redresse=1.2|vignette| redresse=1.2|vignette|Le grisou a tué des milliers de mineurs ; ici en Allemagne à Dortmund où 130 corps ont été sortis de la mine à la suite du « coup de grisou » du .
Le grisou est l'une des formes de carbone fossile. Il se distingue du gaz naturel par sa composition et sa formation. Il est composé à plus de 90 % de méthane. Ce gaz invisible et inodore se dégage des couches de charbon et des terrains encaissants lors de leur exploitation... Comme le radon, à très faible dose, il fait partie de l'atmosphère normale des mines profondes. et il s'en dégage d'autant plus que le charbon est fracturé ou exploité.
Entre 5 et 15 % dans l'air, le grisou devient dangereux car, en de telles proportions, le mélange air-grisou est très explosif. Très redoutées des mineurs, les explosions, appelées « coups de grisou », ont causé de nombreuses victimes dans les mines profondes du monde entier. Les compagnies minières préviennent les risques par la ventilation primaire et secondaire. des chantiers de taille, puits et galeries., mais il existe toujours un risque de rupture d'une poche de grisou accumulée dans un système de failles.
Dénominations Le mot grisou vient de grégeois. Il porte différents noms, parmi lesquels : le brisou, le cronin, la mouflette, la manflette, le feu grieux, le grioux.
Caractéristiques du grisou Formation Les gaz qui composent le grisou se sont formés durant le processus de houillification durant lequel ils ont été « piégés » (adsorbés) dans les micropores du charbon.. Une partie de ce gaz s'est retrouvée piégée dans les espaces capillaires et dans les réseaux de fissures naturelles de la houille ainsi qu'au niveau des épontes (paroi délimitant une couche ou un filon) apparues au cours des temps géologiques, à la suite d’événements sismiques, et plus récemment à cause de l'exploitation minière.
Teneurs La teneur effective ou potentielle d'un charbon en gaz s'exprime en mètres cubes de méthane (et/ou de ) par tonne de charbon. L'essentiel de ce gaz n'est pas libre mais adsorbé dans le charbon en place.
Pour le méthane, ces teneurs oscillent selon les conditions de formation géologique du charbon entre par tonne, et exceptionnellement plus. (Ineris).
Libération Elle se produit lors de l'exploitation, du fonçage du puits, par la dislocation des veines de charbon puis la fragmentation du charbon, puis et éventuellement durant des siècles ou millénaires avec la décompression (« détente ») causée par l'exploitation des veines, qui libèrent ces gaz.
On estime le caractère plus ou moins grisouteux d'un gisement par la mesure du dégagement spécifique de grisou, pour une période donnée et pour une certaine quantité de charbon (par exemple en mètres cubes de gaz par jour, mois ou année, et par tonne de charbon ou de roche-mère grisouteuse. Selon l'INERIS, ces valeurs peuvent aller de quelques m/t à une centaine de m/t. (Ineris).
Deux facteurs importants sont le . Le type de remblayage, ses modalités et la proximité d'autres chantiers ont aussi une importance.
Une difficulté pour la sécurité est que la libération du grisou est en partie très irrégulière. (avec ). Il existe une courbe théorique de décroissance du degré de dégazage mais elle est difficile à déterminer et de nombreux facteurs peuvent l'affecter, ce qui oblige les ingénieurs de l'aérage à prendre des marges de sécurité dans leurs modèles de calculs des capacités de ventilation des puits et galeries.
