Mines et carrières

L'exploitation minière tire du sol des minéraux utiles, à ciel ouvert dans des fosses et des carrières, ou sous terre par des puits et des galeries. Une mine en activité doit tenir la roche qui l'entoure, évacuer l'eau qui s'y infiltre et amener de l'air frais aux mineurs. À Lion Cavern, en Eswatini, des hommes taillaient déjà l'hématite dans une falaise il y a environ 46 000 ans.

Ce que c’est

L’exploitation minière consiste à tirer du sol des minéraux : de la pierre pour l’outillage et la construction, des minerais métalliques, du charbon, du sel, des pigments. Quand un gisement affleure, on le creuse à ciel ouvert, ou on le découpe en blocs sur le front d’une carrière. Quand il plonge en profondeur, les mineurs le suivent sous terre, par des puits foncés depuis la surface et par des galeries percées dans le flanc d’une colline.

Le monde souterrain a son vocabulaire. Le puits est vertical. La galerie à flanc de coteau, presque horizontale, entre dans la montagne depuis la pente. Les galeries d’exploitation suivent la veine, et le vide laissé là où l’on a enlevé le minerai s’appelle un chantier. Toute mine affronte les trois mêmes problèmes : le poids des terrains au-dessus des travaux, l’eau qui envahit tout creux descendu sous le niveau de la nappe, et l’air, qui s’appauvrit et peut contenir des gaz toxiques ou explosifs.

Une mine ancienne ou abandonnée reste dangereuse longtemps après le départ des mineurs. L’administration américaine de la sécurité des mines (MSHA) rappelle que les puits peuvent se cacher sous des planches pourries ou sous la végétation, que les boisages pourrissent et que les toits peuvent s’effondrer à tout moment, et qu’on y trouve parfois des gaz mortels et une eau profonde et froide. Il ne faut jamais y entrer.

Comment ça marche

Une rangée d’encoches à coins sur un front de carrière, avec les coins de fer et la masse du carrier.

La roche s’abat au front de taille. Pendant la plus grande partie de l’histoire, les mineurs ont travaillé à la main, avec des pics et des marteaux de pierre, de bois de cerf, de bronze ou de fer. En carrière, on fendait la pierre avec des coins. La poudre noire est entrée dans les mines au XVIIe siècle, suivie d’explosifs plus puissants qui restent l’affaire de boutefeux formés.

Une roche dure et saine tient seule au-dessus d’une galerie étroite, et les mineurs laissaient des piliers de minerai ou de roche pour porter le toit des chantiers plus larges. Un terrain plus tendre ou fracturé demande un soutènement. Dans une galerie, c’est le cadre de boisage : deux montants posés sur le sol portent un chapeau sous le toit, et des perches ou des planches glissées derrière retiennent les pierres qui se détachent. Dans un puits, des cadres de bois carrés empilés les uns sur les autres garnissent les parois.

L’eau descend toujours, et les mineurs en ont profité partout où le relief le permettait. Ils perçaient une galerie d’écoulement depuis le bas du versant jusqu’au fond des travaux, avec un sol en pente douce vers l’extérieur, et l’eau sortait d’elle-même. Sous le niveau de cette galerie, il fallait remonter l’eau. Le traité d’Agricola, imprimé en 1556, montre des pompes actionnées par des hommes, par des chevaux et par des roues hydrauliques. La première machine à vapeur de Thomas Newcomen, en 1712, pompait l’eau d’une mine de charbon.

L’air circule seul dans une mine quand deux ouvertures se trouvent à des hauteurs différentes et que l’air intérieur est plus chaud ou plus froid que l’air du dehors. À une autre température, l’air a une autre densité : les deux colonnes d’air entre les ouvertures n’ont pas le même poids, et cette différence de pression pousse l’air à travers les travaux. L’air frais descend alors d’un côté, balaie les galeries et remonte de l’autre ; c’est pourquoi on reliait les travaux à un second puits. Quand ce tirage ne suffisait pas, Agricola montre des soufflets et des ventilateurs mus par des hommes, des chevaux ou le vent, qui poussaient l’air dans des conduites de bois ou aspiraient l’air vicié.

