Quel lien y a-t-il entre l’Ecole des Mines de Saint-Etienne et les Jeux olympiques qui viennent d’avoir lieu à Paris ? Il y en a au moins un ! Je vous invite à le découvrir en lisant les lignes qui suivent.

Pour atteindre Paris et ses Jeux, la flamme olympique a voyagé depuis la Grèce, où elle a été allumée aux rayons du soleil. Le transport s’est fait de deux façons. Principalement par la belle torche brandie à bout de bras par tant de personnes en relais, marchant et courant, d’un bout à l’autre de la France métropolitaine (elle est passée à Saint-Etienne et dans la Loire), aussi bien qu’en Outre-mer. Mais également, lors d’étapes plus délicates, en bateau ou en avion, à l’intérieur d’une jolie lampe dorée où elle apparaissait en sécurité dans sa couronne de verre. Peu de journalistes nous ont dit que, dans ce second cas, il s’agissait d’une lampe de mineur (les habitants des anciens pays miniers, en particulier ceux du bassin de Saint-Etienne, l’ont certes reconnue). Pourquoi une lampe de mineur ? Il est sûr que l’aspect esthétique de la lampe, la confiance qu’on peut lui accorder pour protéger la précieuse flamme olympique (souvenez-vous de Léon Marchand la portant à la cérémonie de clôture des Jeux - on parle de lampe de sureté ou de sécurité -), et peut-être même l’aspect patrimonial (avec un apport déterminant des ingénieurs français pour sa mise au point) ont compté. Mais, apparemment, aucun commentateur ne nous a donné des explications sur la forme bizarre, élancée, surmontée d’un tronc de cône métallique, de cet instrument, ni sur son fonctionnement. La lampe paraît simple ? Non, elle cache une structure interne complexe, elle cache un fonctionnement spécifique, elle a toute sa charge d’histoire humaine.

Les ligériens savent tout cela, mais rafraîchissons leur la mémoire !

Avant l’utilisation de l’électricité, les mineurs du charbon utilisaient, pour s’éclairer au fond, la flamme entretenue par la combustion d’une huile dont le type a varié au cours du temps (huile, benzine, pétrole, acétylène…). Mais dans les profondeurs de la mine, un important problème se pose : un gaz dangereux, le méthane (de formule CH₄) accompagne souvent le charbon. Il peut être localement abondant et s’échapper lors de l’abattage de la houille. Présent alors dans l’air des galeries, il peut exploser au contact des lampes, causant de terribles accidents mortels : les coups de grisou (l’explosion est accompagnée de l’inflammation des poussières de charbon soulevées et redoublées en quantité par ces processus violents). De nombreux ingénieurs se sont penché sur ce problème, tant en France qu’en Belgique, Angleterre et Allemagne, pays où on exploitait le charbon de façon active depuis la fin du XVIII° siècle. Des premières décennies du XIX° siècle jusqu’au début du XX° siècle, de multiples commissions se sont réunies (voir la liste de références). Elles faisaient état des recherches expérimentales, des tests, des approches théoriques et des diverses propositions pour conformer les lampes en vue d’éviter ces graves risques. De grands noms de l’art des mines se sont attelés à ces questions, en France et ailleurs, et ont donné leurs noms aux lampes : Boty, Clanny, Davy, Fumat, Gray, Marsaut, Mueseler, Purdy, Evan Thomas, Wolf, … (cités par ordre alphabétique sans souci d’exhaustivité, -il y en a tant !-, ni hiérarchie d’importance). Dans les signataires des rapports d’expertise, on rencontre un minéralogiste distingué (Mallard) ou un célèbre thermodynamicien (Le Chatelier).

Ne pas allumer le grisou !

Sans rentrer dans les détails des fonctionnements comparés des diverses lampes, résumons les problèmes posés et les solutions présentées. Nous allons d’emblée aux perfectionnements maximaux, sachant que les diverses lampes les ont peu à peu enchaînés au fur et à mesure que l’expérience progressait. Je ne suis pas complètement sûr de celle qui a été choisie pour les jeux de Paris 2024, faute de l’avoir vue de près et d’avoir pu la démonter (la recherche sur Internet n’a rien donné  et le CIO n’a pas répondu); mais devant la parfaite similitude des deux lampes que vous constaterez sur l'image, je suis tenté de dire:  "c'est une lampe Marsaut!", comme la suite du texte va vous l'expliquer.

