Présentation générale
LES MATERIAUX MARINS
(article paru dans la revue Mines & Carrières, volume 73, décembre 1991)
Claude AUGRIS
Ifremer, Département Géosciences marines,
B P 70 - 29280 - Plouzané
Alain-Philippe CRESSARD
Ifremer
155 rue Jean-Jacques Rousseau
92138 - ISSY LES MOULINEAUX
Introduction
Lorsque les ressources terrestres s'épuisent, les hommes se tournent tout naturellement vers la mer ; qu'il s'agisse en premier lieu des ressources alimentaires de base, mais également des produits minéraux ou fossiles.
Le plateau continental, prolongement naturel des terres, est susceptible de receler les mêmes ressources ; l'exploitation des hydrocarbures sous-marins en est un exemple concret. Il renferme également du charbon, du gaz mais aussi divers types de substances minérales.
Les plateformes continentales sont caractérisées principalement par leur épaisse couverture de sédiments meubles. Elle contient souvent des substances exploitables : sables et graviers siliceux et calcaires, algues calcaires, sables minéralisés, dépôts d'origine chimique.
Parmi les substances minérales extraites en France, les granulats tiennent, en quantité, la première place. Actuellement les vallées alluvionnaires situées près des grands centres industriels et des zones urbanisées sont activement exploitées, et on assiste à une diminution voire un épuisement des ressources, qui dans certaines régions posent un réel problème d'approvisionnement. A la fermeture de certains gisements alluvionnaires terrestres, on peut substituer, dans certaines conditions, des sites marins. Ainsi les travaux de prospection réalisés, sur le plateau continental français (métropole et départements antillais d'outre-mer), depuis 1969, par l'Ifremer, permettent-ils d'envisager ce transfert géographique d'activités (Fig. 1).
L'inventaire des granulats siliceux et calcaires
Origine des matériaux
Les substances sous-marines extraites actuellement en France sont les sables siliceux et calcaires, et les algues calcaires (maërl).
Elles se sont accumulées à la faveur de processus continentaux ou marins. Dans le premier cas, il s'agit le plus souvent d'alluvions. Ils résultent de l'altération et de l'érosion de roches, puis de leur transport et dépôt dans les vallées d'un ancien réseau fluviatile, creusé au cours des phases de régressions (périodes glaciaires) du Quaternaire, lorsque le plateau continental était émergé. Ce phénomène a permis l'accumulation de sédiments de toute origine, mais aussi de minéraux lourds tels que l'étain, le titane, le platine, l'or, le diamant, etc. Il peut s'agir également d'anciens cordons littoraux établis aux cours des régressions mentionnées ci-dessus et témoins des différents niveaux de remontée de la mer. Ces dépôts sont constitués de galets ou de sables graveleux, et sont plus importants sur les plateaux continentaux ayant un gradient de pente faible.
Dans le second cas, ce sont des dunes hydrauliques, d'importance variable, dues aux courants de marée qui ont redistribué une partie des sédiments. Dans les régions à hydrodynamisme fort (la Manche, par exemple), les fonds sont composés de graviers et galets dans lesquels vivent des organismes dont les tests calcaires sont, à la mort de l'animal, repris par les courants et déposés dans des zones de moindre énergie. Ces accumulations prennent la forme de dunes et sont essentiellement calcaires.
Techniques de reconnaissance
Les techniques de reconnaissance utilisées pour la mise en évidence de gisements de matériaux marins reposent sur deux types de méthodes : indirectes et directes.
Les méthodes indirectes
Elles correspondent à la réalisation d'une prospection à l'aide d'outils géophysiques, visant à la cartographie systématique de la couverture sédimentaire meuble. Elles permettent de s'affranchir de l'effet de masque engendré par la tranche d'eau.
La sismique réflexion sert, dans un plan vertical, à déterminer l'épaisseur et la structure des sédiments meubles ainsi que la morphologie du substratum rocheux sous-jacent.
Les résultats (sismogrammes) sont obtenus à bord du navire sur un enregistreur graphique qui donne une coupe des formations géologiques rencontrées (Fig. 2 et 3).
Le sonar latéral donne la cartographie, sur le plan horizontal, des fonds marins. Il fournit une image "acoustique", appelée sonogramme, comparable à une photographie aérienne (Fig. 4).
Les enregistrements indiquent la répartition des différentes formations et la morphologie détaillée du fond. Ils ne donnent, par contre, aucune information sur sa nature, ce qui impose un calibrage des images par des prélèvements ponctuels.
