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Dans la mine des mines

A cache by GarenKreiz Send Message to Owner Message this owner
Hidden : 08/21/2016
Difficulty:
2 out of 5
Terrain:
4 out of 5

Size: Size: other (other)

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Geocache Description:

Dans la mine des mines

Visite à la seule mine de graphite ayant réellement été exploitée en France

Panorama

Le graphite, une forme allotropique du carbone

Bien que composant fondamental de la vie sur Terre, le carbone ne représente que 0,048 % de la croûte terrestre! Les formes principales naturelles du carbone sont le carbone amorphe (structure non cristalline), le graphite, le diamant, plus rarement la lonsdaléite et encore plus rarement les fullérènes et les nano-tubes. La différence entre ces formes cristallines dites allotropiques proviennent de la façon dont sont reliés les atomes de carbone entre eux, créant des configurations géométriques différentes.

En ce qui concerne le graphite, il peut cristaliser sous une forme rhombaédrique ou une forme hexagonale : seule cette dernière est stable, le cristal étant constitué d'un empilement de couche d'atomes formant un réseau en "nid d'abeille", chacun relié à ses 3 voisins les plus proches par une liaison covalente forte de type sigma. Le graphite est anisotrope, ses propriétes physiques dépendent de la direction considérée. Par exemple, les différentes couches, séparé par une distance de 0,336 nano-mètres, peuvent facilement glisser les unes sur les autres.

Structure cristalline du graphite

Par comparaison, le diamant a une structure cristalline tétraédrique, chaque atome étant reliés à 4 autres atomes par une liaison covalente forte. Le diamant est isotroprique et est un matériau très dur. Cependant comme le montre le diagramme simplifiée des phases du carbone ci-dessous, pour les valeurs de température et de pression ambiantes, le diamant est dans un état méta-stable, destiné à se transformer en graphite ou en carbone amorphe : toutefois, ce processus est très lent même à l'échelle géologique!

Diagramme simplifié des phases du carbone

Le graphite est un élément présent naturellement dans la croute terrestre, issu des processus métamorphiques, la structure cristalline pouvant apparaître en fonction de la pression, en général au delà de 650-700 degrés celsius, à partir des atomes de carbones résultant de la transformation de roches ou de composés organiques (graphitisation). Au Chardonnet, le graphite provient probablement de la transofmation des grès à anthracite au contact du porphyre dioritique.

Minerai de graphite

Propriétés physiques du graphite

Le graphite est un matériau sombre avec des reflets métalliques, le diamant étant lui translucide. Sa dureté est faible, entre 1 et 2 sur l'échelle de Mohs : il peut être rayé par l'ongle. Par comparaison, le diamant est au niveau 10, le plus haut de cette échelle et la lonsdaléite est théoriquement encore plus dure. Le graphite est relativement léger avec une densité comprise entre 2 et 2,3 g/cm3 (par comparaison, le diamant dépasse 3,5 et le granite 2,6). Alors que le diamant est un très bon isolant, les électrons du graphite laissés libres par la quatrième liaison entraînent une bonne conductivité dans les plans des empilements de couches; c'est un semi-métal. En isolant une couche de graphite, on obtient un nouveau matériau le graphène qui est encore plus conducteur que le graphite et est aussi un exceptionnel conducteur de chaleur, en plus d'avoir une résistance à la rupture plus importante que l'acier. Dans certaines directions, le graphite est lui aussi un bon conducteur de chaleur. De densité faible, le graphite résiste bien à la traction et la compression et est stable thermiquement et chimiquement.

Structure du graphène

Utilisations du graphite

A cause de ses caractéristiques et chimique, le graphite a des utilisations nombreuses et variées:

  • les mines de crayons. Il s'agit d'un de ses premiers usages et est à l'origine de son nom moderne (le graphite s'appelait autrefois plombagine, en l'associant à tord au mine de plomb utilisée pour écrire à l'époque). Mélangé à de l'argile en diverses proportions, il permet d'obtenir des mines de duretés et de rendus graphiques différents (de H pour les mines dures à B pour les mines grasses en passant par les mines HB standard).
  • les creusets. En vertu de sa forte résistance thermique, le graphite peut être utilisé pour confectionner des moules et creusets à métaux. Au XVIème siècle le roi d'Angleterre s'appropria une des premières mines de graphite pour l'utiliser dans la fabrication de boulets de canon plus performants.
  • les lubrifiants sec qui utilisent directement les propriétés de glissement des couches de graphites entre elles.
  • les anodes de batteries, notamment lithium-ion, une voiture électrique pouvant nécessiter plusieurs dizaines de kilos de graphite.
  • les charbons et balais des moteurs and dynamos.
  • la production de fonte et d'acier en tant que réducteur.
  • les plaquettes de frein.
  • les électrodes.

