Dossier Eleve Sortie Sainte – Marie

Sommaire
Introduction :
Les premières traces d’exploitation minières datent du Xe siècle.
Sainte Marie-aux-mines :
-
300 mx différents -> Site exceptionnel, riche par sa diversité.
Bourse aux mines quasi mondialement connue.
1 000 entrées de galeries.
XVIe siècle : découverte d’un bloc d’argent natif de 540kg.
I/ Formation d’un filon métallifère.
1. Mise en place d’un minerai.
2. Le fossé rhénan et les filons à l’Ere tertiaire.
3. Les Vosges au col des Bagenelles : une tectonique à l’Ere primaire.
p.2
p.3
p.6
II/ Exploitation d’un filon d’argent au XVIe siècle.
1. Le travail des mineurs.
2. L’extraction de l’argent à partir de la galène d’argent
p.10
p.11
III/ Impact de l’exploitation minière de Sainte Marie-aux-Mines sur
l’Homme.
1. Utilisation des ressources minières de Sainte-Marie-au Mines.
2. Démographie de Sainte-Marie-aux-Mines au cours de l’exploitation minière.
p.13
p.14
Annexes :
-
Le vocabulaire de la mine.
Les minéraux importants de Sainte Marie aux Mines.
p.15
p.16
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I/ Formation d’un filon métallifère.
1. Mise en place d’un minerai
a. Les conditions à réunir pour « fabriquer » un gisement minéral.
Extrait du livre : Mines de rêves, par M. Fluck
b. Comment se réalise la concentration du minéral ?
Expérience : cristallisation du chlorure de sodium NaCl :
PROTOCOLE
- faire dissoudre dans 100 mL d’eau, 10 à 20 g de gros sel, à froid,
- mettre une goutte de la solution obtenue sur une lame ,
- placer la lame près d’une source de chaleur (lampe du microscope, au soleil,
radiateur de la salle de classe) ou utiliser un sèche cheveux…,
- observer le résultat, au faible grossissement.
OBSERVATION
INTERPETATION
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2. Le fossé rhénan et l’étude des filons à l’Ere tertiaire.
Document 1 : schéma : relation Alpes et fossé Rhénan :
Q. D’après l’analyse des documents 1,2 et 3, comment expliquez-vous la formation du
fossé Rhénan et quelles sont les conséquences pour la formation des filons ?
Document 3 : Interprétation du profil sismique ECORS dans le sud du Fossé Rhénan
3
Document 2 : carte : les grandes unités géologique des vosges, de l’Alsace et de la Forêt
Noire
Sainte Marieaux-mines
Fossé Rhénan
Volcan du Keiserstuhl
Collines sous-vosgiennes et sousschwarwaldiennes
Couverture sédimentaire de l’Ere
Secondaire
Socle ancien de l’Ere Primaire
Q. Sur ce document, annotez les deux grands détachements, (failles normales à
l’échelle régionale), qui bordent le fossé Rhénan.
Q. D’après ce document, à quelle ère géologique s’est mis en place le fossé Rhénan ?
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VISITE DE LA MINE « GABES GOTTES »
1. Localiser les filons métallifères.
Carte des filons métallifères du district, Pierre Fluck
Cf : Carte des filons métallifères du district
Q. Repérez les différents secteurs miniers et la mine
« Gabes Gottes »,
Q. Estimez l’orientation générale des filons de chacun
des secteurs.
Q. Rappelez les minerais extraits de chaque secteur.
Topographie souterraine des mines Chrétien
- Comment expliquer la géométrie des filons des
différents secteurs ?
2. Exploiter le filon riche en minerai.
Cf : Topographie souterraine des mines Chrétien
Q. Localisez les filons visibles sur la carte ci contre.
Q. Comment s‘appellent les galeries d’accès aux filons ?
Les repérer et les colorier en couleur différente
Filon, plafond d’une galerie, mine de
3. Former le filon dans un contexte géologique
particulier.
Cf : Filon, plafond d’une galerie, mine de « Gabes Gottes
«
Q. Réaliser un schéma d’interprétation du déplacement
du filon.
Q. En quoi cet indice valide la nécessité d’un contexte
géologique particulier pour former des filons
métallifères ?
« Gabes Gottes «
- Que suivez vous lorsque vous marchez dans un filon vidé de son
minerai (filon en négatif !) ?
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3. Les Vosges au col des Bagenelles : une tectonique à l’Ere primaire
LE PAYSAGE DU COL DES BAGENELLES (908 m)
La vallée de la Liepvrette, vue du col des Bagenelles
Q. Orientez la photographie et repérer le Nord,
Q. Repérez sur la photographie, la vallée de la Liepvrette, la faille de Sainte-Marie – aux –
Mines, le versant granitique, le versant gneissique, les collines de grès triasiques du
Schlossberg (700 m), de Rougerin (650m) et de l’Ungersberg (au dernier plan, 900 m
Les grès des Vosges sont des formations
sédimentaires détritiques qui se sont déposées
dans notre région, principalement au Trias (-245
Ma), sur le socle d’âge Primaire.
