HOUILLERS (BASSINS)


HOUILLERS (BASSINS)
HOUILLERS (BASSINS)

Les bassins houillers sont des fosses continentales dans lesquelles des débris végétaux se sont accumulés suivant un mécanisme sédimentaire particulier, rythmique, dû à la subsidence de ces fosses.

Suivant la position de ces bassins à l’époque de leur genèse, en bordure ou au cœur du continent, les gisements houillers présentent des caractères différents. On est ainsi amené à distinguer des bassins paraliques , limniques et de plates-formes .

En dehors de leur intérêt économique, les bassins houillers fournissent une masse considérable d’informations sur les anciennes flores et les anciens paysages terrestres.

Il s’est déposé des roches carbonées tout au long de l’histoire géologique de la Terre; mais c’est seulement à partir de la fin des temps primaires qu’on en trouve des quantités importantes et exploitables. Cette localisation est si caractéristique en Europe occidentale qu’elle a donné son nom au système carbonifère. Mais à considérer le globe dans son ensemble, la majeure partie des gisements houillers se trouve dans des étages plus récents, au Crétacé supérieur et au Tertiaire; la formation de charbons se poursuit de nos jours, sous nos yeux, dans les tourbières.

1. Genèse et typologie

La sédimentation houillère

Le charbon est une roche sédimentaire formée par l’accumulation d’une énorme quantité de débris végétaux: menus fragments de bois, spores, débris de cuticules, etc., enrobés dans un ciment amorphe, le vitrain. Tous ces débris sont classés et finement sédimentés.

Dans un bassin houiller, les couches de charbon ne représentent que 3 à 4 p. 100 de l’épaisseur totale des sédiments et alternent avec des roches stériles: schistes, grès et conglomérats. L’agencement des sédiments par rapport à une veine de houille obéit à des lois précises. Il y a un rythme dans le dépôt même du charbon, puisqu’on observe un grand nombre de fois la succession: mur, veine, toit (fig. 1 a).

– Le mur est la formation sédimentaire qui supporte la couche de charbon; il est perforé et taraudé en tous sens par des racines et rhizomes fossiles qui en oblitèrent la stratification: c’est un ancien sol de végétation; il s’est donc formé sur une terre émergée ou tout au moins sous une profondeur d’eau très faible.

– La couche de houille (veine ) qui s’est déposée ensuite correspond à une certaine épaisseur d’eau, puisque les sédiments végétaux qui la constituent ont subi un transport et un classement mécanique.

– Au-dessus de la couche, se sont déposés les sédiments du toit . Ce toit est bien différent du mur; il est ordinairement composé de schistes finement feuilletés dans lesquels on trouve des coquilles ou des feuilles de fougères étalées. Il correspond donc à une profondeur d’eau plus forte, à une transgression.

– Enfin, au-dessus du toit, se déposent des grès, des sédiments de plus en plus grossiers. C’est donc que le bassin s’est alors progressivement comblé, jusqu’au moment où la végétation a pu s’y installer de nouveau, et où va recommencer le processus «mur, veine, toit». Ce rythme traduit les variations de niveau des eaux dans le bassin houiller en formation (fig. 1 b).

La sédimentation houillère apparaît comme une sorte de lutte entre la sédimentation détritique (démantèlement de reliefs en voie de surrection) et le dépôt des sédiments charbonneux (emprise du couvert végétal). «Maintes fois, la forêt marécageuse où croissaient les plantes houillères a reculé, au cours de son histoire, noyée sous des invasions de boue et de sable; mais dès que le remblayage a été suffisant et la hauteur des eaux réduite à la mince nappe humide permettant au couvert végétal de s’installer et de vivre, la forêt est revenue, du rivage voisin, reprendre possession des lieux» (C. Barrois).

Ces faits mènent à la notion de microcycles de sédimentation, de cyclothèmes . De tels cycles se sont répétés au cours de l’histoire géologique de chaque bassin houiller, autant de fois au moins qu’ils contiennent de veines de houille.

