La mine de sel de Borth

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Visites effectuées en avril 2001 et septembre 2003.

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1. Le SEL

Ce chapitre était présenté en guise d'introduction. Il est repris dans sel.php

2. Géologie

2.2. Géologie du gisement de Borth

Borth se situe à l'Ouest de la célèbre vallée industrielle de la Rhur, non loin de l'usine Solvay de Rheinberg, assez proche de la frontière hollandaise.
( coordonnée UTM : 32 U 330327E 5720640N )

2.2.1. Formation

Le gisement de sel est colossal puisqu'il s'étend pratiquement de Borth au Sud à Epe au Nord, soit près de 100 km de long.
Par endroit la couche de sel atteint 300m d'épaisseur.
On retrouve la série normale des sels suivant les lois de solubilités, qui s'explique par l'évaporation d'eau salée emprisonnée dans une lagune du littoral, protégée par une couche d’argile, puis remise en communication avec la mer, etc…

La suite stratigraphique (normale) se présente comme suit (du bas vers le haut) :

Au dessus des terrains du Carbonifère, on trouve en premier lieu, l'anhydrite de base, roche dure, sans stratification, de couleur grise, rarement blanc et cristallisé.
Ensuite le sel (steinsalz) dont la meilleure partie est extraite. Nous sommes à -750m.
Puis viennent une alternance de sel "dur" hartsalz et de sel "rouge" rotsalz,
Une zone riche en carnallite.
Des couches de sel et d’anhydrite et enfin des couches d'argile qui protègent le gisement (et la mine) d'infiltration d'eau.

C'est la fin du Permien.

Au dessus : des grès du Secondaire - Trias (Buntsandstein = grès bigarré). C'est cette dalle de 200m d'épaisseur qui assure la stabilité des travaux.
Des sables tertiaires (Oligocène).

Si on regarde maintenant la zone exploitée,

La couche de sel au dessus de l'anhydrite a encore une teneur élevée en CaCO₃ (>5%). Elle diminue de bas en haut. De brun on passe à gris puis blanc, avec des strates de sel et d'anhydrite. C'est ce qu'on a appelé le "kreuz salze" (K) , le sel en croix. Cela n'a aucune signification scientifique mais fait référence à la croix qu'on marquait à la craie sur les berlines pour les distinguer de celles qui contenaient du bon sel.
La transition vers le bon sel est une couche de sel de 1 à 15cm, d'une blancheur exceptionnelle, presque lumineuse, très apparente qui sert de niveau inférieur d'exploitation.
Puis vient le « super sel » : "Prima Salz" (P).
C'est une couche de sel à grand cristaux, très pur (> 99%). Cette pureté chimique exceptionnelle et l'apparition de grands cristaux est sans doute du à un phénomène de redissolution - recristallisation.
Enfin le Normalsalz (N) est aussi extrait. Il contient de plus en plus de CaSO₄, mais aussi de la polyhalite.
Une couche de sel blanc, plutôt gris-jaune à cause d'une haute teneur en polyhalite est également extraite (Weisses Salz) (W)
La limite supérieure du sel exploitable est une bande de 15cm d'argile.

Puis vient une zone de transition vers le "rotsalz". C'est une zone à haute teneur en polyhalite et sylvite, de couleur jaune à rose. La teneur en potassium croît du bas vers le haut.

Le sel rouge "rotsalz" (R), impropre à l'exploitation contient moins de polyhalite, mais le CaSO₄ réapparait accompagné de MgSO₄ (kieserite). Il y a aussi des layettes d'argiles souvent ondulées (ripple mark).

Attention, on parle aussi de sel rouge en parlant du sel exploité (donc blanc) mais impur et destiné essentiellement au déneigement.

L'épaisseur de sel "exploitable" varie énormément. Elle est ici de 38m mais peut aller jusqu'à 314m. dans d’autres parties du gisement. Mais seul le sel "blanc" est exploité, soit une épaisseur de max 50m (normalement 30m) et dans laquelle on creuse des galeries de 20m de haut. 

Il y a des failles dans le terrain carbonifère inférieur. Malgré son âge antérieur, ces failles ont quelque peu modifié la structure du gisement. Elles ont entraîné des dénivellations et des variations importantes de la teneur en anhydrite, et des variations d'épaisseur de sel. Cela s'explique par des tassements résiduaires des blocs faillés du Carbonifère qui se serait prolongé au cours du Permien. L'exploitation en tient compte évidemment : la mine n'est pas parfaitement horizontale et on doit parfois arrêter l'extraction au bord d'une faille.