Q. Comparez la localisation topographique des
formations gréseuses repérées dans le
paysage, à celle du granite tel qu’on peut le
rencontrer au col des Bagenelles.
Q. Réalisez un schéma pour expliquer les
localisations respectives du grès et du granite.
Q. Quel événement géologique régional vous
permet d’expliquer la formation du paysage
actuel ?
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Arrêt
Pétrographie
Parking
Roche magmatique
plutonique
Minéralogie
Interprétation
du
col des Bagenelles
Granite des crêtes
Chemin
du Haycot (haut)
Granulites sombres
Affleurement à débit
en parallélipède massif
Roche massive
Couleur vert sombre
Roche finement cristallisée,
Grain fin
Litage frustre
Minéraux étirés
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Arrêt
Pétrographie
Minéralogie
Interprétation
Chemin du Haycot
(intermédiaire)
Granulites claires et roses
Affleurement à débit en petit parallélipède
Roche massive
Couleur claire et rose
Roche finement cristallisée,
Grain fin
Litage frustre
Minéraux étirés
Chemin du Haycot (bas)
Péridotite serpentinisée à
grenat
Affleurement en petites massifs ou
écailles
Couleur sombre à noire, noir
verdâtre ou brun rouge
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Doc 2 : diagramme PT et granulite
Doc 1 : subduction continentale
Ky = distène ; Jd = jadéite ; Ab = albite ; Bi = bioiotite ; Sill = sillimanite ; And = andalousite
a : épaississement de la
lithosphère continenale par
sous - charriage (subduction
continentale) des unités
saxothuringiennes sous les
unités moldanubiennes
b : délamination de la racine
par des remontées
d’asthénosphère chaude ;
incorporation d’écailles
péridotitiques à la base de la
croûte des unités
saxothuringiennes
c : mise en place du
« granite des Crêtes » à
partir de magma issu de
la fusion partielle de
manteau et de magma
d’origine crustale
Doc 3 : les étapes de l’orogénèse (vitesse et profondeur)
Thining :
amincissement
Thickening :
épaississement
Extrusion :
remontée des
roches et formation
de relief
Uplift érosion :
- Repérer dans le schéma a, la croûte continentale, le manteau lithosphérique et
l’asthénosphère, les unités saxothuringiennes et moldanubiennes,
- Repérer dans le schéma b, les granulites de la croûte continentale inférieure
- Repérer dans le schéma c, les zones de fusion à l’origine du « granite des Crêtes »
érosion
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II/ Exploitation d’un filon d’argent.
1. Le travail des mineurs.
Gravures datées de 1549, au XVIe siècle.
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2. L’extraction de l’argent à partir de la galène d’argent au XVIe siècle :
Les gisements d’argents natifs (Ag) ne sont pas très fréquents. Ils se rencontrent
généralement sous forme de filons associés à d’autres occurrences minérales :
-
La galène (argentifère) : un sulfure de plomb (1% d’argent)
Cuivre gris : sulfure de cuivre (0-18% d’argent)
Minéraux rares : Pyrargyrite (>59.8%), Proustite (>65.4%) et Cérargyrite (>75.3%)
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Schéma : étapes d’extraction de l’argent à partir de la galène argentifère :
Extraction de la galène des mines
Lavage
Bocardage (Les minéraux sont concassés)
Grillage de la galène : opération thermique (1 000°C).
On élimine du minerai : l’eau et certains corps chimiques nuisibles à la fusion (sulfure et
phosphore : ils rendent la font dure et fragile). C’est une réaction d’oxydation :
Galène argentifère + O2 = oxyde de plomb + souffre (gaz)
PbS(Ag) + 3O2 = 2PbO(Ag) + 2 SO2
Réduction <-> l’art de la fonderie.
L’oxyde de plomb est réduit dans un autre four, il peut réagir avec de la galène ou du
charbon de bois ajouté en petite quantité, de manière à enrichir le plomb argentifère.
2PbO(Ag) + PbS(Ag) = 3Pb(Ag) + SO2
2PbO(Ag) + C = 2Pb(Ag) + CO2
Obtention de plomb purifié associé à de l’argent natif = plomb argentifère.
Coupellation : Séparation de l’argent natif du plomb à haute
température.
-
Plomb facilement oxydable. Fusion oxyde de plomb (=litharge) : 327°C
Argent peu oxydable. Fusion argent : 962°C
Fusion oxydante à 850-950°C par apport d’un souffle d’air à la surface du plomb fondu.
