus lourds, peu flexibles et moins adaptés à des carrières d’argile pour la terre cuite.

Pré homogénéisation et stock annuel

Quand on extrait par campagne, on réalise de grands tas en plein air correspondant à la production de l’année à venir. On effectue ainsi une pré homogénéisation de l’argile en réalisant ces tas de stockage : la matière extraite est déposée en couches successives d’épaisseur relativement faible. Le mélange s’effectuera lors de la reprise du tas ; ce dernier sera prélevé alors de façon perpendiculaire (verticalement si les couches de dépôt sont horizontales). Ceci permet un lissage des compositions de l’argile, d’autant meilleur que le nombre de couches est élevé, l’homogénéisation s’améliorant comme la racine carrée du nombre de couches. Le dépôt des couches peut se faire en couches parallèles horizontales ou en chevrons, selon le volume du tas. La géométrie des tas peut être linéaire, annulaire, circulaire, conique ; selon la surface disponible et les moyens de manutention. Le travail par campagne permet de prendre facilement des échantillons au fur et à mesure de la construction du tas, de vérifier la constance des matières premières pour l’année à venir et de limiter les mauvaises surprises. Pour des questions de prix de revient, il ne peut être question de transporter les matières premières sur de trop longues distances, l’incidence des frais de transport devenant prohibitive. La grande majorité des tuileries et briqueteries travaillent avec des matières premières provenant de gisements proches de l’usine (quelques kilomètres). De façon à améliorer les caractéristiques des mélanges de fabrication et les qualités des produits cuits, certaines usines doivent cependant faire des ajouts limités d’argiles d’appoint de haute qualité provenant de gisements plus lointains, parfois à plusieurs centaines de km..

Carrière et environnement

Les carrières sont soumises à de très nombreuses réglementations européennes et nationales. Cette réglementation est complexe et se modifie rapidement. Nous nous limitons ci-dessous à donner quelques informations générales sur les lois européennes et françaises.

Réglementation européenne

La réglementation européenne ne s’est pas encore intéressée aux carrières en temps que telles. Il existe, bien sur, plusieurs réglementations qui s’appliquent aux carrières sans leur être spécifiquement destinées: La directive sur l'évaluation des incidences sur l'environnement couvre les mines et carrières à ciel ouvert de plus de 25 hectares.

L'activité de l'industrie extractive sera aussi couverte par la nouvelle directive cadre sur l’eau. En janvier 2006, le Parlement Européen a adopté la directive « Gestion des déchets miniers ». Cette directive contient :

• des conditions liées à la délivrance des autorisations d’exploiter
• des obligations sur la gestion des déchets (élaboration d’un plan de gestion des déchets avec leur caractérisation, leur quantité etc.)
• l’obligation de présenter un niveau de sécurité financière adéquat (ce qui correspond aux garanties financières demandées en France).

Le traitement des minéraux en usine est réglé par la directive concernant la prévention et le contrôle intégré de la pollution (IPPC) qui sera discutée de façon plus approfondie dans le chapitre sur l’environnement et les usines. La réglementation des carrières est donc jusqu’à présent principalement nationale et on va détailler la réglementation française à titre d’exemple.

Exemple de réglementation nationale des carrières: le cas français

La législation française, en particulier le code minier, appelle carrières les gîtes de substances telles que les pierres à bâtir, le gypse, les granulats alluvionnaires à béton, les sables, les argiles, la barytine, l'amiante, le talc, les roches massives pour granulats concassés et les roches ornementales. Pour les carrières, la propriété du sol donne la propriété du sous-sol tandis que pour les mines, l'État français reste propriétaire des richesses du sous-sol, et n'en octroie le droit d'exploitation à des particuliers que sous forme de concession. Celui qui désire exploiter une carrière d’argile doit donc soit acheter le terrain, soit acquérir les « droits de fortage », qui lui permettent, moyennant redevance, d'exploiter les matériaux. Installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE) Depuis la loi Saumade 93-3 du 4 janvier 1993 relative aux carrières, le décret 94-484 du 9 juin 1994, et l’arrêté du 22 septembre 1994, l'ouverture d'une carrière est soumise à la législation sur les installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE) et nécessite, outre l'accord du propriétaire du sol, une autorisation d’exploitation préfectorale dont on a parlé précédemment. L’autorisation est accordée par le préfet pour une durée limitée (15 à 30 ans au maximum) après consultation de la commission départementale des carrières. La réhabilitation des carrières fait l'objet d'une réglementation particulière, avec obligation pour l'exploitant de déposer, dès le début de l’opération, une garantie financière pour couvrir le coût de réhabilitation des lieux en fin d'exploitation en cas de carence de l’entreprise.