Quelles en sont les causes? Il faut concilier deux données contradictoires à première vue: des bassins houillers contenant plusieurs centaines, sinon plusieurs milliers, de mètres de sédiments n’ont jamais été très profonds, puisque leur fond se trouvait périodiquement envahi par une végétation terrestre. C’est donc qu’à des moments donnés il y a eu montée générale des eaux ou, ce qui revient au même, enfoncement du fond du bassin. Cette notion a été précisée par P. Pruvost (1930) sous le nom de subsidence : il y a eu chute du fond du bassin, non pas en une seule fois, mais par une série de chutes partielles, de saccades, séparées par des périodes de stabilité pendant lesquelles s’est fait l’alluvionnement. La somme de ces chutes a permis d’emmagasiner des milliers de mètres de sédiments dans des bassins qui n’ont jamais été très profonds (fig. 1 b). C’est ainsi que, dans le bassin franco-westphalien, on a compté environ 400 murs successifs pour une épaisseur totale de 2 000 m de sédiments, ce qui conduit à admettre une série de petits enfoncements de 5 m chacun en moyenne.

Il reste à comprendre la raison de ces saccades: tassement différentiel des sédiments? divagation de bras de fleuves avec rupture de digues naturelles et apport brutal de sédiments grossiers dans les marais voisins, comme cela s’observe de nos jours dans le delta du Mississippi? déformations brusques et intermittentes du sol sous l’action de poussées continues? Nombre d’explications ingénieuses ont été proposées, et l’unanimité des géologues est loin d’être faite à ce sujet.

D’autre part, si le mécanisme de la subsidence est incontestable dans le cas du bassin franco-westphalien et de la plupart des grands bassins houillers, il rend mal compte de la formation, dans d’autres bassins, de couches puissantes de quelques dizaines de mètres: si on admet que les sédiments végétaux ont été compactés huit à dix fois pour former le charbon, une couche de 50 m a nécessité l’accumulation de 500 m de débris végétaux, ce qui est difficilement concevable dans le schéma de la subsidence. Ce problème n’a pas encore reçu d’explication satisfaisante.

Enfin, on connaît des cas où le charbon n’est pas formé de débris finement lités, mais de gros morceaux de bois, de souches, entassés en désordre; il en est ainsi des lignites des Landes, ou du gisement de Wallensen près de Hanovre. Dans ce dernier, qui évoque plutôt la destruction d’une forêt par une avalanche, ou une accumulation de troncs arrachés et rassemblés par une inondation, les souches sont réparties dans le Pliocène sur une surface de 6 km2 et une épaisseur atteignant 50 m. Leur importance a été estimée à 37 millions de tonnes. Même s’il ne s’agit pas d’un bassin houiller au sens habituel du terme, c’est un gisement en partie exploité; et il faut en tenir compte: la formation des gisements houillers ne peut donc être ramenée à un mécanisme unique.

Rôle de la flore

Les flores fossiles des bassins houillers sont actuellement bien connues, car les études paléobotaniques ont bénéficié de l’abondant matériel fourni par les travaux miniers. C’est sur elles qu’est fondée en grande partie la stratigraphie du terrain houiller (cf. flore HOUILLÈRE).

Une opinion encore trop répandue imagine une végétation luxuriante et démesurée. C’est oublier que bon nombre de ces plantes avaient des dimensions fort modestes, comparables aux plantes de sous-bois, et que les arbres des forêts actuelles n’ont rien à envier, quant à la taille, aux plus grands des végétaux carbonifères connus. C’est surtout pour expliquer la quantité considérable de matériel végétal à l’origine des couches de houille qu’on a imaginé cette extraordinaire forêt houillère, sous un climat tropical, voire une plus grande teneur de l’air en gaz carbonique que de nos jours. Mais ces hypothèses, si séduisantes soient-elles, ne sont pas nécessaires pour expliquer l’importance des dépôts; il suffit de considérer la longueur des temps géologiques. On observe la formation de dépôt houillers de nos jours sous tous les climats, aussi bien au Spitzberg que dans les mangroves des régions tropicales.

Autochtonie ou allochtonie?

Sur le mode de dépôt de la houille, deux grandes théories se sont longtemps opposées. Pour les tenants de l’autochtonie, la houille résulte de l’accumulation sur place des débris d’une forêt marécageuse, à la manière d’une sorte de tourbe, ou à la suite d’un cataclysme naturel, tel qu’un incendie de forêt. Ils tiraient leur principal argument de l’existence, sous les couches de houille, d’anciens sols de végétation marquant l’emplacement de la forêt correspondante.

Pour les partisans de l’allochtonie, au contraire, les deux phénomènes ne sont pas obligatoirement liés, puisque dans bien des cas la houille repose directement sur la roche stérile sans qu’il y ait de traces de racines. De plus, ces racines, quand il y en a, ne se prolongent jamais dans le charbon par les parties aériennes des plantes, mais sont coupées ras par la base de la couche de houille; le charbon lui-même n’est pas taraudé par des radicelles, ce qui serait le cas si la forêt génératrice avait crû sur ses propres décombres: c’est donc que la houille est le produit du transport, sur une certaine distance, de débris végétaux provenant de la terre ferme voisine, puis sédimentés dans un bassin de décantation.