De façon caricaturale, qu’est-ce qui est en jeu dans la fabrication d’une lampe de sureté ? « Je vais aller, avec ma lampe éclairée par une flamme, dans la mine où il risque d’y avoir du grisou. Pour que ma lampe fonctionne (j’ai besoin d’être éclairé), l’air doit apporter de l’oxygène à la mèche imbibée de combustible. Si la teneur en grisou est importante, en rencontrant la flamme, l’air provoquera forcément une explosion (une expansion importante et subite du volume de gaz avec une augmentation de température). Mon objectif est d’avoir un certain contrôle, une certaine maîtrise de cette explosion. Ma visée est donc double. 1) Je vais tenter de circonscrire l’explosion en sorte qu’elle reste confinée à l’intérieur de la lampe sans l’endommager. 2) Je vais faire en sorte que la flamme de la lampe ne puisse sortir et allumer l’air ambiant, ce qui serait catastrophique. » Il faut pour cela que plusieurs conditions soient réunies simultanément.

- La lampe doit être extrêmement solide, ce qui est obtenu en lui donnant des dimensions (en particulier son diamètre) somme toute modestes, en l’entourant d’une cuirasse métallique vigoureuse, et en séparant la flamme de l’environnement par un verre épais.

- L’alimentation en air extérieur doit être réglée au plus juste pour avoir une flamme convenablement éclairante pour le mineur, mais sans flux excessif avec son apport éventuel de grisou (il faut éviter les apports directs et subits sur la flamme). On y parvient grâce à une chambre de combustion petite, de faible hauteur, et un trajet indirect de l’air (on parle d’alimentation renversée) : l’air arrive par le haut de la couronne de verre entourant la flamme, puis redescend ; sur la figure c’est la flèche bleue dans la partie inférieure, avec le symbole A comme « arrivée ».

- La flamme doit avoir épuisé son pouvoir énergétique à sa sortie de la lampe, et l’échappement des gaz chauds doit être régulé. Pour cela un solide couvercle, ou chapeau, est disposé, on organise une sortie déviée des gaz comme indiqué sur la figure (symbole S comme « sortie », partie supérieure de la lampe), on prévoit une longue cheminée au-dessus de la mèche, et, ce qui est invisible, deux tamis successifs sont disposés à l’intérieur de l’armure comme on le voit sur le schéma (l’ingénieur anglais Davy a montré qu’une flamme ne traverse pas un tamis de mailles suffisamment fines). La grille double confine l’élévation de température en cas d’explosion tout en permettant aux gaz de s’échapper ; inversement la cheminée et les tamis isolent la flamme de l’atmosphère grisouteuse extérieure. La hauteur de la cheminée est ce qui rend si caractéristique la lampe de sûreté.

Tout cela a fait l’objet de multiples essais. Pour déterminer les dimensions, formes et proportions des différentes parties de la lampe, les tailles, positions et nombres des orifices, le poids total, la hauteur minimale de la grille composée des deux tamis, conditionnant celle de la cheminée, le diamètre des mailles des tamis... On a fait varier la nature des gaz, les teneurs en grisou, les vitesses des courants d’air auxquels sont soumises les lampes (qui peuvent perturber les circulations à l’intérieur, c’est un facteur crucial) ; on a mesuré les températures des tamis en fonction des conditions expérimentales. Nous ne parlons pas des recherches sur les conditions dans lesquelles la flamme peut s’éteindre du fait des explosions internes (le changement de comportement de la flamme en conditions grisouteuses est à lui seul un avertissement au mineur). Et le grisou peut aussi continuer à brûler à l’intérieur de la lampe, même avec une mèche éteinte. Des considérations plus théoriques sur les variations de volume, de pression et de température induites par les explosions ont pu appuyer les raisonnements. Les aspects cinétiques sont aussi à prendre en compte.

On s’est encore assuré que la lampe se comporte de bonne façon même si on l’incline plus ou moins (on peut en avoir besoin par exemple pour inspecter le toit des galeries). En fonction de son usage, on prévoit que la lampe ne puisse s’ouvrir facilement (interdiction est donnée aux mineurs de le faire sur le chantier de la mine) ; il faut aussi que son entretien soit aisé lorsqu’elle est ramenée « au jour » dans les lampisteries.

Et l'Ecole des Mines?

