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Mine claire

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Hélène Morin-Hamon

IV. Archives du sol et sources documentaires... des techniques et des hommes

L'apport des sources

Texte intégral

1Les connaissances technologiques exposées dans cette partie proviennent du dépouillement des correspondances échangées entre les pétitionnaires et l’administration : des études préliminaires aux demandes d’autorisation, des rapports d'installation ou des procès-verbaux de visites rédigés par les agents des services des Mines. Ces données ont été complétées par les travaux des encyclopédistes et les carnets de voyages des élèves ingénieurs.

2Lors du dépouillement des archives, les dossiers les plus communément rencontrés concernent des demandes d’autorisation d’exploitation d’ateliers de lavage déposées auprès des préfectures et rédigées par les ingénieurs de Mines. Il s’agit le plus souvent de documents stéréotypés qui mettent en avant la mise en conformité des exploitations avec la législation en vigueur. Ils comportent parfois encore les plans des ateliers projetés réalisés par des géomètres professionnels.

3Ces installations correspondaient-elles à ces relevés et répondaient-elles à toutes les exigences exposées dans ces dossiers administratifs ?

4Pour concevoir une représentation plus précise de ces établissements, tels qu’ils ont pu exister, les correspondances et les dossiers préparatoires, - lorsqu’ils existent - sont souvent plus étayés que les dossiers administratifs : l’argumentation y est plus largement développée. Ces documents sont parfois complétés par les rapports et procès-verbaux de visites des ingénieurs des Mines et de certains gardes Mines. Ces pièces, plus rares, sont de loin les plus précieuses : elles ont été privilégiées pour le travail de terrain. En effet, ces comptes-rendus, parfois illustrés de relevés ou de croquis, reflètent l’aménagement général du site avec un agencement particulier de l’espace : captage et circulation des eaux, lieux de lavage, zones de rejets. Il s’agit d’un état des lieux décrit et dessiné à un moment précis de l’exploitation. Ces descriptions sont parfois très éloignées des plans figurant dans les dossiers de demande d’autorisation préalable.

5Cependant, les rapports mettent souvent l’accent sur les insuffisances ou les défauts des ateliers en matière d’environnement, en particulier les problèmes de nuisances liées aux eaux et aux boues de lavage. Ils offrent rarement des renseignements sur le fonctionnement des machines utilisées, sur les ouvriers, leurs conditions et leurs méthodes de travail (fig. 211).

Fig. 211. Carte de répartition des ateliers de lavage du minerai de fer en France vers 1844 d'après Blanc (J. F) Synthèse : © Hélène Morin-Hamon.

6À partir de 1830, des dessins en plans et en coupes, accompagnent ces levés d’ensemble ce qui permet de détailler l'implantation des installations et de reconstituer le type de lavoir ou de machine utilisé.

7La caractérisation technologique peut, de prime abord, paraître suffisamment précise. Cependant, dans le détail, la relation avec les faits techniques et en particulier le fonctionnement exact des ateliers reste problématique. Les descriptions commentées de gestuelle technique sont rares. En effet, les techniques de lavage comportent de nombreuses étapes simultanées ou successives ; les sites peuvent avoir fait l’objet d’occupations antérieures dont les archives n’ont pas gardé la trace ou bien parce que les propriétaires n’en ont pas fait la demande. Le plus souvent, les ateliers sont mis en service bien avant que soient régularisées les démarches administratives.

Les lavoirs à bras

Les lavoirs à bras dits portatifs ou mobiles

8Le mode de lavage nécessitant le minimum d'installation utilisait les eaux pluviales ou de ruissellement retenues dans les dépressions naturelles du sol ou dans les excavations d'où le minerai était tiré : ... Lorsque les circonstances locales le permettent, on débourbe souvent les minerais de fer, sur le lieu même de l'exploitation ou à une très faible distance, sur des lavoirs mobiles composés de trois planches, sur lesquelles on amène l'eau par de petites rigoles grossièrement établies (Hennezel, 1885). À Champtonnay (Haute-Saône), dans une pétition du 10 avril 1873, Monsieur Gandemet, maître de forges à Autrey (Haute-Saône), demande une affectation de minerai de fer de trois hectares dans les coupes affouagères de la forêt communale de Champtonnay pour l’alimentation de son haut fourneau. Son affectation est accordée (...) avec permission de faire le lavage sur place, soit dans les creux d’extraction, soit dans des gargouilles établies à cet effet (...) (ADHS 297 S 12).

9Ces lavoirs consistent chacun, en un petit conduit en planche de 2,50 m de long sur 0,50 m de large, placés au bas d'un espace excavé où l'on expose la mine à un faible courant d'eau pour la découper ; on la pousse ensuite par portions dans le conduit où on l'agite avec une pèle pour la débourber complètement, puis on la dépose sur le bord pour la relaver encore au moins 2 autres fois de la même façon. Les pierres que renferme la terre à mine restent mélangées au minerai. Leur proportion s'élève quelquefois jusqu'à 7/12ème bien qu'on ait le soin de tirer à la main les plus grosses. On sent combien il serait important de débarrasser le minerai de ces pierres, car même lorsqu'elles sont calcaires et peuvent être considérées comme fondants, elles ont le grave inconvénient de rendre la nature du minerai extrêmement inégale, ce qui est toujours une chose désavantageuse pour la tenue d'un haut fourneau. Quant aux grains argileux et aux rognons quartzeux, ils rendent nécessairement le minerai très réfractaire et il importe encore davantage de les séparer. Il est clair, d'ailleurs, que tous les mélanges étrangers en augmentent inutilement les frais de transport. Les ingénieurs soussignés pensent d'après celà qu'il importerait d'introduire ici le procédé de criblage à la cuve usité dans les départements des Haut et Bas-Rhin et de la Haute-Saône (Archives Départementales de la Moselle [cité désormais ADM] S9 415, 1833 Voltz et Drouot, ingénieurs) (fig. 212 et 213).

Fig. 212. Lavoir à bras portatif. Maquette. Reconstitution, à l'échelle de M. Berly d'après un plan des archives de la Moselle. ADM 1S 495 (1846).

Fig. 213. Audun-le-Tiche (Meurthe-et-Moselle). Lavoir à bras dit "portatif", plan et coupe. ADM 1S 495 (1846).

10Les lavoirs employés étaient des caisses rectangulaires en bois fermées intérieurement par un grillage en fer et disposées de manière que leur fond s'immerge dans l'eau. Le minerai enrobé dans sa gangue était jeté sur la claie, puis brassé à l'aide d'un râble en fer ; les boues argileuses se délayaient dans l'eau, traversaient le tamis et se déposaient dans l'excavation. Le minerai restait sur la claie et lorsqu'il paraissait suffisamment débourbé, on l'enlevait pour faire place à une nouvelle charge (ADHS 297 S18, 1838). Dans le courant du mois de décembre 1856, M Mairet garde Mines à Gray, a visité l'affectation et a remarqué que les excavations produites par l'enlèvement du minerai étaient immédiatement remplies par de l'eau filtrant à travers le fond ou les parois et dont le niveau s'élevait jusqu'au sol. D'après les renseignements qu'il nous a transmis, les lavoirs projetés par les demandeurs se composent de caisses rectangulaires en bois fermées intérieurement par un grillage en fer et disposées de manière que leur fond plonge de 0,25 m environ. Le minerai en terre est jeté sur la claie, qui d'après la disposition de l'appareil est couvert par une laisse d'eau de 0,25 m d'épaisseur. Le minerai est brassé pendant une heure environ ; les boues argileuses se délayent dans l'eau, traversent le tamis et se déposent dans l’excavation. Le minerai reste sur la claie et lorsqu'il paraît suffisamment débourbé, on l'enlève pour faire place à une nouvelle charge. Ces opérations peuvent se succéder dans la même fosse jusqu'à ce que le niveau des boues arrive à 0,50 m en contrebas de la surface de l'eau, c'est-à-dire jusqu'à ce que l'excavation soit à peu près remblayée. Il est visible que ce mode de lavage soutient les terres, prévient la chute des arbres et répare le sol forestier en comblant les dépressions du terrain. De plus, il est avantageux aux exploitants parce qu'il leur permet de laisser sur place une proportion notable de la gangue que dans le cas contraire, ils seraient obligés de transporter avec les minerais (ADHS 297 S 18, 1838, Longevelle : Rapport de l'ingénieur ordinaire des Mines du sous-arrondissement de Vesoul sur une pétition présentée par MM Thierry et Cie, à l'effet d'être autorisés à laver sur place le minerai à extraire de l'affectation qu'ils possèdent dans les bois communaux de Longevelle).

11On remblayait ainsi presque entièrement les dépressions avec les boues issues du lavage, les indemnités à verser aux propriétaires des terrains s'en trouvaient diminuées. À Noidans-le-Ferroux (Haute-Saône), un certain Jean-Baptiste Godard, extracteur de mines raconte la façon de laver les terres à mines : (...) J’ai extrait dam le courant du mois dernier environ trente-cinq mètres cubes de minerai brut pour le compte de Monsieur le Duc de Marmier dans le bois communal de Noidans-le-Ferroux. Pour faire le lavage, j’ai les intentions de placer deux caisses portatives de deux mètres carrés, qui pourront être transportées si les besoins l’exigent, elles seront placées dans le champ hors du bois. On mettra dans les caisses de la mine brute en terre et de l’eau. Deux hommes à chaque caisse avec des tiges de fer la délaieront. Cette manière de laver ne peut porter aucun préjudice puisqu’on n’emploiera que l’eau qui se trouve dans les excavations d’où le minerai est tiré. Cette eau sera remontée par une pompe et sera conduite hors du bois par des chenaux et l’eau bourbeuse sera remise dans les puits d’où le minerai est tiré (...) (ADHS 300 S 25, 5 décembre 1852).

12À mesure que l'exploitation se déplaçait, ces lavoirs portatifs, parfois construits dans des tonneaux à un seul fond (ADHS 300 S 34, 1811) munis d'une grille ou tout simplement aménagés avec des paniers tressés en osier ou en coudrier, étaient transportés sur un autre point du gisement. Il s’agissait de caisses en bois quadrangulaires ou parfois circulaires : au lieu-dit Pré Mareaux sur le territoire de la commune de Traves (Haute-Saône) ont été installés deux lavoirs à bras et un lavoir mobile (ou tonneau) à un seul fond servant au lavage des minerais (ADHS 300 S 34, Traves). Dans la région de Noidans-le-Ferroux (Haute-Saône), les traditions orales indiquent que le minerai était remonté dans des paniers tressés en coudrier ou rassottes. Ces rassottes, une fois remplies, étaient entassées sur un tombereau conduit par un cheval ou un bœuf pour être voiturées aux lavoirs les plus proches. Les femmes et les enfants plongeaient alors ces cribles dans les lavoirs et cours d’eau en les tournant sur eux-mêmes afin d’évacuer la mauvaise terre (fig. 214 et 215).

Fig. 214. Lavage expérimental à la cuve d'argile à pisolithes. Les pisolithes sont débarrassées de leur gangue argileuse.

Fig. 215. Lavage expérimental à la cuve avec un tamis.

13Les lavoirs portatifs ne nécessitaient aucune mesure administrative pour leur installation d'où leur multiplication : (...) à condition que l'eau de lavage soit absorbée sur la place même et ne s'écoule dans aucun cours d'eau voisin quelque faible qu'il soit (...) (ADHS 297 S 36 Vantoux. Courrier de M le Préfet de la Haute-Saône autorisant le lavage dans une mare en forêt jouxtant les minières 21 décembre 1853). Dans une décision du 25 mars 1831, le Ministre du Commerce et des Travaux Publics confirmait qu'il n'y avait pas lieu, de la part de l'administration, à intervenir dans l'établissement des lavoirs portatifs. On doit désigner ainsi des lavoirs de minerai de fer établis, dans les excavations dont le minerai est tiré ou dans les dépressions naturelles du sol, qui sont alimentés par les eaux pluviales, ne sont traversés ni arrosés par aucun cours d'eau et se trouvent dans des terrains appartenant aux extracteurs (ADM 1 S 492 Audun-le-Tiche Avis de l'ingénieur en chef - 3 septembre 1853). Fonctionnant uniquement avec des eaux dormantes, ce type d'installation ne provoquait pas de rejets polluants dans les cours d'eau. Le lavage dans les excavations contribuait à baisser le coût financier du minerai à fondre : Le prix d'extraction et du lavage est très peu élevé, en raison de ce que le lavage a lieu presque partout dans des lavoirs portatifs voisins des lieux d'extraction (ADHS 297 S 18 Lieffrans. Rapport de l'ingénieur des Mines - 30 mai 1853).

14Afin de laver une grande partie de l'année, les ouvriers étaient contraints d'utiliser les eaux d'exhaure en complément des eaux pluviales, souvent stockées dans des réservoirs. Lorsqu'il était impossible de se procurer de l’eau à partir des minières, les mines brutes étaient transportées à proximité des cours d'eau.

Les lavoirs à bras à eau courante

15Les ateliers de lavage (fig. 216) utilisant des lavoirs à bras nécessitaient la présence d’un cours d’eau. Il s’agissait d’installations stables, aménagées de manière fixe directement sur un cours d’eau ou sur une dérivation, ou bien encore à proximité de réservoirs aménagés pour collecter les eaux d’exhaure en complément des eaux pluviales et de ruissellement ; les rejets s’effectuaient en aval.

Fig. 216. Carte de répartition des ateliers de lavage : lavoirs à bras en France vers 1844 d'après Blanc (J.F). Synthèse cartographique : © Hélène Morin-Flamon.

16À partir du XIXe siècle les propriétaires de ces installations devaient obtenir l’approbation du Préfet sur proposition du Service de Mines.

17Le lavoir à bras pouvait prendre différents aspects (fig. 217).

Fig. 217. Plan détaillé d'un lavoir. L'eau arrive en amont en E. EE (décharge de superficie) : lorsque le lavoir est plein d'eau, les terres délayées s'écoulent par cette ouverture, et sont évacuées en aval. (Diderot et d'Alembert, 1777).

18Le système le plus simple consistait à creuser directement dans le cours d’eau d’un ruisseau ou sa dérivation, deux ou plusieurs bassins que l’eau traversait (fig. 218). Ces bassins pouvaient avoir une forme irrégulière ou géométrique quadrangulaire ou triangulaire (Hassenfratz, 1812, tome I, pp. 150-153). Certains étaient recouverts intérieurement de bois pour retenir l’eau au moyen de madriers ou de planches épaisses. Les premiers (lavoirs) sont composés d’un trou carré, ou quarré long, dont le fond est garni de planches enterrées d’un pied de profondeur sur six à sept pieds d’étendue, les côtés garnis de membrures épaisses, encochées par leurs extrémités, et arrêtées par des piquets de bois. A la partie supérieure de la côtière du dessus et de celle du bas, il y a une entaille pour laisser entrer et sortir un petit courant d’eau (Courtivron et Bouchu, 1761-1762, p. 44) (fig. 219 et 220).

Fig. 218. Vellemoz (Haute-Saône). Lieu-dit : Pré du Moulin. Succession de lavoirs à bras à eau courante. L'ingénieur des Mines a pris soin de noter toutes les indications de mesures nécessaires en particulier la dimension des lavoirs. ADHS 300 S 38 (1825).

Fig. 219. L'organisation du travail sur les ateliers de lavage à bras. Atelier de lavage situé sur un cours d'eau : en haut à droite, extraction du minerai. En haut, au centre, un ouvrier conduit au lavoir, à dos de mulet, la mine extraite. En bas à droite, deux ouvriers lavent la mine à l'aide de râbles dans un bassin rectangulaire aménagé. En bas à gauche, l'ouvrier passe au crible, appelé aussi "égrappoir", une charge de minerai déjà lavé. Courtivron et Bouchu (1762).

Fig. 220. Outils et annexes nécessaires au lavage des terres à mines fig. 9 planches qui soutiennent les bords du canal par où circulent les eaux qui arrivent sur le lavoir – fig. 10 claie pour séparer la terre de la mine – fig. 11 pelle de bois – fig. 12 espèce de "cuillere" ou "à baquet à queue” avec lequel on prend et on remue la "mine" dans l'eau – fig. 13 râble pour agite "la mine" dans le lavoir – fig. 14 panier pour le transport de la mine – fig. 15 chaudron percé dans lequel on égrappe ou on crible de minerai – fig. 16 tas de mine lavée. Courtivron et Bouchu (1762).

19Dans les mines de Saint-Pancré en Meurthe-et-Moselle le principe est décrit par l'ingénieur des Mines en visite sur le site en 1833 : (...) Ces lavoirs consistent chacun en un petit conduit en planches de 2,50 m de long sur 0,50 m de large placés au bas d'un espace excavé où l'on expose la mine à un faible courant d'eau pour la découper ; on la pousse ensuite par portions dans le conduit où on l'agite avec une pèle pour la débourber complètement, puis on la dépose sur le bord pour la relaver encore au moins deux autres fois de la même façon (...).

20Ils pouvaient se présenter sous la forme d’une caisse en bois peu profonde encastrée dans le sol, dans laquelle circulait un courant d'eau. Les deux lavoirs construits par M Bouchot se composent chacun d'une caisse rectangulaire en bois de 2,70 m de longueur sur 2,25 m de largeur et de 0,30 m de profondeur, dans laquelle le minerai est lavé avec de l'eau puisée à bras d'homme dans un petit réservoir de 0,50 m de diamètre et dont le fond est à la cote 10,60 m. Ce réservoir est alimenté par le moyen d'une petite saignée d'environ 2 m de longueur pratiquée dans la berge l'Ognon. Ce petit canal a 0,80 m de largeur en gueule, 0,20 m au plafond et 0,80 m de profondeur (ADHS 300 S 8 Boulot, Rapport de l'ingénieur ordinaire des Mines, Ch. Lavot, 26 mars 1858) (fig. 221 et 222).

Fig. 221. Chantes (Haute-Saône). Lavoirs à bras quadrangulaires à eau courante placés en série sur une dérivation d'un cours d'eau. ADHS 300 S 9 (1826).

