Les premières fosses de Denain furent ouvertes au début du 19ème siècle lorsque la Compagnie des Mines d'Anzin se mit en quête de nouveaux gisements de charbon. La découverte du charbon sur le territoire de Denain marqua le début d'une ère prospère pour la petite bourgade qui se mua en un important centre industriel du nord.
A la suite du charbon, l'acier et la production de matériel ferrovière ont contribué à l'essor de la cité. La fosse Mathilde, nom donné en hommage à Mathilde Bonaparte, nièce de Napoléon, fut ouverte en 1831 et mise en communication avec la fosse Turenne en 1833. En 1837, la production atteignait environ 22000 tonnes et était alors la plus rentable de Denain.
En 1862, lorsque l'extraction de la fosse cessa faute d'une production suffisante, la fosse Mathilde avait fourni 549000 tonnes de charbon. Le puits, dans un premier temps conservé, fut fermé et remblayé en 1863. Les machines furent récupérées mais les bâtiments de surface restèrent en place.
Un projet de reconversion des bâtiments en logements pour maître-ouvriers fut mis à l'étude dès 1863. La rampe d'accès à la fosse fut préservée ainsi que les murs mais la cheminée fut détruite. Le premier étage du corps de bâtiment face à la rue Mathilde, abritait la salle de triage et, en haut de la rampe, était installé le bâtiment de recette surmonté du chevalement avec son large mur pignon. De l'autre côté de la tour, un édifice abritait la machine d'extraction.
Des caves furent aménagées sous la rampe et la cour centrale. Une écurie avoisina le logement situé au fond. Entre les années 1960 et 1980, un bâtiment couvert par un toit en appentis fut accolé à celui situé à l'opposé de la rampe (ancienne chaufferie).
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