Evaluation de la qualité des eaux de ruissellement dans la mine abandonnée de Kettara (Maroc) HAKKOU Rachid 1, BENZAAZOUA Mostafa 2 et BUSSIÈRE Bruno 2 1- Equipe de Chimie des Matériaux et de l Environnement & Centre de Recherche sur l'eau en Milieu Aride et Semi-Aride (CREMAS) - Faculté des Sciences et Techniques Marrakech. B. P. 549 / 40000 Marrakech. E-mail : rhakkou@fstgmarrakech.ac.ma; 2- Université du Québec en Abitibi Témiscaminque, Chaire industrielle en Environnement et Gestion des Résidus Miniers, 445 Boul. de l Université, Rouyn-Noranda, Québec, Canada J9X 5E4. E-mail : Mostafa.Benzaazoua@uqat.ca; Bruno.Bussiere@uqat.ca Résumé Au sein du site minier abandonné de Kettara, de grandes masses de rejets riches en sulfures, qui libèrent en s oxydant des eaux acides fortement chargées en métaux, ont été laissées en surface. Des expériences de lessivage, au laboratoire, de ces rejets étant réalisées auparavant, le but de cette étude est de comparer les résultats de la chimie des eaux de percolation obtenus par rapport à ceux obtenus in situ. Pour ce faire, des prélèvements d eaux de ruissellement, après une période pluvieuse, ont été réalisés. Ces eaux ont été caractérisées d un point de vue physico-chimique. Les résultats obtenus ont montré que les eaux de ruissellement de Kettara sont acides (ph<3) et contaminées par des substances polluantes. Il s agit notamment des sulfates (8000 à 45000 mg/l), d aluminium (730 à 4170 mg/l), de magnésium (940 à 5700 mg/l) et des métaux lourds dont les concentrations peuvent atteindre 205 mg/l pour le cuivre, 82 mg/l pour le zinc et 24 mg/l pour le cobalt. Ces concentrations sont identiques et parfois supérieures à celles obtenues pour les eaux de rinçage en cellules humides. Par ailleurs, les études effectuées ont mis en évidence deux origines principales de la pollution : le drainage minier acide et la dissolution, lors d un événement pluvial, des phases minérales secondaires. Cette pollution est importante et elle a tendance à s accentuer avec le temps. Mots-clès: Qualité de l eau, drainage minier acide, Kettara, Maroc I. INTRODUCTION 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 sur le niveau des nappes phréatiques, etc. La mine de Kettara, située à 30 Km au Nord Ouest de Marrakech, en est un exemple. Il a été estimé que durant la période de l activité minière d extraction de pyrrhotine (1965-1982), la mine de Kettara avait produit environ 3Mt de résidus miniers et de stériles riches en sulfures, déposés sur une superficie d environ 16 ha (Hakkou et al., 2005). Ces différents produits stockés initialement à l état humide reçoivent aussi des apports en pluies. Les phénomènes de formation du drainage minier acide (DMA) s enclenchent alors par suintement ou ruissellement sur le lieu de stockage (cf. Fig. 1). Ce DMA pourrait être une source de pollution des eaux souterraines et de surface. Il pourrait avoir aussi un impact environnemental sur le village riverain (cf. Fig.2), la faune et la flore. Le DMA a causé une nuisance paysagère qui se reflète par les dépôts de couleur rouille. Fig.1. Eaux de ruissellement à la mine de Kettara 1
Fig. 2. Mine de Kettara : plan d ensemble Au laboratoire, les essais cinétiques pendant plus de 378 jours, en cellules humides qui simulent les conditions de terrain, ont montré que les eaux de percolation présentent au cours du temps un ph acide qui varie entre 2,9 à 4,2. La quantité de sulfates et de fer libérés, par le résidu et le stérile, est très importante (resp. 90 à 9406 mg/l et 1 à 1440 mg/l) témoignant d une forte réactivité des sulfures de fer et de l absence de minéraux neutralisants (principalement la pyrrhotite et la pyrite). Parmi les métaux lourds, se sont le cuivre et le zinc qui sont en concentration la plus élevée (Hakkou et al., 2005). Afin de comparer les caractéristiques physico-chimiques des effluents du drainage minier, obtenues