Contamination métallique issue de l’exploitation minière

Les contaminants métalliques peuvent migrer depuis le site minier et ses déchets vers les différents compartiments de l’environnement, l’eau, l’air et le sol, via plusieurs mécanismes physico-chimiques de transfert tels que le transport en solution après altération chimique, le transport en suspension par l’eau et par l’air et le transport par différentes activités anthropiques. Le contexte climatique méditerranéen favorise particulièrement le soulèvement de poussières contaminées à partir des sources mais aussi l’érosion hydrique mécanique de ces sources lors des évènements pluvieux peu fréquents mais généralement intenses. En conséquence, dans ces environnements contaminés, les populations locales se trouvent soumises à une exposition chronique à la contamination métallique par différentes voies. En effet, la diffusion de la contamination dans l’air, l’eau et vers la biosphère et la chaîne alimentaire peut soumettre les populations à une exposition aux métaux pouvant présenter un risque pour la santé s’il y a dépassement des seuils de toxicité déterminés par les institutions de veille sanitaire internationales (USEPA ; OMS).

L’ancien site minier de Jebel Ressas est situé en zone périurbaine à environ 30 km au sud de la capitale tunisienne. Ce site présente d’imposants terrils de déchets miniers dont le volume est estimé à plus de 600 000 m3 et de fortes concentrations en Pb, Cd et Zn (Ghorbel et al., 2008a et b). Malgré l’absence de drainage minier acide dans ce contexte carbonaté, la fine granulométrie des déchets, leur faible cohésion, et l’absence de couverture végétale et d’aménagements spécifiques, les rendent particulièrement vulnérables aux processus d’érosion éolienne et hydrique liés aux conditions climatiques de cette région. Au cœur de ce site se trouve l’ancien village de mineurs adjacent aux terrils et entouré de terrains agricoles. La population est ainsi potentiellement soumise à une exposition chronique au Pb, Cd et Zn.

Contamination métallique issue de l’exploitation minière, dispersion des métaux, exposition humaine

Contamination métallique issue de l’exploitation minière

L’industrie minière est un des secteurs les plus importants de l’économie des pays disposant de ressources minières importantes comme le Canada et la Bolivie. L’extraction de métaux précieux, tels l’argent, ou de métaux de base, tels le cuivre, le zinc et le plomb peut se faire principalement de deux façons: à l’aide d’exploitations à ciel ouvert ou dans des mines souterraines. Les exploitations à ciel ouvert sont utilisées lorsque les gisements sont peu profonds et présentent un tonnage élevé de minerai. Les exploitations souterraines sont envisagées lorsque le gisement est profond. Durant l’exploitation du gisement, la mine génère une grande quantité de déchets solides et liquides. Parmi les déchets solides produits, on note :
* Les roches stériles qu’il a fallu enlevé pour atteindre le minerai et la gangue qui a été séparée du minerai ne contiennent pas ou peu de métaux. Ces haldes sont souvent très volumineuses et sont composés de fragments d’une taille variant de l’ordre du mètre jusqu’à des particules de quelques micromètres.
* les déchets de traitement du minerai : Les rejets de concentrateurs sont constitués de la fraction non économique du minerai obtenue suite à la récupération des minéraux à valeur commerciale. Ils sont issus du broyage du minerai et sont généralement très fins (plusieurs dizaines à quelques centaines de microns) et sont sous forme d’une pulpe à leur sortie de l’usine de concentration. Les rejets de concentrateur sont entreposés sous forme de terrils stabilisés par des digues ou par le relief du terrain.
* Les déchets liquides, quant à eux, sont principalement constitués de l’eau provenant du pompage de la mine et celle utilisée lors du traitement de minerai. Cette dernière peut être contaminée en réactifs de traitement (cyanure, collecteurs, moussants), en matière en suspension ainsi qu’en métaux. Les rejets liquides incluent également les eaux qui percolent à travers les aires d’entreposage des rejets solides (haldes à stériles et terrils de déchets de laverie). Les déchets des exploitations minières représentent une source majeure de contamination de l’environnement par les métaux toxiques.

Dispersion des métaux

Les contaminants métalliques peuvent migrer depuis le site minier et ses déchets vers les différents compartiments de l’environnement : l’air, l’eau, et les sols via plusieurs mécanismes physico-chimiques de transferts :
– transfert en solution dans l’eau
– transfert particulaire dans l’eau
– transfert par l’air
– transfert anthropique : les particules sont dispersées par le piétinement, la circulation d’engins, l’activité agricole, etc.

