Qu'est-ce qu'un terril ?
Terrils Étymologiquement, terril vient du wallon tèris, "amas de terres et pierres qu'on a extraites en exploitant une mine" ; ce terme est connu depuis 1300-1400. Il est encore orthographié terri ; dans le Nord de la France, le "l" final est muet.
Afin de comprendre la minéralogie inhabituelle, complexe et variable qui résulte de la combustion des terrils, il semble important de présenter les caractéristiques d’un terril.
Caractéristiques d'un terril
Il s’agit d’un tas sur lequel sont déversés tous les gravats liés à l’exploitation minière : stériles (grès, arkoses, …) contenant toujours des restes de matière organique charbonneuse, et également divers déchets : rails usagés, déchets de démolition, …
Historiquement, les premiers terrils (18e-19e siècle) étaient plats et n’atteignaient pas des hauteurs importantes (10-30 m) car ils étaient édifiés en déversant des wagonnets, leur volume ne dépassait pas le million de m³. Les procédés de séparation du charbon n’étaient alors pas très efficaces : Par le passé, le tri du charbon était manuel et les fragments rocheux de grande taille (jusqu’à 15-20 cm) ; les anciens terrils présentent ainsi beaucoup de volumes vides et de résidus riches en charbon jusqu’à 20-25 %.
Ainsi, ils sont plus susceptibles de s’embraser en masse. Les progrès techniques ont entraîné l’élévation des terrils sous forme de cônes, atteignant 100 m de hauteur pour un rayon de 100 à 200 m et un volume de 1 à 3 millions de m³. Ils sont édifiés grâce à des convoyeurs à bandes, des téléphériques ou encore des rampes mobiles. De plus, l’amélioration des procédés de nettoyage du charbon a permis la diminution de la teneur en poussière de charbon dans les terrils.
Les causes de la combustion si l’on excepte la combustion volontaire pour transformer leur contenu en matériaux valorisables la combustion des terrils est un phénomène généralement accidentel, provoqué le plus fréquemment par des éclairs, un feu de forêt à proximité ou encore par un court-circuit. L’auto-inflammation et la combustion spontanée des résidus riches en charbon, ainsi que l’apport de chaleur lié à la décomposition exothermique de la pyrite, sont les causes internes et typiques de la combustion de la majorité des terrils dans le monde (Figure 1).
De plus, la nature faiblement compactée des dépôts facilite les appels d’air ainsi que sa circulation vers les parties internes. La moisissure sur les morceaux de bois peut également contribuer à l’élévation interne de température.
Figure 1 : Coupe schématique d’un terril en combustion, résumant les causes et effets. Les différences de teinte représentent les différents degrés de métamorphisme de combustion subis par les roches du terril, pouvant aller jusqu’à la fusion complète.
Durée de la combustion
Il est difficile de savoir précisément à quel moment un terril entre en combustion, mais une fois que celle-ci est effective, elle peut durer plusieurs décennies.
Terril Saint Charles de Ransart
On peut y observer des fumerolles ainsi que de la végétation calcinée , il arrive que des flammes soient visibles.
Particularités minéralogiques et pétrographiques
Dans les parties internes d’un terril, la température peut dépasser 1 000°C et même atteindre
1 300°C.
Pétrogénèse :
Du fait d’importantes différences (lithologies et températures atteintes) entre les terrils, une grande variété de roches est formée dans ce contexte. Cependant, comme les stériles sont plus ou moins les mêmes d’un bassin houiller à l’autre, des tendances générales se dessinent. En effet, ils consistent en grès, arkoses, argilites, calcaires ainsi que diverses roches riches en fer (accumulations oolitiques d’oxyhydroxydes de fer et/ou sidérite-ankérite). Ce mélange complexe subit des modifications minéralogiques à la suite de la combustion du terril.
Les roches recuites non fondues (Figure 3) ont des teintes respectivement oranges, rouges, voire violettes, en fonction de l’intensité respective de chaleur qu’elles ont subi. Ceci peut toutefois être nuancé à l’échelle d’un échantillon pouvant montrer différentes paragenèses et états d’oxydation dans la mesure où les vides du terril gouvernent l’apport en oxygène. Ces roches recuites sont couramment dénommées dans la littérature clinker, porcellanite ou encore baked shale ; le terme français est utilisé par les carriers et comme dénomination commerciale : "schiste rouge".
Les paragenèses de ces roches sont complexes : trydimite, osumilite, cordiérite, feldspaths, mullite et verre font partie des phases fréquemment décrites. Les minéraux anhydres, les oxydes et silicates simples, typiques des céramiques et des réfractaires sont présents. Les roches ayant fondu (Figure 4) sont quant à elles dénommées paralavas, voire parabasalts lorsque leur composition s’approche de celles de roches basiques, comme dans le cas des masses de quelques mètres cubes de parabasalts du bassin houiller de Tchelyabinsk
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1) AU WP1: Quelles sont les différentes couleurs de roches que vous pouvez observer? A quoi sont dues ces couleurs?
