UNIVERSITE SIDI MOHAMED BEN ABDELLAH

FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES, MAROC

FFAACCUULLTTEE DDEESS SSCCIIEENNCCEESS EETT TTEECCHHNNIIQQUUEESS DDEE FFEESS SSAAIISSSS B.P. 2202 – Route d’Imouzzer – FES

Département de l’Environnement

Diplôme Universitaire de Technologie

Génie Minéral et Environnement

DUT GME

PROJET TUTORE

Aperçu sur la caractérisation environnementale des sites

miniers abandonnés : cas de la mine du Nador

Réalisé (e) par : Lieu de Stage : FST de Fès

Salma KHOUBZI & Fadwa LAARAJ

Tuteurs : Pr. Driss EL AZZAB & LAKRIME

Date de Soutenance : Le 11 Avril 2014

Devant le jury :

Pr. Driss EL AZZAB : Examinateur

Pr. Abderrahim LAHRACH : Examinateur

Pr. Lahcen BENAABIDATE : Examinateur

Année universitaire 2013 - 2014

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SOMMAIRE

Remerciements ………………………………………………………………………………………………3

RESUME …………………………………………………………………………………………………….4

Introduction ………………………………………………………………………………………………….5

Problématique et objectifs …………………………………………………………………………………..6

Chapitre 1. Le drainage minier acide DMA : origine, effets environnementaux

Description du phénomène……………………………………………………………………………7

1. Origine……………………………………………………………………………………………...8

1-1. Percolation d'eau sur les tas de solides excavés contenant des sulfures………………….8

1-2. Eaux des galeries…………………………………………………………………………9

2. Réactions descriptives du processus du drainage minier acide……………………………………10

2-1. Principales réactions chimiques en jeu pour le fer………………………………………10

2-2. Réactions chimiques de solubilisation des autres éléments……………………………...12

Chapitre 2 : présentation générale de la zone d’étude et historique des gisements

1. Localisation de la zone ……………………………………………………………………......13

1-1. localisation régionale……………………………………………………………………..........13

1-2. localisation locale……………………………………………………………………................14

2. Les gisements exploités

2-1. Gisements d’Axara-Imnassen………………………………………………………………….14

2-2. Gisements de Bokoya - Sétolazar………………………………………………………………15

3. Etat et historique……………………………………………………………………......................................15

4. Les substances exploitées…………………………………………………………………….......................16

5. Les composantes du site minier ……………………………………………………………………..............16

Chapitre 3 : Essais de caractérisation des rejets miniers et des sols avoisinants des sites d’exploitation

1. Echantillonnage…………………………………………………………………….....................................20

2. Etude physico-chimique…………………………………………………………………….......................21

3. Etude minéralogique……………………………………………………………………..............................31

4. Etude géochimique ……………………………………………………………………............................32

5. Etude géochimique par ICP (actualisation des données publiées par Lakrim et Al 2011)…………32

Chapitre 4. Etude de la répartition du risque de DMA par SIG

1. Introduction……………………………………………………………………............................................35

2. Présentation et cartographie des données (cartes thématiques) ………………………………………..36

Conclusion……………………………………………………………………..................................................42

Bibliographie……………………………………………………………………..............................................43

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Remerciements

Nous tenons tout d’abord à exprimer nos sincères reconnaissances envers nos

encadreurs : Messieurs Mohamed LAKRIM et Driss EL AZZAB, qui ont dirigé

le présent travail. La richesse de leurs renseignements et leurs longues expériences nous

ont été d’une grande utilité pour mener à terme nos connaissances de ce travail. Nous

remercions également la technicienne du laboratoire Madame Halima CHOUKRI pour

les techniques enseignées et ses divers conseils.

Nous adressons tous nos remerciements à toute l’équipe du laboratoire de

géoressources et environnement, à nos professeurs qui nous ont fourni une excellente

formation et les outils nécessaires dans le domaine du Génie Minéral et Environnement. Nos

remerciements vont également à chaque personne qui nous a aidé de près ou de loin.

Nous remercions la responsable de la formation du DUT GME et le chef du

département de l’Environnement pour les facilités qui nous ont procuré afin de mener à

bien ce travail et dans les meilleures conditions.

Que les membres du Jury trouvent aussi nos hautes considérations pour avoir accepter

d’évaluer notre travail.

Dédicace

FADWA ET SALMA

Nous dédions ce modeste travail à nos chers

parents, à nos frères et sœurs, pour leurs

sacrifices et leur soutien moral et matériel.

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RESUME :

L’exploitation minière a un effet néfaste sur l’environnement, lorsqu’elle n’est

pas accompagnée par une étude sur l’impact environnemental. Parmi les objets nuisant à

l’environnement : les stériles.

Le présent travail qui fait objet d’un PFE expose la contribution de la

caractérisation minéralogique et géochimique ainsi que des analyses physico-chimiques

des sols, des sédiments, des débris de stériles miniers. Ces analyses ont montré qu’il y a

une grande partie de métaux lourds remis et libérés dans le sol, les sédiments, les eaux

souterraines et superficielles. En effet, dans les échantillons liquides, le pH enregistré

est parfois même inférieur à 3, notamment la carrière d’Axara, les galeries d’Ouiksane

et les cours d’eau dégagés des haldes à stériles de Sétolazar, où le pH est respectivement

de 2.27, de 2.17 et de 1.84. Les observations pétrographiques ont montré la présence

des matériaux sulfatés. Les échantillons prélevés des zones d’oxydations, ont enregistré

des teneurs importantes en métaux lourds, notamment en Fe et en S. L’existence des

millions de tonnes des haldes à stériles et des terrils exposés directement aux différents

agents climatiques conduisent à la pérennité du drainage minier acide (DMA) en

absence des initiatives d’aménagements.

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Introduction

L’exploitation minière représente une activité économique très importante au niveau mondial.

L'augmentation de la population mondiale et l'importance accrue du système capitaliste, sur lequel

reposent les bases de la plupart des sociétés d’aujourd’hui, et en conséquence le développement

économique et technologique global, font en sorte que nos besoins en minéraux et métaux ne cessent

de s’accroître. Par conséquent, l’activité minière demeure une composante essentielle de l’économie de

divers pays, L’exploitation d’une ressource minérale, comme celle de toutes ressources naturelles,

ainsi qu’un grand nombre d'activités humaines, comportent de nombreux risques pour

l’environnement. La fermeture d’une mine, la récupération d’un site minier en vue de l’implantation

d’une nouvelle activité ainsi que la gestion des résidus miniers et des haldes à stériles demeurent un

défi pour notre génération et les générations à venir.

Les années 1980 sont devenues un point tournant sur le plan environnemental au niveau

mondial. À cet égard, dans les différents pays où le secteur minier occupe une place prépondérante

dans l’économie, plusieurs politiques de gestion environnementale ont été élaborées.

À partir des années 1990, dans la plupart des pays, les gouvernements, les institutions, les

industries, les centres de recherche et les universités ont mis à leur agenda des éléments de réflexion

sur les politiques de développement durable et les outils pour les mettre en place dans différents

secteurs économiques.

Actuellement, parmi les problèmes environnementaux les plus préoccupants de l’activité

minière, soulignons en particulier : (1) l’empilement et la disposition de volumes parfois très

importants de stériles miniers surtout dans les cas d’exploitations à ciel ouvert, (2) la génération de

résidus miniers suite au traitement et à la concentration du minerai, et enfin (3) la disposition de ces

résidus.