L’oxyde de plomb moins dense, surnage et sera écrémée par le fondeur. Au fur et à mesure
de la coupellation, la masse de plomb diminue et la part d’argent augmente et se concentre
au fond du creuset. A la fin il ne reste plus que de l’argent, « un éclair blanc ».
(Source : Lithothèque d’Alsace.)
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III/ Impact de l’exploitation minière de Sainte Marie-aux-Mines sur
l’Homme.
1. Utilisation des ressources minières de Sainte-Marie-au Mines.
Tableau : Utilisations de l’argent : Ag
Secteur industriel
Bijouterie et argenterie,
Pièces et médailles
Photographie
Alimentation
 Electrique et électronique : l’argent possède une meilleur
conductivité que le cuivre.
 Soudure
Alliage avec d’autres métaux (or, cuivre, nickel) pour renforcer ses
caractéristiques mécaniques
Les sels d’argents sont photosensibles : ils se décomposent sous
l’influence de la lumière.
Propriétés bactéricides
Tableau : Utilisations du plomb : Pb, produit secondaire de l’extraction d’argent.
Propriétés :
-
grande malléabilité et ductilité,
relative résistance à la corrosion
bas point de fusion.
Problèmes de toxicité.
Secteur industriel
et automobile
Guerre /chasse
Maquillage
Imprimerie
Protection contre
les rayons X
 Batterie au plomb = 72% de la consommation de plomb (53%
automobile, 19% industrie)
 Additif de carburant automobile (plomb tétrahyle)
 Munitions
 Blanc de Céruse (PbCO3), Minium, Cristal de galène.
 Plus utilisé actuellement, car le plomb est toxique.
 Fabrication des caractères.
 1mm de plomb atténue la dose se rayonnement d’un facteur 1 000.
Tableau : Utilisations de l’arsenic: As
Teinture verte
médicaments
Poison
Guerre
C’est pour cette raison qu'il était interdit de porter des vêtements verts aux théâtre car
sous l'effet de la chaleur, l'arsenic se transformait en vapeur et pouvait empoisonner
le porteur du vêtement.
Depuis l’Antiquité (exemple solution de Fowler, à base d’arsénite).
Au XVIIe siècle, est appelé « poudre de succession » -> accélère les héritages par meurtre.
Il a été utilisé pour augmenter la toxicité de certaines armes chimiques, sous forme d’arsine
notamment, dès la Première Guerre mondiale.
Additif (durcisseur) au plomb des cartouches de chasse ou des munitions de guerre (il freine
aussi la formation d’oxyde de plomb)
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Pesticide
Métaux semiconducteurs
Photocopies
Traitement du
bois
arséniate de plomb -> Problème : source d’empoisonnement des utilisateurs, pollution de
l’environnement
Les alliages composés d’arsenic et de gallium (GaAs) ou d’indium (InAs) donnent des
matériaux semi-conducteurs, utilisés pour la fabrication de cellules photovoltaïques, de
diodes électroluminescentes (DEL) et de transistors à très haute fréquence.
Il est depuis peu utilisé sur les « tambours » des imprimantes dites « lasers » et des
photocopieuses, fax.
Mélangé avec du cuivre et du chrome (CCA). controversé en raison de sa toxicité, de sa
rémanence et du fait qu’il soit partiellement soluble dans l’eau et les pluies, ce traitement
reste autorisé dans la plupart des pays.
Tableau : Utilisations du Cobalt : Co
Pigment
Batterie
Superalliages
Alliages durs
Catalyseurs
Pneus, colle, savons
Aimants.
9%
22%
11%
11%
11%
8%
7%
Bleu de Cobalt
Téléphone ^portable, ordinateurs, véhicules hybrides, outils portatifs
Fabrication d’aubes de turbine, turboréacteurs
Fabrication de prothèse dentaire
Industrie chimique et pétrolière
2. Démographie de Sainte-Marie-aux-Mines au cours de l’exploitation
minière.
1500 : 400 habitants
Tableau : évolution démographique de Sainte Marie-aux-mines
Au début du XVIesiècle, cent cinq mines ont été ouvertes dont on a extrait environ
-
5 000 tonnes de cuivre,
300 tonnes de minerai d'argent,
80 000 tonnes de plomb.
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Les principaux minéraux de Sainte Marie aux Mines
Tableau : Les principaux minéraux rencontrés dans la mine de gabe Gottes :
(Photos prise au musée de minéralogie de Strasbourg)
Nom
Formule
chimique
aspect
CaCO3
Aragonite
Chalcopyrite
CuFeS2
Galène
argentifère
PbS(Ag)
Malachite
Cu2CO3(OH)2
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LE VOCABULAIRE DE LA MINE
(Source : lithothèque d’Alsace).
Bure : puisard creusé au point le plus bas d'un puits. On y recueille les eaux de la mine en vue de
leur évacuation par pompage.