à l échelle du laboratoire, des prélèvements d eaux de ruissellement ont été réalisés après une période pluvieuse (le 25-01-2006). Ces eaux ont été caractérisées d un point de vue physico-chimique. II. METHODOLOGIE Trois prélèvements (Fig. 3) ont été effectués dans différentes fosses recueillant une part importante des eaux de drainage. ER1 correspond aux eaux de ruissellement issues du parc à résidu. ER2 et ER3 sont issus des eaux de ruissellement à travers les stériles. Sur chaque prélèvement ont été effectuées, après filtration à l aide d un filtre 0,45 µm d acétate de cellulose, les analyses suivantes selon les méthodes classiques d analyse des eaux usées : conductivité (CND), ph, potentiel redox (Eh), SO 4, Na, K, Ca, Mg, Al, Mn, Fe, Si, Cu, Zn, Co, Ni, Cd et Cr. Fig. 3 : Situation des points de prélèvement des eaux de ruissellement 2
III. RESULTATS Les résultats des analyses physico-chimiques des eaux de ruissellement de la mine de Kettara sont rassemblés dans le tableau 1. L examen du tableau montre que les réactions d'oxydation des sulfures sont à l'origine de l acidification des eaux de ruissellement. Comme dans le cas des eaux de percolation en cellules humides, les eaux de ruissellement ont un ph acide (<3). Cette acidité favorise l attaque des minéraux, contenus dans les rejets, avec mise en solution des contaminants. Le Eh présente des valeurs variant entre 640 et 730 mv/enh témoignant d'un milieu oxydant favorable à l'oxydation des sulfures. D une manière générale, les eaux de ruissellement à Kettara sont fortement sulfatées et ont une salinité très élevée se traduisant par une conductivité très élevée. La production de DMA, en plus de la baisse du ph, entraîne inévitablement la lixiviation de divers métaux et des concentrations élevées en sulfates. Tableau 1. Qualité physico-chimique des eaux de ruissellement dans la mine de Kettara Paramètre ER1 ER2 ER3 ph 2,39 2,70 2,56 Eh, mv/enh 730 640 680 Conductivité, µs/cm 6670 21000 9120 SO 2-, 4 mg/l 8000 45000 16500 Fe, mg/l 121 143 251 Na +, mg/l 1,4 4,2 4,2 K +, mg/l 0,5 0,5 0,5 Ca 2+, mg/l 89 561 222 Mg 2+, mg/l 942 5709 1769 Al 3 +, mg/l 730 4169 1164 Mn, mg/l 31 227 84 Si, mg/l 6,8 45 18 Cu, mg/l 75 205 66 Zn, mg/l 12 82 34 Co, mg/l 3,2 24 7,8 Ni, mg/l 0,5 2,2 0,9 Cd, mg/l 0 0,1 0,1 Cr, mg/l 0,2 0,3 0,2 La composition chimique des eaux de ruissellement du parc à résidus (ER1) est quasi identique à celle obtenue lors des essais cinétiques au laboratoire. Les fortes concentrations de SO4, d Al et de Mg observées dans le cas des eaux de ruissellement, à proximité des stériles (ER2 et ER3), s expliqueraient par la dissolution des minéraux contenus initialement dans les rejets miniers et des phases minérales secondaires solubles formées suite au DMA. Dans le cas de ER2, la concentration en sulfates, qui proviendraient essentiellement de l oxydation des sulfures et de la dissolution des précipités secondaires, peut atteindre 45 g/l. Durant les périodes sèches, un précipité blanc se forme dans cette fosse. Il s agit de l halotrichite (FeAl 2 (SO 4 ) 4.22H 2 O), la starkeyite (MgSO 4.4H 2 O). Dans ce précipité, la concentration en cuivre peut atteindre 1,3%, celle du zinc 0,08 % et 3
celle du cobalt 750 ppm (Hakkou et al., 2006). Quant au Ca, il proviendrait de la dissolution du gypse (CaSO 4.2H 2 O) qui présente des concentrations plus ou moins élevées (0,57 à 7%) dans les stériles de Kettara. Ce minéral pourrait être à la fois primaire et secondaire. Les précipités secondaires constituent des réserves temporaires de métaux et d acidité (Alpers et al., 1994). Ils peuvent se dissoudre en période pluvieuse. Les polluants métalliques et les sulfates sont alors libérés et l acidité de l eau augmente. Le stockage et la production de l acidité par ces mécanismes peuvent être à l origine de la continuité du drainage acide même après l arrêt de l oxydation des sulfures. La présence de silice, dans les eaux de ruissellement, ainsi que des cations comme Na, K à des teneurs plus ou moins faibles renseignent sur une dissolution faible des silicates solubles. L étude minéralogique (Hakkou et al., 2005) des résidus et des stériles de Kettara, a montré que l Al est lié à la chlorite-serpentine ((Mg, Al) 6 (Si, Al) 4 O 10 (OH) 8 ), à la muscovite (KAl 2. 