Parfois le contact entre ces résidus et/ou ces stériles miniers avec l’atmosphère, les eaux de

drainages et les eaux souterraines peut provoquer des réactions chimiques qui entraînent une

contamination du milieu naturel. Dans de nombreux cas, cette contamination limitera toute activité

humaine sur ces sites miniers pendant quelques dizaines ou même quelques centaines d’années après

l’arrêt des activités.

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Au Maroc, il existe de nombreux sites miniers qui ont été abandonnés au fil des ans et qui

devront être restaurés. En effet, ces sites génèrent des quantités importantes de contaminants et

pourraient avoir des impacts négatifs sur l'environnement : pollution des sols, de l'eau, destruction ou

perturbation d'habitats naturels, impact visuel sur le paysage, effets néfastes sur les nappes phréatiques,

etc. La mine de NADOR, à 9 km de la ville de selouane, en est un exemple.

Problématique et objectifs

L’industrie minière rejette plusieurs milliers de tonnes de stériles et de résidus

chaque année. La majeure partie de ces rejets provient de l’exploitation des minerais

desquels sont extraites les substances utiles. Ces résidus miniers, une fois exposés à l’air et à

l’eau, subissent des phénomènes d’oxydation qui mobilisent certains métaux lourds, tels que

le fer, le zinc, le plomb, le manganèse, etc. Le lessivage de ces métaux lourds aboutit à la

formation d’eaux et d’effluents acides qui peuvent constituer des sources de pollution des

eaux superficielles, du réseau hydrographique ainsi que le sol.

Ce phénomène, connu sous le nom de drainage minier acide ou DMA, constitue l’un

des problèmes environnementaux les plus importants auxquels l’industrie extractive doit

faire face pour préserver la qualité des ressources en eaux dans les sites miniers.

Le présent travail s’inscrit dans cette optique et essaie de présenter une étude de

phénomène de drainage minier acide sur le site minier abandonné de NADOR. Dans ce

dernier est exploité, le fer, principalement sous forme d’oxydes (magnétite, hématite),

sulfures (pyrite, pyrrhotite) et carbonates (sidérite, ankérite).

L’étude est effectuée par diverses approches : Granulométrie, perte au feu, mesure du

PH, le potentiel redox, la conductivité électrique (et la résistivité), la température, la salinité,

taux de la matière dissoute.

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Chapitre 1: le drainage minier acide : Origine et effets environnementaux

Une grande partie de ce chapitre étant inspiré du site http://www2.brgm.fr/

Description du phénomène

Il s’agit d’un phénomène d'origine naturelle amplifié par l'activité humaine.

Les affleurements de minéraux sulfurés (appelés chapeaux de fer ou gossan en anglais) sont

naturellement sujets à une oxydation par contact avec l'air et l'eau. Ce phénomène lent entraîne

l'apparition d'acide sulfurique et la solubilisation des métaux présents.

Lorsque des travaux miniers (excavations et pompages) perturbent l'équilibre chimique de ces

affleurements et des gisements de sulfures métalliques profonds en les plaçant brutalement en

conditions oxydantes, cette réaction amplifiée crée des écoulements acides appelés "Drainages Miniers

Acides" ou DMA.

Les DMA sont favorisés et amplifiés par des réactions catalytiques d'origine chimique et biologique.

Les effluents formés contiennent des concentrations parfois toxiques de métaux et constituent l'un des

problèmes environnementaux majeurs de l'industrie extractive mondiale. Dans les cas les plus sévères,

la vie aquatique dans les cours d'eau récepteurs des DMA disparaît durablement sur de longues

distances.

L'impact est aggravé du fait de l'aptitude des DMA à s'auto-entretenir et à se propager sur le site

minier.

Des désignations diverses

L'expression " Drainage Minier Acide " est une traduction littérale de l'expression anglaise " Acid

Mine Drainage " (AMD) qui désigne les eaux acides formées à l'intérieur de la mine et qui s'en

échappent par les galeries. Par extension, il englobe généralement toutes les eaux acides d'origine

minière provenant de l'oxydation spontanée des minéraux sulfurés :

eaux produites au fond des mines à ciel ouvert ;· eaux de percolation sur les matériaux miniers stockés

à l'extérieur de la mine.

L'expression DMA est employée pour désigner, à la fois le mécanisme d'acidification et l'eau produite.

Une expression plus exacte est :" écoulement gravitaire spontané d'eaux acides sur les sites miniers "

L'expression anglaise " Acid Rock Drainage " ou ARD est parfois rencontrée. Selon les lieux et les

personnes, elle peut revêtir plusieurs significations :

Définition qui paraît la plus exacte :

Elle désigne généralement les écoulements acides d'origine naturelle qui proviennent des roches par

opposition aux minerais exploités. En effet, le terme AMD, tel qu'il est communément employé dans la

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littérature implique que la génération d'acide apparaît seulement sur les sites miniers et ne reconnaît

pas que le processus se produit naturellement et s'est mis en place pendant des millions d'années.

Définition couramment admise :

On trouve l'expression ARD couramment employée pour décrire aussi le phénomène d'origine minière.

C'est le terme descriptif générique dans l'Ouest du Canada pour désigner les DMA. Pour désigner

l'apparition naturelle d'écoulements acides on propose parfois l'expression " Acid Rock Generation ".

Valeurs courantes des paramètres caractérisant les DMA.

Débit variable pouvant atteindre 10 m3 par seconde

Acidité : pH < 5 pouvant devenir inférieur à 1

Concentration parfois élevée en sels dissous.

Éléments les plus courants : Fe > Al, Mn > Zn, Cu, As > Cd, Co, Ni > Sb, Cr, Pb...

Persistance du phénomène : de quelques années à quelques siècles

1. Origine du DMA

Une origine de nature multiple : physique, chimique, biologique. A remarquer que l'excavation est à

l'origine de la perturbation des conditions redox.

Les écoulements acides se forment soit par percolation d'eau sur les tas de solides excavés contenant

des sulfures, (paragraphe : 2-1) et/ou dans les galeries en fonction du mouvement de la nappe

phréatique (paragraphe : 2-2) figure 1.

Sur le terrain, les deux phénomènes sont liés. En effet, il est courant qu'une gestion irréfléchie laisse se

former des stocks de solide à l'aplomb ou en amont des galeries.

1-1. Percolation d'eau sur les tas de solides excavés contenant des sulfures LEDOUX (1996)

Les matériaux extraits de la mine sur lesquels des effluents acides apparaissent par percolation sont de

diverses natures encaissant parfois relativement riche en sulfures (stérile franc), minerais pauvres en

sulfures (haldes, stérile de sélectivité), rejets de traitement pauvres en métaux précieux mais riches en

sulfure.

Les quantités produites et stockées peuvent atteindre plusieurs millions de tonnes. Au Canada par

exemple, on compte en moyenne 99 tonnes de déchets miniers rejetés pour 1 tonne de cuivre produite.

L'industrie minière canadienne génère ainsi, à elle seule, 650 millions de tonnes de déchets miniers par

an.

Ces différents produits déjà stockés humides reçoivent aussi les pluies. Le phénomène biologique et

chimique de formation des DMA s'enclenche alors par suintement ou ruissellement sur le lieu de

stockage.

