PROBLEMATIQUE DES TOURBES DANS L’EXPLOITATION DES MINERAUX LOURDS

INTRODUCTION 

La zone des Niayes a toujours été connue pour la fertilité de ses sols et l’accessibilité de la nappe phréatique qui favorisent le développement de l’activité maraîchère. Dans cette zone située au niveau de la grande côte sénégalaise, est concentré près de 80% de la production horticole qui assure l’approvisionnement de l’agglomération de Dakar en produits frais. Par ailleurs, depuis les années 80, les Niayes ont révélé d’autres potentiels économiques avec la découverte des tourbières. Cette découverte a été facilitée par l’évolution du climat caractérisée par un déficit pluviométrique de plus en plus accentué aboutissant à l’autocombustion des tourbes. Ainsi l’exploitation de ces tourbes aurait permis de résoudre principalement deux problèmes économiques que sont :  La réduction du poids de la « facture pétrolière », devenu de plus en plus difficile à supporter par l’économie sénégalaise, en substituant partiellement la tourbe aux combustibles importés pour la production d’énergie électrique.  Enrayer la déforestation et la désertification croissante du pays, en remplaçant le bois et charbon de bois actuellement largement utilisés dans les foyers domestiques. En outre on envisageait d’utiliser la tourbe comme amendement organique pour les sols. Pour des raisons environnementales et économiques, ce projet fut abandonné. D’autre part, dans cette grande côte sénégalaise a été connu depuis 1948 un important gisement de minéraux lourds (ilménite, zircon, leucoxéne, rutile) par la société franco-australienne (Grande Côte Opération). Ce gisement fait partie de ceux à faible teneur dont l’exploitation dépend d’une maîtrise des méthodes, de la connaissance des contraintes pouvant survenir et du contrôle de celles-ci. Ces minéraux sont exploités par GCO depuis 2014. Cependant, la coexistence entre ces deux ressources (tourbes et minéraux lourds) n’est pas sans conséquences néfastes. En effet la plupart des occurrences de tourbes se trouvent être recouvertes par les sables minéralisés et empêchent le bon déroulement du dragage, méthode par laquelle les minéraux lourds sont exploités. Ces problèmes causent d’importants préjudices à l’entreprise en impactant sur la quantité de produits escomptés. C’est dans ce contexte que la Grande Côte Opération et l’Institut des Sciences de la Terre nous ont proposé de travailler sur le sujet suivant : « Problématique des tourbes dans l’exploitation des minéraux lourds de la grande Côte : Modélisation des occurrences tourbeuses.

PROBLEMATIQUE: 

La technique de dragage est utilisée pour l’exploitation des sables titanifères de la grande côte. Le sable minéralisé est extrait par aspiration et traité sans entrants chimiques dans le préconcentrateur conventionnel flottant à spirale, un concentrateur humide et une usine de séparation des minéraux lourds. A cette effet GCO, a mis en marche une drague unique au monde à bien des égards avec débit de pompage de 28000 m3 /h (soit 7000 T/h). L’ensemble drague pré-concentrateur flotte sur un étang d’eau artificielle de mètres de long et 250m de large avec une profondeur de 6 mètres. Cet étang est creusé dans l’aquifère superficiel et se déplace suivant un chemin de dragage prédéfini par extraction en aval et dépôt des sables en amont. Forte de cet investissement, la GCO s’est fixée un objectif d’exploitation du gisement de sables titanifères de la grande côte estimé en moyenne à 50 millions de tonnes de sables par an à teneur de 2% sur une durée de 25 à 30 ans soit une production annuelle d’environ 575 000 tonnes d’ilménite, 85 000 tonnes de zircon et 16 000 tonnes de rutile et de leucoxène. Le Sénégal deviendrait ainsi le 3éme producteur mondial de minéraux lourds tels que le zircon et l’ilménite. Cependant, l’atteinte de ces objectifs est menacée par plusieurs facteurs intervenus au cours de l’exploitation et qui s’avéraient jusque-là inconnus.  Un retard accusé par rapport à la période prévue pour le démarrage de l’exploitation des minéraux.  La baisse du prix des minéraux lourds qui coïncide avec le début l’exploitation.  La présence des occurrences tourbeuses. A l’état actuel des choses, l’opération technique de dragage des sables minéralisés est souvent confrontée à des problèmes liés à la présence des dépôts de tourbes et des matériaux argileux. La tourbe est la contrainte majeure agissant sur la production car elle peut d’une part entraver le fonctionnement de la drague et ainsi entrainant de longues heures d’arrêt de maintenance et d’autre part, réduire le débit de pompage du sable minéralisé. Ces arrêts de même que la diminution de la cadence d’exploitation réduisent considérablement la production. Ce mémoire comporte trois parties :  La première partie fera l’objet d’une présentation de la synthèse bibliographique de la géologie de la grande côte Sénégalaise en mettant l’accent sur la formation des tourbes et d’une présentation des différents circuits de l’exploitation des minéraux lourds.  La deuxième partie sera consacrée à la description et la classification des tourbes de notre secteur d’étude, de leurs impacts sur le processus d’exploitation.  La troisième partie concernera la modélisation des niveaux tourbeux.