Le demande en graphite de bonne qualité est donc en croissance au niveau mondial. La Chine dispose de la majorité des réserves et contrôle actuellement 80% de la production.

La mine de graphite du Chardonnet

Située à environ 2700 mètres d'altitude, cette mine a fait l'objet d'une concession royale le 10 mars 1824. Ce n'est qu'au début du XXème siècle que l'exploitation a réellement pris son essort, en surmontant les freins dues à l'éloignement (les mineurs passaient une semaine entière dans la montagne) et aux difficiles conditions d'extraction en altitude. En effet, la principale mine européenne étant allemande, des investissements furent réalisés pour la seule mine industrielle en France (raccordement au réseau électrique coté Clarée, perforatrices, wagonnets, téléphérique de 4 kilomètres coté Guisanne). Avec les difficultés d'approvionnement en provenance de Madagascar pendant la Première Guerre Mondiale, la production de la mine s'accrut jusqu'à atteindre un maximum de 2132 tonnes pour l'année 1918. La paix revenue, la production décrut progressivement jusqu'à l'arrêt de l'exploitation en 1930.

Coupe des affleurements - 1828

Coupe du gisement - 1921

Sous l'impulsion d'archéologues et géologues, notamment dans l'association Société Géologique et Minière du Briançonnais, la mémoire des mines d'altitude de la région est conservée et les collectivités locales ont réalisé quelques aménagements pour conserver cet intéressant patrimoine (installation d'une grille pour éviter la condamnation de la mine par éboulement de l'entrée du travers-banc, stabilisation du chevalet du téléphérique qui est emblématique de cette mine).

Entrée de la mine Wagonnet sous la veine de graphite

Galerie principale Chevalet du téléphérique

Condition d'accès au site

Les ruines de la mine sont en montagne, accessibles par une randonnée de plusieurs heures avec environ 900m de dénivellé, à partir de la vallée de la Guisane (parking du Pont de l'Alpe, 1710 mètres) ou de la Clarée (parking de Fontcouverte, 1850 mètres). Des géocaches matérielles sont présentes sur les deux itinéraires. L'entrée de la mine est située dans la pente détritique faisant face au massif de l'Oisan, au nord du col du Chardonnet, le long du sentier vers les cols des Béraudes et de la Ponsonnière. Une grille en protège l'accès mais elle n'est pas cadenassée. Pendant l'approche finale, attention aux chutes de rochers et aux glissades sur le pierrier ou la neige!

Sute de la mine sous le col

Validation de la cache

Pour valider la cache vous devez envoyer les informations suivantes (vous pouvez en parallèle publier votre visite sans attendre la réponse):

  • Décrivez la nature du sol (couleurs, consistance, structure...) quelques mètres après l'entrée de la mine (ne pas aller au delà, les galeries secondaires n'étant pas sûres d'après une étude du BRGM).
  • Citez un matériau moins dur que le graphite.
  • Expliquez pourquoi les diamants ne sont pas éternels, contrairement au graphite.
  • Citez l'application du graphite qui en fit un élément stratégique pour les militaires.
  • Prenez une pierre sombre dans la mine ou les détritus en dessous et indiquez quels tests vous avez faits pour déterminer s'il s'agissait de graphite.

En prime, si vous le pouvez, merci de prendre en photo le splendide panorama visible depuis l'entrée de la mine et de publier dans votre log le reportage photographique de votre randonnée.

  In the pencils' mine
Visit to the ruins of the only industrial graphite mine in France

Panorama

Graphite, an allotrope of carbon

Although carbon is a key element for life on Earth, carbon represents a mere 0.048 % of the crust of the Earth. The main forms of carbon found in natural settings are amorphous carbon (non crystalline structure), graphite, diamond, more rarely lonsdaleite and even more rarely fullerenes and nano-tubes. These differents forms of crystals are called allotropes and are caracterized by the way the carbon atoms are linked together, creating different geometrical shapes.

Graphite is based on crystals that can be rhombohedral or hexagonal : only the latest form is stable, the crystals are formed by layers of atoms on a honeycomb lattice, each atom being linked to 3 neighbours by a strong sigma covalent bond (distance 0.142 nm). Layers are separated by 0.336 nano-meters and can easily slide on each other : the physical caracteristics of graphite thus depend on the direction, graphite is anisotrope.

Structure cristalline du graphite

Compared to graphite, diamond is based on a tetraedral crystal with each atom strongly bond to 4 others, diamond crystal is isotrop, its properties are almost the same in all directions. The phase diagram below shows that at normal pressures and temperatures, diamond is in a meta-stable state, to be transformed into graphite or anamorphous carbon; however this process is very slow, even measured on a geological timescale.

Diagramme simplifié des phases du carbone

Graphite is naturally present in the crust, the result of metamorphic processes that create the crystals when the appropriate conditions on pressure and temperature are met (graphitization), using carbon atoms already present in the surrounding rocks (usually of sedimentary origin). In the Chardonnet mine, graphite was created from the transformation of coal, at the contact of diorite porphyry.