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Figure1. Schéma montrant les facteurs déclenchant les DMA : l’excavation minière

1-2. Eaux des galeries

Une mine exploitée représente plusieurs kilomètres de galeries (quelques centaines de km parfois

plusieurs milliers - El Teniente - Chili). Ce sont autant de conduits susceptibles d'apporter de l'eau et

de l'oxygène au contact du minerai. Les matériaux des mines à ciel ouvert et des carrières sont par

définition soumis aux conditions atmosphériques. De plus, au cours de l'exploitation minière, la nappe

phréatique est souvent rencontrée et pompée hors de la mine. Il se produit un abaissement de la surface

piézométrique et le dénoyage des roches. Cette situation provoque l'apparition de conditions oxydantes

et une modification de l'interaction eau/roche. Un effluent acide peut apparaître en front de taille, à

l'émergence de la nappe en fond de fosse ou en fond de carrière.

Après l'abandon de l'exploitation l'arrêt du pompage provoque la remontée des eaux et l'ennoyage des

galeries ou de la fosse. Certains circuits hydrauliques anciens et des exutoires naturels se retrouvent

activés. Le passage de conditions oxydantes à réductrices est propice à la dissolution de certains

minéraux néoformés contenant des métaux. Au fil du temps, le circuit hydraulique retrouve des

conditions réductrices et la qualité des eaux d'exhaure s'améliore d'abord rapidement (quelques mois à

quelques années) puis plus lentement (quelques dizaines à quelques centaines d'années). Les eaux

d'exhaure sont soumises au battement de la nappe phréatique.

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2. Réactions descriptives du processus du drainage minier acide

2-1. Principales réactions chimiques en jeu pour le fer

Les réactions chimiques principales qui donnent lieu à un DMA sont l'oxydation du fer et du soufre de

la pyrite, le minéral sulfuré le plus commun. Cette réaction a lieu en présence ou en l'absence de

bactéries selon l'équation 1 PINTE (2000):

Équation 1

Cependant il s'agit d'une équation bilan car l'oxydation de la pyrite varie en fonction de l'évolution du

pH. Ainsi selon TOULHOAT, l'oxydation se déroule préférentiellement selon les équations 2 à 5 selon

que l'acidité est faible, moyenne ou forte :

Référence bibliographique : TOULHOAT (1996)

. Oxydation de la pyrite en milieu peu acide :

Équation 2

· Oxydation de la pyrite en milieu de plus en plus acide :

Équation 3

Équation 4

· Protonation des sulfates à un pH inférieur à 2 :

Équation 5

Cependant la réaction déterminante, comme le souligne le DEP (Department of Environmental

Protection, Pennsylvanie, États-Unis), est l'oxydation du fer ferreux en fer ferrique (équation 6) :

Source : site Internet DEP

Équation 6

La cinétique de cette réaction varie en fonction du pH. La vitesse de la réaction est rapide lorsque le

pH est proche de 5 (même en l'absence de bactéries). Elle est lente entre pH 2 et 3.

L'importance de cette réaction réside dans le fait qu'elle produit du fer ferrique qui va être capable à

son tour de réagir en chaîne sur la pyrite selon l'équation 7.

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Équation 7

Cette réaction permet au phénomène de production de DMA de s'auto-entretenir comme le décrit

la figure suivante. Il se propage alors de façon similaire à un incendie auquel on l'a d'ailleurs déjà

comparé. De même que la combustion produit de la chaleur qui déclenche la combustion d'autres

matériaux, l'oxydation des sulfures produit du fer ferrique (et des bactéries) qui génèrent l'oxydation

d'autres sulfures.

Schéma du phénomène de réaction de régénération du fer(II) déterminant dans la propagation du

DMA.

La production de fer ferrique entraîne un autre aspect aggravant. Il s'agit de l'acidification par

l'hydrolyse due aux ions Fe3+ selon la réaction suivante (équation 8) :

Équation 8

A ce stade, cette réaction entraîne une précipitation d'hydroxyde de fer si le pH est supérieur à 3,5

(voire aux valeurs supérieures à pH 2,3 selon HARCOURT). Ce phénomène libère rapidement de

fortes quantités d'acide. (HARCOURT 1996)

La réaction bilan qui décrit la totalité du phénomène est fournie par l'équation 9.

Équation 9

Réactions secondaires concernant le fer

Dans la nature, le phénomène de DMA donne ensuite lieu à des réactions d'oxydation, de dissolution,

de précipitation et de recristallisation successives qui produisent de nombreux composés minéraux

selon, par exemple, les équations 10 à 13. (HUDSON-EDWARDS 1999)

Production de jarosite :

Équation 10

Production de schwertmannite :

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Équation 11

Production de copiapite :

Équation 12

Production de coquimbite :

Équation 13

On observe la formation d'oxydes secondaires et d'oxyhydroxysulfates dans le lit des rivières en

période sèche (oxyhydroxysulfate de fer de type copiapite - Fe2+Fe3+4(SO4)6(OH)2.20H2O).

Ces précipités constituent des réserves temporaires de métaux. Ils sont dissous pendant les périodes de

pluies intenses ou au cours des inondations. Les polluants métalliques et les sulfates sont alors libérés

et l'acidité de l'eau augmente. Les oxyhydroxysulfates et hydroxydes de fer insolubles comme la

jarosite ( KFe3(SO4)2(OH)6 ) et la goethite ( FeO(OH)) sont des "stocks " à plus long terme

(HUDSON-EDWARDS, 1999).

2-2. Réactions chimiques de solubilisation des autres éléments

Les autres minéraux sulfurés présents participent également aux réactions primaires et secondaires, et

leur dissolution libère leurs métaux et d'autres composants :

blende (Zn), galène (Pb), chalcopyrite (Cu/Fe), pyrrhotite (Fe), arsénopyrite (As/Fe).

Les réactions incluent la participation du fer déjà en solution, conduisent toujours à la formation

d'acide sulfurique, et souvent à la production complémentaire d'acidité par hydrolyse et précipitation.

Ainsi, l'arsénopyrite, par exemple, est oxydée selon des voies similaires à celles de la pyrite en

présence ou non de bactéries. On notera qu'elle subit également l'attaque oxydante de l'ion fer(III) qui

propage le phénomène de DMA selon la réaction de l'équation 14.

Équation 14

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Chapitre 2 : présentation générale de la zone

1- localisation de la zone

1-1. localisation régionale

La chaîne rifaine couvre la grande la partie septentrionale du Maroc, elle s’étant sur une distance de

280 km, est constituée d'un ensemble d'unités autochtones et de nappes, distinctes par leur faciès

stratigraphique, lithologique et structurale. Le Rif s'est formé, selon le modèle de Tapponnier

(Tapponnier, P.1977), suite à la subduction de la plaque d'Afrique sous la plaque d'Alboran à

l'Oligocène supérieur -Miocène inférieur, sachant que d’autres modèles faisant coincer la plaque

d’alboran entre celle eurasiatique et africaine existent.

La géométrie arquée du Rif est causée par son découpage en 3 sections ; par les accidents de Jebha et

du Nékor (Morel, 1989b, figure 2): au nord-ouest les directions structurales sont orientées NW-SE; à

l'est, elles sont N70-80. Entre les deux accidents, les directions structurales sont convexes vers le sud

et les formations "post nappes" du Miocène supérieur (Tortonien) épousent leur courbure.

Nador

50 Km

Oued

Moul

ouya

Faille d

u Nekkor

Mer

Méditerrannée

Faille de Jebha

Tanger

Fés

B B I

3°4°5°6°

35°

Roches volcaniques

Rif central

Zone externe

Avant pays

Rif interne et domaine de flyschs

Formations tardi-tectoniques

Limites d'extension des nappesAccident majeur décrochant senestre

B B I Massif de Bni Bou Ifrour (Domaine d'étude)

Légendes:

Fig. I.4 : Schéma structural de la chaîne rifaine, d'aprés Frizon de Lamotte (1985) et Morel (1988), modifié par KERCHAOUI, 1994.Fig. 2: Schéma structural (redessinée) de la chaîne rifaine d’après Frison de Lamotte. 1985 et

Morel. 1988) modifié par Kerchoui, 1994.