Fig. 222. La Chapelle-saint-Quillain (Haute-Saône). Lieu-dit : "Le Morbier". Lavoir à bras quadrangulaire à eau courante placé sur une dérivation. Projet d'installation : dessin réalisé par l'Ingénieur des Mines. Ce lavoir carré mesure 3 mètres de côté. Le dessin en rouge représente la partie en bois de la structure. ADHS 300 S 10 (1825).

21Le minerai était jeté dans le premier lavoir et remué continuellement avec un rabot, désigné aussi sous l’appellation de ruart, (Courtivron et Bouchu, 1761-1762, p. 40), râble ou riole. Ces termes désignaient une sorte raclette en bois ou en fer battu acérée à son extrémité et recourbée pour bien saisir le minerai à travailler dans le fond du lavoir, montée sur un long manche utilisée par le laveur pour le débouer ou débourber. Le courant entraînait toutes les parties en suspension et le minerai, plus dense, restait dans le fond du second lavoir.

22Parfois, les lavoirs avaient la forme de prismes droits à base trapézoïdale placés horizontalement, et ayant de 3 à 7 m de longueur sur 1 à 3 m de largeur et 0,30 à 0,70 m de profondeur. Il y avait souvent deux ouvriers travaillant en même temps à un lavoir. Le minerai de fer brut était d'abord placé en tête du lavoir, sur l'un des côtés, en tas qui reposait en partie sur le bord du lavoir. Par un travail, analogue à celui que l'on fait pour gâcher le mortier, l'un des ouvriers poussait le minerai sous le courant d'eau, en même temps qu'il écrasait les pelotes d'argiles, dans lesquelles le minerai se trouvait piégé ; tandis que l'ouvrier placé de l'autre côté attirait le minerai à lui, contre le courant, et le relevait dans le coin et sur le bord du lavoir. Lorsque la totalité du minerai était passée d'un côté du lavoir à l'autre, les ouvriers changeaient de rôle et repassaient le minerai une seconde fois : à aucun moment le minerai préparé ne pouvait s'obtenir en une seule opération. Suivant la pureté du minerai brut et la consistance de la gangue qui l'accompagnait, on le repassait de deux à six fois. Un demi-tour correspondait à chaque changement de place des ouvriers, (Courtivron et Bouchu, 1761-1762) suivant l’empâtement du minerai, plusieurs demi-tours étaient nécessaires pour obtenir un minerai suffisamment nettoyé. Pendant l'opération du lavage, les laveurs effectuaient un triage à la main et rejetaient les pierres et les pelotes d'argiles stériles. Trois laveurs pouvaient ainsi travailler sur le même lavoir : (...) abdc est une caisse en bois, un courant d'eau la traverse par le milieu. Trois hommes sont placés en F, G, H. Le minerai en I est pompé avec des râbles en tôle de ac en bd et réciproquement, tandis que l'ouvrier placé en H le tire continuellement vers ab. (fig. 223a et b) (Loupot, 1834).

Fig. 223a. Lavoir du minerai : croquis d'après Loupot (1834).

Fig. 223b. Lavoir à eau courante. Reconstitution d’après le carnet de voyages de l'ingénieur des Mines Loupot (dessin © Bernard Nicolas).

23On désignait aussi sous ce nom des canaux dallés, légèrement inclinés, de plusieurs mètres de longueur, sur 1 à 2 m de large, et 0,50 m de profondeur. Un fort courant d'eau traversait les matières, que l'on chargeait en amont. On facilitait le départ des boues argileuses, en pelletant le minerai d'un bord à l'autre. Il finissait par atteindre ainsi l'extrémité, entraîné peu à peu par l'action de l'eau, et on l'en retirait, convenablement nettoyé. Ledebur (Ledebur, 1903, pp. 284-285) cite Rittinger qui décrit un bac en bois de 0,65 m de largeur, 0,30 m de profondeur et de 2,50 m à 3,75 m de longueur avec une pente maximale de 18 mm par mètre. Il précise qu’il est avantageux de fixer dans le fond de ce bac des traverses formant barrages pour que l’eau et le minerai soient partiellement retenus. Ces traverses étaient de section triangulaire, de manière à se raccorder par un biseau avec le plan du côté d’aval. Le lavage terminé, on recueillait le minerai au moyen d’écopes percées de trous.

24Les lavoirs à eau courante fonctionnaient souvent en batterie. Flachat (Flachat, Barrault et Petet, 1842) parle de lavoirs étagés dans lesquels on faisait successivement passer la matière, jusqu’à ce qu'elle soit nettoyée.

25Le plus souvent, c'étaient les ouvriers employés à l'extraction qui s’occupaient du débourbage ; ils étaient payés par voiture (charrette) de minerai débourbé ; il était souvent difficile de distinguer le salaire versé pour chacune des deux opérations. Ce procédé nécessitait évidemment une main-d'œuvre conséquente. Pour de grandes quantités de minerai, lorsque le contexte local le permettaient, les exploitants avaient recours à des appareils mécaniques.

26Un certain Robert, maître de la forge de Ruffec en Angoumois, dont le Mémoire a remporté en 1756, le prix de l'Académie de Besançon, avait imaginé un lavoir, dont voici la description :

27Ce lavoir est posé dans un bassin formé de bois, qui a un écoulement pour évacuer avec l'eau sale les sables et les terres grasses qui passent au travers de la fonçure du lavoir. Il est foncé de feuilles de fer appuyées sur deux gros madrier, les feuilles sont percées de trous longs, de dimension à ne point laisser échapper de mine. Le tour du lavoir est de planches percées et clouées en talus aux madriers. Un canal d'eau courante, qui passe dans un petit réservoir, fournit abondamment deux lavoirs en carré. A chaque lavoir, il y a un homme qui, avec un rabot de fer percé de huit trous, remue la mine à force bras, jusqu'à ce qu'il ne reste plus que le grain : il n'y a point de terre qui ne cède au frottement de fer contre fer (Robert, 1757).

Le patouillet

28Aux XVIIe et XVIIIe siècles, le patouillet était désigné sous le nom de moulin, patouillard, patouillat (BNF, Moreau non daté, salle des manuscrits) ou patouïllai (BM de Besançon 11 S 936). On distingue deux grandes familles de patouillets : les patouillets à croix horizontale dentée décrits par Monnet (Monnet, 1773, cf. supra p. 19 fig. 11) et par Borgnis (Borgnis, 1819, p. 6) et les patouillets à anses tournantes que l’on retrouve dans la plupart des traités sur la métallurgie ainsi que dans les archives Départementales et Nationales pour les XVIIIe et XIXe siècles.

29Les patouillets se divisaient en deux parties. Le patouillet proprement dit, qui se composait d’une auge en bois ou en fonte, que l’on remplissait d’eau par le moyen d’un courant et à l’intérieur de laquelle on versait les minerais à laver. Des barres de fer, fixées à un arbre tournant, remuaient le minerai en le brassant continuellement, elles en détachaient par ce mouvement la terre adhérente. Ces différents éléments composaient les artifices du patouillet. La seconde partie : le moteur qui assurait la mise en mouvement du patouillet. Il pouvait être actionné par une roue hydraulique, un manège à chevaux ou une machine à vapeur.

30Le patouillet à croix dentée consistait en une grande cuve dans laquelle tournait à l’horizontale une croix en fer garnie de dents. L’axe vertical qui faisait tourner la croix portait un pignon de forme cylindrique, dont les dents étaient constituées par des barreaux réunissant deux plateaux parallèles (lanterne). Les fuseaux de ce pignon s’adaptaient avec un engrenage que mettait en action l’axe d’une roue hydraulique verticale. Un système à double levier permettait d’élever et d’abaisser à volonté la croix dentée. Le minerai était déposé par une grande trémie fixée sur la cuve. L’eau était déversée dans la cuve par un canal. La cuve possédait deux exutoires, une ouverture par où les substances légères, donc non métalliques, étaient entraînées avec l’eau et une deuxième, située au fond de la cuve qui libérait les minerais vers un canal de récupération (Voir dans l’introduction : le patouillet à croix dentée (fig. 11) d’après Motinet 1773).

31Un modèle de patouillet complexe est représenté dans l’Encyclopédie Diderot. Il s'agit d'une machine installée dans une forge qui faisait appel à un mouvement d’engrenages entraîné par une roue hydraulique (fig. 224).

Fig. 224. Lavage de la mine dans une forge. Vue en perspective d'un patouillet à croix dentée (Encyclopédie Diderot d'Alembert, 1777).

32Le patouillet à anses tournantes se composait d'une huche (Courtivron et Bouchu, 1761-1762, p. 41) ou cuve demi cylindrique traversée par un cylindre en bois ou arbre (Manson, 1804, p. 36). Cet arbre était garni aux deux extrémités par des tourillons de fonte ou de fer soutenus par des empoises. Au niveau de la huche, le cylindre était garni de barres de fer coudées à deux branches, à l'autre extrémité, il traversait les bras d’une roue qui le mettait en mouvement (fig. 225 et 226).

Fig. 225. Principales parties du moulin à laver la mine. - fig. 17 – N, arbre qui supporte la roue hydraulique – O, lavoir dans lequel on achève de laver manuellement « la mine - fig. 18 arbre du patouillet hérissé de chevilles ou cuillères pour brasser les terres à mine - fig. 19 base du patouillet auquel on a enlevé l'arbre et la huche – QQ, sont les pièces qui portent la huche – RS, pièce de la huche – T, orifice par lequel sort la mine – X, le même orifice obturé par une pelle V - fig. 20 arbre avec trois doubles équerres – Z, dessin d'une équerre. D'après Courtivron et Bouchu (1762).

Fig. 226. Patouillets. Fig a et b : patouillet ou "moulin à laver les mines". H : huche ou auge formée de plusieurs chassis en bois, arrêtés par le bas de fortes traverses GG, et terminés dans le fond en plein cintre-I, I, I, I, membrures ou plaques de fontes bien jointes attachées au châssis - L (sur la fig. 2) autre côté de la huche, également garni de châssis et de membrures - AA, petit canal ou tuyau qui conduit à la huche l'eau du réservoir - CC, ouvertures au bas de la huche pour laisser couler la mine - D, (fig. 1) pelle de bois avec manche qui se meut entre deux rainures pour fermer ou ouvrir selon les besoins C - M, morceau de bois qui traverse le petit canal pour contenir la pelle D fermée - E (fig. 2) autre ouverture aménagée en haut de la huche, un peu moins haut que A, afin qu'il puisse sortir un peu moins d'eau qu'il n'en entre - N, (sur les deux figures) arbre de la roue garni à ses extrémités de tourillons 00, et qui porte sur des empoises P-P - Q, canal en bois - RRR, barreaux de fer coudés à deux branches qui traversent l'arbre pour agiter en tournant la mine dans la huche et la laver - SS, lavoirs - TT, pelles - VV, autres lavoirs à bras.
Dans la fig. 1, l'ouvrier qui est à l'avant brasse avec un râble le contenu du lavoir à bras par un mouvement de va-et-vient et l'ouvrier au second plan emplit la huche de mine avec sa pelle. Dans la fig. 2, l'ouvrier est occupé à dégorger la mine dans un lavoir, avec un râble, lorsqu'elle est nettoyée, elle sort de la huche et descend dans un lavoir à bras.

33Les fermiers de Belfort ont rétabli, près des mines de Roppe, un étang, au moyen duquel ils lavent leur terre à mine avec un patouillet mu par une roue à augets, et dont l’arbre est armé dans toute sa circonférence, et sur une partie de sa longueur, de barres de fer saillantes d’environ dix-huit à vingt pouces. Une rigole de bois, assez forte, introduit l’eau dans un caisson, au milieu duquel l’arbre tourne. Cet arbre entre dans le caisson par une entaille, qui laisse en même temps une issue à l’eau. Celle-ci, chargée de la terre que détache le patouillet, tombe dam un conduit de bois, qui la dirige vers un petit canal fait en terre, d’où elle va se rendre, dans une ancienne fouille en carrière, pour y déposer son limon ; de cette manière elle ne souille pas les prés, et ce dépôt comble successivement les vieux travaux. Lorsque le patouillet a suffisamment détaché la terre, on rebouche un trou fait au bas et au devant du caisson. La mine, qui a subi l’action du patouillet, tombe par ce trou dans la caisse inférieure, où elle reçoit un nouveau lavage ; et de là elle est portée dans les tamis, où elle est lavée pour une dernière fois. L’eau du caisson inférieur est également conduite par un fossé dans le même ancien travail, d’où ces eaux ne sortent que lorsqu’elles débordent ; mais alors elles sont limpides et ont déposé tout leur limon martial, de manière qu’elles ne peuvent plus nuire aux terrains (Dietrich, 1789, pp. 45-47 (depuis 1870 Roppe se trouve dans le Territoire de Belfort)).

34Une vis d'Archimède, des chaînettes ou encore une noria pouvaient compléter ce dispositif pour élever ou transporter l'eau nécessaire au lavage. Ce type de patouillet pouvait aussi se composer de deux cuves suivant la force motrice dont on disposait. Catherine Rochet, veuve Dornier, propriétaire de l'usine de Pesmes (Haute-Saône), demande, par une pétition en date du 31 mars 1837, la permission de tenir et de conserver en activité un patouillet à deux huches mû par une seule roue hydraulique : une huche de chaque côté de la roue, sur la rivière de l'Ognon, dans l'enceinte de l'Usine de Pesmes (ADHS 300 S 27 Pesmes. Extrait d'une pétition en date du 31 mars 1837 demandant en permission pour la maintenue d'un patouillet).

35La cuve pouvait être en bois. Cette auge est de bois de chêne assez grand en profondeur pour contenir deux à trois tombereaux de mine (Moreau BNF, salle des manuscrits - non daté) ou en tôle et servait de récipient au minerai. Elle présentait trois orifices : l'orifice supérieur par où arrivait l'eau d'alimentation, l'orifice latéral placé un peu plus bas que le précédent et par lequel s'écoulait constamment l'eau boueuse chargée des impuretés et l'orifice inférieur par lequel le minerai lavé se rendait dans un bassin placé en contrebas ou lavoir, où l'on achevait de le purifier, le plus souvent au moyen d’un râble. Parfois un second lavoir pouvait être aménagé à la suite du premier, il recueillait le minerai que la force de l’eau pouvait laisser échapper du premier. Pour remédier à ces inconvénients, Grignon donnait au bassin de réception la forme de deux cônes unis par leur base et le nommait lavoir à grain d'orge (fig. 227) (Grignon, 1775).

Fig. 227. Patouillet Plan. Bassins de réception dits "lavoirs à grain d'orge". Grignon (1775).

36Pour l’ouverture et la fermeture de la huche et des chenaux, on utilisait des pelles de bois disposant d’une queue assez longue pour pouvoir les placer commodément, ou plus simplement un morceau de bois.

37Dans les patouillets volumineux, la cuve pouvait contenir l’équivalent de deux tombereaux de terre en même temps. Le minerai brut était versé soit à la pelle, soit au moyen d'une trémie et il était désagrégé par les agitateurs en fer fixés à un arbre. L'arbre du patouillet pouvait être garni de trois ou six barreaux, de barres droites repliées ou d’espèces de cuillères ou spatules aplaties et torses aux extrémités ou bien courbées et fendues en trois parties. Il y a deux sortes de manière de garnir l’arbre du patouillet, l’une avec des barreaux courbes en double équerre, l’autre avec des bandes de fer qui passent de niveau à travers de l’arbre. L’un et l’autre font le même effet, mais pour les mines qui sont tendres, l’on préfère les bandes aux barreaux (...) (BM de Besançon, 11 S 936). Ces agitateurs pouvaient être multipliés de manière à rendre l'opération plus rapide. Les barres des agitateurs étaient disposées horizontalement de manière à former deux hélices discontinues et en sens inverse, qui, pendant la rotation de l'arbre tendaient à communiquer aux matières un mouvement alternatif qui retardait le moment où elles arrivaient à l'autre extrémité de la huche. En ce point, les produits délayés étaient rejetés de l'autre côté de la cloison et étaient agités dans la seconde huche par une espèce d'hélice continue en fer qui les emmenait à l'extrémité opposée d'où ils sortaient de l'appareil. Le patouillet se compose essentiellement de 6 barreaux en fer, rectilignes au point d’arrivée du minerai qui tombe des cylindres et contournés ensuite en hélice sur toute leur longueur. Le diamètre de l’hélice est de 1,50 m. et son pas de 6,02 m. La position des barreaux est solidement assujettie par des appuis en fonte, fixés à l’arbre du patouillet. La huche est horizontale et circulaire : sa longueur totale est de 5,52 m. et son diamètre intérieur de 1,65 m. L’eau qui se trouve dans la huche est elle-même animée par l’intermédiaire des barreaux, d’un mouvement hélicoïdal, tendant à produire une suspension prolongée du minerai dans le milieu qui doit le purifier et l’entraîner d’une manière régulière à l’extrémité de l’appareil. Il est puisé là par les poches d’une roue à dragues qui le verse sur un plan incliné d’où il tombe dans des wagons. L’eau qui a servi au lavage s’échappe par différentes ouvertures pratiquées au flanc de la huche, et se rend par des conduits souterrains dans l’auge, d’où elle est amenée, au moyen d’une roue élévatrice dans des canaux qui la conduisent aux bassins d’épuration (Note sur un nouvel atelier de lavage établi à Wassy, (Haute-Marne) et destiné à la préparation mécanique des minerais de fer exploités dans les environs. ADHM 129 S 1, établi par un certain Perrin Moreau).

38Dans cette installation complexe, le moteur pouvait être appelé à jouer des rôles distincts : quelquefois, il ne faisait qu'élever dans l'appareil à laver l'eau claire ou clarifiée, tandis que le débourbage du minerai était fait à bras d'homme ; parfois, il ne servait que pour le débourbage, l'eau arrivant naturellement ; enfin, plus souvent, il remplissait les deux fonctions à la fois.