2.2.2. Qualité du gisement

3. Exploitation

3.1. mine

C'est en 1906 que commence le développement de la mine de Borth. Elle est depuis la mine de sel la plus grande du monde. Elle ne comprenait pas moins de 40 concessions d'exploitation pour le sel et le charbon. Le but était d'alimenter en sel la soudière Solvay de Rheinberg toute proche.

Les 2 puits ont été creusés par la méthode de congélation du sol pour traverser les couches meubles de sable tertiaire, de 1908 à 1926, creusement entrecoupé par quelques inondations et par la guerre 14-18. Ce n'est qu'à partir de cette dernière date qu'on peut vraiment extraire du sel gemme. Auparavant, et jusqu'il y a peu, on extrayait de la saumure par dissolution.

Au départ Borth est exploité par Solvay. Elle appartient maintenant à la Société ESCO, (European Salt Company),  filiale de Kali und Salz ( K+S ) qui exploite 15 unités dans 6 pays dont l’Espagne, la France et l’Allemagne.

La mine s'étend maintenant dans un carré d'environ 8 km de côté,

Les réserves sont au Nord (feld B,C et D) ce qui fait à peu près 63 Mt, soit ~30 ans.

avec des centaines de km de galeries comme celle-ci.

Avant d'entrer dans la mine, il faut se déshabiller dans la célèbre salle des pendus

3.1.1. Puits

On utilise pour réaliser les trafics nécessaires entre le fond et la surface un ou plusieurs puits.

A Borth il y a 2 puits :

-         Un puits essentiellement pour le transport des ouvriers et la descente de matériels à 2 cages. surmonté d’un chevalement avec molettes

puits n°2

-         un autre pour la remontée de la production de sel.

puits n°1

Les puits sont de forme circulaire de 6m de diamètre. Ils sont gainés de béton. Il reste ~4m utile.

Entrée supérieure du puits n°2

Dans le puits circulent :

-         la cage souvent à plusieurs étages pour le transport du personnel et du matériel Tout le matériel est descendu par le puits bien entendu.(20t max et encombrement réduit)

-         ou un skip, un godet pour l’extraction du produit, ici, d’une capacité de 20t par voyage, 40 voyages par heure au max.

-         le contrepoids

-         les canalisations (diesel, eau,…), les câbles électriques, de communication,…

-         l’aération de la mine se fait aussi par les puits. L’un sert d’entrée d’air, l’autre de retour d’air. Le puits d’entrée d’air doit être muni d’un système d’étanchéité pour être sûr que l’air soufflé soit bien dirigé vers le fond de la mine.

Les câbles de montée et de descente passent par les molettes du chevalement jusqu’au fond du puits

Le matériel démonté ou éventuellement découpé est ensuite réassemblé dans l'atelier du fond.

Comme ce « mineur » Marietta de 218 t.

Le matériel n'est que très rarement remonté. Il est abandonné dans le fond.

Les mouvements des cages dans les puits sont comme dans toutes les mines commandés par une série de signaux, expliqués sur ce panneau.

3.1.2. Câbles

Les câbles utilisés sont constitués de fils d'acier tréfilés de 5 à 12 mm de diam et d'une résistance d'environ 180 kg/mm2. Les fils sont placés régulièrement les uns par rapport aux autres en plusieurs couches et torsadés, jusqu'à  43 fils. Ce sont les torons. Les torons, jusqu'à 34, sont ensuite torsadés dans le même sens ou en sens inverse pour constituer le câble.
La charge à la rupture est proportionnelle au poids du câble et est de l'ordre de 16000m. Pour un câble courant de 20 kg/m, cela fait 320 t.
Que doit supporter un câble :

- Son propre poids : non négligeable. Il limite la profondeur possible des puits à environ 1500 m.
- Le poids de la cage (env 10t )
- et le poids de la charge (env 20t).

Pour tenir compte notamment des efforts dynamiques, dans le cas d'un freinage de sécurité de la cage et de la fatigue (en torsion et en traction), on applique un coefficient de sécurité . Il est de l'ordre de 7 par rapport à la rupture. Il est de 5 dans les mines de charbon d'Afrique du sud.
Les câbles sont inspectés très régulièrement, et remplacés tous les 2 à 4 ans.

3.1.3. Ventilation - Circulation

La ventilation de l’entièreté des galeries est absolument primordiale. Le personnel au fond doit pouvoir respirer sans gêne.