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1-2. localisation locale

Le district de fer d’Ouixane (Wiksane, Ouichane) est situé à l’extrémité nord du massif des Beni Bou

Ifrour, à une dizaine de kilomètres au SSW du port de Nador (fig. 10.2.1A). Les coordonnées GPS des

gîtes principaux sont les suivantes : Ouixane N35°07’29’’, W3°01’27’’; Axara-Imnassen N35°07’09’’,

W3°01’11’’;Bokoya-Setolazar N35°06’53’’; W3°00’44’’. Figure 3.

Figure 3 : Localisation du district ferrifère de Ouixane (Massif des Beni Bou Ifrour) sur la carte

routière Michelin au 1/1 000 000 (A) et sur la carte structurale schématique de la région (B, d’après

Faure-Muret, 1996).

2- les gisements exploités

3- 2-1. Gisement d’Ouixane

4- Par sa production en minerais de fer dépassant 1 Mt et ses fortes teneurs en fer (70%), le gisement

d’Ouixane est considéré comme le plus riche de l’ensemble des gîtes du district. Il recèle

également l’une des plus fortes réserves reconnues (3,1 Mt de minerais moyennant 60.64% Fe ;

Anonyme, 1985). Le gisement a été exploitée à ciel ouvert dans deux carrières principales est et

ouest séparées parla faille d’Ouixane. Les méthodes d’exploitation utilisées sont de type "chambres

et piliers" et "gloryholes".

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Figure 4 : Répartition des principaux gisements du district ferrugineux de Ouixane a partir d’une vue

satellitaire (Google Earth 2009).

2-1. Gisements d’Axara-Imnassen

Le gisement d’Axara et son extension en profondeur représentée par le gisement d’Imnassen,

exploités respectivement à ciel ouvert et à des profondeurs de l’ordre de 25 m, recèlent les plus

importantes réserves de tout le district (6,7 Mt) mais de faible teneur (52,5% Fe) et de moindre qualité

(4,4% S). La teneur en sulfures (pyrite/pyrrhotite) atteint localement 20%. Les concentrations

ferrugineuses d’Axara ont été exploitées le long de 4 gradins dans une carrière de 300 m de diamètre et

100 m de profondeur. La méthode d’exploitation se faisait par abattage entre sous-niveaux ("Sub-level

stopping").

2-2. Gisements de Bokoya-Setolazar

En comparaison avec les gisements précédents, le gisement à ciel ouvert des Bokoya (à ne pas

confondre avec le massif des Bokoya d’Al Hoceima) et son extension en profondeur de Setolazar se

distinguent par la qualité médiocre de leur minerai à faible teneur en fer (35-55%) et fort

enrichissement en soufre (4 à 5%) et en silice (30%). Le gisement de Bokoya a été exploité le long de

8 gradins selon la méthode d’exploitation de type chambres et piliers.

3. Etat et historique

Le gisement d’exploitation de Fer du Rif du Maroc situé dans le massif des Béni Bou Ifrour à été découvert

en 1905 par le géologue espagnole A. Del Val. Son exploitation a été amorcée à partir de 1914 par les sociétés

Espagnoles CEMR et SANS. L’exploitation fût d'abord très artisanale puis mécanisée vers 1930. Jusqu'en 1950,

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l'exploitation a concerné essentiellement la partie superficielle du gisement constitué d'Hématite rouge riche en

fer (68 %). Environ 50 millions de tonnes ont été exportées jusqu’ au 1960 (Rhoden et al. 1962).

En avril 1959, le B.R.P.M entre dans les mines du Rif avec une participation de 26,66 %, et au terme d'un

accord conclu en 1967 avec les sociétés espagnoles, le gouvernement marocain a repris les mines du Rif dont il

confia l'exploitation à la société SEFERIF.

Les réserves riches en fer oxydé venant à l'épuisement, il a été décidé en 1968 de réaliser des investissements

permettant la valorisation du minerai à magnétite et accessoirement la pyrite dont les réserves certaines, très

probables ont été évaluées à 33 million de tonnes à 40 - 45 % de Fer et 3% à 4% de soufre.

4. Les substances exploitées

Le fer, principalement sous forme d’oxydes (magnétite, hématite), sulfures (pyrite, pyrrhotite) et

carbonates (sidérite, ankérite).

5. les composantes du site minier

Le site minier étant l’endroit où on extrait la roche et où on la broie, pour en extraire les minéraux ayant une

valeur commerciale (Aubertin et al, 2000). Dans notre cas, nous avons ciblé l’ensemble des mines SEFEREF.

Cette opération minière comprend aussi, des sites où l'on entrepose la roche stérile qui n'a aucune valeur

économique, que ce soit sous sa forme broyée (les rejets de concentrateur) ou simplement concassée (les stériles

miniers). Les impacts sur l'environnement dépendent des dimensions des composantes et la nature de la mine

(Aubertin et al. 2000). Généralement, l'environnement minier est constitué par quatre composantes principales ;

La mine, l’usine de traitement, les haldes à stériles et le parc à résidus. Ces dernières peuvent y avoir des

interactions avec le milieu environnant, tel que l'eau, l'air et le sol.

La mine

La première composante du site minier est la mine proprement dite (l'endroit où l'on extrait la roche).

Celle-ci peut avoir différentes configurations selon la géométrie des gisements et la méthode de l'exploitation

(exploitation à ciel ouvert, sous-terraine, par tranches,…). Dans notre cas ; on étudiera les mines citées

précédemment de l’ensemble SEFERIF et surtout la mine d’Ouiksane, d’Axara et de Setolazar (Photo de 1 à 4).

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Photo1: gisement de Ouiksane Photo2 : gisment de Ouiksane

Photo 3 : mine à ciel ouvert d’Axara

Les usines de traitement

La deuxième composante du site minier est l'usine de traitement du minerai (usines de pelletisation et de pyrite)

qui comprend les unités de concassages, de broyages, de séparation magnétique, de flottation, de filtrage, de

bouletage, et les fours de pelletisation. Evidemment, une fois le minerai extrait de la roche mère, on transporte la

roche concassée à l'usine de pelletisation. A cette étape, différents procédés de traitement minéralurgique peuvent

être utilisés pour extraire et valoriser ces minéraux économiques. Parmi ceux-ci on retrouve la flottation, les

méthodes gravimétriques, les méthodes magnétiques et la séparation par densimétrie.

Cependant, Le principal problème environnemental relié à l'usine minéralurgique est la contamination des

effluents rejetés par les réactifs utilisés dans le procédé de traitement (cyanure, réactifs de flottation, ou autres).

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Photo4 : usine de traitement de Setolazar

Haldes à stériles

La troisième composante est les Haldes à stériles, Comme on a mentionné précédemment, que l'exploitation

d'une mine peut générer des quantités importantes de rejets rocheux solides. Parmi ceux-ci, on retrouve les

stériles miniers. De même la préparation de la carrière nécessite un déplacement annuel de 1,5 Millions de m3 de

stérile (D’après la magasine SEFIRIF, 1976); cette roche ne contient pas suffisamment de minéraux

économiques pour être envoyée à l'usine de traitement du minerai. La quantité de stériles produite dépend

essentiellement de la méthode d'exploitation utilisée. Les stériles miniers sont stockés en surface dans des aires

d'accumulation appelées haldes à stériles, photo 5.