Le patouillet à moteur hydraulique

39Le patouillet (fig. 228) le plus complet était composé d'une huche avec un arbre de couche qui traversait les bras d'une roue à aubes laquelle tombait exactement dans le coursier, d'une hélice pour élever l'eau claire et clarifiée et parfois d'une seconde roue à cuviers (Grignon, 1775) ou augets pour élever l'eau boueuse, (fig. 229 et 230). Il (le patouillet) est composé d’une médiocre roue dont la circonférence est bordée de barils pour élever l’eau et la faire tomber dans une auge ou bassin où est la mine (Moreau BNF salle des manuscrits - non daté). L'alimentation, de la huche en eau, pouvait donc être assurée de différentes manières Au-dessus de la huche, du côté de la rivière, on ajuste un petit canal près du côté opposé à la roue ; ce petit canal, fait de bois ou de pierre, carré ou rond, il n'importe et de quatre pouces de diamètre, fournit à la huche de l'eau du réservoir (fig. 231).

Fig. 228. Carte de répartition des ateliers de lavage : patouillets en France vers 1844 d'après Blanc (J.F). Synthèse : © Hélène Morin-Hamon.

Fig. 229. Vy-le-Ferroux (Haute-Saône). Patouillet à roue hydraulique. Plan. ADHS 301 S 14(1831).

Fig 230. Vy-le-Ferroux (Haute-Saône). Patouillet à roue hydraulique. Coupe. ADHS 301 S 14 (1831).

Fig. 231. Traves (Haute-Saône). Patouillet à roue hydraulique. Plan. C. Patouillet à roue hydraulique à une huche ; F. Parc à mines ; E. lavoirs à bras (2) ; G. Patouillets à roues hydrauliques en parallèle ; H. Moulin. ADHS 300 S 34 (1810).

40Si l'on a pas l’eau élevée à une assez grande hauteur, pour y suppléer, on y fait verser de l'eau par des seaux ou sabots dont la roue est garnie (Grignon, 1775, p. 41). Pour mouvoir la roue, le débit de l'eau devait être régulier et suffisant : Pour s’en servir utilement, il faut le (le patouillet) placer suivant la disposition du terrain et faire faire une roue de hauteur et largeur convenables à proportion de l’eau. S’il n’y en avait pas à l’abondance, l’on peut faire la roue large comme celle d’un moulin à battrant et la placer au-dessous des roues de la forge ou du fourneau et la faire tourner par ce moyen à eau perdue. Il faudrait en ce cas tenir la roue haute et large pour lui donner de la force (BM de Besançon, 11 S 936). C'est la force de l'eau qui mettait, en général, la roue en mouvement (fig 232). Elle recevait l'eau directement dans un coursier particulier ou bien indirectement celle qui sortait du dessous de la roue d’un bocard par l'effet d'une cascade dans ce même coursier. Le manteau de la roue, qui équipait certaines roues hydrauliques (Manson, 1804, p. 36), était utile pour rejeter sur celles-ci l'eau qui s'en échappait. Parfois, la roue du bocard communiquait le mouvement à celle du patouillet par le biais de l’engrenage d'un rouet et d'une lanterne (fig. 233).

Fig 232. Renaucourt (Haute-Saône). Patouillet à roue hydraulique à deux huches. Coupe longitudinale. ADHS 301 S 12 (1833).

Fig. 233. Renaucourt (Haute-Saône). Patouillet à roue hydraulique à deux huches. Coupe transversale. À noter l'empellement placé dans l'axe de la roue destiné à réguler le débit. ADHS 301 S 12(1833).

Le lavoir à cheval

41Les archives départementales de Haute-Saône attestent qu’entre 1824 et 1897, un peu plus d’une centaine d’ateliers d’enrichissement du minerai de fer ont fonctionné au moyen de chevaux. La majorité des lavoirs de cette catégorie étaient mis en mouvement par un seul cheval, mais certains utilisaient deux voire quatre chevaux.

42Une quarantaine de communes ont ainsi accueilli sur leur territoire un ou plusieurs patouillets à cheval en particulier dans le sud-ouest du département : Aroz, Arsans, Attricourt, Autrey-lès-Gray, Auvet-et-la-Chapelotte, Bouhans-lès-Leurg, Broye-Aubigney-Montseugny, Broye-lès-Loups-Verfontaine, La Chapelle-Saint-Quillain, Choyé, Citey, Cresancey, Cugney, Dampierre-sur-Salon, Echevanneet-Battrans, Ecuelle, Fahy-lès-Autrey, Frasne-le-Château, Grandecourt, Grandvelle-et-le-Perrenot, Lieffrans, Montle-Vernois, Nantilly, La Neuvelle-lès-la-Charité, Onay, Oyrières, Pesmes, Le Pont-de-Planches, Poyans, Raze, Renaucourt, La Résite-Saint-Martin, Rigny, Rosey, Sainte-Reine, Valay, Vars, Vaux-le-Moncelot, Velesme-Echevanne et Vy-le-Perroux (fig. 234).

Fig. 234. Carte de répartition des patouillets à cheval en Haute-Saône entre 1824 et 1897 à partir des données recueillies lors du dépouillement des archives départementales et nationales. Synthèse cartographique : © Hélène Morin-Hamon.

43Une étude effectuée à la fin de la première moitié du XIXe siècle, à la demande du Ministre du Commerce et des Travaux Publics et menée sous l’autorité des préfets par les ingénieurs des Mines, montre que seulement sept départements possédaient des lavoirs à cheval (fig. 235).

Fig. 235. Carte de répartition des ateliers de lavage : patouillets à cheval en France vers 1844 d'après Blanc (J.F). Synthèse cartographique : © Hélène Morin-Hamon.

44Le département de Haute-Saône arrivait en tête : vingt-trois patouillets mus par un ou plusieurs chevaux y étaient répertoriés.

45La différence entre un lavoir à cheval (ou patouillet à cheval) et un patouillet à roue hydraulique résidait dans le moteur qui le mettait en mouvement. En fait, l'appareil à laver de la Résie n'est autre que le patouillet traditionnel (...). Le moteur, au lieu d'être une roue hydraulique, est un manège à quatre chevaux (...) (ADHS 300 S 30, 1829) (fig. 236 et 237).

Fig. 236. Cugney (Haute-Saône). Lieu-dit : "en Cenauchier". Plan d'un patouillet à cheval (ADHS 300 S 14,1827).

Fig. 237. Cugney (Haute-Saône). Lieu-dit : "en Genauchier". Vue actuelle du site. Vestiges de substructions visibles au sol.

46Le lavoir à cheval était entièrement actionné par l’énergie animale. Ainsi en 1829, il était projeté d’installer un manège à quatre chevaux à la Grande Résie (Haute-Saône) pour mettre en activité un patouillet à une huche. L’eau nécessaire au lavage du minerai devait être acheminée par un canal et élevée dans l’auge de brassage à l’aide d’une vis d’Archimède.

47A Auvet (Haute-Saône) le lavoir était alimenté par les eaux d’un puits au moyen de deux pompes mue par le manège à cheval qui servait à actionner le patouillet.

48Lorsque l’eau était insuffisante pour actionner une roue hydraulique et subvenir dans un même temps aux besoins en eau nécessaire au lavage, d’autres types d’énergies étaient recherchés. Les lavoirs à chevaux étaient ainsi installés pour faire face aux aléas des débits, en concentrant l'eau uniquement pour le lavage. Ils remplaçaient dans certains cas l’énergie hydraulique, la rotation des agitateurs s'effectuant mécaniquement à l’aide d’un manège à chevaux.

49Comment fonctionnait ce type d’appareil ?

50Un manège actionnait l’arbre du patouillet mis en mouvement par un ou plusieurs chevaux. À son extrémité, des agitateurs ou des cuillères brassaient la matière extraite ; au contact de l’eau, le minerai en grains se désolidarisait de sa gangue de boue et tombait au fond de la huche par gravitation. Le canal d’amenée issu du réservoir était verrouillé et l’eau chargée des particules de terre en suspension était évacuée. Une fois la bonde ouverte, les nodules et les plaquettes de minerai étaient récupérés dans un bassin de réception placé en aval de la huche du patouillet.

51Un complément de lavage par brassage à l’aide de râbles en fer était parfois nécessaire. Si la présence de grains quartzeux persistait, le patouilleur pouvait effectuer un criblage manuel à l’aide d’un chaudron muni de perforations ou des paniers dont le tressage était plus ou moins resserré.

52Les systèmes d’engrenages qui mettaient en mouvement l’arbre du patouillet à cheval pouvaient varier. À Vars (Haute-Saône), l’arbre horizontal était muni à son extrémité d’une lanterne couchée dont les fuseaux (barreaux en bois) s’ajustaient sur les alluchons d’une roue placée horizontalement (un rouet) (fig. 238). Ce rouet maintenu par un pilier vertical servait d’axe pour la rotation des chevaux. Deux chevaux attelés en vis-à-vis circulaient dans le même sens autour de l’axe central sur un plancher indépendant.

Fig. 238. Vars (Haute-Saône). Patouillet à cheval à une huche. Cette coupe montre l'élévation du bâtiment et l'emplacement du manège avec les barreaux du patouillet. ADHS 300 S 37(1838).

53Il est difficile d’évaluer les rotations effectuées par l’arbre pendant un tour de manège accompli par les chevaux ; aucun document n’indique le nombre de dents et de fuseaux.

54À Choye (Haute-Saône) (fig. 239), l’arbre du patouillet portait, à l’extrémité opposée aux agitateurs, un rouet vertical dont les alluchons venaient s’engrener sur les dents d’une seconde roue horizontale fixée à un pilier central auquel un seul cheval était harnaché dans la partie supérieure. Ce dispositif permettait à l’animal de circuler en décrivant un cercle complet sur la partie du trottoir, tel qu’on peut l’observer dans un manège traditionnel (fig. 240).

Fig. 239. Choye (Haute-Saône) Patouillet à cheval à une huche. Plan montrant l'ensemble des infrastructures. AN F14 4541(1823).

Fig. 240. Choye (Haute-Saône). Patouillet à cheval à une huche. Coupe. Ce mécanisme permettait d'économiser l'eau et donc de fonctionner avec un minimum de réserve. L'énergie provient d'un manège actionné par un cheval de trait. Le patouillet est entièrement abrité. Construit en bois et en torchis, il abritait le mécanisme et les écuries au rez-de-chaussée et le logis du laveur à l'étage (AN F14 4541, 1823).

55L’alimentation en eau du lavoir s’effectuait au moyen d’un système d’adduction : une dérivation d’un cours d’eau alimentait le réservoir nourricier de la huche du patouillet à cheval ; avec entre les deux, des canaux permettaient à l’eau de pénétrer dans l’auge de lavage. Des empellements en bois servaient de régulation pour le débit de l’eau. À sa sortie, le minerai lavé était réceptionné dans un bassin placé à l’avant de la huche. Une réserve d’eau était disponible pour compléter le lavage du minerai. Comme à Vars, le manège bénéficiait d’une couverture en bois et en torchis qui le protégeait des intempéries. Les autres parties du bâtiment abritaient le mécanisme du patouillet, les écuries et le logis du laveur à l’étage ; seule la huche du patouillet était à l’extérieur.

56À Vars (Haute-Saône), un second atelier possédait deux huches, il était mu par un manège à deux chevaux et son mécanisme était doté d’un système d’engrenages métalliques coniques (fig. 241 et 242).

Fig. 241. Vars (Haute-Saône) Patouillet à cheval à double huche. Plan. ADHS 300 S37 (1838).

Fig. 242. Vars (Haute-Saône) Patouillet à cheval à double huche. Coupe. ADHS 300 S37 (1838).

57Si les lavoirs à cheval étaient des établissements moins importants que les patouillets mus par l’énergie hydraulique, ils nécessitaient des installations spécifiques pour abriter les chevaux, stocker le fourrage, et le personnel pour soigner les animaux. L’investissement financier généré par de telles installations laisse supposer une certaine stabilité de ces ateliers et donc une exploitation durable.

Le patouillet mixte à moteur hydraulique et à cheval

58Certains patouillets alimentés par des cours d'eau peu importants étaient mus alternativement par une roue hydraulique et par un manège à cheval (fig. 243).

Fig. 243. Reconstitution d'un patouillet mixte : deux chevaux actionnent l'arbre du patouillet et prennent le relais lorsque le débit de l'eau n'est pas suffisant (dessin © Bernard Nicolas).

59À Champtonnay (Haute-Saône) comme dans d’autres ateliers de lavage de la région de Gray, des patouillets mixtes étaient installés. Ils pouvaient fonctionner de plusieurs manières. Pendant les périodes de hautes eaux, un réservoir d’eau placé en tête de la roue hydraulique permettait de recueillir l’eau nécessaire au fonctionnement de la roue du patouillet pendant le repos du cheval (ADHS 300 S 9, À Champtonnay, Rapport de l'ingénieur ordinaire des Mines Drouot du 9 avril 1863 fait à Chaumont) (fig. 244). En période d’étiage, un système permettait de débrayer la roue hydraulique en permanence, ainsi les chevaux assuraient complètement la mise en mouvement de l’arbre du patouillet, l’eau étant réservée uniquement au brassage et au lavage du minerai (ADHS 300 S 15, Écuelle, Extrait de l'Ordonnance Royale du 10 décembre 1845 concernant un patouillet à roue et un lavoir à cheval tous deux à deux huches) (fig. 245). Les eaux nécessaires pour le lavage étaient alors fournies par une pompe ou une noria (ADHS 300 S 7, Bouhans, Ordonnance Royale du 17 juillet 1837).

Fig. 244. Chapelle-Saint-Quilain (Haute-Saône). Patouillet mixte à cheval et à roue hydraulique. AN F14 4554.

Fig. 245. Champtonnay (Haute-Saône) Plan d'un patouillet mixte qui était mis en mouvement par quatre chevaux et à une roue hydraulique. AN F14 4559 (1838).

60À Broye-lès-Loups (Haute-Saône), les deux moteurs pouvaient également être mis simultanément en communication l’un avec l’autre. L’arbre du patouillet à roue hydraulique et celui du lavoir à cheval étaient unis par un manchon mobile. Ce système permettait aux moteurs de se compléter et de s’épauler réciproquement (ADHS 300 S 8, Broye-lès-Loups, Extrait de l'Ordonnance Royale du 4 août 1839).

61Sur les ateliers de préparation mécanique, le cheval sera parfois remplacé par la vapeur. Ainsi à La Chapelle-Saint-Quillain (Haute-Saône) dans un courrier daté du 15 octobre 1856, adressé au Préfet de la Haute-Saône, les exploitants d’un lavoir à cheval soulignaient que la rareté des chevaux et le travail trop fatigant du manège rendaient l’exploitation de leur lavoir presque impossible. Ils demandent l’autorisation d’y substituer la force de la vapeur. Une machine à vapeur de la force de 3 ou 4 chevaux remplaça donc le manège à cheval qui fut supprimé (ADHS 303 S 4 Chapelle-Saint-Quillain Lettre de MM Bouchot frères à M Le Préfet de la Haute-Saône du 15 octobre 1856).

Le patouillet à vapeur

62Entre le moment où l’idée d’utiliser la condensation de la vapeur pour créer le vide a été émise (Denis Papin), son exploitation industrielle par la machine atmosphérique (Newcomen) et l’utilisation de la pression de la vapeur

63comme force motrice, (Savery) de nombreux perfectionnements ont été apportés pour une véritable application dans le monde industriel. C’est le procédé mis au point par James Watt (1769) avec le principe du condenseur qui va permettre d’employer non plus la pression atmosphérique mais la vapeur elle-même comme force motrice, facilitant la diffusion de cette nouvelle source d’énergie. En Angleterre à la fin du XVIIIe siècle, la vapeur commence à remplacer la roue hydraulique (moulins, filatures...) avec l’invention par Watt du mouvement planétaire et la généralisation du factory System.

64En France, les frères Périer qui avaient signé un accord avec Watt introduisent la première machine à vapeur à simple effet en 1780 à Chaillot. Quant aux machines de rotation à double effet, elles ne seront installées qu’en 1790 : on est alors en pleine Révolution et la France investit peu dans l’industrie. Il faudra attendre 1815 pour commencer à voir le retard se combler.

65Quelles sont les conséquences de cette innovation dans la métallurgie et en particulier pour l’enrichissement du minerai de fer en Franche-Comté ?

66La vapeur marque un tournant décisif dans les paysages métallurgiques, Elle va tenter progressivement de se substituer à l’énergie animale ou hydraulique en particulier au niveau des souffleries des hauts fourneaux qu'elle soit de type classique ou à pistons. Mais on la voit aussi s’implanter dans le périmètre des usines pour faire mouvoir les patouillets : l’eau étant ainsi entièrement concentrée pour le lavage.

Les patouillets à vapeur (fixes)

67Les patouillets à vapeur aux systèmes d’installation fixe utilisant une ou plusieurs chaudières à vapeur vont concentrer les moyens de production à proximité immédiate des hauts fourneaux.

68Ces installations, classées sensibles par le service des Mines, faisaient l’objet d’étude de faisabilité (de commodo et incommodo) et de tests renouvelés. Des documents incomplets ont été retrouvés dans les archives. Ils ne permettent pas de restituer avec précision les relations mécaniques entre les chaudières et le patouillet lui-même. Néanmoins, la correspondance apporte des éléments de réponse sur la puissance des machines mises en œuvre et leur localisation dans le paysage métallurgique à l’exemple de cette description succincte d’un patouillet installé en 1864 à Autrey-lès-Gray (Haute-Saône). Il était doté d’une machine à vapeur en poste fixe d’une puissance de douze chevaux dont la chaudière tubulaire avait une capacité de 1 mètre cube 640 millièmes. Timbrée à 6 atmosphères, elle servait à élever l'eau nécessaire au lavage du minerai de fer dans la cuve du patouillet et utilisait de la houille comme combustible. Construite à Paris chez Calla, l'appareil laveur consistait, comme tous les appareils de ce genre, en un arbre en fer muni de bras, qui tournait horizontalement dans une auge. Le mouvement était donné à l'appareil par la machine à vapeur (ADHS 300 S 4, Autrey-lès-Gray, Arrêté du 21 décembre 1864 autorisant les pétitionnaires à faire fonctionner une machine à vapeur pour la mise en mouvement des artifices du lavage).