L'intérêt des informations acquises par sonar latéral pour la reconnaissance des gisements, et portées sur des cartes des formations superficielles, réside dans :
- la délimitation précise des secteurs exploitables en individualisant les ensembles sableux des autres faciès sédimentologiques ;
- la définition d'un état de référence des fonds marins directement concernés par le projet d'exploitation, mais aussi des fonds environnants ;
- la connaissance des conditions hydrodynamiques (courants, houles) et des directions de transit sédimentaire permettant d'évaluer le risque de l'extraction sur la stabilité du littoral ;
- l'apport d'informations pratiques pour le dragage ultérieur : morphologie et courant sur le fond.
Les méthodes directes
Elles permettent de vérifier les hypothèses de l'étude par sismique réflexion et sonar latéral, et de connaître la nature des constituants. Il s'agit essentiellement du carottage, mais aussi de prélèvements ponctuels à l'aide d'une benne et de l'observation par caméra vidéo du fond.
Selon la composition et la dureté du terrain, on peut utiliser trois types d'outils de carottage : un carottier à gravité, un vibro-carottier ou un système de fonçage.
Ressources et Réserves
Les études entreprises depuis 1969 ont permis d'évaluer à environ 33 milliards de m3 le volume de sédiments meubles disponibles. Les travaux n'ont porté que sur une partie des zones côtières comprises entre 10 et 50 m de profondeur (Fig. 1). Il reste très certainement d'autres ressources à mettre en évidence, au-delà de 50 m, mais elles échappent aux possibilités actuelles d'exploitation (la dernière drague britannique mise en service peut aspirer, en marche, les matériaux jusqu'à 45 m).
Deux régions métropolitaines n'ont pas encore fait l'objet de prospections : le Languedoc-Roussillon et la Corse. Ce type de recherches a été mené en Guadeloupe ; il est en cours en Martinique.
Si les ressources sont abondantes, les réserves exploitables démontrées sont beaucoup plus faibles et tiennent compte de
- la profondeur d'eau accessible aux dragues françaises actuelles, c'est-à-dire 30 m maximum ;
- la présence d'activités humaines, que la mise en exploitation du gisement pourrait gêner (pêche, conchyliculture, câbles, routes maritimes, défense nationale) ;
- l'existence de secteurs réservés, reconnus comme essentiels à l'équilibre écologique du milieu marin (aires de ponte, flore et faune benthiques assurant le renouvellement de la nourriture des espèces commerciales) ;
- la nature des sédiments, qui doivent pouvoir être utilisés en l'état. Les rejets d'un éventuel traitement en mer risquant d'entraîner une pollution du gisement et des perturbations du milieu.
Actuellement toutes ces contraintes réduisent les ressources connues et exploitables à environ 600 millions de mètres cubes.
Les gisements exploités
L'exploitation des sables marins est relativement ancienne puisque l'on trouve dans la plupart des ports français des récits sur les gabarres ayant servi au chargement et au transport du sable. Déjà Pline, dans son histoire naturelle, dit que "la Bretagne et les Gaules avaient inventé l'art de fertiliser leur sol, au moyen d'une certaine terre (Marga)". Il s'agit essentiellement de la Marne soit d'origine terrestre, soit d'origine littorale ou marine. Au 17e siècle, Colbert institue un droit pour les communes littorales de prélever les sables nécessaires à leurs besoins, et dans les ports il existait des quais aux "sabliers".
Le nombre de gisements exploités est faible en regard des réserves identifiées (Fig. 5) . Les régions les plus productrices, autant pour les matériaux siliceux que calcaires, sont la Bretagne et les Pays de la Loire ; ils fournissent les 2/3 de la production. Les exploitations utilisent presque toutes la technique de la drague aspiratrice en marche ; quelques navires sabliers traditionnels à la benne travaillent encore en Bretagne, pour l'extraction du maërl en mer ouverte ou du sable en estuaire.
Actuellement entre Dieppe (Seine maritime) et Blaye (Gironde), 32 ports (dont 19 en Bretagne) reçoivent 3 millions de tonnes/an* de sables et graviers siliceux marins issus d'exploitations situées dans les eaux territoriales françaises. Parmi les ports bretons, 16 reçoivent en plus 600 000 tonnes/an* de substances calcaires (maërl principalement et sables calcaires). De surcroît, les ports de Dunkerque, Calais, Boulogne et Roscoff importent environ 1 million de tonnes/an* de sables siliceux depuis l'Angleterre.
En Guadeloupe, environ 400 000 tonnes/an de sable sont extraites, chaque année, sur le plateau insulaire.
