Contexte hydrogéologique
Les cours d'eau du bassin ferrifère
La région Lorraine est parcourue par de nombreux cours d'eau, les deux principaux étant la Moselle et la Meuse, orientés Sud-Nord. Les cours d'eau du bassin ferrifère appartiennent aux deux bassins versants de ces grands cours d'eau : en Lorraine, la Chiers est l'affluent le plus important de la Meuse, tandis que l'Orne est un affluent important de la Moselle. En outre, il existe de nombreux plans d'eau ou retenues d'eau. C'est pourquoi il est nécessaire de s'intéresser au contexte hydrologique de la région ainsi qu'aux impacts de l'exploitation minière sur le système hydrogéologique.
L’étude du système hydrogéologique du bassin ferrifère Lorrain se divise en 3 parties :
Avant l'exploitation : un système hydrogéologique en équilibre
On caractérise un système hydrogéologique par :
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son hydrodynamique, qui définit les écoulements (leurs débits, leurs types…),
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sa géochimie, c'est-à-dire la composition chimique de l’eau.
Dans un tel système, les aquifères sont alimentés par l’infiltration des eaux de surface qui circulent jusqu’aux exutoires (sources, rivières, …). Au cours de son écoulement, l’eau transportée interagit chimiquement avec le milieu rocheux. Ainsi, sa composition chimique est modifiée en fonction de la nature des roches et du temps passé en contact avec ces roches.
En général, l’eau de surface a des propriétés oxydantes et est faiblement concentrée en différents ions. En revanche, l’eau souterraine est réductrice (évoluant en milieu anoxique) et possède une teneur plus importante en minéraux.
Ainsi, avant l’exploitation minière, on parle de système hydrogéologique en équilibre global : hydrodynamique et géochimique.
Pendant l’exploitation :
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un impact hydrodynamique
L’exploitation d’une mine provoque des changements notables dans l’équilibre hydrogéologique naturellement établi. Il arrive souvent que le niveau minéralisé que l’on cherche à atteindre lors de l’exploitation soit situé en dessous de la surface piézométrique de la nappe. Dans ce cas il faut procéder à un rabattement de la nappe, c'est-à-dire ramener sa surface au niveau de l’exploitation. Pour cela, un pompage permanent de l’eau de la nappe est mis en place : c’est l’exhaure.
La conséquence majeure de l’abaissement de la surface piézométrique est un déficit de l’alimentation en eau des exutoires voisins.
En revanche, l’eau pompée est utilisée pour l’alimentation en eau potable, l’utilisation industrielle, ou est rejetée dans les cours d’eau voisins, ce qui modifie artificiellement leur débit.
Enfin, l’exploitation d’une mine s’accompagne souvent de l’utilisation d’explosif pour ouvrir de nouvelles galeries. Cela entraîne de nombreuses fissurations qui créent de nouvelles connections hydrauliques.
Le régime hydrodynamique est donc entièrement modifié par les travaux miniers.
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Un impact géochimique
Au cours de l’exhaure, les eaux souterraines sont amenées au contact de l’atmosphère. Ces eaux sont souvent très chargées en minéraux et notamment en fer dissous qui précipite dans les conditions oxydantes de la surface. Il semble alors évident que le rejet dans l’environnement de ces eaux de profondeur pose de nombreux problèmes.
En outre, les exploitations souterraines créent des ouvertures vers les galeries minières. Ces conduits sont susceptibles d’apporter de l’eau et de l’oxygène au contact du minerai. Le milieu initialement réducteur se retrouve ainsi dans des conditions oxydantes, ce qui modifie notablement les interactions eau/roche et entraîne la formation de nouveaux minéraux.
Le schéma suivant résume les impacts hydrodynamiques et géochimiques lors de l’exploitation minière.
Après l’exploitation : mise en place d’un nouvel équilibre hydrogéologique
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Remontée de la nappe
Lorsque l’exploitation minière prend fin, les pompes d’exhaure sont démantelées à la surface ce qui entraîne l’ennoyage des galeries souterraines. Quelques circuits hydrauliques anciens et exutoires naturels peuvent être réactivés ; les vides résultant de l’exploitation génèrent des « courts-circuits » hydrauliques et provoquent ainsi l’apparition de nouveaux exutoires.
En outre, les pompages d'exhaure destinés à maintenir les travaux miniers hors d'eau, ont notamment conduit à une alimentation artificielle des cours d'eaux dans certaines zones du bassin. L'arrêt progressif de l'activité minière a entraîné l'arrêt progressif des pompages d'exhaure et par conséquent, des dispositions spécifiques de soutien d'étiage ont été mises en oeuvre.
Le régime hydrogéologique se voit donc de nouveau modifié et évolue vers un nouvel état d’équilibre, différent de l’état présent avant l’exploitation.