Les principaux problèmes environnementaux liés aux stériles miniers sont la stabilité géotechnique des

empilements et la contamination des eaux de surface et souterraines par le drainage minier acide provenant de

l'oxydation des minéraux sulfureux contenus dans ces stériles.

Photo 5 : halde à stériles

- 19 -

Parcs à résidus miniers

La quatrième composante finale d'un site minier est les parcs à résidus miniers, où sont déposés les rejets

de concentrateur (les rejets de la laverie). Ces rejets sont issus des procédés minéralurgiques utilisés à l'usine de

traitement du minerai, sont composés d'eau et de roche finement broyée dont on a extrait les substances ayant un

intérêt commercial (le fer dans notre cas). Ces rejets sont acheminés, généralement sous forme de pulpe par des

moyens hydrauliques, vers le site d'entreposage ou bien le parc à résidus miniers : la digue. Ces sites

d'entreposage sont habituellement ceinturés par des digues construites en travers de vallées, à flanc de coteaux ou

au pourtour du site (sur un terrain relativement plat), avec ou sans zone excavée. Les digues peuvent être

construites à partir de matériaux naturels ou encore avec les rejets eux- mêmes. Le parc à résidus miniers peut

comporter plusieurs bassins correspondant aux différentes étapes de traitement, comme la sédimentation des

solides en suspension, l'aération de la solution et le traitement chimique des eaux pour éliminer les contaminants

solubles, photo 6.

Photo 6 : digue à stériles

- 20 -

Chapitre 3 : Essais de caractérisation des rejets miniers et des sols avoisinants des

sites d’exploitation

1. Echantillonnage

Les neuf échantillons utilisés sont pris sur une grande surface de la zone d'étude, près et loin des

anciens points d'exploitations minières, pour réaliser les essais physico-chimiques (photos de 7 à 11):

Photo 7 : Sol Ouiksane – 2 : Tailling de la digue Photo 8 : Sol Ouled Heddou-4 : remblais de ouiksane

Photo 9: Remblais de Setolazar-6 : Terrils d'Axara Photo 10 : Sol de la digue-8 : Terrils de Sétolazar

Photo 11: Tterrils d'Ouiksane

Photos montrant les

échantillons avec leurs

numéros de 1 à 9

- 21 -

Carte1 : Localisation des points d’échantillonnage

2. Etude physico-chimique

Pour bien évaluer l’impact environnemental des rejets, il est nécessaire de comprendre les mécanismes

physico-chimiques intervenant lors de leur contact avec un liquide. Le contact des rejets avec de l’eau

modifie l’équilibre à l’interface et déclenche le processus de transfert. Celui-ci se traduit par la mise en

place d’un flux massique tendant vers un nouvel équilibre. La mobilité et la biodisponibilité des

métaux lourds dans l’environnement sont gouvernées par des paramètres physico-chimiques aussi bien

du matériau que du milieu (QUEVAUVILLER, 2007). Les principaux sont : le pH, la conductivité, la

résistivité, la température, la salinité la granulométrie, la teneur en matières organiques (la perte au

feu).

Analyse granulométrique

La granulométrie a pour objet la mesure de la taille des particules élémentaires qui constituent

l’ensemble du matériau. La méthode de détermination de la granulométrie la plus simple est obtenue

par passage au travers d'une série de tamis de mailles décroissantes (CEAEQ, 2006 in Arthur ). Le

résultat est traduit par des courbes dont la forme est caractéristique de la taille ainsi que de

l’homogénéité. Les rejets provenant de la concentration par flottation sont généralement fins. Cela est

1&

&

&

1

1

8

3

4

5 6

7

9

2

- 22 -

dû au domaine dimensionnel opératoire requis pour la concentration par flottation. La mesure de la

granulométrie est importante étant donné qu’elle est liée à la surface spécifique qui est le siège même

des interactions et des réactions chimiques.

L’analyse granulométrique donc permet de déterminer la grosseur et les pourcentages respectifs des

différentes familles de grains constituant un échantillon de sol. Celle-ci est réalisée en utilisant une

série de tamis, emboîtés les uns sur les autres et dont la dimension des ouvertures est d’ordre

décroissante du haut vers le bas (la norme ASTM D422).

Dans notre cas on a réalisé cet essai sur 9 échantillons à l’aide d’un tamiseur comprenant 7 tamis de

tailles différentes; les résultats sont donnés dans le tableau suivant :

Cumul Passant (%)

Ech.

Ouver. SOL

D’ouiksane

Tailling

de la

digue

Sol

oulad

haddou

Remblaos

de

ouiksane

Remblais

de

setolazar

Terils

d’axara

Sol de

la

digue

Terrils

de

setolazar

Terrils

de

ouiksane

1mm

69.26 80.88 66.47 61.95 71.51 79.03 88.1 86.77 74.5

500µm

79.97 77.55 72.34 72.64 77 76.95 80.27 80.44 80.58

250 µm 79.96 80.44 86.67 83.1 79.51 80.91 79.22 80.4 81.18

200 µm 95.07 90.72 95.94 96.28 95.4 94.68 93.12 93.99 93.75

125 µm 92.05 85.12 93.8 94.66 93.96 90.01 86.8 86.8 89.5

100 µm 97.06 92.06 97.66 98.16 97 92.82 93.62 94.72 95.35

80 µm 97.71 92.8 97.77 98.49 96.4 95.58 93.84 94.91 96.03

63 µm 96.15 97.45 95.98 98.33 92 95.92 92.06 90.02 92.66

<63 µm 98.64 99.54 99.48 99.48 98.06 97.1 98.86 98 99.31

Tableau 1 : Analyse granulométrique

- 23 -

Perte au feu (NORME NF 44- 041)

La matière organique joue un rôle important dans le comportement environnemental d’un matériau. En

effet, elle modifie les propriétés physico-chimiques du matériau par sa capacité de retenir l’eau,

d’offrir des nutriments aux bactéries et de participer aux phénomènes d’adsorption (BLIEFERT et

PERRAUD, 2001 in Arthur). Cette méthode de dosage permet de déterminer la matière organique

totale dans les amendements organiques et les supports de culture. Appliquée aux sols, elle inclut

également l’eau de constitution des argiles.

Principe :

L’échantillon est broyé à 2 mm et calciné à 375°C. La perte de masse par combustion correspond à

la combustion de la matière organique.

Perte au feu (%) = 100 × (m0 - m1) / m0.

Fig.11 : échantillons après leurs mises à l’étuve

SOL

D’ouiksan

e

Taillin

g de la

digue

Sol

oulad

haddo

u

Remblaos

d’ouiksan

e

Remblai

s de

setolazar

Terils

d’axar

a

Sol

de la

digu

e

Terrils

de

setolaza

r

Terrils

d’ouiksan

e

Pert

e au

feu

(%)

5.15

9.53

5.493

4.865

1.393

5.059

2.467

6.3

4.0251

Tableau 2: Perte en feu

- 24 -

Diagramme : le pourcentage de la matière organique

Cette courbe montre que les tailling de la digue et les terrils de Setolazar présente une grande quantité

de la matière organique.