La dispersion de la contamination métallique à partir des sites et des déchets miniers est contrôlée aussi bien par la nature des opérations d’extraction et de traitement du minerai que par la topographie, le climat et la lithologie de la zone en question (Craw, 2001). Nous détaillons dans ce qui suit l’influence de chacun de ces deux derniers facteurs.

Influence du contexte lithologique sur la dispersion des métaux

La nature des roches encaissantes de la minéralisation et en affleurement autour du site minier détermine surtout la qualité de l’eau en contact avec les minéralisations et les déchets sur un site minier. En effet, la mise en solution des métaux initialement figés dans des minéraux sulfurés, est déterminé par le pouvoir des roches environnantes à tamponner l’acidité résultante de l’oxydation des sulfures. On distingue ainsi :
– des roches à faible pouvoir tampon tels que les roches silicatées favorisant l’apparition du phénomène de drainage minier acide (DMA)
– des roches à important pouvoir tampon tels que les carbonates favorisant l’apparition de drainage minier alcalin.

Génération de drainage minier acide 

Depuis plusieurs années les études sur l’impact de l’activité minière ont été orientées vers les investigations sur les drainage miniers acides (DMA) (e.g. Webster et al., 1994 et CourtinNomade et al., 2005). Les DMA sont caractérisés par de très fortes concentrations en métaux lourds liées aux pH acides de ces eaux. Ce phénomène naturel est le résultat de la circulation des eaux à travers les composantes d’un site minier riche en sulfures métalliques notamment en sulfures de Fe. Il est produit lorsque les minéraux sulfurés sont exposés à l’eau et à l’air. L’oxydation qui survient, souvent accélérée par la présence de bactéries, produit des ions H+ qui acidifient l’eau et favorisent la mise en solution de divers éléments, dont les métaux.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Contexte et problématique
I. Contamination métallique issue de l’exploitation minière, dispersion des métaux, exposition humaine
I.1. Contamination métallique issue de l’exploitation minière
I.2. Dispersion des métaux
I.2.1. Influence du contexte lithologique sur la dispersion des métaux
I.2.1.1. Génération de drainage minier acide
I.2.1.2. Génération de drainage minier neutre ou alcalin
I.2.2. Influence du climat sur la dispersion des métaux
I.3. Exposition des populations à la contamination métallique
II. Spécificité de la province Maghrébine
II.1. La minéralisation
II.2. Le climat
III. Problématique scientifique dans le contexte spécifique de la Tunisie
III.1. L’Exploitation minière en Tunisie
III.2. Problématique scientifique et choix du site de Jebel Ressas
Chapitre II : Présentation du site d’étude
I. Description du site : géographie
II. Cadre climatique
II.1. Température
II.2. Vent
II.3. Précipitations
III. Contexte géologique
IV. Minéralisations et historique des travaux miniers
V. Description du site à son état actuel
Chapitre III : Caractérisation de la source de contamination: les déchets de laverie
I. Méthodologie
I.1. Echantillonnage des déchets
I.2. Préparation des échantillons
I.3. Mesure des paramètres physiques des déchets
I.4. Analyses chimiques
I.5. Analyses minéralogiques
II. Caractérisation physique des déchets de laverie
III. Composition chimique
IV. Composition minéralogique
IV.1. Composition minéralogique des déchets
IV.1.1. Phases porteuses de métaux dans le terril DI et DIII
IV.1.2. Phases porteuses de métaux dans le terril DII
IV.2. Composition minéralogique normative des déchets
IV.3. Caractérisation des croûtes à la surface des déchets
IV.3.1. Description des croûtes
IV.3.2. Composition minéralogique des croûtes
IV.3.3. Discussion
Chapitre IV : Transfert hydrique en solution de la contamination métallique
I. Introduction
II. Généralités
II.1. Production de drainage minier alcalin
II.2. Devenir des métaux passés en solution
II.3. Contrôle de la composition de la solution par les minéraux et effet de la salinité sur la concentration des ions en solution
III. Méthodologie
III.1. Mise en œuvre de la prédiction de la composition des solutions en interaction avec les déchets miniers
III.2. Conditions initiales à la modélisation
III.3. Scenarios modélisés
IV. Prédiction de la dynamique des métaux dans les eaux de drainage des déchets et dans les eaux naturelles
IV.1. Dynamique des métaux dans les eaux de drainage des terrils de déchets
IV.2. Dynamique des métaux dans les eaux naturelles loin des déchets : cas de l’augmentation de la salinité
V. Conclusion
Conclusion générale

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