Bocard : appareil de concassage permettant de fragmenter le
minerai à la taille d'une noix favorisant ainsi sa réduction au
haut fourneau.
Structure de fonctionnement hydraulique en bois composée d'un
cadre solide, de pieux ferrés alignés côte à côte que soulevait
alternativement un arbre à cames dont le mouvement était
assuré par une roue à aubes.
Champ filonien : secteur filonien identifié et susceptible d'être exploité ou en cours d'exploitation.
Champ minier : étendue de surface et souterraine des filons exploités ou en cours d'exploitation.
Cheminée : puits étroit interne réunissant plusieurs fonctions dont celles permettant principalement
d'y favoriser la circulation de l'air entre les différents étages de la mine et d'y extraire du minerai à
l'aide d'un treuil.
Chien de mine (Hund) : caisse ferrée montée sur roues et
destinée au transport du minerai et des roches stériles.
Poussé par une seule personne dans un travers-banc, le
chariot (ou le chien) était guidé par des limandes (rails en bois)
jusque sur la halde où le minerai était ensuite trié et le stérile
rejeté.
Coupellation (four de) : opération de séparation - à température de fusion - du minerai d'argent du
sulfure de plomb qu'il contient. Étant plus dense que le plomb, l'argent se concentre au fond du four.
En surface, le plomb liquide s'oxyde (PbO) sous l'action de l'air soufflé et forme le litharge qui est
écrémé. Le litharge est épuisé par le haut le premier avant d'accéder à l'argent liquide.
Éponte : terme minier. Chacune des surfaces limitant un filon et la roche encaissante (zone de
contact). La nature de l'éponte est souvent modifiée sur une faible épaisseur par une formation (par
ex. : argileuse, lamprophyre) nommée la salbande. L'éponte sous le filon est le mur ; celle sur le filon
est le toit.
Exhaure : action d'épuiser les eaux par un système hydraulique ou par écoulement naturel par une
galerie d'exhaure (Erbstollen) vers l'extérieur des travaux miniers.
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Filon (gang) : veine minéralisée, souvent d'origine hydrothermale, ou fossilifère (charbon) remplissant
des fractures dans des roches de formation antérieure à la minéralisation. Ce sont ces filons souvent
très étendus qui sont recherchés et exploités par les mineurs.
Fonderie-forge : ensemble des installations usinières où l'on fond des matières utiles en atmosphère
réductrice, où les métaux obtenus sont purifiés et transformés à la forge.
Galène : sulfure naturel de plomb (PbS), d’un éclat métallique, cristallisant généralement en cubes ou
lames carrées. Principal minerai de plomb.
La galène est souvent argentifère, ce qui en fait la principale source d’argent, même si sa teneur est
extrêmement faible : 1-1.5kg d’argent/tonne de plomb.
Gangue : nom donné, dans les filons métallifères, aux parties non métalliques (minerai stérile) qui
forment souvent la masse principale du dépôt et qui enveloppent le minerai.
Halde : amas de déblais rocheux se trouvant devant l'entrée d'une galerie de mine ou près d'un puits
au jour.
Hornstatt : à l'intérieur de la mine, chambre creusée en tête d'un puits d'extraction
permettant l'installation et la mise en œuvre d'un treuil.
Minerai : ensemble rocheux contenant des substances utiles en pourcentage
suffisant pour justifier une exploitation. Matière première en métallurgie.
Hornstatt
Minéral : solide naturel, homogène, possédant uns composition chimique définie et
une structure atomique ordonnée.
Pointerolle (Stufeisen) : outil utilisé pour le perçage des galeries et
pour l'abattage du minerai. Burin aciéré emmanché, pointu d'un côté et
plat de l'autre. Il était percuté du côté plat par un marteau (Schlägel).
Puits (Schacht) :
- puits d'extraction : puits vertical permettant la liaison entre les
différents étages miniers pour le passage des mineurs, l'extraction du
minerai, des stériles et des eaux d'infiltration au jour.
- puits d'aérage : orifice vertical permettant la circulation naturelle de l'air.
Soutènement : échafaudage (boisage) assurant la stabilité des travaux miniers, rarement une
maçonnerie.
Tonne (benne) (début XIXe siècle) : sorte de grand tonneau en bois de forme tronconique cerclé de
fer et d'une capacité de 9 hectolitres. Servant au transport rapide du minerai que soulevait un treuil
relié à une roue hydraulique, les tonnes circulaient chacune dans leur propre compartiment.
Travers-bancs (Querschlag - Erbstollen) : galerie d'écoulement et de roulement légèrement inclinée
(souvent rectiligne) tracée depuis le jour à travers les roches stériles ( à travers les bancs de
roches) joignant perpendiculairement le filon principal dans les parties profondes.
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