PH

Il permet de caractériser la capacité du matériau à neutraliser les solutions acides ou basiques

auxquelles il est soumis. Il permet aussi de renseigner sur la mobilité des métaux lourds. Etant donné

l’interaction avec les phénomènes d’adsorption. Plusieurs méthodes existent pour mesurer le pH d’un

matériau solide. Ces méthodes consistent à fragmenter le matériau et le mettre en contact, pendant un

temps donné, avec des solutions acides, basiques ou neutres pour un rapport solide/liquide fixé. Les

paramètres opératoires sont choisis afin d’atteindre un état stationnaire avant de procéder à la mesure

du pH. La norme ISO 10390 recommande l’utilisation de l’eau (pH H2O) pour mesurer l’acidité réelle

(appelée aussi acidité actuelle ou active) et une solution de KCl (pH KCl) pour mesurer l’acidité

d’échange (ISO, 2005).

Donc Le pH est une mesure de l’acidité de nous échantillons c’est-à-dire de la concentration en ions

d’hydrogène (H+). L’échelle des pH s’étend en pratique de 0 (très acide) à 14 (très alcalin) ; la valeur

médiane 7 correspond à une solution neutre à 25°C. Le pH d’une eau naturelle peut varier de 4 à 10 en

fonction de la nature acide ou basique des terrains traversés. Des pH faibles (eaux acides) augmentent

notamment le risque de présence de métaux sous une forme ionique plus toxique.

Dans notre cas on a mesuré le PHkcl, PHeau, PH𝑐𝑎𝑐𝑙2 .

0

2

4

6

8

10

12

Perte au feu (%)

Perte au feu (%)

- 25 -

.

Photo 12 montrant l’appareillage de mesure du PH

Conductivité électrique (CE)

La conductivité électrique (CE ) est une expression numérique de la capacité d’une solution à

conduire le courant électrique. La plupart des sels minéraux en solution sont de bons conducteurs.

Potentiel redox (Eh)

Dans les systèmes aqueux, le potentiel redox (ou disponibilité en électrons) affecte les états

d’oxydation des éléments (H, C, N, O, S, Fe…). Dans une eau bien oxygénée, les conditions

d’oxydation dominent. Quand les concentrations d’oxygène diminuent, le milieu devient plus

réducteur ce qui se traduit par une réduction du potentiel redox. Le potentiel redox se mesure en mV.

TDS

La conductivité ou les matières solides dissoutes totales (TDS=Total dissolved solids) est définie

comme la quantité de matières dissoutes dans l'eau. Elle dépend principalement de la solubilité des

sédiments qui sont entrent en contact avec l'eau, l’eau devient par conséquent plus chargée et atteint un

niveau élevé de matières solides dissoutes.

Salinité

- 26 -

La salinisation est l'accumulation des sels dans les sols. Elle a pour principales conséquences une

augmentation de la pression osmotique, une toxicité pour les végétaux due à l'accumulation de certains

ions, dont Na+, et une dégradation du sol.

Résistivité

C’est l’inverse de la conductivité électrique.

Les tableaux 4, 5 & 6 ci-dessous présentent les résultats de nos essais :

Eau distillé

KCL

Ech

essai PH CE T

Rés Eh TDS Sal (%)

(Ω .cm) (mV) (g\l)

1 8,39 4,36 µs\cm 18,2 247 -74 2,25 2,3

2 2,33 6,39ms\cm 18,2 139 240 3,34 3,2

3 8,3 5,99 ms\cm 18,3 168 -62 3,21 3,2

4 8,2 5,82 ms\cm 18,1 172 -57 3,15 3,2

5 8,6 5,84

18 172 -82 3,14 3,2 ms\cm

6 3,14 6,47 ms\cm 17,9 155 198 3,51 3,6

7 5,6 5,44 µs\cm 19 183 -77 2,98 3

8 4,4 5,84µs\cm 19 170 133 3,19 3,2

9 8,5 5,77 µs\cm 18,8 174 -82 3,1 3,1

CaCl2

éch \ essai PH CE Température Résistivité Eh TDS Sal (%)

(µs\cm) (Ω .cm) (mV) (Mg\l)

1 7,3 170 17 6,2 -34 86 0,1

2 2,5 1663 17,5 602 233 890 0,8

3 7,5 135,3 16,7 7,37 -33 73 0,1

4 8 120 16,9 8,5 -65 63 0,1

5 7,1 137 17 7,25 -50 73,4 0,1

6 3 1225 17,1 820 208 652 6

7 8 163 17,9 6,1 -35 87 0,1

8 5,3 801 17,9 1248 78 427 0,4

9 5,76 800 17,8 1250 62 430 0,4

- 27 -

éch \

essai PH

CE T

Résistivité Eh TDS Salinité

(%) (ms\cm) (Ω .cm) (mV) (g\l)

1 7,39 5,33 19,7 187 -23 2,89 2,9

2 1,8 6,6 19,5 152 267 3,57 3,6

3 6,6 5,9 19,8 171 -12 3,13 3,1

4 7,39 5,7 19 ,7 177 -25 3,06 3,1

5 7,5 5,61 19,7 179 -29 3,02 3

6 2,87 6,15 19,6 161 213 3,37 3,4

7 7,5 5,96 17,8 172 -28 3,2 3,2

8 5,2 5,9 18,2 169 91 3,2 3,2

9 4,7 6,14 18 163 117 3,34 3,3

Résultat de l’analyse physicochimique

Photo 7 : Sol Ouiksane – 2 : Tailling de la digue Photo 8 : Sol Ouled Heddou-4 : remblais de ouiksane

Photo 9: Remblais de Setolazar-6 : Terrils d'Axara Photo 10 : Sol de la digue-8 : Terrils de Sétolazar

N° Ech 1 2 3 4 5

Ech Sol Ouiksane

(SO)

Tailling de la

digue (TD)

Sol Ouled

Heddou (SOH)

Remblais de

ouiksane(RO)

Remblais de

Setolazar (RS)

N° Ech 6 7 8 9

Ech Terrils d'Axara

(TA)

Sol de la digue

(SD)

Terrils de

Sétolazar (TS°

Terrils

d'Ouiksane (TO)

- 28 -

Le PH est relativement neutre pour les

trois mélanges sauf pour le Tailling de la

digue et les terrils d’Axara où il est très

acide (PH entre 2 et 3)

Le potentiel redox est minimum dans les

sols et les remblais alors que dans les

tailling et terrils il est au maximum. Il y a

donc diminution du taux d’oxygène aux

minimums observés

- 29 -

Granulométrie

Sol

Remblai

La courbe de l’évolution de la matière

solide dissoute (TDS) dans le mélange avec

l’eau distillée montre la même allure que

celle du potentiel redox. Les

concentrations sont beaucoup plus élevées

dans les terrils et tailling.

Sol à majorité de grains fins

- 30 -

Tailling de la digue & Terrils

La fraction granulométrique le plus dominant échantillon c’est la fraction <100µm cela montre que la

nature de d tailling de la digue et des terrils est très fines.

3. Etude minéralogique

D’après les études des autres auteurs sur le plan pétrographique. Les rejets stériles sont riches en

oxydes, hydroxydes et en sulfures de fer. L’observation optique des lames minces, ont montré la

Sable normal

- 31 -

présence des oxydes, hydroxydes de fer, qui dessinent des auréoles autours des minéraux sombres

d'origine métallique Ferro-sulfurés (pyrite, chalcopyrite, pyrrhotite, oxydes de fer hydraté...).

Le processus d'acidification est lié couramment à l'existence de la pyrite qui est le minéral le plus

prédominant.