Une cage pour ranimer le canari : dès que l’oiseau montrait des signes d’intoxication, on fermait la porte et on laissait entrer l’oxygène du cylindre.

Les mineurs donnaient des noms aux mauvais airs. Le grisou, surtout du méthane dégagé par le charbon, explose lorsqu’il est mêlé à l’air et enflammé ; la lampe de sûreté permettait d’y porter une flamme. La mofette est un air qui a perdu une grande partie de son oxygène. Après un coup de grisou ou un incendie, les gaz restants sont chargés de monoxyde de carbone, sans couleur, sans odeur et sans goût. John Scott Haldane, appelé après l’explosion de la houillère de Tylorstown, au pays de Galles, en 1896, proposa d’employer de petits animaux comme détecteurs, parce que le gaz les atteint avant les hommes. On choisit le canari, et les équipes de sauvetage le descendaient dans de petites cages. Quand l’oiseau vacillait sur son perchoir ou tombait, les hommes savaient qu’il fallait sortir. Certaines cages pouvaient être fermées et remplies d’oxygène pour ranimer l’oiseau.

Histoire et évolution

On a creusé pour la pierre bien avant de fondre le moindre métal. À Taramsa 1, près de Qena en Haute-Égypte, des hommes du Middle Stone Age ont creusé des fosses et des fronts dans un banc de graviers pour atteindre les galets de chaille dont ils tiraient leurs outils de pierre. Le sable apporté par le vent a comblé les travaux abandonnés, et la datation de ce sable par luminescence place ces travaux dans le Middle Stone Age. En 2026, une équipe dirigée par Manuel Will a décrit un autre lieu d’extraction à Jojosi, dans l’est de l’Afrique du Sud, où l’on est revenu longtemps chercher de la cornéenne en ne laissant presque que des déchets de taille.

À Lion Cavern, sur la crête de Bomvu, à Ngwenya en Eswatini, des mineurs ont entaillé une falaise d’hématite pour en tirer le pigment rouge et scintillant qu’elle contient. Raymond Dart et Peter Beaumont ont annoncé en 1967 que cette exploitation remontait au Middle Stone Age, et une date radiocarbone obtenue en 1971 sur du charbon de bois du bas de la séquence a donné environ 43 000 ans radiocarbone, soit environ 46 000 ans une fois calibrée. De nouvelles fouilles dirigées par Gregor Bader ont ensuite daté l’exploitation par luminescence : les résultats, publiés en 2024 par Brandi MacDonald et ses collègues, la font remonter à au moins 48 000 ans.

Un pic en bois de cerf. Les mineurs du Néolithique arrachaient le silex à la craie avec des outils de ce genre.

Au Néolithique, les mineurs d’Europe sont descendus sous terre pour trouver un bon silex. À Grime’s Graves, dans le Norfolk, plus de quatre cents puits et fosses ont été creusés dans la craie jusqu’à un banc de silex sombre, et des galeries rayonnaient depuis le fond des puits les plus profonds. De nouvelles dates radiocarbone publiées en 2018 par Frances Healy et ses collègues montrent que les grands puits à galeries ont été exploités d’environ 2600 à environ 2400 av. J.-C. Les mineurs arrachaient le silex avec des pics en bois de cerf, qu’ils ont abandonnés en grand nombre.

Le De re metallica de Georg Agricola, publié en 1556 quelques mois après la mort de son auteur, a décrit les mines d’Europe centrale par le texte et par la gravure : puits, galeries, boisages, treuils, pompes et machines d’aérage. En février 1627, à Schemnitz, aujourd’hui Banská Štiavnica en Slovaquie, on abattit pour la première fois de façon attestée la roche d’une mine à la poudre noire. La machine de Newcomen, en 1712, permit d’assécher des mines trop profondes pour les galeries d’écoulement et les roues hydrauliques.

À mesure que les houillères s’enfonçaient au XIXe siècle, le gaz devint le grand danger. Les lampes de sûreté, à partir de 1815, réduisirent le risque des coups de grisou, et à partir de la fin des années 1890 les canaris signalèrent le monoxyde de carbone. Les houillères britanniques les gardèrent jusqu’aux années 1980, quand des détecteurs électroniques prirent leur place.