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1. Essor industriel de la mine de cuivre de Chessy (1748-1839)

Le gisement de cuivre et de sulfures de fer de Chessy se situe en bordure des Monts du Beaujolais (i), à 25 km au nord-ouest de Lyon. Le développement industriel du site minier s'est fait à partir de 1748, date à laquelle furent installées une usine de traitement et une fonderie en bordure de la rivière Azergues. Le minerai de cuivre était alors grillé puis fondu et enfin raffiné (ii) [1]. En 1810, la situation est critique, en raison de l'approfondissement du gisement et de l’appauvrissement du minerai [2]. C'est à cette époque qu'est découverte une zone riche en carbonates de cuivre dite "la Mine Bleue", qui a permis de relancer l'exploitation jusque dans les années 1830. Durant ce siècle d'activité, le volume de déchets miniers généré est estimé à 200 000 tonnes [1].

Ancienne zone d'exploitation et stériles miniers | B. Bergnes pour SystExt · Juin 2021 · cc by-sa-nc 3.0

2. Reconversion vers la production d'acide sulfurique (1839-1877)

En 1839, les mines de Chessy et celles de Sain-Bel deviennent la propriété des frères Perret, qui ont joué un rôle majeur dans l'essor de l'industrie chimique lyonnaise. Neuf ans plus tard, ils installent une usine de production d'acide sulfurique, obtenu par grillage des déchets miniers abandonnés par les anciens exploitants. Les déchets grillés sont disposés en tas sur une aire bétonnée ("l'aire de pyrite grillée") et arrosés par l'acide sulfurique produit [1]. Cette méthode de lixiviation permet de mettre en solution le cuivre que l'on récupère ensuite par cémentation [1]. Les tentatives de reprise de l'exploitation souterraine s'avéreront peu fructueuses et difficiles, conduisant d'ailleurs à un effondrement gigantesque de tous les anciens ouvrages en 1877 [3]. Cet épisode marquera la fin de toute activité [3] [4]. Entre temps, les mines et usines des Perret ont été cédées à la compagnie Saint-Gobain, qui concentre ses activités minières à Sain-Bel [1] [2].

Goutte Granger (petit ruisseau) en bordure nord de l'ancienne usine d'acide sulfurique, drainage minier acide | B. Bergnes pour SystExt · Juin 2021 · cc by-sa-nc 3.0

3. Intérêt renouvelé pour le cuivre et le zinc dans les années 80

Dès 1965, le BRGM mène de nouveaux travaux de recherche (iii) [1]. La France ambitionne en effet de se repositionner sur le marché des ressources minérales et relance intensément la prospection sur son territoire, notamment à Chessy. 2,5 km de galeries souterraines sont creusés, 12 km de sondages sont forés... menant à la découverte d'un amas sulfuré polymétallique sous les anciens travaux, constitué de 2 millions de tonnes de minerai à 2,5 % de cuivre, 8 % de zinc et 40 % de pyrite [3] [5]. En 1988, le BRGM souhaite relancer l'exploitation et obtient la concession de la Ronze. Cependant, le tonnage modeste et la diminution du cours du cuivre et du zinc dissuadent les investisseurs de poursuivre [1]. 10 ans plus tard, la décision est prise de renoncer au projet minier, les ouvrages sont définitivement fermés et ennoyés.

Dépôt de stériles miniers en bordure de la descenderie BRGM | E. Feyeux pour SystExt · Décembre 2020 · cc by-sa-nc 3.0

4. La gestion des eaux minières : une problématique aussi ancienne que les travaux miniers

Le gisement de Chessy se caractérise par l'abondance de sulfures de fer, à l'origine de phénomènes majeurs de drainage minier acide. Les travaux miniers souterrains et les dépôts de déchets miniers génèrent ainsi des écoulements d'eaux très acides et chargées en métaux (iv), présentant des débits de 1 à 6 m³/h [3] [4]. Ces eaux ne sont traitées dans une installation dédiée qu'à partir de la fermeture de la mine en 1877 [3]. Le procédé consiste à collecter les eaux minières de la galerie principale dans des bassins et à y ajouter de la chaux pour faire précipiter les métaux [4]. Il en résulte des résidus de neutralisation qui se présentent sous forme de boues rougeâtres. En 2003, un diagnostic des installations de traitement existantes, vieilles de 130 ans, et ne "répond[ant] plus aux normes de sécurité et de rejet" ([4], p.12) est réalisé. Le BRGM créé alors une nouvelle installation, définie comme une "installation hydraulique de sécurité" (IHS).

