Réservoirs miniers du bassin ferrifère

Depuis la deuxième moitié du 19e siècle, le nord de la Lorraine a connu une importante activité minière sur le bassin ferrifère. Ce bassin est situé dans le nord-ouest du département de la Moselle, le nord du département de Meurthe-et-Moselle (Pays-Haut) et une frange dans le département de la Meuse. Ce bassin minier se prolonge au nord, en territoires belge et luxembourgeois. L’exploitation de ce gisement est aujourd’hui arrêtée.

Localisation des réservoirs miniers du bassin ferrifère lorrain (source BRGM)"
Localisation des réservoirs miniers du bassin ferrifère lorrain (source BRGM)

Contexte géologique et hydrogéologique

Du point de vue hydrogéologique, on distingue les formations aquifères suivantes :

  • la formation ferrifère aquifère   exploitée, reposant sur les marnes imperméables du Toarcien, surmontée des marnes micacées imperméables du Bajocien inférieur, c’est un aquifère   artificiel constitué des vides créés par les galeries minières, dénommé par convention « réservoir minier » ;
  • l’importante formation aquifère   du Bajocien (nappe du Dogger), principalement fissurée et localement karstique ;
  • les nappes perchées du Bajocien supérieur (Oolite de Doncourt, etc.) séparées par des formations imperméables à semi-perméables (marnes de Gravelotte) ;
  • des nappes alluviales de faible extension (alluvions de l’Orne, de la Fensch, etc.) ;

La nature des écoulements dans ces différentes formations est complexe. Ces formations aquifères sont susceptibles d’être en communication hydraulique.
C’est le cas notamment :

  • de l’aquifère   du Dogger et des réservoirs miniers, mis en communication au niveau des zones foudroyées qui constituent des zones de recharge   du réservoir (fracturation de la formation des marnes micacées suite aux effondrements miniers provoqués) ;
  • des aquifères perchés du Bajocien inférieur et du Bathonien avec l’aquifère   principal du Dogger ;
  • des aquifères du Dogger et des réservoirs miniers avec les aquifères alluviaux au niveau des vallées.

Les directions d’écoulements montrent :

  • le drainage de la nappe du Dogger par celle des réservoirs miniers ;
  • le drainage des réservoirs miniers par les cours d’eau au niveau des points de débordement des différents réservoirs ainsi qu’au niveau des points de rejets des exhaures conservés au titre du soutien d’étiage.

Parmi les conséquences de l’ennoyage   figurent du point de vue hydrogéologique :

  • la modification des écoulements souterrains ;
  • la modification du débit des cours d’eau ;
  • la détérioration de la qualité de l’eau souterraine.

Certains cours d’eau ont en effet vu leur débit baisser du fait de l’arrêt du rejet des eaux d’exhaure  , et d’autres augmenter en raison des débordements des réservoirs miniers et de la réactivation de sources de drainage de l’aquifère   du Dogger, tout cela dans des proportions parfois considérables.

Des exutoires des réservoirs miniers non désirés sont apparus, sous forme de « fuites » situées en dessous des cotes de débordement envisagées, comme cela a pu être observé dans les vallées du Conroy, du Chevillon, et de l’Orne.

Fonctionnement hydrogéologique du bassin ferrifère Lorrain

On distingue dans un réservoir minier les zones ennoyées, dans lesquelles les anciennes galeries abandonnées sont remplies d’eau et débordent généralement vers des points de débordements aménagés ; et les zones non ennoyées, qui collectent et conduisent l’eau qui s’y infiltre vers les zones ennoyées.

Après l’arrêt des exhaures, l’eau d’ennoyage   a rempli les vides artificiels laissés par l’activité minière. La remontée du niveau d’ennoyage   des différents réservoirs a été limitée par la présence d’un ou plusieurs points de débordement, qui jouent le rôle de déversoirs des eaux d’ennoyage   vers les cours d’eau. Généralement, le niveau d’un réservoir ne peut pas dépasser de beaucoup la cote du seuil de son point de débordement le plus bas, même en période de hautes eaux. En effet, la plupart des points de débordement sont aménagés pour laisser passer des débits de crue très importants, ce qui limite la possibilité d’élévation du niveau du réservoir.

Lors de l’ennoyage  , la remontée du niveau dans les réservoirs s’est accompagnée de la reconstitution de la nappe des calcaires du Dogger sus-jacente. Toutefois, cette reconstitution n’a été que partielle, puisque la remontée du niveau d’un réservoir est limitée par l’existence des points de débordement. D’autre part, la nappe des calcaires du Dogger continue à être en très forte relation avec les réservoirs miniers, par l’intermédiaire des zones foudroyées. Le réservoir minier ennoyé conserve donc son rôle de drainage général de la nappe du Dogger.
L’ennoyage   des principaux réservoirs s’est étalé sur une période d’environ 20 ans. Le dernier réservoir ennoyé est le réservoir Nord (achevé depuis 2009 environ), qui a été mis en communication avec le sous-réservoir d’Errouville pendant l’ennoyage  .

Schéma conceptuel du fonctionnement hydrogéologique du bassin ferrifère (BRGM) - PNG - 172 ko
Schéma conceptuel du fonctionnement hydrogéologique du bassin ferrifère (BRGM)

Qualité des eaux

Du point de vue de la qualité de l’eau, alors que l’eau des calcaires du Dogger, qui alimente par drainance descendante les réservoirs miniers, présente une faible minéralisation, les eaux circulant dans les anciennes mines de fer noyées sont très minéralisées. En particulier, les concentrations en sulfate, magnésium, sodium dépassent très souvent les concentrations maximales admissibles pour l’eau potable.
Cette situation est transitoire, jusqu’à ce que le stock d’eau minéralisée qui s’est constitué lors de l’ennoyage   des réservoirs soit évacué par le jeu naturel des circulations souterraines (le stock d’éléments chimiques qui peuvent se dissoudre dans l’eau et sont responsables de sa minéralisation ne se renouvelle pas en milieu ennoyé). Cependant, cette situation transitoire peut durer quelques années, voire quelques dizaines d’années si le temps de résidence de l’eau dans le réservoir est long.

Bibliographie

  • Ollagnier S. (2014) - Surveillance des eaux souterraines   du bassin ferrifère lorrain pour la période 2011-2013. Rapport final. Rapport BRGM/RP-63469-FR, 77 p.
  • Thonnon.J., Vaute.L. (2010) - Surveillance des eaux souterraines   du bassin ferrifère lorrain en 2007. Rapport final. BRGM/RP-58029-FR, 106 p.
  • Vaute.L., Lanini.S., Galet.N. (2013) - Construction et mise en œuvre d’un simulateur hydrologique et chimique du bassin ferrifère lorrain. Rapport final. BRGM/RP-62998-FR. 67 p.

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