Ce sont donc les valeurs maximales que les ingénieurs des mines cherchent à apprécier et en particulier les phénomènes dits de (« DI »... dans des mines que l'industrie minière tient néanmoins à exploiter comme en témoigne la tenue à Nîmes en 1966 d'un symposium sur L'exploitation des mines à dégagements instantanés..), en essayant de comprendre (grâce à l'analyse des résultats des grisoumètres enregistreurs apparus dans les années 1960 en Europe) quand, où et comment ou pourquoi elles apparaîtront. En Europe, le Centre d’études et recherches des Charbonnages de France (CERCHAR) s'est beaucoup intéressé à ces questions dans les années 1960, dans le cadre des travaux de recherche européens lancés ou encouragés par la CECA. En 1967, les experts comprennent mieux le phénomène, mais reconnaissent ne pas pouvoir prévoir où et quand des pics de dégagements apparaîtront, notamment à cause de la complexité des interactions entre les fissures tectoniques, le charbon, les galeries et l'exploitation.
Elle dépend de divers facteurs dont le contexte pétrographique, la teneur initiale du charbon en gaz, la pression de ce gaz, du nombre de veines exploitées et de la « puissance » de ces veines, ainsi que des conditions d'exploitation (plus ou moins rapide, en condition aérienne ou souterraine, etc.).
La température (qui s'élève naturellement avec la profondeur, de même que la pression exercée sur le charbon), l'humidité et le degré de houillification du charbon jouent aussi un rôle. Le grisou est libéré en très faible quantité de manière continue, mais parfois brutalement et en quantité plus importante quand les mineurs crèvent une poche accumulée dans un réseau de failles.
Le mélange air-grisou est explosible (inflammable) à des teneurs de 5 à 15 % de grisou. Plus la mine est profonde, plus le grisou pose de problèmes.
Des lacunes de connaissances sont encore à combler : ainsi les liens eau-gaz-charbon sont mal compris et si on a longtemps admis l’hypothèse que l'eau ennoyant un bassin (mise en charge hydraulique) s'opposait au relargage des gaz absorbés dans le charbon, cela n'est plus considéré comme probable. L'INERIS cherche à étudier les valeurs de pressions nécessaires au piégeage du gaz dans la porosité du charbon par l'eau. Il faut aussi mieux comprendre l'importance de la qualité des terrains de recouvrement, de bancs imperméables (argile, par exemple) et leurs réponses aux affaissements miniers, ou encore l'influence des pompages puis de la remontée d'un aquifère plus ou moins épais et continu en relation avec le risque de remontées ou diffusions gazeuses sèches, humides ou en solution.
Composition La composition des grisous explosifs des bassins houillers britannico-franco-belgo-rhénan variait entre les limites suivantes. Les moyennes suivantes ont été établies par Adolphe Breyre, directeur de l'Institut National des Mines à Frameries Le Grisou /E. Laurent/ Éditions Dupuis Marcinelle./Page 32 : méthane () : de 93,0 à 99,5 % éthane () : de 0,02 à 2,8 % dihydrogène (H) : de 0,00 à 0,23 % diazote (N) : de 0,00 à 3,5 % dioxyde de carbone () : de 0,03 à 3,4 % gaz rares (hélium, néon) : de 0 à 0,0408 %
Ce grisou est parfois assimilé à du méthane, gaz extrêmement combustible, dont l'accumulation et les explosions. préoccupent les compagnies minières au moins depuis les années 1800., qui ne comprennent pas encore alors clairement comment se créent les poches ou de grisou (ou ) dans les galeries et cavités minières, ce mécanisme ne sera compris clairement que dans les années 1950..
Le grisou qui continue à dégazer des restes de veine de charbon, après l'exploitation minière, est moins riche en méthane (par exemple : 54 % de méthane pour le gaz d'abord extrait par Méthamine créée par Charbonnages de France en 1992 à la fermeture du Bassin houiller du nord de la France (entreprise rachetée par Gazonor lui-même acquis par European Gas Limited (EGL) en 2008)).
Odeur Le grisou pur est réputé pour être sans odeur (pour l'odorat humain), mais il peut parfois avoir une odeur liée à la composition des gaz secondaires qu'il contient..
L'ingénieur civil des mines François Mathet (1823-1908), décrivait ainsi son odeur dans les houillères de Ronchamp :
Propriétés Sa masse volumique est de et sa densité par rapport à l'air est de 0,558. De plus, il est inodore et incolore.