4. Etudes géochimiques

Composition géochimique

L’ancienne exploitation, avant 1960, avait presque complètement dépilé la puissante zone d’oxydation

d’Ouiksane. Elle était constituée essentiellement d’hématite pure et de limonite sans sulfures. A l’heure actuelle,

il ne reste plus de minerai de fer oxydé de bonne qualité. Dans tous les gisements il reste que de minerai primaire

constitué de magnétite pyriteuse c-à-d. de magnétite associe aux sulfures, tel que la pyrite et la pyrrhotite en

quantités relativement importantes allant jusqu’à 10 % en volume de la masse de minerai (Manssouri, M. 1985),

ce qui importe plus profondément sur la cinétique et l’ampleur du phénomène DMA. En plus la présence du

soufre non seulement menace l’environnement mais il réduit la valorisation économique du minerai et croît la

charge de production. Toutefois, la nature chimique des minerais est un facteur d’activation et de génération de la

DMA. Par ailleurs, les gisements de la SEFERIF peuvent être divisés en 3 classes :

Les minerais oxydés à hématite dont les teneurs en fer varient entre 60 et 68%.

La magnétite pyriteuse des amas massifs ; Nous citons les analyses des échantillons prélevés d’Axara et

d’Imnassen en 1983, qui correspondent aux déterminations minéralogiques du tableau (Tab. II.4) ainsi

que les données de RHODEN et al. 1969 pour Ouiksane et Setolazar.

Fig.5: Altération de la pyrite et génération des sulfures amorphes et du fer hydraté

- 32 -

Tab. 7 : Les données des analyses chimique des gisements de Nador (Ouiksane et Setolazar relevé par RHODEN,

Axara et Imnassen, 1983)

La teneur en fer varie d’un gisement à l’autre dans des limites relativement restreintes si on considère la

moyenne des amas. A l’intérieur d’un amas, les variations sont très grandes (Tab. II.1 et Tab. II.2). Par

exemple, au niveau du gisement d’Ouiksane, dans l’amas principal le fer est en teneur de 60,41% mais, dans

l’amas Sud il est de 62,48%. Les teneurs en soufre aussi présentent des variations importantes, il est largement

diffusé dans les gisements. Il n’y a pas de concentration de fer sans sa présence. L’amas principal d’Ouiksane

contient moins de 1,90% en moyenne, par contre le centre présent 3,03% de S (Tabl. 7 et 8). On n’observe

aucune zonalité ni pour la distribution des soufres, ni pour celle de fer. Généralement, les minerais se

caractérisent par des teneurs très possibles en phosphore, arsenic et titane. Aussi, par des teneurs assez élevées

en SiO2, CaO, MgO.

Minerai rubané (feuilleté) ou schistes minéralisés ; La présente liste des analyses de minéralisations

(Bokoya supérieur et Axara sud) sont élaborées à titre de comparaison, elles n’ont pas de valeur

économique jusqu’à l’heure actuelle (Rapport d’évaluation des réserves, 1985);

Fe AL2O3 Si02 Mn S Na20 CaO K2O MgO P

35 à 45% 0.9 à 2% 10 à 40% 0 à 1% 2 à 5% 0.2 à 0.8% 0.5 à 4% 0.2 à 0.8% 0.5 à 4% 0.04 à 0.08%

Tab. 8 : Les teneurs en éléments majeurs dans les minerais rubanés de Bokoya sup et Axara (Rapport

d’évaluation des réserves, 1985).

Ce type de minerai est très siliceux caractérise le minerai de type taconite très répondu dans le monde.

En plus ce type n’a pas été suffisamment bien étudié pour en tenir compte sur la conjoncture

économique actuelle.

Gisements Fe S SiO2 P2O5 CaO MgO AL2O3 Mn Na2O K2O TiO2 As

Axara Nord 55.19 3.53 13.7 0.09 3.11 3.02 1.12 0.14 0.16 0.28 0.26 0.01

Axara

Centre 51.53 4.05 13.85 0.14 3.25 2.82 1.58 0.24 0.37 0.29 0.27

0.01

Imnassen 54.07 4.37 1O 0.05 2.69 2.11 2.05 0.20 0.26 0.31 0.3 ----

Ouiksane 64.0 4.0 3.0 0.038 0.22 0.18 0.7 0.22 --- --- --- ---

Setolazar 55.0 4.2 8.0 0.04 2.8 2.7 2.2 0.09 --- --- 0.13 ---

- 33 -

4. Etude géochimique par ICP (actualisation des données publiées par Lakrim

et Al 2011)

Pour mieux caractérisé ce phénomène (DMA) et pour indiquer leur degré de contamination, on va se baser

sur une étude ; réalisée par Lakrim. M, 2007; comparative des résultats des teneurs en métaux lourds, entre les

échantillons en eaux relevés de la mine de Nador, avec ceux prélevés des ruisseaux de la mine de Kettara* (ER1,

ER2 et ER3) et enfin, ceux des normes européenne de potabilité de l’eau comme témoin. Tab. 9

Eléments Norme

Européenne

Axara

(E.L2)

Ouiksane

(E.L6)

Setolazar

(E.L7)

Prélèvement en eaux (Kettara)

E.R1 E.R2 E.R3

PH 6 et 8 2,27 2,17 1,84 2,39 2,7 2,56

Conductivité, µS/cm 1250 22000 8530 23000 6670 21000 9120

S (mg/l) 250 38943,52 19970,1 77825,4

3 8000 45000 16500

As (mg/l) 0,05 0,02 0,05 1,21 ----- ---- ----

Cd (mg/l) 0,005 0,19 0,32 0,98 0 0,1 0,1

Cr (mg/l) 0,05 2,11 0,64 17,05 0,2 0,3 0,2

Cu (mg/l) 0,05 17,43 256,76 986,39 75 205 66

Fe (mg/l) 0,3 1052,53 3724,43 28837,3 121 143 251

Ni (mg/l) 0,05 21,53 6,14 82,56 0,5 2,2 0,9

Pb (mg/l) 0,05 0,03 0,16 1,17 ---- ---- ----

Zn (mg/l) 0,1 83,84 44,55 204,52 12 82 34

Tab. 9. Comparaison des résultats d’analyses géochimiques des échantillons prélevés de

la mine de Kettara (Hakkou, R et al. 2005), ceux de la mine de Nador, les normes

européennes de l’eau potable et les travaux effectués par Lakrim. M, 2007.

Mine Kettara* : C’est une ancienne mine d’extraction de la pyrrhotine situé au Nord-Ouest de Marrakech.

(HAKKOU. R, BENZAAZOUA. M et BUSSIÈRE. B 2006: Evaluation de la qualité des eaux de

ruissellement dans la mine abandonnée de Kettara (Maroc)

- 34 -

Chapitre 4. Etude de la répartition du risque de DMA par SIG (carte des risques

Lakrim et Al 2013)

1. Introduction

Cet aperçu est axé sur une étude sur la cartographie du risque du Drainage Minier Acide (DMA).

Elle vise la définition des zones prioritaires pour l’aménagement et la maîtrise de ce risque. La

cartographie des risques de contamination environnementale par les métaux lourds est basée sur la

définition des facteurs générateurs du DMA. Elle indique également les zones vulnérables comme

probabilité d’occurrence sur le territoire de la zone d’étude (différents facteurs influençant la

contamination des eaux et des sols par les métaux lourds, la destruction de la faune, la flore et la

contamination de l’environnement).

L’application des systèmes d'information géographique (SIG) s’avère adéquate. Le logiciel Arc

Gis 9.3 a été utilisé pour produire la carte des risques de contamination en superposant diverses cartes

thématiques incorporant des couches d’informations, comme la carte des remblais, la carte des pentes,

la carte de la répartition du fer et la carte de la répartition du soufre.