Le débat est maintenant clos, puisque la microscopie a montré que le charbon est une roche finement litée, résultant du classement par les eaux de menus débris végétaux, ce qui implique évidemment un transport. L’allochtonie a donc triomphé, mais non sans se nuancer légèrement d’autochtonie. En effet, dans certaines veines de houille, on trouve des coalballs , sortes de concrétions carbonatées dans lesquelles ont été enrobés des restes végétaux. Grâce à la parfaite conservation des détails anatomiques dans le ciment minéral, on y reconnaît des racines traversant des débris accumulés, ce qui est une structure de tourbe. De plus, dans l’épaisseur des veines de charbon, on rencontre souvent, intercalés, des sillons de schistes, eux-mêmes perforés de radicelles. Ils représentent donc des sols de végétation épisodiques, tout comme les murs proprement dits. C’est donc que les conditions de milieu qui présidaient au dépôt de la houille n’étaient pas tellement éloignées de celles qui permettaient l’installation d’une forêt; et ceci explique aussi que
la tourbe ait pu se former à proximité en même temps que se déposait de la houille, que des morceaux aient pu en être arrachés, charriés et incorporés à l’état de coalballs à du charbon finement stratifié.

Certains auteurs poursuivent cependant encore la discussion et défendent le terme d’hypautochtonie pour des débris végétaux qui ne se trouvent plus exactement à l’endroit de leur croissance, mais se trouvent toujours dans leur milieu d’origine (par exemple dans une tourbière, donc à l’intérieur de la région où ils ont vécu), ce qui est bien un cas d’allochtonie.

Bassins paraliques et limniques, bassins de plates-formes

Dans certains bassins houillers, on trouve des intercalations de sédiments marins. Par exemple, dans le grand bassin franco-westphalien, au toit de certaines veines se trouve un banc de schistes qui contiennent des coquilles d’eau salée, déposées par les eaux marines. C’est donc que l’affaissement du sol qui a suivi le dépôt de la houille a permis à la mer d’envahir la lagune houillère; non que cet affaissement ait été considérable – puisque aussitôt après se déposent de nouveaux sédiments d’eau douce et s’installe un nouveau sol de végétation –, mais parce que ces lagunes se trouvaient au voisinage de la mer et sensiblement au même niveau. À plusieurs reprises, ce grand bassin a de la même façon été submergé par les eaux de la mer proche. C’est le type du bassin paralique (fig. 2), dont il faut s’imaginer l’origine dans d’immenses lagunes installées en bordure du continent hercynien, et périodiquement envahies par les eaux marines. Dans cette avant-fosse, une subsidence intense a permis l’enfouissement et la conservation de nombreuses couches de houille. D’autres exemples en sont les Asturies et le Donetz; ce dernier a été inondé à de multiples reprises, puisqu’on y a dénombré cent vingt à cent cinquante incursions, marquées chacune par de petits bancs calcaires.

D’autres bassins, dits limniques (fig. 2), ne présentent jamais de couches marines; ils se sont formés à une altitude plus ou moins élevée, dans des sortes de lacs de montagne et hors de portée des invasions de la mer. Ils occupaient, à l’intérieur du continent, des dépressions qui s’approfondissaient en même temps qu’elles se comblaient, par l’érosion de la chaîne hercynienne en voie de formation. On y trouve en effet d’abondants conglomérats dont les galets, parfois énormes, témoignent de la proximité de reliefs montagneux importants. C’est le cas de nombreux bassins houillers du Massif central français.

Enfin, il existe un troisième type de bassin, inconnu en Europe occidentale, pour lesquels le phénomène de subsidence est loin d’avoir joué un rôle prépondérant, puisqu’ils étaient installés sur des plates-formes continentales rigides. Restés tabulaires, ils ont une épaisseur totale toujours faible, avec un petit nombre de couches de houilles. C’est le cas du bassin de lignite de Moscou, dont la superficie équivaut à peu près au quart de la France.

2. Répartition et importance

Âge des bassins houillers

On connaît des sédiments charbonneux dès le Précambrien, mais il n’y a pas de dépôts houillers importants dans les formations anciennes. Seule la shungite de la région du lac Onega est assez abondante pour avoir été exploitée pendant la guerre pour chauffer les locomotives d’une ligne de chemin de fer soviétique.