69Les textes mettent souvent en relief le fait que les chaudières étaient de seconde main. Comme la chaudière à vapeur dont M. de Marmier avait fait l’acquisition en 1845 pour son usine de Pesmes : construite chez M. Valentin à Besançon, elle avait d’abord été employée dans la filature de M. Vey de la même ville. En 1862 les sieurs Gaudinet, Grivot aîné, Bertrand et Pichat obtiennent l’autorisation de faire fonctionner à Oyrières (canton d’Autrey en Haute-Saône), une machine à vapeur destinée à faire mouvoir un patouillet et une pompe. Cette chaudière, avant d’être établie à Oyrières, fonctionnait à Collonge, commune de Broye-les-Loups dans l’atelier de M. estienne, mais sans avoir été permissionnée.

70Certaines chaudières pouvaient être mises en service pour actionner différentes machines, qui n’étaient pas forcément liées à la métallurgie. Ainsi, par une pétition adressée au Préfet de Haute-Saône du 4 juin 1852, Joseph Gaudemet, négociant à Gray, sollicite l’autorisation d’établir une machine à vapeur près de Bouhans-les-Autrey pour faire fonctionner alternativement un battoir à grains, une paire de meules de moulin pour le public, et enfin élever les eaux d’un puits nécessaire au lavage des minerais dans des lavoirs portatifs.

71Les textes précisent aussi que les chaudières devaient être placées sur une propriété du demandeur et éloignées de plus de 150 m de la voie publique ou des habitations appartenant à des tiers pour des raisons de sécurité. Les accidents étaient, semble-t-il, fréquents.

Les patouillets locomobiles (mobiles) : une innovation haut-saônoise

72Un maître de forge de Gray, Adéodat Dufournel obtient le 18 mai 1857 un brevet concernant un nouveau type de lavoir à minerai : le patouillet à vapeur locomobile (fig. 246). A. Dufournel eut l’idée d’associer l'énergie de la vapeur à un patouillet mobile : son ingénieux système était porté sur des essieux de manière à être facilement transportable. Le mouvement de l'arbre du patouillet était obtenu au moyen d'une courroie qui s'enroulait sur deux poulies, dont l'une était conduite directement par une machine à vapeur locomobile d'une puissance de 3 à 4 chevaux. Cet ingénieur/inventeur devenu député, avait été élève de la nouvelle Ecole Centrale des Arts et Manufactures.

Fig. 246. Locomobile : machine à vapeur montée sur roues (non motrices), utilisée pour actionner des engins industriels ou agricoles (d'après E. Bouant, non daté).

73Son appareil était essentiellement mobile ; il pouvait se transporter facilement d'un lieu à un autre et servir pendant l'année, à une vingtaine de lavages successifs, en autant de lieux différents. Ce patouillet se composait de deux huches en tôle placées bout à bout, séparées par une cloison. Le minerai brut était versé à l’aide d’une pelle ou au moyen d'une trémie, à l'une des extrémités de la première huche et il était désagrégé par des agitateurs en fer, fixés à un arbre de couche, comme dans un patouillet ordinaire. Le nombre d’agitateurs y était augmenté, afin d’accélérer l’opération. Les barres placées à l’horizontale sur les agitateurs étaient disposées de manière à former deux hélices discontinues et inversées ; avec la rotation de l'arbre, ils communiquaient aux matières un mouvement alternatif en retardant leur arrivée à l'autre extrémité de la huche (fig. 247). À ce point de l’opération, les minerais délayés étaient rejetés de l'autre côté de la cloison dans la seconde huche. Ils étaient alors agités par une hélice continue en fer, qui les amenaient à l'extrémité opposée d'où ils étaient évacués (Morin-Hamon, 2001, pp. 32-37).

Fig. 247. Patouillet locomobile. Reconstitution d'après sources écrites (Ecole Centrale des Arts et Manufactures de Paris) (dessin © Bernard Nicolas).

74L'eau nécessaire à l'opération était élevée au moyen d'une pompe mue par la machine ; versée dans la seconde huche, le sens de son mouvement était contraire à celui du minerai de telle sorte qu'à sa sortie, ce dernier était rincé avec de l'eau à peu près claire (fig. 248).

Fig. 248. Pesmes (Haute-Saône). Lieu-dit : "Forêt du Gros Bois". Patouillet à vapeur. B puisard - C Chaîne à godets pour l'élévation de l'eau - D patouillets - E machines à vapeur et transmissions - F chaudière à vapeur - bâtiment du générateur et des machines - M places à mines. 301 S 11 (1843).

75Les patouillets locomobiles ont-ils réellement fonctionné ou sont-ils restés au stade expérimental ?

76Les sources confirment l'installation de ce type de machines dans les environs de Gray, à Pesmes à Renaucourt et à La-Résie-Saint-Martin. À voir les courriers impartis à la mise en œuvre et à l'installation de ces ateliers et malgré les interventions du député A. Dufournel pour assouplir la législation en vigueur, les patouillets locomobiles restèrent tributaires du décret relatif à l’épuration des eaux boueuses et aux textes de loi qui ne toléraient aucune autorisation de quelque nature que ce soit sans un consentement formel des préfets après les études d’impact effectuées par les services des Mines.

77En essayant de trouver une solution adaptée aux conditions difficiles et contraignantes de l'exploitation de petits gisements de fer multiformes souvent dépourvus d’eau pérenne, et pourtant indispensables à la bonne marche de la sidérurgie, A. Dufournel comptait certainement pérenniser plus avant la valorisation de ces minerais riches et hautement fusibles. Il ne pourra contenir l'arrivée de la concurrence et le maintien d'une réglementation incontournable. Le patouillet locomobile compte donc parmi les toutes dernières inventions mises en place pour répondre aux contraintes d’exploitation liées à la dispersion des gisements de fer pisolithique.

78En Haute-Saône, la répartition des patouillets à vapeur montre que cette énergie ne sera pas généralisée dans son utilisation et qu'elle arrive souvent bien tard pour devenir compétitive.

79Si, au milieu du XIXe siècle, ce département était parmi les plus importants producteurs de fontes malgré les différentes crises politiques de cette époque, l’annonce du traité de libre-échange avec la Grande-Bretagne va accélérer la baisse des prix et freiner les investissements.

80Même si on peut observer une légère poussée de la production liée dans un premier temps à la guerre de 1870-1871, puis à la perte de la Lorraine, le déclin de la métallurgie comtoise ne pourra être évité. Malgré les efforts pour adapter leurs installations les propriétaires exploitants n’arriveront que très difficilement à faire face à la concurrence.

Le patouillet associé à un bocard ou bocard complexe

81Lorsque le minerai était en rognons caverneux retenant l'argile ou bien limoneux en petits grains piégés dans la terre argileuse et mélangé à des morceaux de différentes formes et grosseurs, on employait le patouillet et le bocard associés (fig. 249a et b).

Fig. 249a. Liffol-le-Petit (Haute-Marne). Pian d'une installation hydraulique associant patouillet, bocard et moulin. Cet appareil (patouillet associé à un bocard) permettait de concasser puis de laver certains minerais dont la gangue était très dure donc difficile à fragmenter. Moulin et établissement de préparation mécanique des minerais de fer étaient parfois associés. AN F14 4552 (1820).

Fig. 249b. Liffol-le-Petit (Haute-Marne) Commentaires du dessin. AN F14 4552 (1820) :
A. Bocard : machine destinée à concasser le minerai
B. Canal d'alimentation du bocard et du patouillet
C. Moulin
D. Canal d'alimentation du réservoir M destiné à mouvoir la roue hydraulique du patouillet
E. Arbre du bocard
F. Huche ou cuve
G. Arbre du patouillet
H. Liens de fer ou barreaux
I. Tourillons
J. Empoises
K. Roues hydrauliques
L. Canaux d'amenée destinés à mouvoir les roues hydrauliques
M. Réservoir d'eau
N Bac de rinçage pour le minerai lavé.

82Le patouillet pouvait posséder une ou deux huches placées bout à bout sur le même axe ; ce nombre pouvait passer à quatre huches (deux de chaque côté de la roue hydraulique) pour doubler les volumes de minerais lavés ; à cet ensemble était annexé un bocard à grille (fig. 250). Dans le patouillet à deux cuves, tandis que l'une des cuves recevait les produits de bocardage, on l’avait dans la seconde, ceux issus de la première cuve ; ils tombaient ensuite dans le lavoir inférieur où l'on achevait de les laver à la pelle. Au lieu de charger directement le minerai dans les cuves, le minerai brisé était entraîné par un courant d'eau et forcé de passer à travers la grille calibrée du bocard, avant de parvenir dans la huche du patouillet (fig. 251). Ce système était particulièrement développé en Haute-Marne à cause la nature des minerais, comme dans les forges du Buisson : On débarrasse tous les minerais de leur partie terreuse, en les passant sous les pilons d'un petit bocard à trois pilons ; à mesure qu'ils sont réduits en grains gros comme du sable ordinaire de rivière ; ils passent au travers de la grille placée à la partie antérieure des pilons, et sont entraînés par un petit courant d'eau, dans la caisse d'un patouillet qui est mu par une roue ; lorsque la terre, qui embarrasse le minerai, est bien délayée par le mouvement du patouillet, on ouvre une petite vanne qui est au-devant de la sus dite caisse, alors le minerai avec la terre délayée par beaucoup d'eau, passe dans une encaissement formé en planches où avec des rouables on l'agite ; la partie terreuse comme plus légère et délayée, est emportée par un courant qu'on y fait passer incessamment et le minerai reste pur au fond du dit encaissement, d'où on le retire pour être fondu en cet état (AN F14 4391, Rapport de l'Inspection des Mines, 1783, Forges du Buisson en Champagne à trois lieues de Saint-Dizier).

Fig. 250. Reconstitution d'après les sources écrites d'un atelier de lavage avec un patouillet à moteur hydraulique associé à un bocard (dessin © Bernard Nicolas).

Fig. 251. Bocard et patouillet associés, appelés aussi "bocard complexe". Grignon (1775).

83Le lavage des terres à mines nécessitait parfois des opérations complémentaires dont les divers procédés sont parfois mentionnés dans les sources.

Autres techniques liées aux opérations de lavage

84Les matières pouvaient être classées suivant leurs grosseurs, par des tamisages successifs à travers des claies, des grilles ou des tamis qui présentaient des intervalles de passage progressivement décroissants (Parrot, 1830, pp. 33-68).

85Le minerai lavé n'était jamais entièrement débarrassé des sables ou des rognons de pierre qui l'encombraient. Parfois, simplement débourbé, il devait subir des manipulations complémentaires : (…) Il n’y a point de différence remarquable entre les mines de Roppe, de Pfaffans et d’Egueningue. Leur minerai, très pur, et parfaitement rond comme de la grenaille, est fort riche, et d’une excellente qualité... Les fermiers de Masevaux faisaient relaver à la main, avec la rape et au tamis, d’anciennes terres à mine de Roppe, provenant des rebuts d’un premier lavage (...) (Dietrich, 1789, pp. 45-47).

86Le criblage était destiné à séparer des minerais pisiformes les nodules calcaires, les plaquettes siliceuses et les grains quartzeux, dont ils étaient souvent accompagnés (Thirria, 1835, AN F14 4261). Les substances mélangées avec le minerai en grains pouvaient être donc ou plus volumineuses, ou plus fines que lui. Lorsqu'elles étaient plus volumineuses, il fallait que les mailles ou les trous des chaudrons dans lesquels on criblait retiennent les pierres et laissent passer le minerai ; lorsqu'elles étaient plus fines, il fallait que les mailles du tamis laissent seulement passer les sables ou les terres, afin que, seul subsiste le minerai. Ce travail s'effectuait dans des tamis de forme cylindrique qu'on agitait dans l'eau : Il s'agît d'un crible circulaire dont le fond est garni d'une toile métallique. Un ouvrier tient le crible à deux mains, le plonge dans la caisse-bac rempli d’eau en lui imprimant un mouvement circulaire de va-et-vient (Loupot, 1834). Pour un criblage plus précis, on utilisait des paniers en osier ou autres essences de bois ; on en fabriquait aussi en fil de fer (Courtivron et Bouchu, 1761-1762, p. 44) dans les interstices desquels le sable pouvait circuler. Le criblage s’effectuait aussi dans des chaudrons percés qui retenait les grosses pierres ne laissant passer que le minerai, ou encore dans des cribles en forme de vis d'Archimède, appelés escargots. Ces appareils pouvaient être utilisés successivement suivant la nature du minerai. Le criblage dans les escargots se nommait l'escargotage ; le minerai passait à travers le crible : les nodules calcaires et les plaquettes siliceuses étaient retenus à l’intérieur. Dans l’opération de tamisage, c'est au contraire le minerai qui demeurait sur le crible ; les grains quartzeux passant à travers les mailles (fig. 252).

Fig. 252. Reconstitution d'atelier de criblage au chaudron percé (dessin © Bernard Nicolas).

87Ces opérations pouvaient précéder le lavage au lavoir ; dans le cas de mines de petites grosseurs associées à des terres argileuses aisées à détacher, il se faisait à l'eau : ils (les laveurs) les lavent aux paniers ou aux chaudrons percés dans un bassin traversé d'une rigole d'eau courante et agitent ensuite ce minerai avec des râbles de fer (Grignon, 1775). La séparation se faisait aussi sans eau à côté de la minière, à l’aide d’une planche criblée de trous calibrés ou d’une claie (Courtivron et Bouchu, 1761-1762, pp. 43-44). Si la mine et le sable étaient de grosseur inégale, on pouvait les transporter à l'égrappoir, nom qui vient de ce qu'on appelle grappes les petites pierres ainsi que le sable mêlé, surtout dans les menues mines (Courtivron et Bouchu, 1761-1762) Pour égrapper les mines, certains se servaient de chaudières (chaudrons) de fer ou de cuivre battu percées d’orifices de la dimension de la mine ou du sable à traiter. L'anse de la chaudière était passée dans un crochet de fer qui tenait à un morceau de bois attaché au moyen d'une corde à une perche flexible au-dessus d'un courant d'eau (fig. 253). Hassenfratz présente aussi l'égrappoir comme une espèce de grillage de fer, incliné de 30° à 36° et posé au-dessus d'un bac. Ce grillage communiquait avec un canal sur lequel une trémie était installée : on versait le minerai dans la trémie. L'eau, en passant, l'entraînait sur le grillage où les pierres étaient séparées du minerai qui tombait in fine dans le bac (Hassenfratz, 1812, tome I, pp. 150-153).

Fig. 253. Egrappoir. L'ouvrier en haut de la figure jette du minerai dans la trémie gui passe au travers l'égrappoir. Les deux ouvriers situés au premier plan récupèrent le minerai criblé et le mettent en tas. d'après Courtivron et Bouchu (1762).

88Machines et outils utilisés pour la préparation du minerai de fer ont bénéficié d'adaptations et d'innovations de plus en plus perfectionnées pour augmenter les rendements et répondre à une demande croissante des maîtres de forges en minerais lavés prêts pour la fusion dans les hauts fourneaux. Dans le même temps, on observe au cours du XIXe siècle à travers les sources écrites, un glissement progressif des ateliers de lavage des centres d’extraction vers les forges.

Vers une concentration des techniques : les ateliers de préparation mécanique dans les forges au XIXe siècle

89Le dépouillement des archives montre que le lavage, au cours du XIXe siècle, s’est progressivement organisé à proximité des forges jusqu’à se concentrer dans l’enceinte des bâtiments métallurgiques, hauts fourneaux et forges (fig. 254).

Fig. 254. Marante (Haute-Marne). Patouillet à roue hydraulique à une huche, attenant au bâtiment du haut fourneau de Marante Haute-Marne. AN F14 4522 (1818).

90Cette évolution a amené les maîtres de forges à intégrer les machines à laver le minerai dans l'environnement proche des usines voire à les implanter directement sur des mécanismes entraînés par l’énergie hydraulique et parfois même disposés en réseau. Ce modèle suppose une organisation dans la maîtrise des flux (fig. 255). À partir d’un moteur unique, les patouillets vont se greffer directement sur les mécanismes et les engrenages destinés à mouvoir une soufflerie ou une batterie de martinets, en tirant profit de l’énergie hydraulique.

Fig. 255. Saint-Loup-lès-Gray (Haute-Saône). Vue sur l'organisation des coursiers. Celui qui concerne la roue du patouillet se trouve à côté de celui de la roue du fourneau. ADHS 301 S 8.

91En organisant la distribution spatiale du mouvement et des machines au sein d’un même bâtiment, les ingénieurs des Mines préfigurent déjà un système où une source d’énergie unique entraîne le fonctionnement de plusieurs mécanismes et génère ainsi une production centralisée.

92Les choix technologiques mis en œuvre dans les forges concernant le lavage relèvent de techniques diverses. Si certains rapports mentionnent le remplacement de lavoirs à bras par des patouillets, rien ne prouve que la mécanisation s'effectuait au détriment de ces ateliers. Dans certaines usines, se côtoyaient des patouillets plus ou moins sophistiqués et des lavoirs à bras rudimentaires. Il s'agissait souvent de remplacer plusieurs tâches de préparation liées à la nature même du minerai ; le patouillet permettant un débourbage et une séparation primaire relativement efficaces des pisolithes en agrégats. Il était souvent associé à un ou plusieurs lavoirs à bras disposés en batteries.

93Progressivement, les maîtres de forges installeront leurs propres ateliers à proximité des usines ou dans l'enceinte même des forges, c'est le cas à Montagney (Doubs) une commune longtemps rattachée au bailliage de Vesoul. L'objectif était multiple : répondre aux exigences de qualité de minerais propres à la fusion, concentrer les ateliers et la main d'œuvre tout en assurant la régularité des approvisionnements et un certain monopole sur la matière première et sa préparation.

94Une trentaine d’ateliers de préparation mécanique des minerais de fer d’altération, synchrones avec les usines métallurgiques, vont ainsi être mis en service dans les forges de Haute-Saône. Ces ateliers se situaient soit dans un périmètre proche entre 100 et 150 m de l’atelier métallurgique, soit à l’intérieur même de l’usine. Certains ateliers vont bénéficier d’améliorations concernant en particulier le passage de l’énergie hydraulique à l’utilisation de la machine à vapeur. Cependant, d’une manière générale, les lavoirs à bras étaient très souvent présents sur les sites métallurgiques en complément d’installations plus modernes. Il faut souligner que les dossiers d’archives relatifs aux usines métallurgiques fournissent peu de données concernant la préparation des minerais : le support de lecture restant le plus souvent les plans et les affiches de demandes d’autorisations. Les rares dossiers renfermant des indications plus précises concernent généralement des conflits liés aux problèmes de pollutions des cours d’eau par les boues de lavage.

