L'eau dans les terrils
L'état des nappes dépend du contexte hydrogéologique et des activités de surface actuelles ou passées. Les eaux souterraines ne sont pas protégées contre les apports de matières polluantes, en particulier lorsque ces apports sont massifs, durables et concentrés. Le sous-sol hérite de l'activité en surface du sol, les eaux souterraines héritent des pollutions du passé. Deux situations sont à prendre en compte : les sites industriels et les décharges.
Globalement, les terrils ne comprennent que des matières minérales (schistes, grès, charbon, sulfures métalliques), cependant, de manière limitée, d’autres matériaux ont pu être entreposée (toiles de fosses, bois, métaux, huiles, matières plastiques, etc…). Lorsque des cokeries ont existés à proximité d’un terril, de lourds polluants ont pu toutefois être entreposés plus massivement dans celui-ci (phénols, goudrons, benzols, etc.). Certains terrils ont donc servi de décharge.
L'impact de l'activité industrielle sur la qualité des eaux est très différent selon que l'on considère l'activité en cours ou l'activité passée (héritage industriel). L'impact de l'activité industrielle actuelle concerne plus les eaux de surface, les cours d'eau, les mers et les océans qui restent les principaux exutoires des pollutions industrielles. Alors que l’impact de l'héritage industriel est radicalement différent : il concerne plus les eaux souterraines et moins les eaux de surface sauf par l'intermédiaire des sédiments pollués.
Outre les résidus miniers, d’autres substances dangereuses ou toxiques ont été manipulées et entreposées dans les terrils. Ces substances peuvent contaminer les eaux de surface et/ou les eaux souterraines.
La voie principale est l'infiltration des eaux de pluie. Ainsi, les sols chargés en hydrocarbures et métaux, les dépôts accumulés à proximité des exploitations (terrils miniers, dépôt goudronneux des anciennes cokeries), les vestiges de l'activité industrielle (huiles de vidange, bois traités...) sont sujets au lessivage par les eaux de pluie qui peuvent atteindre les nappes souterraines, et modifier avec le temps le fond géochimique.
Sophie Denimal a démontré dans sa thèse que l’infiltration des eaux en profondeur à travers les terrils est très limitée en utilisant notamment par la méthode Radiomagnéto-Tellurique. Cette faible infiltration est liée au caractère très peu perméable de l’édifice et à l’existence en profondeur de nombreuses « barrières imperméables » qui en limitant l’infiltration des eaux en profondeur, limitent également la quantité de sulfures potentiellement oxydables et donc la quantité de sulfates entrainée vers la nappe de la craie. Les terrils ne constitue nt donc pas une source de pollution.
Cependant les auteurs ne sont pas toujours d’accord sur l’impact du drainage minier sur les nappes. L’impact des terrils sur les eaux souterraines serait lié à plusieurs facteurs :
- La composition du terril en relation avec la nature de la roche contenant l’aquifère :
L'altération par l'eau de pluie de résidus de minerais riches en sulfures métalliques peut aboutir à des eaux très acides et provoquer la formation de ce qu'on appelle le drainage acide minier. Ce phénomène peut exister partout où les sulfures sont exposés à l’altération naturelle. Le drainage acide minier est un problème commun des exploitations minières, s’il n’est pas contrôler , il peut avoir un impact environnemental significatif en raison de la toxicité des métaux pour la faune et la flore. En effet, l'oxydation de ces sulfures par les eaux météoriques et le contact avec l'air forme des sulfates. Cette réaction est toujours avérée. Toutefois, les terrils n’ont que rarement des concentrations en métaux lourds anormalement élevée.
L’oxydation de la pyrite se fait selon la réaction exothermique suivante :
FeS2 + 3,75 O2 + H2O → Fe(OH)3 + 2 SO42- + 4 H+
Cette équation correspond à la synthèse de plusieurs équations :
FeS2 + 3,5 O2 + H20 → Fe2+ + 2 SO42- + 2 H+
Fe2+ + 0,25 O2 + H+ → Fe3+ + 0,5 H20
FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H20 → 15 Fe2+ + 2 SO42 + 16 H+
Fe3+ + 3 8 H20 → Fe(OH)3 + 3 H+
En fonction de la nature des roches contenant l’aquifère (dans le Pas de Calais, la nappe de la Craie) il y a des interactions possibles entre les caractéristiques du terril et l’eau. L’acidité naturelle de la pluie peut être renforcée par la présence de pyrite, qui en s'oxydant accroît l'acidité par libération d'acide sulfurique ou au contraire diminue lorsque l'aquifère est contenu dans des roches carbonatées. La présence des carbonates "tamponne" le milieu en neutralisant l'acidité des eaux.
L'hétérogénéité et l'ancienneté du terril influencent également le mode d'infiltration des eaux.
- Le ruissellement :
Il existe souvent dans les terrils des niveaux imperméables liées à la granulométrie, au degré de compacité des particules... Quand les eaux s'infiltrent, elles sont alors arrêtées, ressortent sur les côtés et ruissellent. Ces zones imperméables limitent donc l'infiltration des eaux en profondeur et par conséquent la quantité de sulfures potentiellement oxydables en sulfates et donc susceptibles d'être entraînées vers la nappe. Ainsi, une sorte de couche plus ou moins imperméable se forme sur les terrils anciens, et constitue une protection naturelle, en favorisant le ruissellement et en limitant l'infiltration.
- L’articulation du site et le type de nappe :
Les conditions du transfert des pollutions entre le site et la nappe sont sensiblement différentes selon que le terril est situé au-dessus ou au voisinage d'une nappe libre ou au-dessus ou au voisinage d'une nappe captive. Lorsque la nappe est libre (contact possible avec l'oxygène de l'air), les sulfates libérés par le lessivage du terril se dissolvent dans l'eau, arrivent dans la nappe pratiquement sans transformation. Lorsque la nappe est captive (avec très peu d'oxygène), le milieu est dit réducteur. L'absence d'oxygène, associée à l'apport de carbone (dans les terrils) et à l'action des bactéries conduit à une réaction chimique de réduction des sulfates : la molécule change, les sulfates se "retransforment" en sulfure, très peu solubles dans l'eau. Les sulfures et les métaux associés vont précipiter et rester piégés dans la roche qui contient l'aquifère. Les métaux qui ont pu gagner l'aquifère sont précipités naturellement et ne constituent pas de menace pour l'aquifère.
(sources : voir bibliographie)