Le débit d'air est conditionné par le nombre de personnes travaillant au fond, mais surtout par le nombre d'engin diesel en fonctionnement et par l'importance des tirs de mines qui dégagent également une grande quantité de gaz.
A borth, elle est réalisée par un énorme ventilateur qui insuffle de l’air frais dans le puits.
L’air frais est, si nécessaire, conduit jusqu’au fond des galeries en exploitation.

Dans la mine le taux d’humidité est nul. En fait l’humidité de l’air frais est immédiatement absorbée par les parois de sel. Heureusement d’ailleurs car sel et humidité entraînent des corrosions très rapides. Il est par exemple très déconseillé de descendre et surtout de remonter un appareil photo. Les fines poussières de sel s’incrustent partout et se charge d’humidité dès la sortie…bonjour les dégâts.

Les trajets se feront en voiture dans la mine, vu les distances à parcourir dans les galeries aux parois de sel.

3.2. principes d'exploitation

3.2.1. Exploration

Autour des puits et des forages carottés (F), se trouve une zone de sécurité dans laquelle on n'exploite pas le sel.

L'atelier d'entretien et de montage se trouve près du puits n°2.

L'exploration se fait par forage vertical à partir du sol, d’où les trous tous les 600m …ou par forage horizontal d'un petit trou de 30m de long max, pour pouvoir tester l'état de la couche ou par forage d'une galerie avec le « miner ».

3.2.2. Dissolution

Le premier procédé d'exploitation est le procédé par dissolution. C’est le plus ancien. Il est encore maintenu en service au Sud-Est, surtout pour conserver la possibilité de décharger les déchets de saline dans les vieilles cavernes de dissolution.

Les travaux de préparation sont les suivants :

-         Creusement d'une galerie centrale de 5*4m dans la partie supérieure du banc et d'une galerie d'accès de 4*4m.
- Creusement d'un trou jusqu'à l'anhydrite, ce sera la fosse de pompage
- Creusement d'une galerie horizontale de 3m2 sur 20m de long

Il n'y a plus qu'à envoyer de l'eau dans la galerie horizontale, qui déborde, rempli la fosse, et la saumure (140g/l) est repompée vers la surface.

3.2.3. Extraction

Le principe général est l'extraction par longue chambre d'environ 20m de large sur 20m de haut avec piliers abandonnés.
Les chambres suivent le niveau de sel pur si bien qu'elles ne sont pas tout à fait horizontales. Leur longueur est à peu près de 600m. La limite est la longueur du câble électrique d'alimentation du "mineur" et la courroie transporteuse d'évacuation du sel.
La distance entre les chambres (de 88 m à 94 m ) est conditionnée par la résistance des terrains en surplomb. Plus ils sont résistants, plus serrés est le réseau de chambres.
Un premier travail consiste à creuser ce qu'on appelle des galeries, qui seront par la suite élargies en chambres.
Pour la préparation des galeries, on utilise des tunneliers ou  mineurs "marietta" à 2 ou même 4 rotors.

Il y a 4 « mineurs » Marietta :

Un « 4 rotors », d’un poids de 218 t., coupe à 11 t/min à l’aide de 4 moteurs de 400 hp un front de 7.9m de large et 3 m de hauteur et avance d'un mètre en 3 minutes.
prix : ~12 millions de $, tout compris.

Trois « 2 rotors » :
coupe sur 1.4m de haut x 5.6m de large
poids 136 t
2x500hp
extrait 9t de sel par minute.

Le reste de l'extraction (creusement des chambres) se fait par explosifs.( le vendredi soir, après la visite…)

Il y a essentiellement 2 méthodes :
- conventionnelle ou firstenkammerbau : abattage de bas en haut
- strossenkammerbau : abattage de haut en bas.

3.2.3.1. Méthode conventionnelle ou par le toit

Préparation « vorbau » : creusement d'un "trou" (galerie + entrée des chambres) de 10 à 18 m2 en 2 passes de mineur (I)
Rückbau : exploitation des chambres en 3 tranches :

- explosion (II) et collage du toit provisoire (16m*7m)
- élargissement (III) jusqu'à environ 20m par tir diagonal et renforcement du toit par boulons d'ancrage provisoire
- creusement de la chambre par explosion (IV) (on détruit le toit)
- finition du toit par explosion et renforcement du toit par boulons d'ancrage définitif (V)

Le sel est stocké sur place et chargé dans des bennes de camions.

3.2.3.2. Par le bas ou strossenbau.

Beaucoup plus simple

Préparation  : galerie + entrée des chambres (hauteur 2.4m x largeur 20m) en 3 passes de « mineur » (I).

Exploitation des chambres : par explosion (II) et renforcement du toit par boulons d'ancrage définitif.

