135GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 1-2, 2006

Abstract

Rare minerals and famous rocks (slate veins andcoticule) are known since the XVIIth century. During morethan three centuries, the commune of Vielsalm was thecentre of an extractive industry, which exploits the rocks ofthe Salm Group (Ordovician age). At the same time, evenearlier, slate veins were also exploited in the vicinity ofBertrix along the Aise Valley. The underground workingsare opened in Lower Devonian series.

The slate veins and coticule were initially exploited inopen pits and later, starting from the middle of the XIXthcentury, in underground workings. Around 30 concessions ofslate veins and coticule were active around Vielsalm. Initially,slate veins were extracted in open pits, then 150 to450 meters long galleries were dug into the hillside until theyreached the slate vein layers. In the commune of Bertrix, theunderground workings are dug through inclines and galleriesin the hill. The slate veins have been exploited throughsuccessive rooms separated by long pillars along one gallery.Several galleries sometimes with more than 12 rooms aredistributed at different altitudes. The rooms excavated atdifferent exploitation floors are superimposed one on theother according to the inclination of the slate vein layer.

The GIS application with ESRI ArcView 8.3 products isan utility tool for country planners and also a managementtool of the territory for legal authorities. This GIS applicationhighlights the limits of risk zones still unknown by visualizingthe underground infrastructures at the surface.

Introduction

Les carrières souterraines d'ardoise et de coticuleconstituèrent une activité essentielle au cours de la révolutionindustrielle et une phase de développement pour la régionavant la première guerre mondiale. Aujourd'hui, l'activitéextractive souterraine est quasi éteinte en Belgique àl'exception de quelques exploitations locales. Ledéveloppement de la mine à court et moyen terme était établiafin de garantir un rendement, un bénéfice optimal et lasécurité des ouvrages souterrains pendant la période del'exploitation. Ce n'est que très récemment que les questionscommencèrent à se poser sur le devenir de la mine et l'impactenvironnemental, après l'abandon des travaux et la fermeturedu site. Les questions liées à l'après-mine des exploitationssouterraines concernent l'ensemble des ressourcesnaturelles qui ont été extraites dans les gisements belges,dans un passé plus ou moins proche. Certains phénomènesen surface accompagnés de dégâts aux infrastructures ontété observés et sont connus dans l'histoire de l'exploitationsouterraine comme l'effondrement survenu à Warmifontaineen 1912 (Hardy, 1913). Il y a une méconnaissance desprocessus encore en évolution aujourd'hui dans ces travauxsouterrains abandonnés et susceptibles d'avoir desrépercussions en surface. L'élément clef réside dansl'absence d'un inventaire et d'une cartographie détaillée desinfrastructures souterraines et des accès en surface (entréesde galeries, puits, plans inclinés, etc.).

En 2004, le Service Géologique de Belgique (SGB) alancé le programme BD-ARCO (Banque de Données sur les

Les carrières souterraines abandonnéesd'ardoise et de coticuleà Vielsalm et Bertrix(Province du Luxembourg, Belgique) :développement d'un outil de gestion SIG

Abandoned underground slate and coticule workings at Vielsalm and Bertric (Luxembourg,Belgium): development of a GIS management tool

Xavier DEVLEESCHOUWER (1)

Eric GOEMAERE (1)

Cyril MULLARD (1)

Géologie de la France, n° 1-2, 2006, pp. 135-140, 4 fig.

Mots-clés : Système d’information géologique, Carrière souterraine, Gisement ardoisier, Abrasif, Coticule, Analyse des risques,Belgique

Key words: Geographic information systems, Underground quarries, Slate quarries, Abrasives, Risk assessment, Belgium

(1) Institut royal des Sciences naturelles de Belgique, Service géologique de Belgique (Dpt VII), 13 - Rue Jenner, B-1000 Bruxelles,Belgique. xavier.devleeschouwer@sciencesnaturelles.be, eric.goemaere@sciencesnaturelles.be, cyril.mullard@laposte.net

LES CARRIÈRES SOUTERRAINES ABANDONNÉES D’ARDOISE ET DE COTICULE À VIELSALM ET BERTRIX

GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 1-2, 2006136

ARdoises et le COticule). Il concerne la création et ledéveloppement d'un outil SIG (Système d'InformationGéographique) qui permet de centraliser les donnéesdispersées et de natures différentes, de faciliter la gestion deces travaux souterrains abandonnés localisés dans lescommunes de Vielsalm et de Bertrix-Herbeumont. Lesobjectifs sont multiples : établir une cartographie détaillée,déterminer les zones à risque potentiel en termed'aménagement du territoire, préserver la biodiversité(animale et végétale) spécifique à ces milieux anthropiqueset finalement conserver et protéger ce patrimoine industrielet culturel hérité du labeur des générations précédentes.