20 (Si 3 Al) 0.975 O 10 ((OH) 1.72 O 0.28 ) et à l albite (NaAlSi 3 O 8 ) ; le Si lié la chlorite, à la muscovite, à l albite et au talc (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ) ; le Na est lié à l albite et le K est lié à la muscovite. D après kwong, J (1993) qui donne la réactivité relative des groupes des minéraux à ph5, la solubilité des principaux minéraux contenus dans le résidu de Kettara peut être classée dans l ordre décroissant suivant: talc, chlorite (moyennement soluble) < albite (peu soluble) < muscovite (très peu soluble). Ceci justifie les faibles teneurs observées dans la solution pour le Na et le K car ils sont associés à des minéraux peu ou très peu solubles (respectivement l albite et la muscovite). Parmi les métaux lourds, se sont le cuivre, le zinc et le cobalt qui sont en concentrations élevées. Les concentrations en cuivre qui proviendrait de la dissolution de la chalcopyrite et en zinc qui se trouve sous forme de sphalérite peuvent atteindre respectivement 205 mg/l et 82 mg/l. Quant au cobalt, qui pourrait provenir de la pyrrhotite qui serait cobaltifère, sa concentration dans les eaux de ruissellement peut atteindre 24 mg/l. IV. CONCLUSION Les résultats obtenus ont montré que les eaux de ruissellement, de l ancienne mine de pyrrhotine de Kettara, sont acides (ph<3) et contaminées par des substances polluantes. Il s agit notamment des sulfates (8000 à 45000 mg/l), aluminium (730 à 4170 mg/l), magnésium (940 à 5700 mg/l), et les métaux lourds dont les concentrations peuvent atteindre 205 mg/l pour le cuivre, 82 mg/l pour le zinc et 24 mg/l pour le cobalt. Ces concentrations sont soit identiques ou bien supérieures à celles obtenues pour les eaux de rinçage en cellules humides. Les origines de la pollution des eaux sont le drainage minier acide et la dissolution, lors d un événement pluvial, des phases minérales secondaires. Afin de réduire l'extension et la gravité des impacts du DMA sur les eaux de surface et souterraines, des efforts importants doivent être consentis afin de développer des méthodes de restauration efficaces et économiques. En tenant compte du climat semi-aride de la région, l utilisation de barrières sèches constitue une technique envisageable. Une autre solution, en cours d étude, est la stabilisation des rejets miniers de Kettara par les stériles riches en calcaire issus de l extraction des phosphates. Il s agit de valoriser un rejet industriel pour en réhabiliter un autre. REFERENCES Alpers, C. N., Blowes, D. W., Nordstrom, D. K., Jambor, J. L. 1994. Secondary minerals and acid-mine water chemistry. In Short Course Handbook on Environmental Geochemistry of Sulfide Mine Wastes, Waterloo, Ontario, May 1994. Mineralogical Association of Canada. p. 247-270. 4
Kwong, Y.T.J., 1993, Prediction and prevention of acid rock drainage from a geological and mineralogical perspective, MEND Report 1.32.1 CANMET, Ottawa, 47 p. Hakkou R., Benzaazoua M. and Bussière B., 2005, Environmental characterization of the abandoned Kettara mines wastes (Morocco). Post Mining Symposia, Nancy (France), GISOS, 16-18 November 2005 Hakkou R., Benzaazoua M. et Bussière B., 2006, Minéralogie secondaire associée au drainage minier acide du site abandonné de Kettara. 1 er Congrès International Mines : Exploration, Exploitation et impact Environnemental (M3E). 14-15 Avril 2006, Bouznika (Maroc) Remerciements Les auteurs tiennent à remercier la société REMINEX-Centre de Recherche (Managem-groupe ONA), pour la réalisation des analyses ICP-AES. 5