* Source SNAM : Syndicat National des Armateurs Extracteurs de Matériaux Marins
La présence de gisements de maërl en Bretagne a favorisé le développement d'une industrie spécifique allant de l'exploitation à la commercialisation de produits élaborés, dont la destination principale est la fertilisation des sols. D'autres applications existent (alimentation animale, filtration des eaux) et un important effort de recherche est réalisé actuellement sur ces algues calcaires.
Les répercussions sur l'environnement
L'exploitation du fond de la mer, quelque soit son objectif et les précautions prises, entraîne des modifications temporaires ou permanentes du milieu marin. Ce système est complexe et l'interdépendance des facteurs physiques, chimiques et biologiques est telle que la modification de l'un d'eux peut entraîner une évolution irréversible du milieu.
Au cours de l'extraction de granulats, l'eau est le premier milieu altéré par création d'une turbidité : en profondeur par le passage du bec d'élinde, en surface par le rejet des particules fines avec l'eau de la surverse. Si faible soit-elle, on ne peut tenir cette turbidité pour négligeable du fait de ses implications sur la flore et la faune benthiques. Les particules fines vont former un panache qui, entraîné par les courants se déposera à nouveau soit en mer, soit sur le littoral.
A la suite de l'extraction, il y aura un changement de la morphologie du fond qui pourra modifier le régime des courants de fond au voisinage du site exploité. En modifiant ainsi l'équilibre des sédiments superficiels, auxquels on peut rattacher dans certains cas les sables littoraux, ces extractions pourront provoquer ou aggraver l'érosion côtière, particulièrement dans le cas d'exploitation à proximité des côtes et par faible profondeur d'eau. Les excavations peuvent, de plus, rendre ces secteurs temporairement impropre au chalutage.
L'impact des exploitations anciennes a été mis en évidence, grâce au sonar latéral, dans les sédiments grossiers (graviers et galets) ; les traces demeurent visibles pendant plusieurs années après la fin de l'activité (Fig. 6). Ces marques témoignent de la faible mobilité de ce type de sédiments, qui ne permet pas le comblement rapide des sillons. En domaine sableux, par contre, les traces de l'extraction sont plus facilement effacées.
Les effets des exploitations sur les ressources biologiques seront soit immédiates et donc évidentes, soit à long terme et seul un suivi sérieux permettra d'en mesurer l'importance.
Parmi les répercussions immédiates, la destruction du peuplement benthique dans la zone d'exploitation est indéniable. Cette destruction affecte essentiellement les invertébrés directement exploitables par l'homme ou sources de nourriture pour certains poissons. Il convient de citer également le risque de destruction des frayères pour les espèces qui pondent sur le fond (hareng en Manche orientale et en Mer du Nord), dont l'intérêt commercial est important et des nourriceries où se concentrent les jeunes individus.
Les répercussions à plus long terme sont moins aisées à mettre en évidence. Elles sont difficiles à différencier, avec certitude, des variations saisonnières ou annuelles naturelles. En cas d'exploitation extensive, les changements notables dans la répartition des différents substrats modifieront les relations avec les peuplements qui leur sont associés. En particulier les creusements effectués à travers des dépôts de sédiments fins pour atteindre les graviers sous-jacents laissent des traces durables ; or les peuplements les plus productifs se trouvent sur ces sédiments fins. La sédimentation de particules fines, remises en suspension lors du dragage et concentrées par les courants de fond, peuvent également changer la nature du substrat.
C'est pourquoi une étude d'impact détaillée doit être effectuée avant toute exploitation de granulats marins. Elle doit comportée au moins :
- une reconnaissance géologique précise du site et de ses ressources ;
- des mesures des conditions hydrodynamiques ;
- une détermination de la richesse benthique ;
- une enquête sur les activités halieutiques ou aquacoles.
Conclusion
En France, la part des matériaux marins dans la production totale de granulats reste faible : 1%. A titre de comparaison, la Grande Bretagne fait entrer environ 15% de sables et graviers siliceux marins (il n'y a pas d'exploitation de matériaux calcaires) dans son approvisionnement.
Dans certaines régions métropolitaines et d'outre-mer la demande existe ; au rythme actuel d'exploitation, les réserves de granulats marins, actuellement connues, représentent environ 105 années de production.
Cette activité, dont le passage au stade industriel est probable à plus ou moins long terme, est d'ores et déjà possible. Elle bénéficie de l'expérience acquise dans la recherche et l'étude des gisements potentiels, et de l'évaluation de l'impact de leur extraction sur le milieu marin.
Dans ce contexte, les matériaux de la mer, encore peu utilisés, pourront se substituer progressivement aux matériaux alluvionnaires terrestres et fournir les "marchés côtiers". Encore faut-il, au préalable, définir leur situation vis à vis des autres activités maritimes.
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