Le principal aspect développé dans cet article sera deprésenter l'approche géomatique utilisée tant à Vielsalmqu'à Bertrix pour gérer les documents qui décrivent lestravaux souterrains dans les ardoisières et les exploitationsde coticule tout en les replaçant dans le contextegéologique et minier des deux bassins d'exploitation.

Contexte géographique et géologiquedes exploitations souterraines

Les deux zones étudiées en Province du Luxembourg(Belgique) se situent dans la commune de Vielsalm

(carrières souterraines d'ardoise et decoticule, figure 1) et à cheval sur lescommunes de Bertrix et d'Herbeumont(les ardoisières de la vallée d'Aise,figure 2). Les ardoisières exploitées demanière intensive à Vielsalm sontlocalisées sur le Thier des Carrières(flancs nord et ouest) et sur le Thier duMont. Ces collines culminent à unealtitude moyenne de 530-550 m et sesituent de part et d'autre de la rivièreSalm qui coule entre les villages deVielsalm et de Salmchâteau. Cesvillages se trouvent dans la vallée à unealtitude moyenne de 360 m. Lesexploitations de coticule sontessentiellement réparties à proximitédes villages de Ottré, Bihain, Joubiéval,La Comté, Lierneux sur les flancs descollines Thier de Regné, Thier du Montet Thier del Preu. Les exploitationssouterraines d'ardoise et de coticuleconcernent des séries sédimentairesd'âge Ordovicien. Les exploitations sontréalisées dans la Formation d'Ottré(Groupe de la Salm) d'une épaisseur de230 m et composées de phyllades decouleur rouge alternant avec des litsjaune et blanc de coticule de 1 à 15 cmd'épaisseur, de couleur violet riche enchloritoïdes, de siltites rouges, et deveines d'ardoises de couleur sombre.Ces roches sédimentaires sontenrichies en fer et en manganèsecomme en témoigne la présence deplusieurs concessions exploitées pourdes gisements de manganèse à cheval

sur les communes de Vielsalm et de Lierneux.

Les ardoisières exploitées durant plusieurs siècles àproximité de la ville de Bertrix sont toutes ouvertes à flancde collines dans la vallée d'Aise.

Rappelons que le coticule est une roche abrasive utiliséepour affiler les lames métalliques des couteaux, rasoirs,instruments médicaux, etc. Le coticule est une rochemétamorphique, finement grenue et très riche enmanganèse. Elle se présente sous forme de couchescentimétriques à pluricentimétriques interstratifiées dans lesséries sédimentaires (phyllades) de l'Ordovicien du massifde Stavelot. Elle se compose de grenat spessartine (en taillemicroscopique) de micas et de quartz. Ce sont d'anciensdépôts formés par les courants de densité de bouescarbonatées en domaine de bassin. Le remplacement ducalcium par le manganèse et la formation de grenatspessartine se seraient probablement produitsrespectivement après l'enfouissement et au cours dumétamorphisme. Ces conditions très particulièresexpliqueraient la rareté des couches de coticule que l'onobserve uniquement en Belgique dans la région du massifde Stavelot (Lamens et al., 1985 ; Lamens, 1986).

Fig. 1.- Carte géologique de Vielsalm avec la localisation des exploitations de coticule etd'ardoises.

Fig. 1.- Geological map of the Vielsalm area with the localization of the exploitations of coticuleand slate veins.

Application SIG

L'architecture de l'outil SIG

L'architecture globale de l'application SIG développéepour les exploitations souterraines d'ardoise et de coticuleest constituée par 2 modules qui concernent d'une part lesdonnées spatiales et les vecteurs et d'autre part, les don-nées sémantiques. Les données spatiales sont reliées à desentités géographiques localisées appelées « rasters » ouimages telles que les documents miniers, les cartes géolo-giques, les plans du cadastre, les différentes cartes topo-graphiques, etc. Les vecteurs correspondent aux donnéesvectorisées à partir des documents disponibles (cartes géo-logiques, parcelles cadastrales, zones Natura 2000, etc.).Les données sémantiques (chronologie des propriétairesdes exploitations, publications géologiques, etc.) décriventces entités géographiques et sont organisées à travers unsystème de gestion de bases de données relationnellesbasé sur le logiciel Microsoft Access 2000 (Copyright ©1991-2002 Microsoft Corporation). Les données spatialessont intégrées au sein d'un SIG : ESRI ® ArcView 8.X(Copyright © 1999-2002 ESRI Inc.) sous la forme decouches d'informations. Une description détaillée de l'archi-

tecture de l'applicationSIG est présentée parDevleeschouwer et al.(soumis).