L’absence de gisements houillers dans ces formations, estime-t-on généralement, est liée à l’absence de végétation continentale aux époques correspondantes, mais cette notion est de plus en plus remise en question par les découvertes récentes.

Quoi qu’il en soit, c’est seulement à la fin du Dévonien et surtout au Carbonifère qu’on commence à en trouver des quantités industrielles. Il existe ensuite des gisements houillers à toutes les époques, mais les plus importants sont localisés dans le Crétacé terminal et le Tertiaire (fig. 3).

On remarquera que les maxima d’accumulation du charbon, au Carbonifère et au Permien d’une part, au Tertiaire d’autre part, correspondent aux grandes orogenèses hercynienne et alpine. Comme on l’a vu, en effet, l’explication de la roche charbon ne doit pas être recherchée dans un prétendu gigantisme de la flore. Le problème est plutôt de savoir pourquoi ce matériel végétal n’a pas été détruit, comme il l’est habituellement, mais a été conservé dans le sol jusqu’à nos jours. Or, au cours des orogenèses, en même temps que s’élevaient des montagnes se creusaient des dépressions, des bassins de subsidence dans lesquels s’accumulaient au fur et à mesure les sédiments provenant de l’érosion, suivant le rythme décrit plus haut. Et c’est parce qu’il y avait à ces époques de tels bassins de subsidence aptes à emmagasiner les sédiments végétaux que l’on y trouve aujourd’hui les bassins houillers.

Quant aux tourbes qui se déposent de nos jours, rien ne prouve qu’elles seront épargnées par l’érosion.

Les principaux gisements houillers du monde

Le charbon est loin d’être uniformément réparti à la surface du globe; des quantités considérables sont concentrées dans des «provinces houillères», c’est-à-dire dans des régions qui ont connu, à certaines époques, des conditions géologiques favorables à la formation d’importants gisements houillers (fig. 4 et 5).

C’est d’abord le cas de la province euraméricaine, qui comprend les gisements carbonifères du front de la chaîne hercynienne et de ses abords (bassins houillers des Appalaches, d’Angleterre, bassin franco-belge, Ruhr, Silésie, Donetz). Dans l’hémisphère austral, les principaux dépôts houillers se trouvent dans les formations permiennes de la province du Gondwana (Amérique du Sud, Afrique du Sud, Inde, Australie). Ils se poursuivent sur le continent asiatique avec les gisements permiens de la province de l’Angara. Des accumulations encore plus importantes, d’âge crétacé supérieur-tertiaire, sont localisées dans les montagnes Rocheuses d’Amérique du Nord.

Par contre de vastes régions, comme celles des boucliers anciens (Sahara, Scandinavie), ont une constitution géologique telle qu’elles ne peuvent pas contenir d’importants gisements houillers.

Productions et réserves mondiales

Malgré quelques variations dans le mode d’estimation, on considère généralement comme «réserves» les couches économiquement exploitables dans l’état actuel de la technique, c’est-à-dire d’une puissance de 0,70 m au moins, et jusqu’à la profondeur de 1 800 m (tabl. 1).

Les premières estimations furent celles du congrès géologique de Toronto, en 1913, qui attribuaient aux États-Unis les deux tiers des réserves mondiales; le seul bassin des Rocheuses a des réserves estimées à 2 000 milliards de tonnes (pour apprécier ce chiffre, il faut savoir que la production mondiale annuelle approche actuellement 3 milliards de tonnes, lignites compris; tabl. 2).

Ces estimations sont encore valables dans leurs grandes lignes, surtout pour les pays comme ceux d’Europe occidentale, qui ont été depuis longtemps étudiés en détail et où il semble difficile de faire encore des découvertes importantes.

Cependant, l’exploration de contrées nouvelles a beaucoup augmenté les ressources mondiales, notamment en Asie, avec les énormes bassins sibériens de la Léna, et surtout de Toungousk, qui paraît bien être le plus vaste du monde; ces découvertes ont augmenté l’importance des ressources de l’ex-U.R.S.S., qui paraissent aujourd’hui excéder celles des États-Unis. Quoique nous manquions encore d’informations précises, les ressources de la Chine paraissent également considérables. C’est pourquoi, selon les auteurs et les définitions retenues, on chiffre les ressources mondiales entre 7 000 et 17 000 milliards de tonnes.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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