Installations de traitement des eaux acides aux environs de 1900 | Berthaud Frères, imprimeurs et photographes (1889-1908) · Document numérisé, exemplaire de la carte postale appartenant à SystExt

5. Un traitement perpétuel des eaux et des boues

Mise en service en 2005, cette nouvelle installation IHS est entièrement automatisée. Elle traite les eaux provenant des anciens travaux miniers souterrains et de plusieurs drains souterrains et de surface (v). Comme depuis 1877, le traitement consiste à mélanger les eaux avec de la chaux. Cependant, ce mélange se fait désormais dans une cuve disposant de capteurs qui permettent d'optimiser la réaction [4]. Les résidus de neutralisation qui en résultent sont déposés sous forme de boues dans des bassins devant être curés tous les 10 et 20 ans (vi) [4]. Ce traitement devra être réalisé indéfiniment, au risque que les eaux résiduaires polluent les aquifères, les cours d'eau et les sols du secteur. Cette gestion perpétuelle concerne également les 275 tonnes de boues générées annuellement, et qui contiennent des concentrations moyennes à élevées en métaux (vii) [6].

Situation de l'installation de traitement et dispositifs de gestion des eaux associés (galeries d'écoulement, drain, rejets) | Création : SystExt · Décembre 2021 ; Fond cartographique © Google Earth · Date des images satellite : 27/04/2018. Cette carte est issue d’une transposition manuelle d'après ([4], p. 20). Les contours et la position des objets sont donc soumis à imprécision.

6. Des centaines de milliers de tonnes de déchets miniers

Cinq zones de déchets miniers peuvent être distinguées :
• la zone des puits, comprenant les stériles miniers associés aux travaux d'exploitation ;
• les résidus associés à l'usine d'acide sulfurique, en particulier l'aire de pyrite grillée (voir §2) ;
• une zone comprenant des stériles et des résidus anciens (déposés avant la fermeture en 1877) ;
• les travaux de recherche BRGM, comprenant des stériles et des bassins de décantation des eaux minières, associés aux travaux d'exploration des années 1980 (voir §3) ;
• la dizaine de bassins de dépôt et de décantation associés aux deux installations de traitement des eaux (entre 1877 et aujourd'hui).

Selon SystExt, ces cinq zones représenteraient une surface de plus de 15 hectares (viii), soit 3% de la surface de la commune de Chessy.

Situation des dépôts de déchets miniers et principales installations de surface (viii) | Création : SystExt · Décembre 2021 ; Fond cartographique : © Google Earth · Date des images satellite : 01/04/2020. Cette carte est issue d’une transposition manuelle d'après [7] [8]. Les contours et la position des objets sont donc soumis à imprécision.

7. D'importants travaux de réhabilitation

Les travaux et études prescrits par l’administration ont été réalisés entre octobre 2002 et décembre 2006 [3]. Au niveau des travaux de recherche BRGM, la réhabilitation a consisté à recouvrir de terre végétale les stériles miniers et à remblayer les bassins [3]. Certains dépôts de résidus de neutralisation ont été remodelés et revégétalisés [3]. Cependant, SystExt a pu constater que des talus très pentus subsistent et restent soumis à l'érosion. Des dispositifs de collecte et de drainage ont été installés afin de traiter le maximum d'eaux résiduaires dans la nouvelle IHS. Enfin, 13 550 m³ de résidus et matériaux contaminés ont été confinés in situ au niveau de l'aire de pyrite grillée (ix) [3]. L'apparente simplicité des travaux s'explique par la difficulté technico-économique de remanier et de transporter des quantités considérables de matériaux riches en métaux, difficulté qui concerne tous les anciens sites miniers "métalliques".

Aire de pyrite grillée, réhabilitée par confinement et végétalisation | B. Bergnes pour SystExt · Juin 2021 · cc by-sa-nc 3.0

8. Des risques conséquents pour les eaux de surface

Malgré l'importance des travaux de réhabilitation (voir §7), deux zones de déchets miniers en sont exemptes : la zone des puits et une zone comprenant des stériles et des résidus anciens. Selon SystExt, celles-ci représenteraient 61% de la surface totale de déchets miniers (x). Lors des épisodes pluvieux, ces déchets sont soumis au ruissellement et à l'infiltration, contribuant ainsi à la pollution de la Goutte Granger, un affluent de l'Azergues. Sur le reste du secteur, des phénomènes similaires se produisent au niveau de dépôts de déchets non confinés ou mal végétalisés (xi). Actuellement, toutes les eaux résiduaires ne peuvent pas être collectées et traitées dans l'IHS. Afin de réduire les risques sur les eaux de surface, deux solutions pourraient être envisagées :

• réhabiliter les dépôts à l'origine des pollutions les plus importantes ;
• installer davantage de systèmes de collecte et de drainage des eaux résiduaires.