Géoréférencement etvectorisation

Le géoréférencementdes plans et des docu-ments relatifs aux exploi-tations souterraines d'ar-doise et de coticule estune étape essentielle duprocessus. Beaucoup deces documents necontiennent pas de réfé-rences géographiques.Pour les documents deVielsalm, nombre deplans mentionnent lesparcelles cadastrales. Lacomparaison et la super-position des tracés ducadastre représentés surles plans avec ceux desdonnées digitales ontpermis de géoréférencerla plupart de ces docu-ments. À l'opposé, lesplans des ardoisières dela vallée d'Aise necontiennent aucune infor-mation relative aux par-celles cadastrales maisbien des repères géogra-phiques comme le croi-

sement de routes, la présence du tracé de la rivière, etc. Ceséléments permettent de géoréférencer les documents enservant de points d'ancrage en terme de coordonnées géo-graphiques. Dans les deux cas, un relevé sur le terrain estindispensable afin de retrouver et de déterminer les coor-données géographiques des repères mentionnés sur lesplans (entrées de galeries, puits, entrées des plans inclinés,etc.) au moyen du GPS. Cette étape permet d'affiner le posi-tionnement des documents dans le SIG (Devleeschouwer etal., soumis). L'étape suivante concerne la vectorisation del'ensemble des objets représentés sur les plans : entrées degaleries, puits, galeries, chambres exploitées, galeries dejonctions, etc. La procédure explicitée par Devleeschouweret al. (soumis) présente deux cas de figures liés à la diffé-rence dans la technique d'exploitation des veines entre lesdeux bassins ardoisiers. A Vielsalm, l'exploitation s'est réali-sée sur 2 voire 3 niveaux successifs jusqu'à 60-70 m de pro-fondeur et relativement peu décalés compte tenu du penda-ge des couches qui est de 60° vers le sud. Cette dispositiondes couches ne permet pas de distinguer les contours desdifférents niveaux représentés sur les plans en projectionhorizontale. Il est donc délicat de scinder les différentsniveaux au cours de la vectorisation, Le périmètre global adonc été vectorisé pour chaque ensemble de chambres

LES CARRIÈRES SOUTERRAINES ABANDONNÉES D’ARDOISE ET DE COTICULE À VIELSALM ET BERTRIX

137GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 1-2, 2006

Fig. 2.- Carte géologique de la Vallée d'Aise près de Bertrix avec localisation des travaux souterrains desardoisières.

Fig. 2.- Geological map of the Aise Valley near Bertrix with the slate vein underground workings.

LES CARRIÈRES SOUTERRAINES ABANDONNÉES D’ARDOISE ET DE COTICULE À VIELSALM ET BERTRIX

GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 1-2, 2006138

regroupant les différents niveaux. À Bertrix, les travaux sou-terrains ont été exploités à partir de plans inclinés creusésen suivant le pendage de 40-45° vers le sud des veinesardoisières. Les galeries sont ouvertes à la base de lacouche et suivent la direction de celle-ci. Le pendage descouches permet de visualiser très clairement la représenta-tion des chambres des différents étages sur les plans enprojection horizontale. La vectorisation des plans est facilitéeet permet donc d'individualiser tous les objets à vectoriser.

Cartographie et analyse de risque

Les résultats cartographiques des campagnes de terrainet des relevés par GPS permettent de visualiser la densitédes puits et des entrées de galeries dans les différenteszones d'exploitation (fig. 3).

Dans la commune de Vielsalm, les exploitationsd'ardoises sont présentes essentiellement sur les collinesnommées Thier des Carrières et Thier du Mont. Lequartier résidentiel de Cahay (au sud de Vielsalm), quijouxte le site du Thier des Carrières, est partiellementimplanté sur certaines galeries menant aux chambresd'extraction et dont on ignorait la localisation précise.L'outil SIG réalisé dans le cadre de cette étude a permis

de superposer les tracés vectoriels de toutes les galeriesconnues avec le tracé des infrastructures de surface. Unemarge d'erreur de 10 m tient compte des erreurs liées augéoréférencement et aux prises de mesures sur le terrain.L'analyse spatiale identifie 9 bâtiments (en blanc sur lafigure) se situant à l'aplomb de deux galeries (fig. 4).

Conclusions

L'application développée est le résultat d'un travail derecherche des documents et des archives disponibles surdes travaux souterrains exploitant l'ardoise et le coticule. Lastructure de la base de données est établie de manièreexhaustive sur base des données disponibles, elle estévolutive et se développera à partir des nouvellesacquisitions de données, voire de nouvelles campagnes demesures réalisées in situ. L'outil est relativement completcar il comprend trois modules complémentaires quiorganisent, stockent, valorisent et exploitent les donnéescollectées. L'outil SIG développé permet également decroiser de nouvelles informations concernant la géologielocale, la présence d'associations minérales uniques, larépartition d'espèces végétales et animales tant en surfacequ'en souterrain et donc de spatialiser la biodiversitéassociée à ces sites. Cet outil permet également d'améliorer

Fig. 3.- Puits et entrées de galeries identifiées sur les 3 collines.