Une idée de l’importance des chambres

et de la première galerie

3.2.3.3. Explosifs

Les tirs d'explosifs se font le soir, à la fin du 2ème poste.

Pour l’abattage d’une paroi verticale, on creuse un trou central + ou - grand pour permettre à la masse de sel de se détendre en se brisant.

 Ils sont creusés à l'aide de cet engin :

Les trous de mines (6cm) sont ensuite creusés dans les parois à abattre suivant un schéma bien précis et avec une très grande précision grâce à cet engin :

Une erreur de 1° entraîne une déviation de 25cm au bout du trou, ce qui peut être néfaste au bon déroulement du tir.
Ils sont numérotés dans la séquence de tir, en principe des trous intérieurs vers les trous extérieurs.

Les trous sont remplis comme suit :

Pour une hauteur de gradin de 16.5m, on fore jusqu'à 20m, parce que le pulvérisé du forage n'est jamais complètement extrait. On insuffle 20 à 30cm d'explosif, puis la cartouche-amorce et le détonateur, ceci pour bien mettre en contact l'explosif et l'amorce. Puis on remplit complètement. L'explosif utilisé est l' ANDEX à base de nitrate fuel, du nitrate d'ammonium imprégné de fuel. Il n'y a plus qu'à s'éloigner et attendre.

Il faut à peu près 700 kg d'explosif pour abattre une paroi de 110m2 et de 14m de profondeur (3000t de sel).

Ce véhicule transporte 1560 kg d'andex au max dans un réservoir conique.

Schéma d'abattage du toit dans l'ancienne méthode.

3.2.4. Renforcement du toit des chambres

Le renforcement du toit des chambres se fait par vissage de tige filetée d'à peu près 1 m de long dans le sel à l'aide de cet engin :

3.2.5. Transport

On n'utilise plus évidemment ce genre de wagonnet

Le transport du sel en souterrain se fait suivant le schéma….

Mais plutôt à l’aide de :

Pelle hydraulique

Chargeur

camion

Bandes transporteuses

3.3. personnel - divers - affaissement minier 

Depuis le début de l’exploitation, on constate des affaissements miniers qui peuvent  atteindre par endroit 4.5 m. Ces affaissements sont contrôlés en permanence .

Il faut parfois refaire des pipelines enterrés qui sont soumis à des efforts de traction et de compression trop importants.

Une digue a été construite le long du Rhin pour empêcher les inondations.

La mine a une assurance pour tous les dégâts liés à l’exploitation de la mine, passés, présents et à venir. Les exploitants de la mine sont effectivement responsables de tous les dégats et ceci pour l'éternité.

120 personnes travaillent au fond en 2 postes par jour ( sauf samedi & dimanche ) et 160 personnes en surface y compris la saline.

3.4. saline

La saline est un atelier de surface qui permet de produire du sel ultra pur essentiellement pour l'alimentation. L'opération de purification consiste simplement à redissoudre le sel, le filtrer et le précipiter à nouveau par évaporation.

3.5. comparaison avec la mine de trona de greenriver

Pour ceux qui se rappelle encore de mon exposé sur la mine de soude naturelle (trona) à Greenriver, (Cfr trona.php ), voici une petite comparaison.

3.6. Autre technique d'exploitation

Utilisée dans le nord du gisement, à EPE, l’injection d’eau par un forage jusqu’à la couche de sel et l’extraction de saumure, eau saturée en sel, qui ensuite, est évaporée.

L’extraction laisse des cavités qui peuvent par la suite être utilisée pour le stockage de gaz.

4. conclusion

En guise de conclusion, quelques chiffres :

D’une capacité de 1.5 millions de t/an à maximum 2.5 millions de t/an, Borth est la plus grande mine de sel du monde.

Pratiquement, Borth produit :
1 millions de t/an de sel pour l'industrie chimique,
250 kt/an de sel raffiné pour l'alimentation et l'industrie alimentaire,
100 kt/an de sel en pastilles pour les adoucisseurs d'eau,
Le reste dépend du mauvais temps (sel de déneigement).

Le prix de revient brut sortie mine de sel est ~10 €/ t soit 1 centimes au kilo, à comparer aux 13€/kg de sel béni que le magicien met dans sa poche….

NB : Solvay a conclu en juin 2004 la cession à Kali und Salz de sa part minoritaire dans les activités sel, part détenue dans ESCO.

Marc Jauniaux

Références :

http://www.salines.com/

Encyclopédie des minéraux chez Gründ
Roadside Geology of Texas
Document SIM K1 Extraction

http://www.magicka.com/rituel-magie.htm

http://www.mindat.org