Zone d'exploitation de la mine jaune et ruissellement en pied de dépôt, le lendemain d'un orage | E. Feyeux pour SystExt · Mai 2021 · cc by-sa-nc 3.0

9. Des risques sanitaires potentiels qui devraient être étudiés

Aucune étude sanitaire et environnementale n'a été réalisée sur le secteur, seule l'habitabilité d’une propriété dite "maison de la Société minière de Chessy (SMC)" a été évaluée [3]. L'emprise des dépôts de déchets miniers, présentant localement des concentrations très élevées en métaux (xii) [7], est considérable. De plus, deux usines de traitement pyrométallurgique ont fonctionné pendant plus d'un siècle, faisant craindre des retombées de fumées et de poussières, et donc une pollution des sols dans leur environnement. Avant 1848, les grillages en fours bas généraient une pollution de l’air telle que "des dispositions avaient été prises […] pour griller les pyrites durant la saison d'hiver, période où l'on ne cultivait pas" ([1], p.11) (xiii). Compte tenu de la fréquentation régulière de certains dépôts pour des activités de loisirs et la proximité de zones habitées (xiv), SystExt considère qu'une évaluation des risques sanitaires et environnementaux devrait être menée. L'objectif est de s'assurer que les usages actuels peuvent être poursuivis mais aussi d'appréhender les usages futurs.

Visite chez une riveraine, en aval immédiat de l'aire de pyrite grillée | B. Bergnes pour SystExt · Juin 2021 · cc by-sa-nc 3.0

► Notes

(i) Les Monts du Beaujolais sont les premiers contreforts du Massif Central, situés à l'ouest de Villefranche-sur-Saône.
(ii) À cette époque, la raffinerie de Chessy traitait également le "cuivre noir" de la mine de Sain-Bel.
(iii) Le BRGM s'intéresse alors à un type de gisement découvert dans d'autres pays du monde dit "amas sulfuré polymétallique" qui présente un potentiel économique important [1].
(iv) Les eaux présentent un pH de 3 et des concentrations de : 1 622 mg/l de sulfates, 119 mg/l de zinc, 19,5 mg/l de cuivre et 477 µg/l de cadmium. Ces données chiffrées consistent en une moyenne sur 12 mois des analyses réalisées en 2018 sur la galerie principale d'écoulement ([4], p.95).
(v) Au niveau de l'aire de pyrite grillée, bien que celle-ci soit couverte, des lixiviats se forment en base du dépôt. Ces lixiviats sont collectés et acheminés vers l'allée des Platanes puis traités dans l'IHS ([3], pp.81-82).
(vi) Deux bassins se trouvent à l'est immédiat de l'installation de traitement des eaux : BD1 (4200 m3) et BD2 (2100 m3). Le BD2 a fonctionné de 2004 à 2014, soit 10 ans. En 2018, il était estimé que le BD1 aurait une durée de fonctionnement de 20 ans. Le remplissage des deux bassins se fait de façon alternative ([4], p.18).
(vii) Selon une évaluation prévisionnelle réalisée en 2004, la quantité de boues non filtrées s'élèverait à 275 tonnes par an (170 tonnes après décantation) ([6], p.16). D'après un échantillon composite réalisé en avril 2004 sur le bassin BD1, les résidus de neutralisation présentent les concentrations suivantes : 81 mg/kg en arsenic, 256 mg/kg en cadmium, 16 900 mg/kg en cuivre, 285 mg/kg en plomb et 74 000 mg/kg en zinc ([6], pp.17-18).
(viii) Pour cartographier les différentes zones de déchets miniers, SystExt s'est basée sur ses observations de terrain en juin 2021, corrélées aux données de GEODERIS [7] [8]. Il en résulte l'estimation de surfaces suivantes : (1) Zone des puits : 59 460 m² ; (2) résidus associés à l'usine d'acide sulfurique : 22 240 m² ; (3) zone comprenant des stériles et des résidus anciens : 32 720 m² ; (4) Travaux de recherche BRGM : 7 650 m² ; (5) bassins de dépôt et de décantation associés aux deux installations de traitement des eaux : 29 990 m².
(ix) Dans le confinement de l'aire de pyrite grillée, ont été rassemblés : "les pyrites grillées déjà présentes sur cette parcelle (9 700 m3), ses murs périphériques contaminés (500 m3), les restes de la galerie d’amenée des eaux propres qui la traversait (250 m3), les terres excavées devant la maison de la SMC (900 m3), et les résidus de pyrites grillées de la parcelle 405 (2 200 m3)" ([3], p.81).
(x) Selon les estimations de SystExt, la Zone des puits et la zone comprenant les stériles et résidus anciens recouvriraient une surface de 92 180 m², soit 61% de la surface totale recouverte par des déchets miniers (de 152 060 m²).
(xi) D'après les observations de terrain de SystExt et de ses partenaires, sont notamment concernés : (1) les eaux ruisselant au nord et à l'ouest de l'aire de pyrite grillée (ces écoulements rejoignent la Goutte de la Ronze), tous les matériaux résiduaires n'ayant pas été confinés dans cette zone ; (2) les eaux pluviales drainées le long de l'allée des Platanes qui se jettent directement dans la Goutte Granger ; (3) les eaux circulant sur les dépôts de résidus de neutralisation (hors zone du ru du plâtrier).
(xii) Des mesures et analyses ont été réalisées dans le cadre de l'inventaire des dépôts de déchets miniers [7]. Au centre de la Zone des puits, deux prélèvements (69_0004_A_T21_S1 et 69_0004_A_T22_S1) présentent des concentrations particulièrement élevées en plomb, respectivement : 6 160 et 17 200 mg/kg. Pour les 6 autres prélèvements, les concentrations en cette substance s'étendent de 300 à 982 mg/kg.
(xiii) La construction de l'usine d'acide sulfurique en 1848 et de sa cheminée de 72m de haut qui "facilitait l'évacuation et la dispersion des gaz et des fumées" constituait une "amélioration certaine par rapport aux périodes précédentes", c'est-à-dire en comparaison au grillage en fours bas ([1], p.11).
(xiv) En particulier les hameaux suivants : les Mines, les Écublisses, la Ronze, Sur les Puits.