2) Au WP1: Pouvez-vous observer des fumerolles?
3) Au WP2: Quelle phénomène géologique pouvez vous observer? Expliquez
4) Une photo de votre pseudo au sol avec des matériaux récoltés sur place
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What is a slag heap?
Heaps Etymologically, slag heap comes from the Walloon tèris, "heap of earth and stones that have been extracted by operating a mine"; this term has been known since 1300-1400. It is still spelled terri; in the North of France, the final "l" is silent.
In order to understand the unusual, complex and variable mineralogy that results from the combustion of heaps, it seems important to present the characteristics of a heap.
Characteristics of a slag heap
This is a heap on which are dumped all the rubble related to mining: waste rock (sandstone, arkose, etc.) still containing remains of carbonaceous organic matter, and also various waste: used rails, demolition waste , ...
Historically, the first slag heaps (18th-19th century) were flat and did not reach significant heights (10-30 m) because they were built by dumping wagons, their volume did not exceed one million m³. Coal separation processes were not very efficient at the time: In the past, coal sorting was manual and rock fragments were large (up to 15-20 cm); the old slag heaps thus have a lot of empty volumes and residues rich in carbon up to 20-25%.
Thus, they are more likely to ignite en masse. Technical progress has resulted in the elevation of the slag heaps in the form of cones, reaching 100 m in height for a radius of 100 to 200 m and a volume of 1 to 3 million m³. They are built using conveyor belts, cable cars or even mobile ramps. In addition, improved coal cleaning processes have reduced the content of coal dust in the heaps.
The causes of combustion if we except voluntary combustion to transform their content into valuable materials, the combustion of slag heaps is a generally accidental phenomenon, most frequently caused by lightning, a nearby forest fire or even a short- circuit. Self-ignition and spontaneous combustion of coal-rich tailings, as well as the heat input linked to the exothermic decomposition of pyrite, are the internal and typical causes of the combustion of the majority of heaps in the world (Figure 1).
In addition, the weakly compacted nature of the deposits facilitates the calls for air as well as its circulation to internal parts. Mold on pieces of wood can also contribute to the internal temperature rise.
Figure 1: Schematic section of a burning slag heap, summarizing the causes and effects. The differences in color represent the different degrees of combustion metamorphism undergone by the rocks in the slag heap, up to complete fusion.
Burning time
It is difficult to know exactly when a slag heap starts to burn, but once it is in effect it can last for decades.
Terril Saint Charles de Ransart
We can observe fumaroles as well as charred vegetation, sometimes flames are visible.
Mineralogical and petrographic particularities
In the internal parts of a slag heap, the temperature can exceed 1000 ° C and even reach
1300 ° C.
Petrogenesis:
Due to the large differences (lithologies and temperatures reached) between the heaps, a wide variety of rocks are formed in this context. However, as the waste rock is more or less the same from one coal basin to another, general trends emerge. Indeed, they consist of sandstones, arkoses, argillites, limestones as well as various rocks rich in iron (oolitic accumulations of iron oxyhydroxides and / or siderite-ankerite). This complex mixture undergoes mineralogical modifications following the combustion of the heap.
Unmelted annealed rocks (Figure 3) have respectively orange, red or even purple hues, depending on the respective heat intensity to which they have been subjected. This can, however, be qualified at the scale of a sample which may show different paragenesis and oxidation states as the heap voids govern the oxygen supply. These annealed rocks are commonly referred to in the literature as clinker, porcellanite or even baked shale; the French term is used by carriers and as a trade name: "red schist".
The parageneses of these rocks are complex: trydimite, osumilite, cordierite, feldspars, mullite and glass are among the phases frequently described. Anhydrous minerals, simple oxides and silicates, typical of ceramics and refractories are present. The rocks that have melted (Figure 4) are called paralavas, or even parabasalts when their composition approaches those of basic rocks, as in the case of masses of a few cubic meters of parabasalts from the Chelyabinsk coal basin.
The fusion is facilitated due to the presence of compounds rich in Fe2 + which act as a flux on the silicates. Thus, the paralavas are frequently rich in Ca and enriched in iron. These rocks are richer in glass due to rapid quenching. In addition, within a slag heap, phenomena of molten rock movement, leaving restites rich in Si and Al, as in a migmatitic context, can occur. Paralavas are quite similar to basalts in both appearance and composition; their paragenesis is to pyroxenes, plagioclase, olivine, magnetite, rarely native iron, pyrrhotite, leucite, cordierite, fluorapatite, spinel and glass.
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00880725/document
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