95À Arc-lès-Gray, les lavoirs étaient tous situés à une distance raisonnable du haut fourneau, sur la même dérivation utilisée pour la soufflerie. Les ateliers étaient composés de deux séries de lavoirs à bras et d’un patouillet à roue hydraulique à une huche. Cette installation permettait de disposer à tout moment de l’énergie nécessaire à la mise en œuvre des différentes machines : l'exploitant bénéficiait en outre de l'énergie hydraulique ou de l'énergie humaine en cas de défaillance du cours d’eau en période d’étiage (ADHS 301 S 2 1841). Le patouillet pouvait, dans certain cas, servir d’appui à un débourbage sélectif notamment au niveau de certains variétés de minerais comme les brèches à pisolithes.

96Sur les plans dressés par le géomètre Gonzalès, le 18 novembre 1832 à la demande de Philippe Petitguyot (ADHS 301 S 2), les installations de l’usine de Bley sises à Auvet lieudit Au vieux Moulin de Bley (orthographié parfois blé) présentent sur le canal dit canal des patouillets : un patouillet à double huche et un patouillet à une seule huche. Le haut fourneau disposait d’une soufflerie à pistons mue par une roue hydraulique. L’étang de Bley, alimenté et traversé par le cours d’eau des Ecoulottes, mettait en mouvement les machines de cette usine. Le patouillet à roue hydraulique unique muni d'une huche, utilisait les aménagements hydrauliques d’un ancien moulin à blé (fig. 256).

Fig. 256. Auvet (Haute-Saône). Situé à proximité de l'usine de Bley, le patouillet fonctionnait avec les "artifices" d'un ancien moulin à blé. ADHS 301 S 2.

97Le second patouillet (considéré comme patouillet double était mu par une seule roue hydraulique selon l’Ordonnance Royale du 14 novembre 1836) possédait deux huches dont l’unique arbre était mis en mouvement grâce un système d’engrenages débrayables. Ce patouillet était protégé par un hangar avec charpente.

98Le rapport de visite du 18 avril 1842 établi par le garde Mines constate l'existence des deux patouillets dits supérieurs appartenant à M. Petitguyot. Un troisième patouillet qui devait verser les eaux dans un bassin d’une surface de 4 hectares n’était pas encore construit.

99Les prospections au sol ont permis de mettre au jour certains systèmes d’empellements qui servaient à réguler le débit de l’eau vers les machines.

100Vers 1781, la famille Guy (ADHS 296 S 2 et 301 S 4) possédait à Conflandey une usine à fer, qu'elle conservera et modifiera après la Révolution. Sur un plan, daté de 1831, et présenté par Claude-François Guy, alors propriétaire et maître de forges, figure un patouillet à une huche et à roue hydraulique situé dans l’usine, qui bénéficiait des installations hydrauliques liées au fonctionnement de sa forge à savoir un haut fourneau et une fenderie (fig. 257). Toutes les machines étaient mises en mouvement avec les eaux issues du canal de dérivation de la Lanterne au confluent de la Saône et de la Lanterne, sur la rive droite (fig. 258).

Fig. 257. Conflandey (Haute-Saône). Patouillet à roue hydraulique contigu à la machine soufflante. Coupe. ADHS 301 S 4 (1833).

Fig. 258. Dampierre-sur-Salon (Haute-Saône). L'atelier de lavage proche des installations métallurgiques utilise les eaux dérivées de la Lanterne. ADHS 301 S 4.

101Selon les archives, l’époque de création de l’usine de Trécourt (commune de Fouvent-Saint-Andoche) est tellement éloignée qu’on en ignore la date de sa construction (ADHS 301 S 14). Cette usine se serait toujours composée d’un haut fourneau pour la fusion du minerai et d’un patouillet.

102Le patouillet de Roche-et-Raucourt avait été maintenu par l’ordonnance du 25 avril 1828. Mais par une pétition du 23 septembre 1831, M. de la Tour du Pin Gouvernet domicilié à Fontaine-Française en Côte-d’Or demande un titre officiel pour l’ensemble de son usine à fer. À sa mort, c’est sa fille Joséphine Philis Charlotte de la Tour du Pin Gouvernet épouse de M. de Chabrillan qui est autorisée à maintenir cette usine en activité (O.R. du 25 décembre 1833) avec l’obligation d’aménager des bassins d’épuration. La roue du patouillet était fixée sur le même bief que celle du haut fourneau. Les deux roues hydrauliques étaient parallèles et les systèmes d’empellements situés sur le même axe. Les eaux du Vanon étaient nécessaires pour mouvoir en priorité la machine soufflante du fourneau pendant les périodes d’étiage. Le patouillet roulait pendant les eaux moyennes ou fortes : son activité cinq ou six mois dans l’année était discontinue. En moyenne, on y lavait 600 mètres cubes de minerais propres à la fusion qui produisaient 3 000 mètres cubes de matières terreuses (fig. 259).

Fig. 259. Trécourt (Haute-Saône). Un seul bief muni d'empellements (A) fait tourner les roues hydrauliques des mécanismes des soufflets (LM) et du patouillet (B). Le haut fourneau (DEF) jouxte ces installations. ADHS 301 S 14.

103C’est par l’ordonnance royale du 28 novembre 1831 (ADHS 301 S 14) que les sieurs Rodolphe et Stanislas de Buyer furent autorisés à tenir et conserver en activité l’usine à fer qu’ils possédaient sur le Grand Etang de Vy-le-Ferroux. Leur usine consistait en un haut fourneau pour la fusion du fer et deux patouillets destinés au lavage du minerai : le Petit Patouillet et le Grand Patouillet. Ils étaient localisés à moins de 150 m des différents bâtiments de l’usine et étaient munis chacun d’une auge et d’une roue hydraulique. Les deux patouillets traitaient annuellement 600 mètres cubes environ de minerai propre à la fusion et les eaux bourbeuses provenant du lavage du minerai étaient déversées directement dans le ruisseau de l’étang de Vy-le-Ferroux. Le rejet des eaux bourbeuses s’effectuait directement dans la Saône sans qu’aucune plainte n’ait jamais été enregistrée. Ils ne roulaient que pendant les périodes de grandes eaux et produisaient la moitié des besoins annuels du fourneau, c’est-à-dire 600 à 700 mètres cubes, le complément étant fourni pas plusieurs lavoirs à bras appartenant à MM de Buyer situés sur la commune de Vy-le-Ferroux (fig. 260 a et b).

Fig. 260a. Vy-le-Ferroux (Haute-Saône). Vue générale : les ateliers sont installés dans l'enceinte de la forge. ADHS 301 S 420.

Fig. 260b. Haute-Saône. Carte de répartition des hauts fourneaux en 1840 ; d'après les ADHS (Série S - Statistiques).

104Dans la plupart de ces exemples, il apparaît que les concentrations d’ateliers n’étaient pas seulement le produit d’une expérience acquise, même si celle-ci devenait indispensable. Elles révèlent l’existence d’une offre technologique issue d’une recherche empirique susceptible d’apporter une réponse adaptée aux dysfonctionnements constatés dans le processus de traitement du minerai.

105À la demande des maîtres de forges, les ingénieurs des Mines ont certainement œuvré pour rationaliser la production et pour centraliser et optimiser les machines autour d’un moteur hydraulique unique. Les techniques choisies sont aussi largement orientées par la recherche d’économie d’énergie et s’appuient sur l’infrastructure existante des forges.

Captages et aménagements hydrauliques liés à l’adduction

106Les techniques pour acheminer l'eau aux différentes unités fonctionnelles étaient relativement diversifiées. Pour réaliser les opérations de lavage, le réseau hydrographique était mis à contribution à tous les niveaux. L'approvisionnement en ressources hydrauliques dépendait du contexte hydrogéologique, mais aussi géomorphologique. Les eaux de ruissellements étaient fréquemment dirigées à la faveur d'une pente naturelle, dans des augets de planches ou des fosses creusées dans le sol, sur lesquels étaient placés les lavoirs (ADM 1 S 490, Audun-le-Tiche, 1852). De petites rigoles (Hennezel, 1839, pp. 85-90) pouvaient être creusées pour faciliter les circulations d'eau ; dans d'autres cas les eaux transitaient dans des réservoirs naturels ou construits par les exploitants : Nous avons parcouru dans tous les sens le terrain sur lequel le pétitionnaire veut former ses établissements au territoire du petit Lieffrans et nous avons reconnu que le terrain inculte sur quelques points et à l'état de bois-taillis sur d'autres, est abondant en minerai. Il se compose de deux versants assez abrupts se réunissant dans une partie déprimée du sol, formant ainsi un petit vallon dans lequel les eaux pluviales et de source viennent se réunir. Ce sont ces eaux assez abondantes pendant les temps pluvieux, mais très rares avec la sécheresse que l'on utilise au lavage du minerai ; à cet effet elles sont réunies dans des réservoirs à plusieurs branches, d'où elles se rendent par une vanne dans des auges en bois où s'opère le lavage ; puis chargées de terre, elles s'écoulent dans des récipients, où après s'être déposées, on les utilise de nouveau au lavage ; clarifiées ensuite, elles quittent la propriété de M Pataillot pour suivre leur cours naturel dans les parties les plus déprimées du terrain (ADHS 33 S 21, Lieffrans, Procès-verbal de la visite des lieux faite par L'ingénieur ordinaire des Ponts et Chaussées, sur la demande formée par M Pataillot ; extrait concernant le Petit Lieffrans, 5 mai 1846).

107Ces réservoirs étaient parfois renforcés au moyen d'un système permettant de réguler le flux des eaux vers les lavoirs : Les eaux pluviales et celles provenant du trop-plein du puits situé dans la propriété de l'impétrant seront réunies dans un réservoir muni de deux pales de 30 centimètres d'ouverture (ADHS 300 S 3, Attricourt, Extrait de l'Ordonnance Royale du Roi Louis-Philippe du 5 novembre 1832). Les eaux d'un ravin qui vient du bois de la Commune de Seveux seront retenues par un réservoir avec une pale de prise d'eau (ADHS 300 S 33, Seveux, Extrait de l'Ordonnance Royale du 14 janvier 1830).

108En milieu karstique, les eaux souterraines captées alimentaient les ateliers de lavage : Le lavage s'effectuera au moyen des eaux pluviales fournies par les ravins situés dans le bois du permissionnaire et par les eaux souterraines provenant des fouilles faites dans ce bois ; à cet effet, ces eaux seront réunies dans le réservoir établi entièrement sur la propriété du permissionnaire, où elles seront retenues à une hauteur telle qu'elles ne puissent en aucun temps refluer sur les propriétés voisines. Ledit réservoir sera muni d'un déversoir de superficie construit en pierres de taille (ADHS 300 S 8, Broye-lès-Loups, Extrait de l'Ordonnance Royale du 11 février 1838).

109Il était parfois nécessaire d'établir des systèmes d'adduction pour canaliser l'eau jusqu'aux aires de traitement. Comme cet aqueduc (...) au moyen duquel il fera traverser aux eaux de lavage la levée de la route des Romains pour les conduire dans les récipiens, de manière à empêcher pour la levée toute cause de dégradation... (ADHS 300 S 33, Seveux, Extrait de l'Ordonnance Royale du 7 mai 1840) et ces systèmes où l’eau (...) est amenée aux deux lavoirs à bras au moyen d'un caniveau déjà établi. Puis, après avoir été utilisée, elle sera versée dans un canal, en pierre de taille également établi ; lequel a une superficie de deux ares trente centiares (ADM 1 S 492, Aumetz, M. Guissard, maire agissant au nom de la commune 18 mai 1853).

110Les exploitants déviaient aussi les cours d'eau pour alimenter les zones de travail. Ainsi à Arsans les eaux du ruisseau formé par la source dite la Grande Fontaine, lesquelles seront dérivées dans leur cours d’eau naturel à 5 mètres environ du bassin de cette source, sans qu'aucun exhaussement soit apporté à son niveau (...) (ADHS 300 S 3, Arsans, Extrait de l'Ordonnance Royale du Roi Louis-Philippe du 23 décembre 1838). A Autrey-lès-Gray Le lavage s'effectuera au moyen de l'eau prise dans la dérivation du ruisseau de la Sousfroide servant de canal au fourneau d'Autrey et dont le barrage a été autorisé par ordonnance le 28 Août 1834. Cette eau sera amenée à la huche de lavage au moyen d'une conduite en fonte placée en terre à une profondeur de 0,60 m (cette conduite passe sous les halles à charbon) (ADHS 300 S 4, Autrey-lès-Gray, Rapport de l'ingénieur des Mines Emile Dormoy du 3 septembre 1864 et Arrêté du 21 décembre 1864 autorisant les pétitionnaires à faire fonctionner une machine à vapeur pour la mise en mouvement des artifices du lavage).

111Les patouillets à roue ou à cheval étaient parfois installés à proximité de moulins ou de hauts fourneaux et utilisaient aussi les infrastructures hydrauliques existantes souvent maçonnées comme un canal d'amenée, un bief ou un bajoyer : Un conduit débouchant dans le bief d'amont, amène dam la huche l'eau nécessaire au débourbage (...) (ADHS 300 S 9, Champtonnay. Rapport de l'ingénieur ordinaire des Mines Drouot du 9 avril 1863 à Chaumont).

112L'utilisation de machines hydrauliques pour transvaser les eaux d'une unité fonctionnelle à l'autre : roues à augets (fig. 261), norias (fig. 262), noria alimentant la huche d’un patouillet mixte (AN F14 4559, 1852) vis d'Archimède, est souvent mentionnée dans les textes : (...) L'appareil à laver de la Résie (...) se compose d'une huche demi-cylindrique portant dans son axe un arbre muni de barres de fer recourbées en forme de U, et d'une vis d'Archimède servant à élever l’eau nécessaire au lavage ; cette eau vient en grande partie d'une prise d'eau faite au ruisseau de la Résie. (...) (ADHS 300 S 30, 1829) (fig. 263).

113Ou encore :

114Le lavoir est alimenté par les eaux d'un puits au moyen de deux pompes mues par manège à cheval. Les eaux provenant du lavage et sortant sales de la huche sont enlevées à une hauteur de 2,20 mètres au moyen d'une vis d’Archimède et s'écoulent dans deux bassins d'épuration. Les eaux clarifiées dans les bassins d'épuration retournent au puits de départ.(ADHS 300 S 5, Auvet. Extrait du courrier de Sieur Denoyer du 25 juillet 1849).

Fig. 261. Autrey (Haute-Saône) Roue élévatrice utilisée pour monter l'eau dans la huche d'un patouillet à chevaux. ADHS 300 S 4 (1838).

Fig. 262. Champtonay (Haute-Saône).

Fig. 263. La Grande Résie (Haute-Saône) Patouillet à cheval avec système de vis d'Archimède, (m) manège, (v)vis à monter l'eau dans la huche (vis d'Archimède) (B) patouillet, et bassin de lavage. ADHS 300 S 30(1829).

115À Autrey-lès-Gray, les eaux de sources étaient réunies dans un réservoir, d'où elles étaient conduites dans un puits creusé (...) et élevées dans la huche du lavoir à l'aide d'une pompe, d'une noria ou de tout autre mécanisme (ADHS 300 S 4, Autrey-lès-Gray, Extrait de l'Ordonnance Royale du 26 décembre 1836).

116Le fonctionnement de telles installations restait toutefois aléatoire et tributaire de sources d'énergie disponibles : traction animale ou force hydraulique. A Broye-lès-Loup les eaux de lavage étaient réunies dans un réservoir situé en amont des lavoirs à cheval, (...) et élevées dans les cuvettes de ces lavoirs à l'aide d'une roue hydraulique ou d'un chapelet mus par les machines à manège, d'où elles se rendront successivement dans quatre autres réservoirs destinés au services des lavoirs à bras qui seront placés deux à deux en aval de chacun de ces réservoirs (ADHS 300 S 8, Broye-lès-Loups, Extrait de l'Ordonnance Royale du 11 février 1838). Ailleurs, il est mentionné que l'eau sera montée au moyen d'une roue hydraulique (ADHS 300 S 4, Autrey-lès-Gray, Extrait de l'Ordonnance Royale du 2 avril 1839) (fig. 264a et b).

Fig. 264a. Roche-et-Raucourt (Haute-Saône) Plusieurs roues pouvaient puiser l'eau. Plan. AN F14 4559 (1828).

Fig. 264b. Roche-et-Raucourt (Haute-Saône) Plusieurs roues pouvaient puiser l'eau. Coupe. AN F14 4559 (1828).

117L'acheminement des eaux souillées bénéficiait aussi d'aménagements identiques ou parfois adaptés. A Champtonnay, l'eau bourbeuse était élevée par une roue à augets à double prise et versée dans un canal en bois qui la conduisait dans une vaste propriété de 12 hectares, annexée au patouillet (ADHS 300 S 9, Champtonnay, Rapport de l'ingénieur ordinaire des Mines Drouot du 9 avril 1863 à Chaumont). Les norias étaient souvent couplées aux systèmes hydrauliques des patouillets pour permettre le transit des eaux claires ou bourbeuses : Elles (les eaux boueuses) seront amenées par la charrette après avoir été élevées au moyen d'une roue à chapelets (...) (ADHS 301 S 12, La Romaine, Pont-de-Planches, extrait du projet de permission accordé à M. Dutaillis - non daté).

118Captages, aqueducs, machines élévatrices (norias, vis d'Archimède...), ont été largement utilisés pour alimenter les aires de traitement et structurer les aménagements liés aux rejets. Ces procédés techniques n'ont laissé que peu de vestiges lisibles en surface, hormis les chenaux et les digues (fig. 265).

Fig. 265. La Chapelle-Saint-Quillain (Haute-Saône) Lieux-dits : "La Verrière" "Prés Tremblots". Exemple de concentration des flux hydrauliques. Drainages diffus et captages de ruisseaux combinés. ADHS 300 S 10(1825-1829).

