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i CARACTERISTIQUE PHYSICO-CHIMIQUES ET CONCENTRATIONS EN METAUX LOURD DES DECHE

i CARACTERISTIQUE PHYSICO-CHIMIQUES ET CONCENTRATIONS EN METAUX LOURD DES DECHETS SOLIDE DES MINES DE CUIVRE À LUBUMBASHI : IMPLICATIONS POUR LE RISQUE DE POLLUTION ET RESTAURATION(cas de l’entreprise CHEMAF) REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE DE POLYTECHNIQUE Présenté par : KABULO KASONGO Serge TWITE LWANGU Hugo Dirigé par Professeur Ordinaire : Emmanuel LUKUMU Collaborateur : Ass Marc SANGWA Promotion : Master2 Procédé Industriel et Environnement ANNEE ACADEMIQUE : 2021 - 2022 DEPARTEMENT DE CHIMIE INDUSTRIELLE ii TABLE DES MATIERES LISTE DES FIGURES ............................................................................................................ iii LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... iv INTRODUCTION .................................................................................................................... 1 1.Echantillonnage, Materiel et methodes ............................................................................... 2 1.1. Géolocalisation ................................................................................................................ 2 1.2. Echantillonnage, conditionnement et codage .................................................................. 2 2.Zone d’étude .......................................................................................................................... 3 3. Caractéristiques physico-chimique &methode .................................................................. 4 3.1. Perte au feu (NORME NF 44- 041) ................................................................................. 4 3.2. PH .................................................................................................................................... 4 3.3. Conductivité électrique (CE) ........................................................................................... 5 3.4. Potentiel redox (Eh) ......................................................................................................... 5 3.5. TDS .................................................................................................................................. 5 3.6. Salinité ............................................................................................................................. 5 4.Concentration de métaux lourds .......................................................................................... 6 5. Degré de contamination et de pollution .............................................................................. 8 6. Discussion ............................................................................................................................ 10 Conclusion ............................................................................................................................... 11 Références bibliographique ................................................................................................... 12 ANNEXES ................................................................................................................................ A Annexe 1- échantillonnage dans la mine Etoile et en dehors sous les sols voisins ................... A iii LISTE DES FIGURES Figure 1-Vue du set de tarières utilisé pour le prélèvement des échantillons ........................... 2 Figure 2-image de la zone d’étude coupée de manière systématique ....................................... 3 figure 3-Mécanismes de transport possibles conduisant à la contamination et/ou accumulation des ressources par les ETM .......................................................................................... 6 Figure 4- facteur de contamination des sols par les métaux lourd ............................................ 9 Figure 5-Teneurs en ETM dans les résidus miniers(a)et dans les sols voisin (b) ................... 10 iv LISTE DES TABLEAUX Tableau 1-Identification et codage des échantillons ................................................................. 2 Tableau 2- Analyses physico-chimique des résidus miniers et de sols avoisinant .................. 5 Tableau 3-Résultats des analyses chimiques élémentaires ....................................................... 6 Tableau 4-Comparaison des résultats des ETM dans les résidus miniers et le sols avoisinant aux sols de référence ............................................................................................... 7 Tableau 5-resultat des facteurs et degré de contamination dans les sols par les metaux lourd . 9 1 Introduction 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. 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. A lubumbashi, 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. Ainsi, notre travail a porté sur la caractérisation de déchets de mine de cuivre de chemaf dans le but de détecter une éventuel contribution à la pollution question de mettre en place des mesures de restaurations. La méthodologie choisie a comporté, entre autres, les étapes suivantes :  Echantillonnage aux points indiqués ;  Analyses au laboratoire ;  Traitement des données et rédaction du rapport. Outre l’introduction et la conclusion, ce présent travail est subdivisé en 6 point : échantillonnage, zone d’études, caractéristiques physico-chimique, concentration en metaux lourd, et discussion des résultats 2 1.Echantillonnage, Materiel et methodes 1.1. Géolocalisation En vue de donner la position géographique de différents points d'échantillonnage, la géolocalisation a été effectuée à l'aide du Google Maps. 1.2. Echantillonnage, conditionnement et codage Le prélèvement d'échantillons a été réalisé à l'aide des tarières à main, à chaque point de prélèvement, 3 à 4 échantillons de 250 g ont été prélevés, mélangés et homogénéisés de manière à constituer un seul échantillon composite représentatif de déchets de mine. Au total 8 échantillons ont été prélevés à un intervalle de profondeur de 0 à 30 cm dont 4 échantillons dans la mine et 4 autres dans le quartier avoisinant la mine. Les coordonnées des points de prélèvements sont indiquées dans le tableau 1. Les échantillons de déchets de mine prélevés ont été séchés à l'air libre, broyés et tamisés à 2 mm. Une partie de la fraction inférieure à 2 mm a été ensuite broyée manuellement dans un mortier d'agate afin de la réduire en poudre (dizaine de micromètre) et d'homogénéiser la répartition des particules. Figure 1-Vue du set de tarières utilisé pour le prélèvement des échantillons Tableau 1-Identification et codage des échantillons Désignation Code Localisation Latitude longitude Mine1 M1 -11.613877 27.555785 Mine2 M2 -11.616673 27.557007 Mine3 M3 -11.620205 27.560188 Mine4 M4 -11.623001 27.561419 Luwoshi1 L1 -11.608510 27.560453 Luwoshi2 L2 -11.607508 27.557944 Luwoshi3 L3 -11606506 27.555435 Luwoshi4 L4 -11605504 27.552926 3 2.Zone d’étude Notre étude de caractérisation va de la mine Etoile où sont hébergé les déchets de mine de cuivre jusqu au quartier luwoshi situé à 7 km à l’Est de la ville de Lubumbashi, Province du HAUT-KATANGA, République Démocratique du Congo. La zone d’étude présentée sur la figure 1 est délimitée et subdivisé d’une manière systématique pour effectuer l’échantillonnage Légende Mine Etoile Quartier luwoshi Figure 2-image de la zone d’étude coupée de manière systématique M1 M2 M3 M4 L4 L3 L2 L1 4 Pour bien évaluer l’impact environnemental des déchets de mine de cuivre, il est nécessaire de comprendre les mécanismes physico-chimiques intervenant lors de leur contact avec un liquide. Le contact des déchets de mine 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 (LAKRIM, 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). 3.1. 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 550°C. La perte de masse par combustion correspond à la combustion de la matière organique. Perte au feu (%) = 100 × (m0 - m1) / m0. 3.2. 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 3. Caractéristiques physico-chimique &methode 5 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 pH-KCl, pH-eau. 3.3. 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. 3.4. Potentiel redox (Eh) Dans les systèmes aqueux, uploads/Geographie/ trslg-tp2.pdf