4 - Coup de grisou EarthCache

Le coup de grisou

Introduction

Depuis le début de l'exploitation du charbon dans les cavités souterraines, le grisou est resté un danger omniprésent pour les mineurs.

Composé de gaz volatils et inflammables, il a été la cause de nombreux décès, dont les premiers sont documentés dès le XVIe siècle. 

Même si  tous les coups de grisou ne sont pas connus, on peut en dénombrer plus de 150 ayant induit des décès au cours des deux derniers siècles. On peut par contre estimer un chiffre bien plus important en sachant que l'exploitation des mines rien qu'en Australie a crée plus de 450 explosions depuis 1895.

Les plus célèbres et mortelles restent :

• la catastrophe de Courrières en 1906, qui tuera 1099 mineurs et dévastera presque 110km de galeries. C'est un coup de grisou qui a eu lieu dans le nord de la France, près de Lens, et qui à ce jour est l'incident minier le plus mortel de toute l'Europe et la seconde au monde
• La catastrophe de Benxihu, en 1942, en chine, qui tuera 1549 mineurs, soit presque 1/3 des effectifs travaillant ce jour-là. C'est la catastrophe minière la plus meurtrière à ce jour.

Le nom grisou pourrait avoir plusieurs origines mais la plus communément acceptée est celle d'origine wallone, où il dérive du mot grégeois, faisant ainsi référence au feu grégeois, une arme incendiaire utilisée au cours du Moyen-Âge. 

La formation du grisou

Le grisou est un mélange gazeux (essentiellement d'hydrocarbures) qui se forme lors du processus de houillification. On retrouve ce gaz en partie adsorbé (piégé) et en partie contenu sous pression dans les pores, les espaces capillaires et les fissures de la houille et des épontes (paroi délimitant un filon ou une couche).
Il s'agit donc d'un sous-produit du processus de houillification, que nous avons vu précédemment. Les estimations sont d'environ 20 m3 de grisou contenu dans 1 tonne de charbon exploité.
 

Il s'agit d'un gaz invisible, inodore, plus léger que l'air et inflammable suivant les concentrations où on le retrouve.
Ses limites d'inflammabilité sont entre une concentration de 5,6 et 14%, avec un risque majoré explosif entre 6 et 12%.

Au delà de 30%, le grisou devient également asphyxiant en remplaçant progressivement la place de l'oxygène dans le mélange gazeux, créant un milieu anoxique (sa concentration fait baisser le taux du Dioxygène (O₂) sous les 16%, concentration nécessaire pour créer un milieu où l'homme est en anoxie).

Sa composition peut varier d'une mine à une autre mais se détaille souvent ainsi : 

• Méthane (CH₄) : de 93 à 99,5%
• Ethane (C₂H₆) : de 0,02 à 2,8%
• Dihydrogène (H₂) : de 0 à 0,23%
• Diazote (N₂) : de 0 à 3,5%
• Dioxyde de Carbone (CO₂) de 0,03 à 3,4%
• Traces de gaz rare

Le coup de grisou

Le coup de grisou est défini comme l'explosion accidentelle de cette poche de gaz dans une mine.

Celui-ci se déroule si plusieurs conditions sont réunies et en plusieurs étapes : 

1. Déclanchement du coup de grisou si teneur en grisou dans les seuils d'ignition, c'est à dire entre 6 et 12% (point critique à 9%) ainsi qu'une source de chaleur de plus de 600°C 
2. Formation d'une déflagration qui va soulever les poussières et propager la flamme à une vitesse pouvant aller jusqu'à 250m/s.
3. La poussière de charbon en suspension (nommé "poussier") s'enflamme, c'est ce que l'on nomme le "coup de poussière", celui-ci va entretenir et aggraver le coup de grisou initial. 

Au final, cela conduit à une explosion qui peut se développer dans tout le circuit minier (comme le cas de Courrières où le coup de grisou a évolué sur 110km de galeries), formant une véritable colonne de feu et pouvant aller jusqu'à effondrer des galeries entières. 