Les sables littoraux blancs

C’est une unité généralisée formée d’anciens sables marins blancs issus d’une régression marine (figure 4); ces sables sont souvent très propres à grains arrondis et bien émoussés témoignant d’un mode de transport par l’eau. Cette unité contient la nappe des Niayes et sert de soubassement aux deux autres unités ci-dessous mentionnées. Ces sables sont généralement fins à moyens dans la partie supérieure de cette unité et grossiers en profondeur. Quand ils sont fins, on peut y rencontrer des silts avec généralement des teneurs de minéraux lourds relativement élevées. Ils montrent également par endroit dans la partie nord du prospect de Diogo des coquilles d’animaux aquatiques témoignant (figure 3) de l’origine marine de ces sables. Figure 3 : sable avec la présence de coquilles 

 Les dunes rouges Ogoliennes ou continentales 

La mise en place de cet ensemble dunaire (figure 4) s’est faite lors de l’épisode aride située entre la transgression de l’Inchirien supérieur (31000 ans BP) et celle du Tchadien (5500 ans BP). Cette phase aride est désignée sous le nom « d’ogolien » (P.Elourd 1959). Les ensembles dunaires qui ont recouvert l’Ouest de la Mauritanie et du Sénégal pendant cette période de régression maritime, sont appelées « dunes Ogoliennes ». Ce sont de très longs alignements dunaires de direction variable NNE-SSW et NNW-SSE dans certains secteurs du littoral nord sénégalais. Ce système dunaire très étendu, porte une végétation relativement pauvre sur un relief peu accusé. Il a subi localement des ravinements et son orientation est confuse. Elles bordent à l’Est le système dunaire minéralisé et sont formées de sables généralement fins d’origine éolienne. Des silts et dans une moindre mesure des argiles sont parfois rencontrées dans ces sables mais dans des proportions négligeables. Du littoral vers l’intérieur des terres, on distingue la juxtaposition de deux unités morphologiques différentes par l’altitude, l’importance du système crête-couloirs, l’orientation et le couvert végétal.  Vers l’intérieur, les dunes Ogoliennes sont arasées, cependant, l’alignement originel de direction NE est encore observable malgré le colmatage des inter-dunes ;  Le long du littoral, les dunes Ogoliennes ont été remaniées au cours de la phase humide du Tchadien. Les dunes présentent un modelé particulièrement complexe caractérisé par : – Des altitudes relativement importantes, dans certaines zones (plus de 20m dans les secteurs de Mboro et de Diogo) ; – Des couloirs inter-dunaires aux contours digités, souvent serrés et réticulés autour de dunes paraboliques et qui peuvent aboutir à des sortes de chenaux fluviatiles qui n’atteignent guère le rivage ; – Des alignements dunaires très irréguliers, orientés dans les directions allant de NW et NNE à des directions franchement E. Ces caractéristiques topographiques de l’Ogolien remanié participent aux conditions multiples qui ont déterminé l’installation des tourbières. 1.3.3 Les dunes éoliennes Elles sont constituées de sables jaunes, orange ou crémeux (gris blancs) plus récents (figure 4). A travers ce système dunaire, on observe d’Ouest en Est une gradation de l’intensité de la couleur de ces sables en fonction de l’âge et de l’intensité de l’oxydation de certains minéraux du cortège minéral présent dans ces sables. Ainsi on distingue :  A l’Ouest du permis, vers la plage, on observe des dunes généralement basses constituées de sables gris blancs (ou crémeux) constituant la première phase du processus de remobilisation des sables blancs du soubassement par le vent.  En allant vers l’Est, ces sables crémeux s’estompent et font place à des sables jaunes qui constituent plus de 50% de l’unité supérieure éolienne avec des collines au relief devenant plus prononcé.  Enfin plus à l’Est jusqu’à la bordure orientale du gisement où les dunes atteignent leur point culminant, on rencontre en plus de ces sables jaunes, des sables oranges souvent en contact avec les sables rouges de l’unité des dunes continentales qui bordent à l’Est le système dunaire minéralisé. Par endroit, en l’absence de ces dunes continentales, le système dunaire minéralisé est directement bordé par les Niayes. En dehors de ces trois unités géologiques majeures, quelques niveaux lenticulaires de tourbes sont parfois signalés dans les sables littoraux blancs. Cette tourbe constitue un bon marqueur des dépressions actuelles ou anciennes aujourd’hui enfouies sous les dunes de sables. Figure 4 : Représentation schématique des dunes et de la minéralisation 