Schéma départemental des carrières

Il existe, par département, un schéma des carrières. Il est élaboré par la commission départementale des carrières et approuvé par le préfet de département après avis du conseil général. Il doit constituer un instrument d'aide à la décision du préfet lorsque celui-ci autorise les exploitations. Ses recommandations visent essentiellement à assurer une gestion rationnelle et optimale des ressources, et une meilleure protection de l'environnement. Les tâches à accomplir par cette commission portent sur neuf thèmes fondamentaux :

• l'inventaire des ressources ;
• l'analyse des besoins existants et à venir en matériaux ;
• l'analyse des modes d'approvisionnement existants ;
• l'analyse de l'impact des carrières existantes sur l'environnement ;
• l'analyse des modalités de transport des matériaux et des orientations à privilégier dans ce domaine ;
• les orientations et objectifs dans le domaine de l'utilisation économe et rationnelle des matériaux ;
• la détermination des zones devant être protégées, compte tenu de la qualité et de la fragilité de leur environnement, en liaison avec la gestion des eaux ;
• les orientations et objectifs à atteindre dans les modes d'approvisionnement de matériaux afin de réduire l'impact des extractions sur l'environnement ;
• les orientations à privilégier en matière de réaménagement des carrières.

Les demandes d’autorisation doivent bien sûr être conformes à ce schéma départemental. A l’issue d’une longue procédure administrative : soumission au préfet, envoi à la DRIRE, réalisation d’une enquête publique, consultation des administrations, des élus, de la commission départementale et retour au préfet, c’est ce dernier qui prend la décision finale d’autorisation d’exploitation. Les autorisations d'ouverture et l'extraction font l'objet d'une réglementation de plus en plus stricte et exigeante dans les domaines de la santé (empoussièrement) et de l'environnement. Les problèmes les plus importants portent sur la réduction des nuisances dues au bruit, au transport routier, à la pollution des eaux, et aux impacts faunistiques, floristiques et paysagers.

Émissions des carrières

Établissements classés, les carrières doivent contrôler leurs émissions : les poussières, les eaux de ruissellement et le bruit.

Poussières

Pour les poussières, un certain nombre de précautions sont exigées, comme le traitement des pistes, le lavage des roues des camions à la sortie de la carrière, la plantation de haies d’arbres…

Eaux d’exhaure

Les eaux de carrière peuvent se charger de particules en suspension. Elles peuvent devenir acides en particulier si il y a des sulfures de fer qui s'oxydent lentement en sulfates. Il peut y avoir des pollutions organiques. Dans leur principe, les eaux de carrière (exhaure, pluie, lavage) sont soumises aux mêmes limitations qu'une eau polluée quelconque. L’eau rejetée ne doit pas être chargée en suspensions qui sont de fines particules insolubles, minérales ou organiques, biodégradables ou non, que l’on élimine le plus souvent par décantation. Au-delà de leur aspect déplaisant, elles font écran à la lumière, nuisant ainsi à la photosynthèse qui permet la bonne oxygénation de l’eau:composés chimiques nocifs. L’eau d’exhaure ne doit pas être chargée en composés chimiques. On contrôle alors le pH, les Matières En Suspension (MES), la Demande Chimique d’Oxygène (DCO). Cette dernière est reliée à la pollution organique des eaux puisqu'elle représente le poids d'oxygène nécessaire à la dégradation par voie chimique de la totalité de la matière organique. On note que des sels inorganiques sont présents naturellement dans l'eau, en concentration variable. Ils participent à la conductibilité électrique. On peut trouver des chlorures, des fluorures, des sulfates. Il n’y a pas de limitations prévues dans l’arrêté de 1994. L’arrêté d’autorisation fixe des contraintes conformes à la réglementation pour les caractéristiques importantes pour le projet, généralement des valeurs de rejets sont fixées,

pH	Entre 5.5 et 8.5
Température	<<st1:metricconverter productid="30ﾰC">30°C</st1:metricconverter>
Matières en suspension (mg/l)	<35
DCO (mg/l)	< 125
Concentration en hydrocarbure (mg/l)	<10

Tableau 18 Valeur typiques exigés pour les rejets d'eau

On trouve souvent des demandes additionnelles comme On ne stockera pas et ne fera pas de transfert d’hydrocarbures dans la carrière. Le nombre et la taille des bassins de rétention sont définis,

Bruits

En ce qui concerne le bruit, il provient principalement des engins de chantier et des camions. Les carrières sont soumises à l’arrêté du 23 janvier 1997. On utilise l’indicateur d’émergence, définie comme la différence entre le bruit ambiant (installation en fonctionnement) et le bruit résiduel (installation à l’arrêt). On définit aussi des zones à émergence réglementée, qui comprennent les immeubles habités environnants. Les émissions sonores ne doivent pas engendrer une émergence supérieure à des valeurs données dans les zones réglementées (< 5 dB(A) le jour et 3 dB(A) la nuit si le bruit ambiant est > 45 dB(A)). Par ailleurs, l'arrêté préfectoral fixe pour chaque période de la journée le bruit à ne pas dépasser en limite de propriété. Il ne peut dépasser 70 dB(A) le jour et 60 dB(A) la nuit. Il peut prendre en compte les tonalités marquées. Souvent on fixe les heures d’ouverture de la carrière et les niveaux sonores et la circulation des véhicules est précisée.