Les moyens de prévention

Pour se prémunir de ces accidents, plusieurs éléments ont été mis en place au fil des ans, surtout une fois que le mécanisme de formation et d'accumulation du grisou a été compris aux alentours de 1950.
On retrouvait ainsi :

• La ventilation des conduits de mine, façon la plus simple d'éliminer ce gaz qui est plus léger que l'air, celui-ci était au début fait de façon empirique avant de comprendre la mécanique complexe des gaz au sein d'une mine
• L'utilisation des lampes de sureté (dont les lampes Davy à partir de 1815) qui protègent la flamme, soit avec un fin maillage métallique, qui emprisonne la flamme à l'intérieur, l'empêchant d'enflammer le mélange grisouteux.
  Ces lampes réagissaient néanmoins avec le grisou, la flamme grandissait suivant la teneur de méthane, tout en produisant une légère auréole bleu. C'était ainsi le prédécesseur du grisoumètre.
• Recours au "Pénitent", un ouvrier qui allait allumer les poches grisouteuses à l'aide d'une perche portant une flamme. Il rampait au sol (d'où le nom) avec des linges mouillés sur le corps pour se protéger de la déflagration. 
• Utilisation (qui tient plus de la légende en ce qui concerne le grisou), d'oiseaux comme les canaris qu'on emmenait dans des cages en fond de mine. Ceux-ci permettaient de détecter l'accumulation de gaz asphyxiant car ils y sont plus sensibles que les humains.
  Lorsqu'ils arrêtaient de chanter ou s'évanouissaient, c'est qu'il y avait trop de gaz.
  Cette méthode permettait surtout de détecter la présence de monoxyde de carbone (CO), un puissant gaz asphyxiant et grand ennemi des mineurs de fond. 
• L'arrosage régulier des veines ainsi que des parois et du sol, pour fixer les poussières de charbon volatiles et les rendre ininflammable. 
• Utilisation des mécanismes arrêt-barrage, comme le système Taffanel, se présentant soit sous la forme de bac contenant de l'eau et accrochés au plafond, soit de plaque de bois avec de la chaux dessus. En cas de coup de grisou, la déflagration fait tomber ces mécanismes, rendant ainsi stériles et ininflammable ces poussières de charbon.
  Ce mécanisme avait surtout un intérêt pour éviter le "coup de poussière" suivant un coup de grisou. 

Tous ces systèmes n'étaient pas appliqués à la mine du Molay Littry, certains étant apparus bien après la fermeture de la concession.

Rappel concernant les Earthcaches: Il n'y a pas de conteneur à rechercher ni de logbook à renseigner.
Il suffit de se rendre sur les lieux, de répondre aux questions et de me renvoyer les réponses.

Questions

1. Comment se forme le grisou ?
    
2. Où retrouve-t'on le grisou dans la mine ?
    
3. Dans une mine, nous pouvons être confrontés à différents taux de grisou, quels sont les risques de chacun de ces taux ?
    
4. Dans le tunnel, vous pouvez voir différents dispositifs anti-grisou. Quels sont-ils ? 
    
5. Une photo de vous-même ou un objet vous représentant serait appréciée dans le tunnel.

Vous pouvez loguer Found-It, envoyez-moi vos réponses par la messagerie géocaching (Message Center). 
Merci de bien mettre le nom de la cache (ou son code GC).
Je prendrai le temps de lire vos réponses et vous contacterai en cas de problème. 

English Side

Firedamp

Introduction

Since the beginning of coal mining in underground caverns, firedamp has remained an ever-present danger for miners.

Composed of volatile and flammable gases, it has been the cause of numerous deaths, the first of which were documented as early as the 16th century.

While not all firedamp explosions are known, more than 150 have caused deaths over the past two centuries. However, a much higher figure can be estimated, given that mining in Australia alone has caused more than 450 explosions since 1895.

The most famous and deadly remain:

• The Courrières disaster in 1906, which killed 1,099 miners and devastated almost 110 km of tunnels. A firedamp explosion in northern France, near Lens, remains the deadliest mining incident in Europe and the second deadliest in the world.
• The Benxihu disaster in 1942, in China, killed 1,549 miners, almost a third of the workforce working that day. It is the deadliest mining disaster to date.

The name firedamp could have several origins, but the most commonly accepted is that of Walloon origin, where it derives from the word grégeois, referring to Greek fire, an incendiary weapon used during the Middle Ages.