À pression et température ordinaires, les limites d'inflammabilité sont de 5,6 et 14 %. La combustion a une allure explosive entre 6 et 12 %.
L'inflammation d'un volume gazeux constitué d'un mélange d'air et de grisou, dans les travaux souterrains, entraîne : la production d'une flamme dont l'expansion est assez limitée ; la formation d'une déflagration, caractérisée par une onde de pression d'amplitude élevée qui se propage à des vitesses de l'ordre de ; le dégagement de gaz brûlés (, CO et entre autres) ; la combustion du méthane peut mettre le feu à des matières aisément inflammables, en particulier à des poussières de charbon soulevées par le souffle de la flamme.
L'équation bilan de combustion du méthane est la suivante : + 2 → + 2
Détection et quantification La détection du grisou est l'une des conditions de la sécurité dans les mines. Aussi publié dans la Revue de l'industrie minérale en février 1964, , et dans Geologie en Mijnbouw, en décembre 1963, ..
Dans les années 1960, faute de mieux la CECA recommande de généraliser la mesure de la concentration en gaz du charbon et de la fraction de cette concentration qui se dégage dans les mines. La grisouscopie est la recherche qualitative (primitive) du grisou à la lampe ordinaire à flamme. La grisoumétrie est la mesure de la teneur en grisou. Elle se développe dans les années 1960.. avec notamment l'apparition de grisoumètres automatiques. Des grisoumètres, basés sur la combustion catalytique du grisou sur un fil de platine allié, sont utilisés pour la détection du grisou. Le premier appareil a été mis au point par l'ingénieur général Gustave Léon en 1900, perfectionné dans les années 1950 par le Centre d'études et de recherches des Charbonnages de France (CERCHAR) pour aboutir à la série des Verneuil 52 dont quelques centaines d'exemplaires étaient couramment utilisés dans les mines françaises jusqu'à leur fermeture vers les années 2000.
Séquelles minières, captage, récupération et valorisation du grisou thumb|upright=2|Représentation simplifiée des possibles relations charbon-gaz-eau (nappe en bleue) et des liens avec la surface selon la présence de failles, affleurement du charbon, puits ou galeries d'/exploitation/aération (avec éventuelle remontée et/ou fluctuations de nappes). Un effet de drainage est également induit par la nappe ici supposée circuler de la droite vers la gauche (vers un cours d'eau ou un estuaire).
Le grisou est essentiellement un gaz fatal (qu'on ne peut éviter de produire lors de l'exploitation de couches grisouteuses, c'est-à-dire riches en gaz de couche ou d'une porosité et structure telle que le peu de méthane que contient le charbon en est facilement désorbé). Il fait à ce titre partie des « séquelles minières » à gérer dans le cadre de l'après-mine.
Selon sa composition, il peut avoir une valeur énergétique ; son captage en surface ou en profondeur est facile (pas de besoins de puis profonds, réutilisation possible de puits existants). Il est en outre un traitement proactif efficace des risques d'explosion (à condition de veiller au bon entretien des vannes, du suivi de la pression, des systèmes de coupe-flamme et de protection contre les intrusions du public auprès du point de captage…) et il diminue la part des émissions résiduelles de gaz à effet de serre (si le captage a un rayon d’action important ; c'est-à-dire quand il met le réservoir minier en dépression plus ou moins importante par rapport à la surface (ce qui est facilité par une remontée de nappe, phénomène quasi systématique après un arrêt d'exploitation et de pompage). Dans certains cas, on atteint une pression absolue du réservoir minier de (soit 0,5 atmosphère), permettant une exploitation rentable dans les bassins très grisouteux, bien après l'arrêt de l'exploitation minière. Et quand il n'est plus rentable car insuffisamment productif, ce type de captage peut ensuite être remplacé par des « sondages de décompression »..