Généralités sur l’épuration des eaux issues du lavage

119La préparation mécanique des minerais de fer pisolithique s’effectuait presque exclusivement par l’intermédiaire de l’eau qui agit directement en décomposant la roche, séparant la gangue des pisolithes. C’est cette gangue argileuse ou argilo-sableuse qui se trouvait donc piégée dans les rejets. Diluées sous forme colloïdale, les boues transitaient directement dans le milieu naturel, colmatant les thalwegs et polluant les ruisseaux. Avec des ateliers dispersés et une production limitée, ces rejets n'avaient qu'un impact limité sur l'environnement. La métallurgie de réduction indirecte liée à l'apparition du haut fourneau multipliera les besoins en minerai et par conséquent les ateliers de préparation et les déchets issus de ces installations.

120Il fallut donc trouver un moyen efficace d’éliminer ces nuisances tout en évitant l’engorgement des ateliers et celui du réseau hydrographique.

Historique

121La nécessité d'épurer les eaux souillées par les activités de lavages de minerais de fer apparaît clairement à la fin du XVIIIe siècle à travers les cahiers de doléances en particulier dans ceux du baillage d’Amont : (...) Le lavage des mines que l'on tire sur son territoire, qui le dégrade, ruine les chemins publics, force à des curements de rivière très coûteux, y portent des matières qui font périr le poisson et altèrent la substance du sol de la prairie et des champs qui en sont chargés (Cahiers de doléances du balliage d'Amont, 1927).

122Ces textes apportent un éclairage sur la réalité de cette industrie et de son impact sur l'environnement : (...) Illustres représentants de la Nation française, c'est sans doute un titre bien puissant à votre protection que de dénoncer à votre justice des abus qui déjà rendent infructueux les travaux du laboureur, et ne tarderont pas à ruiner entièrement le sol de Renaucourt. L'établissement du fourneau de Renaucourt ne tend pas seulement à faire tarir la fertilité des champs. Il ruine et dénature encore ses excellentes prairies, et toutes celles, qui y sont contiguës. Pour se pénétrer de cette triste vérité, il suffirait sans doute de porter ses regards sur la situation du fourneau, sur les patouillets et sur les prés détériorés, qui sont la plupart couverts d’eau et d’une boue malfaisante, s'il n'était pas notoire d’ailleurs, qu'avant l'établissement de ces usines, ces prairies étaient dans un meilleur état. Les causes de tant de dégradations sont faciles à comprendre (...) (AN F14 4480 fo 88, adresse de la commune de Renaucourt, district de Champlitte, département de la Haute-Saône, pour demander à l'Assemblée Nationale l'abolition des forges et lavoirs à mines établis sur le territoire dudit lieu, le 30 mars 1791).

123Dans un environnement essentiellement rural, les boues polluaient les pâturages diminuant ainsi la qualité des fourrages : (...) La cause de la forge n'est pas la seule qui ruine les prairies. Les maîtres de forges de Vauconcourt ont établi un lavoir à mines sur le territoire de Fleurey. Ce ruisseau a son embouchure dans la partie supérieure du Goujon, qui arrose les prés de Renaucourt et Mont-Saint-Léger, quoique, dans le temps des inondations, il dépose sur ses bords une quantité considérable de ce mauvais limon que produit la terre à mine, il ne laisse pas cependant que d'en rouler encore beaucoup dans le lit étroit de la rivière, la remplit aisément, et la fait extravaser à la moindre pluie. ; outre que ce débordement fréquent porte un préjudice inappréciable à ces prés, et les rend très aquatiques, la vase malfaisante qui s'y répand donne à l'herbe un goût fort et pernicieux au bétail. Depuis quelques années, le Sieur Mougenet, ci-devant seigneur de Renaucourt, a fait construire trois patouillets sur un petit ruisseau qui servait à arroser d'excellents prés, et qui, comme celui de Fleurey, va se décharger dans le Gourgeon, mais dans sa partie inférieure au village : depuis cette opération, ces prés sont devenus de mauvaise qualité et se détériorent de plus en plus (AN F14 4480 f° 88, Adresse de la commune de Renaucourt, district de Champlitte, département de la Haute-Saône pour demander à l'Assemblée Nationale l'abolition des forges et lavoirs à mines établis sur le territoire dudit lieu, le 30 mars 1791).

124Les boues de lavage rendaient donc les terres incultes : Le laboureur, qui auparavant se réjouissait de récolter au moins dans cette prairie une herbe abondante et salutaire, est aujourd'hui privé de cette consolation ; car le limon aride et malfaisant que le lavage d'une quantité énorme de mines attire sur ces prés durant les débordements, dessèche l'herbe qui reste ou en empoisomie le suc ; c'est pour cela sans doute que les bestioles qui s'en nourrissent se portent mal, et périssent de bonne heure (AN F14 4480 f° 88, Adresse de la commune de Renaucourt, district de Champlitte, département de la Haute-Saône pour demander à l'Assemblée Nationale l'abolition des forges et lavoirs à mines établis sur le territoire dudit lieu, le 30 mars 1791).

125Par ailleurs, les boues issues du lavage des terres à mine étaient aussi, selon les pétitionnaires, vecteurs de maladies : Les prairies devenues marécageuses ne nuisent pas seulement aux animaux qui y paissent ; elles corrompent encore l'air et le charge d'une infinité de vapeurs malignes et pestilentielles ; voilà pourquoi on voit régner presque chaque année à Renaucourt et dans le voisinage ces maladies épidémiques, ces fièvres putrides et ardentes que l'on ne connaissait pas auparavant et qui enlèvent à la fleur de l'âge tant de chefs de famille si précieux à leurs enfants et à la société... Ce motif restera-t-il impuissant auprès des amis de l'humanité qui s'occupent avec tant de zèle de notre bonheur ?

126Mais les boues constituaient surtout une menace directe sur les ressources en eau potable :

127Il n'est pas jusqu'aux bestiaux qui ne se ressentent de la maudite influence du fourneau ; au lieu de se désaltérer dans un ruisseau pur et salutaire, ils ne boivent souvent qu'une eau sale et limoneuse qui porte avec elle la maladie et la mort (AN F14 4480 fo 88, Adresse de la commune de Renaucourt, district de Champlitte, département de la Haute-Saône pour demander à l'Assemblée Nationale l'abolition des forges et lavoirs à mines établis sur le territoire dudit heu, le 30 mars 1791).

128Sans décantation préalable, les eaux bourbeuses, directement rejetées dans les rivières, empâtaient le lit des cours d'eau, freinant l'écoulement des eaux et portant préjudice aux usines utilisant des roues hydrauliques et aux riverains utilisateurs de l'eau.

129Par ailleurs, le débit des cours d'eau étant très variable, il arrivait souvent que les inondations entraînent les eaux troubles sur les prés où elles déposaient les argiles en suspension : Il y a plus : lorsque les directeurs des forges s'avisent de repurger ce ruisseau, ils ont la négligence d'en laisser le limon sur les bords ; ce limon forme à la suite une chaussée ou redoute, qui, par son épaisseur et son élévation, ne permet pas à l'eau pluviale qui tombe dans les prés adjacents, de prendre son écoulement dans le ruisseau, ce qui les rend très humides et marécageux : de là ces joncs et ces mauvaises herbes qu'ils produisent pour payer les peines du cultivateur ; enfin, les eaux des mines qui vont se déposer dans la rivière contribuent singulièrement à en rétrécir le lit ; il ne faut donc plus s'étonner si la prairie située sur ces bords est continuellement inondée et commence à servir de retraite aux oiseaux qui aiment l'eau et les marais (AN F14 4480 f° 88, Adresse de la commune de Renaucourt, district de Champlitte, département de la Haute-Saône pour demander à l'Assemblée Nationale l'abolition des forges et lavoirs à mines établis sur le territoire dudit heu, le 30 mars 1791).

130Ces abus étaient la conséquence d'une prérogative féodale selon laquelle le droit d'eau appartenait aux seigneurs. Les législations postérieures établirent que l'on ne pouvait attenter à la propriété et y annexer la faculté d’utiliser l’eau à son passage à condition de la restituer au milieu naturel.

131La condition principale du maintien du régime des cours d'eau était de maintenir la section du cours d'eau dans des dimensions assez régulières pour que le courant y soit uniforme et aussi rapide que le permettait sa pente. Le cas échéant un curage de la section du cours d'eau devait être effectué aux frais des utilisateurs : les usiniers riverains notamment.

132C'est la loi de 1810, qui régit enfin l'établissement des patouillets et lavoirs, ainsi qu'une ordonnance du 30 juillet 1838 relative à l'interprétation de cette loi.

133Exprimées dans les cahiers de doléances, les contestations et réclamations sur les nuisances liées aux boues de lavage, ont donc perduré de nombreuses années encore jusqu'à ce que les cahiers des charges des ordonnances portant sur les autorisations d'installation d'ateliers de lavage règlent la question du fonctionnement des lavoirs avec les problèmes de curage et l'établissement de bassins d'épuration.

134En 1816, M. Parrot, ingénieur des Mines, signale qu'on ne prenait encore aucune précaution pour la purification des eaux de lavage dans les départements du Haut-Rhin et de la Haute-Saône dont il avait la charge. Devant les réclamations, qui ne cessaient de se multiplier, il prescrivit l'établissement de vastes bassins ou bourbiers, au travers desquels devaient passer les eaux souillées avant de retourner dans leur lit naturel : Le liquide, coulant avec lenteur dans ces bassins, y déposait une partie de sa souillure ; mais le reste formait une quantité encore assez grande pour que l'eau fût loin d'être clarifiée après son écoulement sur les déversoirs de sortie. Effectivement, on voit la souillure s'étendre à plusieurs mille mètres de distance dans des cours d'eau très peu rapides, et il n'est jamais possible d'établir des bourbiers de pareilles longueurs (Parrot, 1830, p. 36).

135En 1824, alors qu'il travaillait dans les départements des Ardennes et de la Meuse, des circonstances locales le mirent sur la voie d'un nouveau procédé, la digue filtrante : Un maître de forge m'annonça qu'ayant construit un bourbier fermé en aval par une digue de gazons, il avait observé qu'une partie des eaux de lavage sortait bien clarifiées en passant au travers de la digue, tandis que les eaux restaient souillées en s'écoulant par-dessus. Au début, il pensait que les souillures étaient retenues par l'action immédiate de la filtration : (...) Mais je fus à l'instant détrompé en reconnaissant que les dépôts les moins abondants étaient auprès de la digue (...) (Parrot, 1830, pp. 37-38). En fait, la digue freinait la vitesse du liquide, les impuretés avaient davantage de temps pour échapper à l'entraînement de l'eau et pouvaient ainsi descendre en plus grande quantité dans le fond du bassin. Par la suite, il mit au point des digues avec des matériaux différents pour en augmenter l'efficacité et la longévité. Plus tard, il perfectionna un procédé idéal d'épuration pour les eaux de lavage des minerais de fer. En 1858, les ateliers de lavage de la Haute-Saône étaient presque tous associés à des bassins d'épuration (ADHS 11 J 12).

Principes généraux

136Le lavage est un dispositif qui utilise la force de l’eau et la différence de densité entre le minerai (les pisolithes) et les stériles essentiellement composés d’argiles et de sables. Ce mécanisme provoque une séparation du tout-venant entre substances utiles (minerais bons à être conduit au fourneau) et rejets ou déchets (composant la gangue) qui troublent les eaux. Sous l'effet de la pesanteur, ces rejets se déposent sous forme d’amas ou d'épandages qui peuvent s'étendre sur plusieurs kilomètres de distance, si l'on ne prend pas soin d'accélérer la purification de l'eau. Pour pallier à cette pollution nuisible aux usages domestiques, à l'irrigation et à certaines branches de l'industrie consommatrice en eau, il fallut instituer des systèmes d'épuration des eaux de lavage avant de les restituer au milieu naturel.

137Le transport et la sédimentation des particules issues des lavoirs sont fonction du courant d'eau auquel elles sont soumises. La granulométrie initiale du matériel transporté et son volume interviennent également.

138Le principe de l’épuration consiste à freiner dans un espace délimité les eaux chargées de particules en suspension pour en provoquer une sédimentation accélérée et contrôlée. La granulométrie de base de la gangue, composée de fines (argiles et silts), de sables de diverses grosseurs et parfois de graviers, nécessite selon les cas de répéter cette opération et donc d’installer plusieurs unités de traitement avant le rejet définitif d'une eau plus ou moins clarifiée. Le recyclage de l’eau après utilisation est un processus relativement complexe. Les ouvrages techniques de l'époque mettent en évidence le processus : Ces eaux (issues du lavage) divisées par bassins, laissent successivement déposer les terres que le débourbage met en suspension, les terres produites par cette opération servant de remblai (Flachat, Barrault et Petet, 1842).

Le procédé de l'ingénieur Parrot

139Dans ses recherches sur un type de procédé pour l'épuration des eaux souillées par le lavage des minerais de fer, M. Parrot ingénieur des Mines, prévoit quatre phases nécessaires.

140- Une phase de dépôt, qui succède directement à l'opération de lavage. Les eaux chargées transitent par une première zone de dépôt appelée aussi bourbier. Cette zone de dépôt pouvait être soit une zone inondable suffisamment étalée pour accueillir la grande masse des souillures, soit un bassin creusé dans le sol ou construit en relief.

141Le bassin de dépôt ou bourbier est le premier bassin du cycle d’épuration mis en service. Il recevait directement les eaux à la sortie du lavoir. Il était destiné au dépôt des matières les plus lourdes. Amélioré, il constitua par la suite la première étape du cycle d'épuration plus complexe mis au point par cet ingénieur. Selon lui, le fond du bassin devait être de niveau ou en contre-pente et sa profondeur au-dessus du déversoir de sortie devait être de 0,30 m au moins, avec une capacité égale au moins à six fois le volume de minerai brut à laver dans une journée. Pour augmenter le temps de dessèchement des boues et faciliter le curage du bassin sans interrompre le cycle d'épuration, l'ingénieur conseillait l'usage de deux bassins de dépôt utilisés en alternance. Quant aux eaux troubles, elles se déversaient vers un second bassin dit d'épuration.

142- Une phase d’épuration qui consiste à décanter les fines. Cette opération s’effectuait dans des bassins, parfois complétés de digues filtrantes et de flotteurs.

143Le bassin d'épuration, plus rarement nommé bassin épurateur ou épuratoire, avec sa digue filtrante et ses flotteurs, était en communication directe avec le bassin de dépôt. Il avait pour fonction de donner à toutes les parties de l'eau souillée un cours uniforme et assez lent pour qu'elles soient clarifiées par le dépôt des souillures, lorsqu'elles arrivent à la digue qui leur permettait de s'écouler vers le bassin régulateur. La capacité du bassin devait être proportionnelle à la quantité de liquide reçu. L’ingénieur avait calculé que la profondeur du cours d’eau devait être de 0,50 m au moins, sa largeur de 0,50 m également et la capacité de l'espace à parcourir de 50 m au moins, les deux dernières mesures pour chaque litre d'affluence par seconde. Les bords devaient être plus élevés que la digue filtrante. Au lieu d'un seul bassin, plusieurs bassins munis de communication entre eux pouvaient être envisagés.

144En aval, le bassin d'épuration se terminait par une digue filtrante. Elle était située de telle manière qu'aucune portion d'eau ne puisse l'atteindre sans avoir parcouru toute la longueur de la zone d'épuration. Cette digue devait maintenir l'eau du bassin à une vitesse uniforme. Ce bassin était muni d'un madrier ou d'une suite de madriers en bois appelés flotteurs. La forme du flotteur et sa localisation étaient destinées à rompre et à étendre en tous sens le cours de l'eau affluente. Les dépôts s'accumulant de préférence vers le point d'affluence, il était parfois judicieux de répartir le long de la tête du bassin plusieurs points d'affluence pour augmenter le travail du flotteur.

145- Une phase de clarification destinée à stocker les eaux dans une étape ultime avant leur rejet définitif dans le milieu naturel. Cette opération s'effectuait dans un bassin régulateur de forme triangulaire. Selon M. Parrot, sa base était déterminée par la longueur de la digue filtrante dont il recevait les eaux. Un empellement était établi à l'angle opposé de la digue pour contrôler le débit d'écoulement de l'eau dans le milieu naturel.

146Quant aux dépôts extraits des bassins, ils étaient transportés dans des lieux où ils ne faisaient point obstacle à l'écoulement des eaux, notamment en cas d'inondations.

147Ces dépôts ne devaient jamais être stockés sur des espaces où ils auraient pu être entraînés par les eaux courantes. E. Flachat (Flachat, Barrault et Petet, 1842, pp. 195-200), qui se fit l'écho des travaux de M. Parrot dans son traité souligne que les terres produites par ces opérations servaient de remblai. Thirria signale qu'en 1858, la tendance des maîtres de forges était d'opérer le curage des bassins en rejetant simplement les boues sur les digues d'enceinte (ADHS 11 J 12).

148Le procédé de M. Parrot a-t-il été réellement mis en application par les exploitants ?

Les systèmes d'épuration appliqués au terrain au XIXe siècle

149L'organisation des systèmes d'épuration, fréquemment rencontrée dans les rapports et plans des archives, contraste avec les théories de M. Parrot (fig. 266). Ces plans ne présentent en général que deux systèmes de bassins : les premiers dits de dépôt pour le gros des boues, les seconds dits d’épuration pour la portion la plus fine (fig. 267).

Fig. 266. La Chapelle-Saint-Quillain (Haute-Saône). Lieu-dit : "Champ Royer". Aménagements hydrauliques parallèles au cours d'eau. Lavoir et zones d'épuration en continu. AN F14 4544 (1826).

Fig. 267. Codbrange (Moselle) Plan des bassins d'épuration doubles et des lavoirs à bras, loués à MM Gauthiez Frères propriétaires du haut fourneau de St. Claire de Villerupt. ADM 1 S 494 (1839).