The Formation of Firedamp

Firedamp is a gaseous mixture (mainly hydrocarbons) that forms during the coalification process. This gas is found partly adsorbed (trapped) and partly contained under pressure in the pores, capillary spaces, and cracks of the coal and the walls (the walls delimiting a seam or layer).
It is therefore a by-product of the coalification process, which we discussed earlier. Estimates are that approximately 20 m3 of firedamp are contained in 1 ton of mined coal.

It is an invisible, odorless gas, lighter than air, and flammable depending on the concentrations at which it is found.
Its flammability limits are between a concentration of 5.6 and 14%, with an increased explosive risk between 6 and 12%.

Above 30%, firedamp also becomes asphyxiating by gradually replacing oxygen in the gas mixture, creating an anoxic environment (its concentration lowers the oxygen (O2) level below 16%, the concentration necessary to create an environment in which humans experience anoxia).

Its composition can vary from one mine to another but is often detailed as follows:

• Methane (CH₄): 93 to 99.5%
• Ethane (C₂H₆): 0.02 to 2.8%
• Hydrogen (H₂): 0 to 0.23%
• Nitrogen (N₂): 0 to 3.5%
• Carbon Dioxide (CO₂): 0.03 to 3.4%
• Traces of rare gas

Gun Damp

Gun Damp is defined as the accidental explosion of this gas pocket in a mine.

This occurs if several conditions are met and in several stages:

1. The firedamp explosion is triggered if the firedamp content is within the ignition thresholds, i.e., between 6 and 12% (critical point at 9%), and a heat source exceeds 600°C.
2. A deflagration is formed, which will raise dust and propagate the flame at speeds of up to 250 m/s.
3. The suspended coal dust (called "dust") ignites, which is called a "dust explosion," which will sustain and aggravate the initial firedamp explosion.

Ultimately, this leads to an explosion that can spread throughout the entire mining circuit (as in the case of Courrières, where the firedamp explosion extended over 110 km of galleries), forming a veritable column of fire and potentially collapsing entire galleries.

Prevention methods

To guard against these accidents, several measures were implemented over the years, especially once the mechanism of firedamp formation and accumulation was understood around 1950.
These included:

• Ventilation of mine shafts, the simplest way to eliminate this gas, which is lighter than air. This was initially done empirically before the complex mechanics of gases within a mine were understood.
• The use of safety lamps (including Davy lamps from 1815) that shield the flame with a fine metal mesh, trapping the flame inside, preventing it from igniting the firedamp mixture.
  These lamps nevertheless reacted with the firedamp; the flame grew according to the methane content, while producing a slight blue halo. This was the predecessor of the firedamp meter.
• The use of the "Pénitent," a worker who would light the gassy pockets using a pole carrying a flame. He would crawl on the ground (hence the name) with wet cloths on his body to protect himself from the explosion.
• The use (which is more of a legend when it comes to firedamp) of birds such as canaries, which were taken in cages deep down in the mine. These birds made it possible to detect the accumulation of asphyxiating gas because they are more sensitive to it than humans. When they stopped singing or fainted, it was because there was too much gas.
  This method was mainly used to detect the presence of carbon monoxide (CO), a powerful asphyxiating gas and a great enemy of underground miners.
• Regular watering of the seams, as well as the walls and ground, to fix the volatile coal dust and make it non-flammable.
• Use of barrier mechanisms, such as the Taffanel system, which takes the form of either a tray containing water and hung from the ceiling, or a wooden slab with lime on top. In the event of a firedamp explosion, the explosion causes these mechanisms to fall, rendering the coal dust sterile and non-flammable.

This mechanism was primarily useful for preventing a "dust explosion" following a firedamp explosion.

Not all of these systems were used at the Molay Littry mine, as some appeared well after the concession had closed.

Reminder regarding Earthcaches: There are no containers to look for or logbooks to fill out.
Simply visit the site, answer the questions, and return the answers to me.

Questions

1. How is firedamp formed?
    
2. Where is firedamp found in the mine?
    
3. In a mine, we can encounter different levels of firedamp. What are the risks associated with each of these levels?
    
4. In the tunnel, you can see various fire damp prevention devices. What are they?

You can log in to Found-It and send me your answers via the geocaching messaging service (Message Center).
Please include the name of the cache (or its GC code).
I will take the time to read your answers and contact you if there are any problems.