Ces différentes recherches conduiront à la fin du XIX° et au début du XX° siècle à la sélection d’un petit nombre de lampes : la lampe Marsaut (qui a connu plusieurs générations) reste la seule recommandée au bout du compte (Congrès du cinquantenaire de la Société de l’industrie minérale, 1908). Elle a obtenu de nombreux prix nationaux et internationaux et a été fabriquée en des milliers d’exemplaires. Elle tient son nom de l’ingénieur de l’Ecole des Mines de Saint-Etienne (de prénom Jean-Baptiste), directeur de la Compagnie houillère de Bessèges (Gard) qui a mené d’importantes recherches sur le sujet. Son nom figure sur la façade de l’Ecole des Mines de Saint-Etienne (où l’on trouve également le nom d’Ernest Mallard qui a travaillé sur la question de la lampe de sécurité et a signé un des rapports donnés en références ; les noms de la façade sont redonnés en figure). Marsaut a travaillé à Bessèges, mais, en relation avec lui, d’autres essais effectués par Mallard et Le Chatelier ont été conduits dans un local spécialement aménagé de l’Ecole des Mines de Saint-Etienne, en collaboration avec Daniel Murgue (dont le nom se retrouve aussi sur la façade) et Malartre (secrétaire de Marsaut).

Quand nous voyons passer la lampe de mineur et son inestimable flamme olympique, souvenons-nous qu’elle est un concentré d’un siècle de recherche pour aider des hommes à s’éclairer et travailler en toute sécurité. Souvenons-nous qu’elle transporte un peu de l’histoire de l’Ecole des Mines de Saint-Etienne. Protéger les hommes, protéger la flamme : ils se protègent et s’assistent l’un l’autre. Le feu olympique a entretenu l’amitié à Paris pendant deux semaines. Qu’il n’allume ni coup de grisou ni de nouvelles guerres !

Documents consultés

Humbert-Labeaumaz M. (1998) Lumières dans la mine. Histoire de la lampe Marsaut et de son inventeur. Chemin imprimeur, Crémieu, 192 p.

Le Chatelier H. (1889) La lampe de sureté. Congrès international des mines et de la métallurgie. Rapport présenté sur la demande du Comité d’organisation. Extrait du Bulletin de la Société de l’Industrie Minérale, 2° série, Tome III, 3° livraison. Théolier et C^ie, imprimeur, Saint-Etienne.

Mallard (1892) Expériences sur les lampes de sureté. Rapport présenté à la Commission du grisou, au nom de la sous-commission chargée des recherches expérimentales (Mallard, Le Chatelier, Cheneau), extrait des Annales des mines, Dunod, Paris.

Marsaut J.-B. (1889) Les lampes de sureté des Commissions officielles du grisou, Congrès international des mines et de la métallurgie, Exposition universelle de 1889. Imprimerie et lithographie Brugueirolles, Alais (Alès).

Marsaut J.-B. (1908) La lampe de sureté au congrès du cinquantenaire de la Société de l’Industrie Minérale, M. Beau imprimeur, Alais (Alès).

Légende des figures

Visuel principal

Sur l’illustration, on présente côte à côte, la lampe utilisée lors des Jeux olympiques de Paris 2024 portée par un athlète (elle paraît être une lampe de type Marsaut ; photographie prise sur Internet), et une coupe de la lampe Marsaut extraite du rapport de Marsaut (1908). Sur cette dernière on distingue les différentes parties décrites dans le texte. A savoir : le petit réservoir à huile où trempe la mèche, la chambre de combustion (entourée de son manchon de verre représenté sur la coupe par deux rectangles hachurés de part et d’autre de la mèche ; on parle de « galerie » pour désigner les petites colonnes métalliques disposées autour du verre, vues sur la photographie), la longue cheminée supérieure cuirassée. On voit la coupe des deux tamis successifs à l’intérieur de la cheminée. On voit également le couvercle supérieur et les trous d’ouverture des gaz. On a représenté le trajet coudé de l’arrivée d’air dans la partie inférieure (flèche bleue, indication A), ainsi que le trajet aussi coudé de la sortie des gaz après combustion dans la partie supérieure (flèche bleue, indication S). Les chiffres indiqués sont des cotes en millimètres. Sur le portail de l’entrée principale de l’Ecole des Mines de Saint-Etienne, 158 cours Fauriel, on peut admirer une lampe de mineur. C’est aussi un tel objet que l’on offre aux visiteurs de marque ou aux membres du personnel lorsqu’ils partent à la retraite.

Figure de la façade de l’Ecole des Mines de Saint-Etienne

On a représenté de façon schématique la façade de l’Ecole des Mines et positionné les différents noms qu’on peut y lire des professeurs, directeurs et anciens élèves.

Remerciements

Je remercie Madame Geneviève Saby de la médiathèque municipale de Saint-Etienne de m’avoir donné accès aux documents anciens du fonds industriel, en particulier aux travaux de J.-B. Marsaut.