Figure 6 : Carte de la situation des gisements de la mine de Nador (Nord-est du Maroc).

- 35 -

2. Présentation et cartographie des données (cartes thématiques)

La carte des rejets miniers

Les rejets sont classés selon la nature et le degré d’oxydation des constituants sulfureux, y compris la

couleur des déchets miniers solides et des surfaces liquides ainsi que le pH des prélèvements liquides.

On distingue dès lors cinq classes qui sont codées de 0 à 4 (Fig. 6 - 7).

La carte de la répartition des sulfates (figure 8)

La présence d’une quantité appréciable des minéraux sulfurés dans les déchets de la mine de fer de

Nador (pyrite, pyrrhotite, sphalérite, et galène), en présence des agents météoritiques, induit

l’oxydation des sulfures et provoque ainsi l’abaissement des pH des milieux environnants, selon la

réaction suivante :

Minéral sulfureux + O2 + H2O → sulfate + acidité + métaux (eq. 1)

Sur la base de la quantité du soufre présent dans les rejets, nous avons distingués six zones à caractères

distinctifs. Elles sont codifiées de 0 à 5 selon les limites suivantes :

Zone intacte (0), dont la concentration du soufre est inférieure à 250 ppm. Cette teneur est équivalente

à la norme européenne admissible pour la potabilité de l’eau.

Zone normale (1), dont la teneur varie entre 250 ppm et 350 ppm ; C’est l’intervalle entre la norme

européenne admissible pour l’eau potable et la teneur relevé de l’eau de robinet de la ville

d’Azghanghan.

Zone sensible (2), dont la teneur varie entre 350 ppm et 450 ppm. Cet intervalle défini la teneur en

soufre de l’eau de robinet de la ville d’Azghanghan et la teneur en soufre d’un puits au Douar Oulad

Haddou Rahou, qui approvisionne la population locale sous la direction de l’office national de l’eau

potable (ONEP).

Zone critique à risque faible (3), dont la teneur est entre 450 ppm et 500 ppm. Cet intervalle défini la

teneur dans le puits à Douar Oulad Haddou Rahou contrôlé par l’ONEP et la norme admissible par

l’organisation mondiale de la santé (OMS), des eaux de surface.

Zone à risque moyen (4), dont la teneur est entre 500 ppm et 4700 ppm. Cet intervalle défini la norme

admissible par l’OMS des eaux de surface et le puits abandonné à Sétolazar.

Zone à risque fort (5), dont la teneur est supérieure à 4700 ppm, et indiquant les zones qui sont riches

en sulfures.

- 36 -

Figure 7. Répartition qualitative des rejets miniers en fonction des degrés d’oxydation.

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Figure 8. Répartition quantitative du soufre en fonction des degrés de contamination.

La carte de distribution du fer (figure 9)

La carte de la distribution du fer a également été subdivisée en cinq classes selon le niveau de

contamination. On spécifie les catégories suivantes :

Zone intacte (0), dont la teneur en fer est inférieure à 5 ppm. Cette teneur est le seuil minimal

admissible par l’organisation mondiale de la santé (OMS) en 2006 pour les eaux de surface.

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Zone normale (1), dont la teneur varie entre 5 ppm et 50 ppm. C’est l’intervalle admissible par l’OMS

des eaux de surface.

Zone contaminée (2), dont la teneur varie entre 50ppm et 210ppm. Cet intervalle représente la norme

admissible de l’OMS pour les eaux de surface et la norme marocaine.

Zone à risque (3), dont la teneur varie entre 210 ppm et 2100 ppm .Cet intervalle représente la teneur

en fer entre la norme marocaine et la teneur analysée dans un puits abandonné sis à Sétolazar.

Zone à risque fort (4), dont la teneur est supérieure à 2100 ppm, qui représente les endroits à pH très

faible où l’oxydation est intense.

La carte des pentes (figure 10)

Les pentes sont classées en quatre catégories et codifiées de 1 à 4 selon la possibilité de faciliter la

contamination.

-Zone de très faible risque (1), dont la pente dépasse 25%, où les conditions sont défavorables pour

la stagnation des eaux et l’oxydation des minéraux sulfureux.

-Zone à risque moyen (2), dont la pente varie entre 15% et 25%. Ces pentes favorisent légèrement

le processus de DMA en présence de la matière sulfureuse, de l’air et de l’eau.

-Zone à risque fort (3), dont la pente varie entre 5% et 15%. Ces pentes favorisent le ralentissement

de la circulation des eaux pluviales en engendrant le processus de DMA.

-Zone de très fort risque (4), dont la pente est inférieure à 5%, Cette faible pente favorise la

stagnation des eaux pluviales. En effet, la combinaison de ces eaux avec des matériaux sulfureux

(pyrite, chalcopyrite, pyrrhotite,…) en présence d’oxygène peut conduire à des réactions

d’oxydation des sulfures (éq. 2).

FeS2(s) + 7/2 O2 (g) + H2O (l) Fe+2(aq) + 2 SO42-(aq) + 2H+ (aq) + énergie (éq.2)

- 39 -

Figure 9. Répartition quantitative du fer en fonction des degrés de contaminations.

- 40 -

Figure 10. Répartition des pentes en fonction de la susceptibilité de génération du DMA.

- 41 -

Discussion

En dépit des résultats de ce travail, il apparait nécessaire de souligner l’importance de procéder à un

aménagement urgent de la zone minière de Nador. D’ailleurs, le degré de fragilité s’intensifie en

s’approchant des points d’exploitation directe où les zones marquent l’indice (4) sur la carte de la

vulnérabilité environnementale. Elles représentent les foyers à risques forts. Dans ces zones le pH des

eaux stagnantes a enregistré des valeurs très faibles. Elles sont chargées excessivement en métaux

lourds. Les dépôts des minéraux secondaires ferro-sulfatés dépendent de la pluviométrie et de la

température. Ils se prolifèrent en période estivale (basses eaux) et se diluent en périodes hivernales

(hautes eaux) pour maintenir le cycle. Les zones intactes restent bien préservées par les sommets des

montagnes et des collines, et ou reculées par rapport aux gisements.

- 42 -

Conclusion

Les rejets stériles des trois anciens sites d'exploitation minière, renferment d'importantes

quantités de minéraux sulfurés (pyrite, chalcopyrite, galène, arsénopyrite, etc.) disséminés

suffisamment pour activer de plus graves problèmes environnementaux par le DMA.

Les analyses géochimiques et minéralogiques indiquent la présence d'une oxydation des

éléments Ferro-sulfatés, autocatalysés. Ces conditions physico-chimiques particulières vont conduire à

la solubilisation d'autres éléments métalliques (Pb, Ni, Zn, Cd, Cu,...) en présence des millions de

tonnes de terrils, exposés directement aux différents agents climatiques (percolation d'air et des eaux

météoriques). Durant la période sèche, il y a des minéraux sulfatés qui se forment, ils sont favorisés

par l'évaporation de l'eau. Ces minéraux de néoformation, font donc stocker les métaux. Par la suite, et

étant solubles, ces minéraux perdent leurs contenus en métaux lourds, pendant la saison humide. Ce

cycle, engendre des variations de concentrations en métaux dans le sol et dans la nappe phréatique.

Donc, le DMA est perpétuel tant que les résidus sulfurés persistent.

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Source internet DEP : http://www.dep.state.pa.us/dep/deputate/minres/bamr/amd/science_of_AMD.htm