PRESENTATION DU PROJET 

Grande côte opération est une entreprise industrielle implantée au Sénégal et spécialisée dans l’exploitation de minéraux lourds tels que le zircon l’ilménite le rutile et la leucoxéne. D’une durée de 15 à potentiellement 30ans et d’un coût d’environ 580 millions de dollars. MDL coactionnaire de GCO S.A. aux côtés du groupe minier et industriel Français ERAMET et de l’état du Sénégal, a acquis une grande expérience de ce type d’opération puisqu’ayant eu à exploiter des mines similaires en Australie dans le plus grand respect des normes environnementaux internationales. Les partenaires du projet depuis 2011 sont le consortium TiZir qui possède 90% des actions et le gouvernement du Sénégal détenant 10%. Le consortium TiZir est constitué par la société française ERAMET.SA avec 50% des actions et de la société Australienne MDL avec également 50% (figure 5). Figure 5 : schéma de la structuration de l’entreprise 2.1 Délimitation du permis Le périmètre de la concession minière de grande côte opération est délimité par les points de coordonnées UTM, Système WGS84 suivant (figure 6): Figure 6 : Limites de la zone du permis de recherche 

 Les installations du projet 

  Un étang minier sur lequel opère une drague  Une usine de concentration humide flottante  Une usine de séparation des minerais MSP  Un chemin de fer  Des infrastructures de stockage et de chargement des minerais au port de Dakar  Une centrale électrique de 36 Mwatt  Une base de vie 

 Les minéraux lourds

 Comme leur nom l’indique, les minéraux lourds sont des minéraux dont la densité est supérieure à 2,87. Cette valeur correspond à la densité du bromoforme utilisé comme liqueur de référence dans lequel flotte les substances plus légers et plongent les minéraux de densité plus élevée dites minéraux lourds. Ces substances minérales sont très prisées dans le marché actuel de l’industrie grâce à leurs propriétés physico-chimiques spécifiques. 

Mode de formation

Ces minéraux lourds (ilménites, zircon, leucoxéne et rutile) sont des placers marins qui résultent du cycle sédimento-genèse (altération, transport et sédimentation). La roche mère étant une roche éruptive du miocène et du quaternaire qui sont, dans le contexte de la grande côte sénégalaise des basaltes et dolérites. Pendant des millions d’année, ces roches éruptives et métamorphiques ont été altérées et érodées et les grains de quartz et autres minéraux dans la roche, y compris le rutile l’ilménite le zircon et la monazite ont été lessivés par les fortes pluies et les eaux vives des ruisseaux puis entrainées vers la mer. Les minéraux lourds sont ensuite ramenés sur la plage par les vagues. Étant donné que les vagues déferlent de haut en bas sur la plage, elles ont ramené les grains de quartz plus légers vers la mer et déposé les minéraux lourds. La plupart de ces minéraux arrivent sur la côte bien arrondis et petits sous forme de sables lourds. Les dépôts les plus anciens sont plus riches en zircon (Jébrak & Marcoux 2008). Le vent a également contribué à la concentration des minéraux lourds en soufflant le sable de quartz plus léger. Ce processus s’est répété durant des milliers d’années, créant un grand dépôt de sable minéralisés sur la plage. Comme le niveau de la mer connaissait des fluctuations à cette période, le littoral se déplaçait plus loin sur la terre (chaque transgression correspondait à un dépôt d’une couche de minéraux lourds) avant de revenir (régression). Par conséquent, les dépôts de minéraux lourds ont été couverts par plus de sable puis érodés et redéposés ailleurs par le vent. La grande partie des ressources mondiales en titane et zircon proviennent de concentrations en minéraux lourds des placers marins. C’est d’ailleurs des placers d’Australie et autres lieux de l’hémisphère sud, que provient la plus grande part des minerais d’ilménite. Le sable de l’ilménite est récupéré par le dragage et le traitement des dépôts alluviaux. 

Mode de gisement 

Les placers côtiers sont des corps stratiformes lenticulaires formés par la concentration mécanique de minéraux plus denses. Ils sont retrouvés dans les baies à l’abri des courants et du vent sous forme de lentilles allongées parallèles au rivage. Le retrait partiel de la mer permet une accumulation des éléments grossiers en haut de la plage. Les remaniements des sédiments qui permettent une telle accumulation de minéraux lourds sont observés dans les estrans grâce à l’action des vagues ainsi que dans les cordons dunaires créés par la force du vent (Jebrak & Marcoux 2008).