Fig. 3.- Shafts and gallery entrances identified on the three hills.

LayersGallery entrance

Shaft

LES CARRIÈRES SOUTERRAINES ABANDONNÉES D’ARDOISE ET DE COTICULE À VIELSALM ET BERTRIX

139GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 1-2, 2006

la protection et la valorisation de ce remarquable héritagepar les autorités compétentes (surveillance, acquisition deterrains, restriction d'accès sur les sites, extension deszones de protection sous la forme de réserve naturelle, etc.).

Les communes de Vielsalm et de Bertrix sont concernéespar la présence, la gestion et l'absence de cartographie etd'inventaire des travaux souterrains abandonnés liés àl'exploitation de l'ardoise et du coticule. Les objectifs duprogramme BD-ARCO sont donc de développer un outil SIGévolutif qui permet de fournir aux acteurs de terrain et auxautorités compétentes les informations nécessaires à lasécurisation et à la prise en compte de l'impact à la surfaceet de l'extension de ces travaux souterrains abandonnés. Lesétapes réalisées aujourd'hui concernent :

1 - la collecte des données et documents « miniers »sur ces sites souterrains,

2 - l'inventaire le plus exhaustif possible des sitessouterrains abandonnés. Il convient de signaler ici ladifficulté de retrouver toutes les traces des exploitationsde coticule qui sont disséminées et masquées par ladensité du couvert végétal,

3 - la cartographie au sein du SIG des travaux souterrainsconnus à partir des documents miniers mis à disposition,

4 - de confirmer la présence et de valider la position del'ensemble des infrastructures résiduelles de surfacedonnant l'accès à ces sites souterrains (puits, entrées degaleries, plans inclinés, etc.),

5 - de déterminer au sein du SIG l'impact en surface quereprésentent ces sites souterrains pour l'aménagement duterritoire.

Il convient d'envisager de nouvelles approches pourdéterminer l'impact en surface pour les infrastructuresprésentes, le comportement futur de ces infrastructuressouterraines, les méthodes utiles pour suivre l'évolutionde la stabilité et celles qui permettraient de minimiser lerisque. Une modélisation 3D, des travaux souterrains,replacée sur un modèle numérique de terrain permettraitde mieux cerner la disposition de l'exploitation souterraineen regard de la géologie locale et de la structurationtectonique de ces séries sédimentaires. Cette approchepermettrait également d'analyser la biodiversité de cesmilieux souterrains.

Fig. 4.- Cartographie des travaux souterrains, des puits et des galeries à proximité du quartier de Cahay. Neuf bâtiments sont identifiés à l'aplombde deux galeries différentes.

Fig. 4.- Cartography of the underground workings, shafts and galleries close to the Cahay quarter. Nine buildings are identified above twodifferent galleries.

LES CARRIÈRES SOUTERRAINES ABANDONNÉES D’ARDOISE ET DE COTICULE À VIELSALM ET BERTRIX

GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 1-2, 2006140

Références bibliographiquesDevleeschouwer X., Goemaere E., Mullard C. (2005) - In Vielsalm, Belgium, Abandoned Underground Quarries Managed with GIS. ESRI GISin action, summer 2005.

Devleeschouwer X., Mullard C., Goemaere E. (2005) - Underground workings of slate vein and coticule in the Commune of Vielsalm (Belgium):the geological risk management through database and GIS. In: Proceedings of the Post-Mining Colloquium organized by GISOS, Nancy,November 2005, 13 p.

Devleeschouwer X., Mullard C., Goemaere E. (soumis) - Management of abandoned slate and coticule underground quarries by means of GIS,Vielsalm, Belgium. In: Proceedings of the 10th IAEG Congress, Nottingham, United Kingdom, September 2006, 11 p.

Hardy A. (1913) - L'effondrement du Siège Sainte-Barbe des Ardoisières de Warmifontaine Tock & Cie. Ann. Min. Belgique, t. 18, 99-111.

Lamens J. (1986) - Depositional history of Salmian (Lower Ordovician sediments in Belgium). Aardkundige Mededelingen, 3, 125-138.

Lamens J., Geukens F., Viaene W. (1985) - Geological setting and genesis of coticules (spessartine metapelites) in the Lower Ordovician of theStavelot Massif, Belgium. J. Geol. Soc., 143, 253-258.