150Dans la digue de séparation des deux systèmes de bassin, il était généralement prévu un déversoir. En aval, dans la digue extérieure, un second déversoir était installé. L'eau ne devait jamais passer trouble à sa sortie. La superficie occupée par ces bassins pouvait être considérable. A Arsans (Haute-Saône), un bassin d'épuration en relief occupait, hors emprise 1 400 mètres carrés de superficie (ADHS 300 S 3) ; à la Romaine (Haute-Saône), il s'étendait sur 4 030 mètres carrés (ADHS 301 S 12) et à Onay (Haute-Saône) sur 3 000 mètres carrés (ADHS 300 S 25). À Champtonnay (Haute-Saône) par exemple, on construisit un premier bassin d'épuration de 135 m de longueur sur 12 m de largeur et 2,60 m de profondeur. Les eaux passaient ensuite dans plusieurs bassins séparés les uns des autres par des digues en terre formant déversoir et dont la longueur totale était de 165 m sur 8 m de largeur et 1,30 m de profondeur. À l'extrémité du dernier bassin d'épuration, une digue filtrante était installée. Elle était précédée d'un déversoir accompagné d'une vanne destinée à régler l'écoulement des eaux (ADHS 300 S 9, Champtonnay, Extrait de l'Ordonnance Royale du 3 décembre 1838). Lorsque le bassin d'épuration n'était pas contigu au lavoir, il était nécessaire de déplacer et d'élever les boues : Pour l’épuration des eaux boueuses, l'impétrant établira le bassin d’épuration dans lequel, elles seront amenées par la charrette après avoir été élevées au moyen d’une roue à chapelets ou tout autre mécanisme (ADHS 301 S 12, La Romaine, Pont de Planches, Extrait du projet de permission accordé à M Dutaillis - non daté).

151L'implantation d'un complexe de lavage avec épuration allait provoquer de véritables études d'impact en application de la loi de 1810. En Moselle en 1852, les prescriptions relatives au traitement des eaux étaient clairement définies :

152(...) Que le volume d'eau employé n'excède pas six litres par seconde,

153Que les bassins d'épuration aient au moins 5 ares de superficie par lavoirs, qu’ils aient une profondeur de 1,40 m et qu'ils soient terminés par un déversoir de 2 m de longueur sur une largeur de 0,60 m dans le haut, lequel n’offre aucune ouverture pour l'écoulement des vases du bassin,

154Que la hauteur du couronnement du déversoir soit fixée de telle façon que l'eau qui traverse le bassin coule sur une pente de 1mm par mètre de parcours,

155Que le curage du bassin soit effectué au moyen d'un siphon toutes les fois que le dépôt boueux s'élève à 0,30 m de la surface de l'eau,

156Que les matières terreuses provenant du curage du bassin et le minerai brut destiné au lavage soient déposés en des points tels qu'ils ne puissent être entraînés par les eaux, ainsi l'épuration entraîne la construction d'un bassin ayant 500 mètres carrés et une profondeur de 1,40 m lequel est suivi d'un déversoir dont le sommet est arasé à autant de millimètres au-dessus du fond du lavoir qu'il y a de mètres dans l'intervalle qui les sépare (ADM 1 S 291, Audun-le-Tiche, Avis de l’ingénieur ordinaire des Mines de Moselle du 22 février 1852).

Les différents systèmes de bassins

157Si le principe de base reste identique, les installations utilisées pour l'épuration des eaux chargées sont différentes les unes des autres ; le nombre des bassins, leur forme, leur superficie, leur capacité de rétention, le trajet emprunté par les flux, sont autant de paramètres qui varient selon les lieux et la topographie.

158Il n'est pas rare de trouver des systèmes complexes voisinant avec des installations plus légères. En Lorraine, certaines unités d'épuration pouvaient compter jusqu'à huit bassins avant rejet. C’était le cas à Cosne, en Meurthe-et-Moselle : Les eaux, sortant des trois lavoirs à bras, seront dirigées dans les huit bassins dépuration dont la superficie est de 390 mètres carrés et la profondeur 1 m, qu'elles traverseront successivement. Les sept premiers bassins seront séparés les uns des autres par des digues en terre destinées à retenir les vases produites par le lavage des minerais et par-dessus lesquelles s'écouleront les eaux pour passer d'un bassin dans le suivant. Le septième bassin sera séparé du huitième par un filtre composé de deux claies en osier d'une longueur de 4 m placées parallèlement l'une à l'autre, et espacées d'un mètre, entre lesquelles on tassera de la mousse.

159Le huitième bassin sera terminé par un filtre semblable, mais dont la longueur ne sera que de deux mètres. A la sortie du huitième bassin l'eau sera dirigée dans l'étang qui alimente le bocard dépendant de l'usine de Gorey, et elle sera rendue au lit naturel du ruisseau de Parivaux immédiatement en aval de l'usine (ADM 1 S 493, Cosnes, Extrait de l'Ordonnance Royale de Louis-Philippe du 22 mai 1845) (fig. 268).

Fig. 268. Cosnes (Meurthe-et-Moselle). Lieu-dit "du Parivaux". Plan des trois lavoirs, dont les eaux sont dirigées vert huit bassins d'épuration A-B-C-D-E-F-G et H qu'elles traversaient successivement. À la sortie du huitième bassin, l'eau était dirigée vers un étang qui alimentait un bocard. ADM 1 5 492 (1845).

160D'autres unités jouaient davantage sur la longueur des bassins que sur leur nombre. Dans ces deux cas, la longueur du trajet réalisé par les flux chargés de boues reste néanmoins importante : Trois bassins de dépôts creusés parallèles, seront destinés à l'épuration des eaux bourbeuses. Ces bassins seront chacun de 45 mètres de longueur sur 6 mètres de largeur, leur fond sera horizontal et à un mètre trente-deux centimètres en contrebas du dessus de leur déversoir de superficie, lequel sera muni d'une vanne de décharge qui ne sera ouverte que pour le curage des bassins. Les eaux du lavage devront parcourir successivement sur toute leur longueur les trois bassins qui, à cet effet, seront mis en communication par des petits canaux joignant leurs extrémités (ADHS 300 S 14, Cresancey, Extrait de l'Ordonnance Royale du 4 juillet 1827).

161Trois explications sont avancées pour justifier ces installations :

  • La nécessité de maintenir un circuit le plus long possible pour optimiser le cycle de sédimentation : Les eaux bourbeuses provenant du lavage des minerais se clarifient dans des bassins d'épuration d'une grande longueur (...) (Thirria, 1835 ; AN F14 4261). La profondeur de tout bassin d'épuration s'estime par la différence du niveau existant entre le fond du bassin et le dessus de la pale de décharge située à son extrémité ; cette profondeur étant la seule utile, tandis que celle qui existe entre le fond du bassin et la surface du sol n'est d’aucune utilité pour l’épuration au-dessus du niveau de l'écoulement de l'eau (ADHS 300 S 19, Gray, Extrait d'une lettre du Préfet de la Haute-Saône à M le Maire de la Ville de Gray en date du 30 mai 1829).

  • Celle d'éclaircir au maximum les eaux chargées avant leur passage à travers la digue filtrante. Ce qui suppose une décantation préalable efficace des particules les plus lourdes et les plus volumineuses : (...) Les digues filtrantes sont peu onéreuses quand les bassins ont une grande longueur, parce qu'on les défait rarement pour nettoyer le gravier et le sable, les eaux de lavage n'étant que louches quand elles arrivent à la digue ; mais, lorsque les bassins sont peu étendus, les eaux de lavage parviennent fort troubles à la digue qui s'obstrue promptement, et l’on est obligé de la défaire fréquemment (Thirria, 1835 ; AN F14 4261).

  • La nécessité de contenir les boues pendant un laps de temps satisfaisant durant lequel le système continue de fonctionner avec efficacité. Le curage n'intervenait alors qu'une fois par an en période d’étiage : (...) Il est avantageux, pour un propriétaire de lavoirs ou de patouillets, d'avoir des bassins d'épuration d'une grande étendue, d'abord, parce qu'on ne les cure que dans la belle saison, quand on peut facilement mettre à sec les matières terreuses qu'elles renferment et en grand lieu, parce qu'on répare plus rarement la digue filtrante (Thirria, 1835 ; AN F14 4261).

162Les bassins utilisaient parfois des structures préexistantes entièrement aménagées, comme le canal de décharge d'un moulin, ou, plus étonnant encore, les douves d'un ancien château fortifié comme à Citey (Haute-Saône) ou à Champtonay (Haute-Saône) (fig. 269).

Fig. 269. Champtonay (Haute-Saône) Les Fossés de l'ancien château était utilisé pour les bassins d'épuration. AN F14 4559 (1838).

163Ainsi, l'ancien canal de décharge du moulin dit la Fausse rivière à Percey (Haute-Saône) servait de bassin d'épuration (ADHS 33 S 26, Percey-le-Grand, Extrait du P.V. de Thirria du 9 juillet 1834).

164Les unités de traitement et leur organisation dans l'espace étaient-elles conçues comme le préconisaient les ingénieurs de Mines ? (fig. 270).

Fig. 270. La Chapelle-Saint-Quillain (Haute-Saône) - lieu-dit : "le Masibey". Plan d'un réservoir et de son lavoir (A) et d'une zone d'épuration (C) ayant tait l’objet de modification ultérieure par le Service des Mines (C'). Atelier localisé à l'intérieur du méandre du cours d'eau. ADHS 300 S 10 (1826).

165Il semble bien que ces recommandations furent appliquées à la lettre à partir de la deuxième moitié du XIXe siècle. Du bon déroulement des travaux, dépendaient, en effet, l'autorisation et son renouvellement surtout en cas d'extension des ateliers.

166Il n'est pas rare de constater un certain nombre de corrections ou d'annotations à l'encre rouge sur les plans initialement établis, montrant ainsi la volonté des ingénieurs de modifier les installations existantes pour en optimiser le fonctionnement tout en contrôlant sur le terrain l'adéquation des prescriptions adressées aux propriétaires des lavoirs. La plupart des installations existantes corroborent l'analyse de terrain des ingénieurs en visite de contrôle.

Les digues d'enceinte et les digues filtrantes

167Dans de nombreux cas, les propriétés devaient être entourées de digues assez puissantes pour ne pas être entraînées par les eaux. Des fossés étaient creusés autour des terrains pour recevoir les eaux filtrant à travers les digues (fig. 271). Ces digues étaient élevées en terre damée, avec des talus à 45° au plus et une largeur de 1 mètre en couronne. Leur couronnement devait atteindre une hauteur telle que lors des crues du ruisseau, les boues ne pouvaient être entraînées en dehors des bassins. Les digues devaient être gazonnées à l'extérieur : Pour l'épuration sera établi un bassin en relief sur le sol de 1 400 mètres carrés d'étendue superficielle sur 1,30 mètre de profondeur comptée en contrebas de son déversoir de superficie. (...) Le bassin sera formé au moyen d'une digue en terre argileuse bien battue, dont la plate-forme sera horizontale et aura 1,50 mètre de largeur ; ses talus, qui devront être gazonnés, seront inclinés de 33 degrés un quart à l'horizon ou auront 3 de base pour 2 de hauteur. Il sera divisé en deux compartiments à peu près égaux par la cloison imperméable, qui devra s'élever au niveau de la plate-forme de sa digue d’enceinte (ADHS 300 S 3, Arsans, Extrait de l'Ordonnance du Roi Louis-Philippe du 23 décembre 1838).

Fig. 271. Hussigny (Meurthe-et-Moselle). Lavoir suivi de fosses d'épuration géométriques. Compte tenu de la pente naturelle, les fosses sont construites au moyen de digues en "gazon” et de clayonnages. Elles communiquent entre elles par des rigoles.

168Les ingénieurs mettront tout en œuvre pour renforcer la sécurité des digues et des empellements en instituant une réglementation détaillée, adaptée au cas par cas : Art. 3 Pour l'épuration des eaux boueuses, l'impétrant établira le bassin d'épuration (...) Ce bassin présentera une superficie de 4 030 mètres carrés mesurés dans l'intérieur des digues. Il sera entouré de digues d'enceinte construites en terre bien battue. Elles auront une plate-forme large de 1 mètre et élevée de 0,35 mètre au moins au-dessus des eaux boueuses contenues dans le bassin. Leurs talus intérieurs seront inclinés à raison de 3 de base pour 2 de hauteur. Le pied de ces digues devra être distant d'un mètre et demi au moins de la berge du ruisseau, et pour donner écoulement aux eaux de suintement, si toutefois, la nécessité en est reconnue par l'ingénieur des Mines, il devra être creusé autour des ces digues un fossé de 0,50 mètre de profondeur et 0,20 mètre de largeur (ADHS 301 S 12, La Romaine, Pont de Planches, Extrait du projet de permission accordé à M Dutaillis, non daté).

169Parrot dans son rapport du 10 mars 1826 (AN F14 4507) indique qu'un dispositif de digues existait depuis 1825 à Bâlons et à Touligny (Ardennes). Ces digues étaient construites en mottes de gazon empilées dont les racines devaient retenir les particules solides.

170Les matériaux composant les dignes filtrantes variaient d'un site à l'autre. Ils faisaient appel à des matériaux naturels, locaux, qu'il s'agisse d'argiles, de limons ou de sables. C'était un avantage certain pour les propriétaires de ces ateliers : Une digue filtrante composée d'une couche verticale de sable interposée entre deux couches de graviers laquelle aura 4 mètres de longueur sur 1 mètre de hauteur avec une épaisseur suffisante pour que les eaux en sortent parfaitement clarifiées (ADHS 300 S 14, Cresancey, Extrait de l'Ordonnance Royale du 15 décembre 1837).

171La digue filtrante, dont le but était de freiner l'écoulement des eaux, devait être construite avec soin. Le déversoir d'aval complétait l'ensemble du dispositif avant le retour des eaux dans le milieu naturel : La digue filtrante sera couronnée par un massif imperméable de terre argileuse de 15 à 20 centimètres de hauteur, dont le dessus se trouvera au même niveau que la plate-forme de la digue d'enceinte du bassin d'épuration ; elle sera placée à 3 mètres environ en avant du batardeau, lequel sera muni d'une vanne haute de 1 m et large de 0,40 m, destinée à régler l'écoulement de l'eau pendant le lavage, de manière que son niveau en amont de la digue filtrante demeure constamment à 1 décimètre au plus en contrebas de la plate-forme. Cette digue devra d'ailleurs être construite avec soin et entretenue en bon état de service. Pour éviter l'effet des dégradations qui pourraient survenir à la digue filtrante et pour obliger les eaux de lavage à parcourir lentement le bassin d’épuration, le permissionnaire établira, à 3 mètres environ en amont de la digue filtrante, le déversoir de superficie (de superficie 0) ; ce déversoir, qui aura 7 mètres de longueur, sera construit en terre argileuse bien battue et maintenue par un clayonnage intérieur, dont les pieux seront espacés de 1 mètre au plus, et il sera surmonté d'un madrier de 0,12 mètre d'épaisseur, dont le couronnement sera placé à 0,10 mètre en contrebas de la plate-forme de la digue d'enceinte du bassin d'épuration ; et à 0,80 mètre au plus de l'orifice intérieur du canal d'amenée des eaux bourbeuses (ADHS 300 S 3, Arsans, Extrait de l'Ordonnance du Roi Louis-Philippe du 23 décembre 1838).

L’entretien des installations

172L'entretien des bacs d'épuration était l'un des problèmes majeurs des unités de lavage. De leur capacité et de leur curage dépendait la qualité de traitement des eaux et le bon fonctionnement de l'atelier : (...) la capacité des bassins d'épuration de tout établissement destiné au lavage du minerai doit être telle, eu égard à la quantité de minerai qu'on peut laver annuellement, qu'il soit curé une fois au moins et quatre fois au plus chaque année, le curage annuel offrant la meilleure garantie contre la transmission des eaux boueuses (ADHS 300 S 35, Valay, Extrait de l'ampliation de M le préfet de la Haute-Saône du 12 octobre 1829). Le curage du bassin de dépôt s'effectuait depuis les bords ou à l'aide d'un petit pont mobile qui se jetait au travers du bassin. Le plus souvent il se faisait à la pelle ou à la drague (Parrot, 1830, p. 65). C'était pour éviter l'emploi de ce dernier instrument que M. Parrot préconisait l'établissement de deux bassins de dépôt ; pendant que les boues séchaient dans le premier, le second était en fonctionnement : (...) Des bassins d'épuration (...) d'une grande longueur, et dont la largeur et la profondeur sont telles qu'on puisse les curer facilement. L'expérience a appris qu'une largeur de 6 à 8 mètres et une profondeur de 1,30 m étaient les plus convenables pour les curages (...). Des bassins d'épuration d'une grande étendue. (...) Parce qu'on ne les cure que dans la belle saison, quand on peut facilement mettre à sec les matières terreuses qu'elles renferment et en grand lieu, parce qu'on répare plus rarement la digue filtrante (Thirria, 1835 ; AN F14 4261).

173Pour éviter le comblement des ruisseaux durant l'été, le fonctionnement des ateliers était interrompu. Ce répit pouvait être mis à profit pour curer l'ensemble des bacs.

174De manière générale, les ingénieurs des Mines et les riverains des communes, à travers les plaintes et les délibérations de conseils municipaux, font largement état des problèmes causés par le manque d'entretien des ateliers de lavage. Si la mise en place de ces unités semblait parfaitement établie à travers les prescriptions administratives, leur gestion était souvent problématique.

175Les raisons en étaient multiples. Les matériaux en bois qui constituaient les digues filtrantes, de par leur nature étaient fragiles et, faute d'entretien, souffraient vite de dégradations. Bien souvent, les digues d'enceinte en terre étaient la proie des animaux fouisseurs favorisant leur porosité.

176Aujourd'hui encore, à Percey-le-Grand et à Renaucourt (Haute-Saône) les sites se trouvent fréquemment colonisés par les blaireaux ou les renards.

177Digues et déversoirs nécessitaient de fait une surveillance active pour une bonne épuration : Nous avons remarqué que le dernier récipient des lavoirs lequel borde le chemin de Neuvelle à Lieffrans (Haute-Saône) est dans un très mauvais état, les boues y sont maintenues par de simples piquets mal assujettis et quelques clayonnages de sorte qu'il s'en faut de très peu qu'elles ne comblent le fossé dudit chemin d'ailleurs bien tenu et d'une largeur régulière, ce fossé était même envahi par les boues en un point et sur 1 mètre de longueur.