Minerai de graphite

Properties of graphite

Graphite is a dark grey material with a submetallic luster (diamond is transparent), with a "greasy" contact. Its mineral hardness (capacity to be scratched) is very low, between 1 and 2 on Mohs scale : it can be scratched by nails. Diamond reaches 10, the higher level of the scale and lonsdaleite is theoretically even harder. The density of graphite is between 2 and 2.3 gr/cm3 (diamond is around 3.5, granite above 2.6). Contrary to diamond that is an electrical insolator, graphite is a good conductor in the direction of the layers, making it a semimetal. By isolating a graphite layer, one can create a new material, graphene which is an even better electrical conductor and a very good heat conductor, with a resistance stronger than steal (tensile strength and stiffness). Graphite is also a light and resistant material (traction and compression), that can easily support high temperatures and is chemically stable.

Structure du graphène

Uses of graphite

Based on its physical and chemical properties, graphite is used in various cases::

  • pencils. It was one of its first uses and is at the origin of its modern name. Previously it was named plumbago, from a mistaken relation to lead (plumbum in Latin) than was also used for drawing. When mixed with different proportion of clay, it can create pencil of different grades, from B for the darker one to H for the lighter ones, HB being the middle grade.
  • crucibles. Due to it high thermal resistance, graphite can be used in crucibles to mold metals. In the XVIth century, the Crown of England controlled the production of graphite as it could be used to produce canonballs of higher quality, with a longer range.
  • dry lubricants that are based on the fact that graphite layers can slide very easily relative to each other.
  • anodes for batteries, most notably lithium-ion ones, some electrical cars may require dozens of kilograms of graphite.
  • brushes for electrical motors and dynamos.
  • production of cast iron and steel, acting as a chemical reducting agent.
  • electrodes.

Demand for high quality graphite is increasing; China helds the majority of the world's reserves and is controlling 80% of the production.

Graphite mine of Chardonnet

Located 2700 meters above see level, the mining rights for the area close to the Chardonnet pass were attributed by royal decree on March the 10th, 1821. But production didn't really started before the beginning of the XXth century; at that time, some investments were made (bringing electricity from the Clarée valley, mechanical drillers, rails and corfs, 4 kilometers of cableway down to the Guisane valley). Still, working conditions remained very hard and miners had to spend the whole week up in the mountains.

The investments that made it the sole industrial graphite mine in France were motived by the fact that the main graphite mine in Europe was german. During World War One, the production increased as ships bringing graphite from Madagascar were the target of German navy; it reached a maximum of 2132 tons in 1918. After the war, production slowly decreased and the mine closed in 1930.

Coupe des affleurements - 1828

Coupe du gisement - 1921

In the late years of the XXth century, some geologists and archeologist, for example in the association "Société Géologique et Minière du Briançonnais", started to study the remains of this mines (and others mines of the area) to preserve the memory of these high altitude mines and of their miners. Local authorities financed preservation works to make visits safer (door at the main entrance instead of closing it by blowing the tunnel, consolidation of the top installation of the cableway).

Entrée de la mine Wagonnet sous la veine de graphite

Galerie principale Chevalet du téléphérique

Going to the mine

The ruins are high in the mountains, reachable after a few hours of hiking to go up nearly 900 meters from the valley of Guisane (parking at Pont de l'Alpe, 1710 meters) or from the valley of Clarée (parking at Fontcouverte, 1850 meters). Physical geocaches are available on both trails. The entrance of the mine is on the side of the mountain, under the pass, in the middle of the scree slopes but close tho the hiking trail going the path of passes of Béraudes or Ponsonnière. The entrance is protected by a grid without a lock. According to the official studies, going a few meters inside the mine should be safe if staying in the main gallery. When approaching the mine location be careful of stones or snow : they can be slippery and they may fall from above.

Sute de la mine sous le col

Validating the earthcache

To validate the cache, please send the following informations using mail or messaging (you can log in parallel):

  • Describe the soil a few meters inside the gallery (colors, structure, appearance,...). Don't go much further, although the main gallery is supposed to be safe according to the BRGM (french geological institute), secondary galleries present risks of collapsing.
  • Name a material less hard than graphite on Mohs scale.
  • Explain why diamonds are not forever, contrary to graphite.
  • Give the application of graphite that was of strategic importance for the military.
  • Choose a dark stone in the mine or in the scree below and explain the tests you performed to check if it was graphite or not.

As a bonus if you may, please take a picture of the landscape toward the Oisans range from the mine location and publish the pictures of your hike along your log, to show the meteorological conditions when searching the cache.

Bibliographie et iconographie/Bibliography and iconography

Panorama virtuel
Earth cache logo Earth cache logo

Additional Hints (No hints available.)



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Reviewer notes

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