► On en parle dans la presse...

• Comet, P. (11/06/2021). Ils veulent faire toute la lumière sur les pollutions minières. Le Progrès. Lien.

► Bibliographie citée

[1] Bayle, et al. (2003). Mines et minéraux de Chessy (Rhône). Le Règne minéral. Hors Série IX. Éditions du Piat.
[2] Chermette, A. (1982). Les anciennes mines de pyrite de St Pierre-La-Palud (dites Mines de Sain-Bel). Musée de la Mine de Saint-Pierre-La-Palud.
[3] Collectif. (2007). Arrêt définitif des travaux miniers et réhabilitation de l’ancien site minier de Chessy (Rhône). Géologues, (153), 76-83. Lien.
[4] Plat, E., & Huron, Y. (2019). IHS de Chessy-les-Mines (69) - Rapport annuel de surveillance - Année 2018. Rapport BRGM RP-69064-FR. Lien.
[5] BRGM. (1986). Gisement de Chessy France Cuivre - Zinc - Barytine - Pyrite - Rapport de faisabilité. Rapport 86-DAM-022-PM. Lien.
[6] Cottard, F. & Cazaux, D. (2004). Étude technico-économique sur la gestion des décantats du site de Chessy-Les-Mines. Rapport BRGM RP-53041-FR. Lien.
[7] GEODERIS. (2013). Inventaire des dépôts issus des exploitations minières selon l’article 20 de la Directive 2006/21/CE - Monographie sur la région Rhône-Alpes - Volet "métallique". Rapport N2012/039DE-12NAT2121. Lien.*
[8] GEODERIS. (2020). District minier de Chessy - Commune de Chessy (69) - Révision de la cartographie des aléas miniers. Rapport 2019/288DE-19RHA36010. Lien.

* Suite à une demande auprès de la DREAL Rhône-Alpes, SystExt et ses partenaires ont eu accès aux résultats de l'inventaire des dépôts de déchets miniers sur la région [7] et aux fiches détaillées par dépôt inventorié, en date du 18/02/2019.

► Bibliographie non citée

• Bonnaud, L. (2007). Histoire des inspecteurs des installations classées (1810-2006). Responsabilité & Environnement, (46), 89-94. Lien.
• Cabrol, B. (1987). Chessy (Rhône) Cuivre - Zinc - Rapport de synthèse. Rapport BRGM 87-DAM-011-PM. Lien.
• Chermette, A. (1977). Les anciennes mines de Chessy et de Sain Bel. Bulletin mensuel de la Société linnéenne de Lyon, (10), 21-37. Lien.
• Chermette, A. (1981). La famille Jars et sa contribution à l'exploitation des mines lyonnaises au XVIIIe et au XIXe siècles. Bulletin mensuel de la Société linnéenne de Lyon, (5), 1-11. Lien.
• DPSM. (2021). Exploitation et maintenance de la station de traitement des eaux de mines de Chessy-les-Mines (69). Appel d'offre - Marché n°HASUD210326.
• Foucher, et al. (2001). Treatment by sulfate-reducing bacteria of Chessy acid-mine drainage and metals recovery. Chemical Engineering Science, (56), 1639-1645. Lien.
• Gadiolet, P. & Marey, P. (2011). Contrat de Rivière Azergues - Étude de l’origine des pollutions métalliques sur le bassin versant de l’Azergues. Rapport d'étude du Syndicat mixte pour le réaménagement de la Plaine des Chères et de l'Azergues. Lien**.

** Ce rapport a été transmis le 15/05/2018 à SystExt et ses partenaires suite à une demande du 30/04/2018 auprès de l'Agence de l'eau Rhône Méditerranée Corse.