178Il n'y a pas de digue filtrante régulièrement faite ; les eaux s'échappent à travers les clayonnages, suivent le fossé et traversent le chemin à l'aide d'un petit aqueduc mal exécuté puisqu'il est défoncé sur un point, pour se rendre dans les lavoirs de Messieurs Angar et Ligier. De même la digue de retenue d'un autre récipient est très légèrement faite et mal exécutée, on reconnaissait même qu'une partie de cette digue récemment rompue avait été réparée, mais mal réparée (ADHS 33 S 21, Lieffrans, Procès-verbal de la visite des lieux faite par L'ingénieur ordinaire des Ponts et Chaussées, sur la demande formée par M Pataillot extrait concernant le Petit Lieffrans 5 mai 1846).

La gestion des déchets (liquides ou solides)

179Avec l'augmentation des flux de matières, les problèmes liés au curage ou au stockage des boues ont été déterminants dans la gestion des ateliers. Les solutions pour stocker ces rejets étaient multiples. Les boues pouvaient être utilisées pour combler les zones humides situées en aval des installations. Parfois, des étangs faisaient l'objet de véritables comblements : (...) L'eau boueuse clarifiée dans deux bassins d'épuration d'une capacité de 2 469 mètres cubes, établis sur l'Etang de Mouleveaux (près de Theuley, Haute-Saône), que ces bassins, après qu'ils auront été remplis, seront successivement remplacés par d'autres, de manière à combler tout l'étang, et à le rendre ensuite à l'agriculture (ADHS 300 S 37, Vars, Affiche du 24 novembre 1849 concernant un lavoir à bras établi sur le territoire de Theuley appartenant à M Kaire Jean-Etienne-Alexandre).

180L'une des solutions qui semblent prévaloir dans les thalwegs et les zones de plaines, c'est le stockage des boues en massifs : (...) Les curages des bassins d'épuration et surtout le transport à des distances plus ou moins grandes des matières terreuses en provenant qui ne pouvaient être entreposées indéfiniment ces bassins ajoutent beaucoup aux frais de lavage, on a cherché dans ces derniers temps sur quelques patouillets et lavoirs-à-cheval à éviter les curages fréquents des bassins d'épuration et le transport des matières terreuses, en élevant les eaux de lavage de deux ou trois mètres et en les versant dans des récipients de forme irrégulière, environnés de digues d'une hauteur convenable. Cette élévation des eaux de lavage se fait dans les patouillets au moyen de leur roue hydraulique, et dans les lavoirs-à-cheval au moyen des chevaux de leur manège. On forme ainsi de grands massifs de matières terreuses de 3 ou 4 mètres de hauteur qu’on n’enlève qu’après plusieurs années, ce qui est fort avantageux, cet enlèvement coûtant bien moins cher que le curage des bassins d’épuration ordinaires (...) (Thirria, 1835 ; AN F14 4261).

181Les boues étaient également utilisées pour rehausser les différentes structures d'épuration : (...) La tendance des Maîtres de forges est d’augmenter les volumes des récipients et d’opérer leur curage en rejetant simplement les boues sur les digues d’enceinte (ADHS 11 J12-13, Fonds de Trévillers, 1856-1858). Ces dispositifs avaient pour avantage de diminuer les coûts liés à leur évacuation.

182Les minières pouvaient être utilisées pour stocker les boues. Les excavations étaient purement et simplement remblayées et nivelées : De temps en temps on soutirait l’eau boueuse à l’aide d’une pompe, manœuvrée par des femmes ou des enfants, pour la décanter dans un bassin en contre bas du lavoir. Comme les digues en terre de ces bassins se rompaient facilement, l’eau bourbeuse parvenait souvent à s’en échapper, descendait en torrent la pente rapide et creusait de profonds sillons dans les champs inondés. Si la configuration du sol le permettait, on employait comme bassin de décantation les minières abandonnées, pour les transformer de nouveau, par ce remblayage hydraulique, en terrain labourable. Parfois aussi, on parvenait par ensablement partiel à assainir des fonds marécageux qui devenaient ensuite des prés féconds (Wagner, 1921).

183Les eaux une fois clarifiées étaient rejetées dans le milieu naturel en particulier dans les cours d'eau les plus proches. La présence d'une rivière, à fort débit comme l'Ognon (affluent du Doubs), a souvent été considérée comme espace d'épuration. Les eaux de lavage y étaient directement déversées, non sans risque pour les riverains situés en aval. La force du courant était parfois déterminante pour l'évacuation de ces boues résiduaires (fig. 272) : (...) La demanderesse annonce que les eaux bourbeuses provenant du lavage du minerai seraient déversées dans l’Ognon, à l’instar de celles de Montagney, et autres lieux placés sur la même rivière (ADHS, Thieffrans, 300 S 34, Extrait de l’affiche de demande en permission d’établir un patouillet et un lavoir à bras en date du 10 octobre 1846M le Préfet de la Haute-Saône Ed. Mazères) (...) A cet endroit, cette rivière (l’Ognon), qui est près de son embouchure dans la Saône, est très forte et a un lit très profond sur une largeur de 100 à 150 mètres, à 200 mètres de là on n'aperçoit plus d’eaux boueuses... (ADHS 300 S 27, Pesmes, Extrait de la lettre de M Duchon aîné à M. le Préfet de la Haute-Saône datée du 3 mars 1826).

Fig. 272. Boulot (Haute-Saône) Plan de deux lavoirs à bras. L'eau est directement puisée dans l'Ognon pour le lavage. Les eaux souillées sont directement rejetées dans la rivière sans décantation des boues ADHS 300 S 8 (1856).

184La superficie du terrain et la géologie locale pouvaient favoriser l'évaporation ou l'infiltration des eaux dans le sous-sol. (...) Les eaux bourbeuses résultant du lavage seront conduites dans un vaste bassin formé dans la partie basse de sa propriété, au moyen d’une digue en terre de 1,30 mètre de hauteur sur une largeur convenable, établie sur son pourtour, où elles se dépouilleront de leurs matières terreuses et disparaîtront par l'effet de l'évaporation ou des infiltrations (...) (ADHS 300 S 19, Grandvelle, Pétition du 24 mai 1837).

185Le lavage n’était interrompu en moyenne chaque année que deux mois pendant la saison sèche : Les eaux boueuses sont déposées dans un bassin d'épuration suffisamment grand pour être absorbées dans le bassin même et pour qu'aucune goutte n'en soit rendue au ruisseau (ADHS 300 S 8, Broye-lès-Loups, Rapport de l'ingénieur ordinaire des Mines du 18 juin 1862).

186Dans les zones karstiques, les gouffres - pertes faisaient souvent office d'exutoire, c'est le cas à Vallerois-le-Bois (Haute-Saône) où l'unité de traitement était située à proximité d'une perte karstique. En fait, les concepteurs avaient établi les bassins en fonction de l'existence de cet exutoire naturel, en l'absence de tout autre moyen d'évacuation fonctionnel. Cet exemple montre à quel point la conception des unités d'épuration était tributaire de l'environnement hydrogéologique. Plusieurs sites ont été établis, en Haute-Saône, directement à proximité de ces avens - pertes ou endouzoux (fig. 273) : (...) Les eaux bourbeuses résultant du lavage seront dépouillées de la majeure partie de leurs matières terreuses, dans un bassin de 36 mètres de longueur sur 6 mètres de largeur moyenne et 1,50 mètre de profondeur ou 324 mètres cubes de capacité et iront se perdre dans un entonnoir naturel situé dans la propriété où s'engouffre également un ruisseau (...) (ADHS, Larrêt, Extrait de l'Ordonnance Royale du 18 septembre 1838).

187Plus rarement, l'eau pouvait être réutilisée après clarification et ainsi repartir à nouveau dans le cycle de traitement : (...) La clarification des eaux se fera dans un bassin en relief, puis elles seront ramenées indéfiniment près du lavoir, dans un réservoir, d’où elles seront élevées à la hauteur de la huche au moyen d’une vis dite d'Archimède (ADHS, Bouhans, Extrait de l'arrêté du 6 mai 1850) ; L'eau bourbeuse est élevée par une roue à augets à double prise et versée dans un canal en bois qui la conduit dans une vaste propriété de 12 hectares environ, annexée au patouillet. La plus grande partie de cette eau se perd par infiltrations dans le sol ou par évaporation, et le surplus retourne au bief d'amont (ADHS 300 S 9, Champtonnay, Rapport de l'ingénieur ordinaire des Mines Drouot du 9 avril 1863 fait à Chaumont).

Fig. 273. Villers-le-Sec (Haute-Saône). Série de lavoirs à bras à l'issue desquels les eaux se perdent dans un gouffre. AN F14 4522 (1826).

188Les bassins d’épuration occupaient généralement un espace considérable par rapport à l’atelier de lavage, proprement dit. Leur longueur pouvait passer de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres suivant les cas ; leur largeur indiquée dans les sources variait de 4 à 6 m. Les bassins étaient selon les cas creusés dans le sol, soit aménagés en remblais. Les digues étaient presque toujours renforcées par des contre fossés d’assainissement. Pour favoriser l'épuration des eaux, des digues de séparation entre les bassins étaient construites avec un mélange d'herbe et de terre et s’accompagnaient d’un clayonnage à la hauteur des déversoirs avant rejet.

189Chaque phase du traitement déterminait une installation spécifique, qui pouvait être évolutive en quantité ou en superficie suivant le régime des eaux et la masse des terres à traiter.

190Quant à la disposition des systèmes d’épuration, ils variaient selon le volume de minerai à traiter, la quantité d’eau disponible, le relief et l’importance de l’atelier de lavage. Il convient de signaler que suivant des circonstances locales particulières, l'aménagement de bassins d'épuration pouvait être évité ; le coût d'exploitation s'en trouvait alors réduit. C'était le cas notamment, lorsque les dispositions naturelles des vallées permettaient d'installer des lavoirs, à la suite desquels les matières terreuses comblaient successivement une série d'espaces compartimentés par des digues soigneusement édifiées. Les matières restant sur place, ce système imposait de déplacer la zone de lavage dès que les emplacements étaient comblés. Leur morphologie et leur extension dépendaient aussi de la superficie disponible d’où la très grande variété des dispositifs entrepris.

191L’épuration était donc directement liée aux choix économiques de l’exploitant, à la masse de déchets à gérer, à la géomorphologie du site et à sa superficie, le tout conditionné par la vitesse et le volume hydraulique des flux concernés.

192La forme superficielle que pouvaient prendre ces bassins était indifférente : elle pouvait être déterminée par un schéma géométrique rectiligne ou sinueux. Les bassins pouvaient être uniques, multiples ou cloisonnés, organisés suivant un cheminement savamment construit à l’intérieur d'un espace donné. Le principe de base consistait à faire circuler les eaux chargées de boues à travers un circuit le plus long possible permettant l'abandon de toute charge boueuse et une clarification optimale par dépôt et filtration avant de réintégrer le cours hydrographique normal. Ce circuit pouvait parfois prendre l'aspect d'un labyrinthe (fig. 274 et 275).

Fig. 274. Delain (Haute-Saône). Bassins d'épuration complexes avec retour d'eau. Plan. ADHS. 300. S. 15 (1825).

Fig. 275. La Chapelle-Saint-Quillain (Haute-Saône). Lieu-dit : "En Belle Fontaine". Lavoirs à bras (a) et bassins d'épuration (b). Les haldes de curage (D), dépôts de minerais (h et i) et (g) exutoire de crues. ADHS 300 S 10 (1825-1829).

193Les problèmes liés aux crues ou à la pénurie d'eau, qui pouvaient déstabiliser les systèmes étaient pris en compte : dans le premier cas, les digues étaient renforcées, des exutoires de crues étaient installés ; dans le deuxième cas, l’eau, déjà utilisée, pouvait être récupérée en circuit fermé.

194Bien souvent les documents retrouvés font état d’aménagements successifs et de renforcement des dispositifs consécutifs à l’évolution des ateliers.

195Il apparaît nettement que les dispositifs d’épuration comme l’ensemble des ateliers ont subi des occupations et réaménagements successifs compliquant de manière évidente l’interprétation. La lecture de terrain doit donc tenir compte de ces paramètres surtout en ce qui concerne les grands complexes (fig. 276 et 277).

Fig. 276. Igny (Haute-Saône). Plan de bassins d'épuration successifs ayant fait l'objet de modifications de la part de l'ingénieur des Mines. ADHS 300 S 19 (1828).

Fig. 277. Lieffrans (Haute-Saône). Bassins d'épuration reliés à trois lavoirs à bras. Plan général des installations hydrauliques liées à un système de lavoirs à bras disposés en batterie. A : sources ; g : réservoir d'eau ; j : lieu de stockage des terres à mines ; k : lavoirs à bras ; I : empellement ; L ; adduction vers les bassins de décantation. ; m : bassins de décantation ; n : déversoirs, rejets dans le milieu naturel. ADHS 300 S 21 (1828).

196Les sources archivistiques révèlent à travers les plans, une grande diversité dans l'organisation des structures d'épuration ; certaines d’entre elles consistaient en aménagement ouvert où l'eau était contrainte par un système de digues de circuler suivant un trajet volontairement long avant rejet dans le milieu naturel.

197Dans d'autres cas, ces structures consistaient en une succession de bassins de formes géométriques, le plus souvent rectangulaires, parfois triangulaires, creusés dans le sol ou en relief. Ceux-ci étaient disposés en série ou aménagés de façon complexe. L'objectif principal de ces bassins était d'accroître le temps de séjour des eaux chargées, tout en ralentissant leur vitesse, pour qu'elles puissent libérer le maximum de sédiments en suspension par gravité.

198En réalité, les disparités de ces installations sont révélatrices de facteurs limitants liés à l'adaptation au contexte, comme la présence d'un terrain en déclivité, la disposition, la nature et la taille de l'atelier de lavage, la régularité et l'importance des flux sur le lavoir, la superficie disponible et le coût nécessaire au fonctionnement et à la conception de ces ouvrages.

199Dans un grand nombre de cas, les ordonnances prescrivent des mesures préventives, c'est-à-dire l'établissement de bassins d'épuration, que les eaux souillées devaient traverser, avant d'être rejetées dans le milieu naturel, dont la disposition et les dimensions étaient fixées de même que les conditions et le calendrier des opérations de curage. Il convient de citer à l'appui de ces éléments, l'ordonnance du 17 février 1834, autorisant l'établissement d'un lavoir à cheval et de trois lavoirs à bras dans le département de la Haute-Saône : Art. 4, M. est tenu d'établir : 1° un bassin de 150 m de longueur sur 4 m de largeur et 1,35 m de profondeur, son fond étant horizontal ; 2°, une digue filtrante composée, d'une couche verticale de sable interposée entre deux couches de gravier, laquelle aura 3 m de longueur sur 1,15 m de hauteur, et dont la largeur ou l’épaisseur sera déterminée de manière que les eaux du lavage se trouvent parfaitement clarifiées après l'avoir traversée.

200Cette digue qui devra être placée à 2 m environ du batardeau formant l'extrémité postérieure du bassin, sera couronnée par un massif bien imperméable, de terre argileuse de 20 cm de hauteur, dont le dessus affleurera les bords du bassin. Elle devra, d'ailleurs, être construite avec soin et entretenue en bon état de service. Ledit batardeau sera pourvu d'une vanne de décharge destinée à régler l'écoulement de l'eau pendant le lavage, de manière que son niveau, en amont de la digue filtrante, demeure constamment à 1 ou 2 décimètres, au plus, du contrebas de la plate-forme de celle-ci.

201Art. 5. Ledit bassin d'épuration sera curé à fond, toutes les fois que les eaux de lavage sortiront troubles de la digue filtrante, ou que le dépôt boueux s'élèvera jusqu'à 15 cm du niveau de la surface de l'eau, à 25 m en amont de cette digue.

202Art. 6. Les matières terreuses provenant des curages seront déposées sur le terrain de M. (dans un grand nombre d'ordonnances, il est ajouté, ou sur ceux de voisins consentants), en des points disposés de manière à ce qu'elles ne puissent jamais être entraînées par les grandes eaux.

203Art. 7. Faute par M. de se conformer aux dispositions des deux articles précédents, il y sera pourvu d'office à ses frais, par les soins de l'autorité locale (Loi du 14 floréal an XI).

204Art. 8. Il se soumettra, au surplus, à toutes les mesures qui pourraient être ordonnées par l'administration pour garantir les propriétés riveraines des dégâts que causeraient les boues provenant du lavage du minerai, dans le cas où les dispositions prescrites ci-dessus, seraient reconnues insuffisantes.

205Ce texte renferme, à peu de chose près, l'essentiel des prescriptions. Toutefois, elles laissaient les exploitants responsables devant les tribunaux des dégâts que les lavoirs ou patouillets pouvaient occasionner aux propriétés voisines, nonobstant les précautions prescrites ; plusieurs d'entre elles le mentionnent et contiennent un article semblable à celui emprunté à une ordonnance du 19 mars 1834, relative à un patouillet autorisé dans la Haute-Saône : La présente permission n'est accordée que sous la condition expresse, pour les impétrants ou leurs ayants droit, d'être civilement responsables de tous les dommages qui, à une époque quelconque, résulteraient du lavage du minerai dans le patouillet dont il s'agit, et, le cas échéant, d'être garants pour le paiement des indemnités qui seraient dues à cet égard.

***

206Que reste-t-il de ces installations en termes de vestiges ?

207Les vestiges au sol des unités de lavage sont associés à des installations plus importantes, par conséquent visibles dans le paysage. Les vestiges de l'épuration : dépressions, levées de terre et épandages de boues sont multiples et caractéristiques par leur dimensionnement ; chaque unité possédant son propre système et sa propre logique. La plupart des ateliers se caractérisent ainsi par leur positionnement dans le paysage et par leur morphologie.

208À travers les sources, ces structures apportent plus qu’une simple identification des ateliers. Elles mettent en évidence les facteurs de développement de l'industrie minière et métallurgique. Leurs composantes apportent des informations majeures sur les conditions qui régissaient l’implantation de telles structures dans le contexte général d’une zone d’exploitation minière. Sur le terrain, et comme on le voit dans les sites étudiés, les vestiges mis en évidence consistent en levées de terre le plus souvent longilignes ou érigées en glacis, modifiant de manière perceptible le paysage.

© Presses universitaires du Midi, 2013

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