CARACTERISATION GEOLOGIQUE DES CALCAIRES DU GISEMENT DE BANDIA

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GENERALITES SUR LE PALEOCENE

Aperçu sur les travaux antérieurs

La carte géologique de la presqu’île du Cap Vert montre une zone où prédomine le calcaire paléocène. (Figure 4).
Cette zone a une extension Nord-Sud et a fait l’objet de plusieurs campagnes de prospection, de reconnaissance, d’évaluation de réserves ou tout simplement d’études géologiques.
La première fut celle de RIGO (1974).Une étude géologique systématique a été effectuée avec une bonne évaluation des réserves et l’établissement d’un plan d’exploitation rationnel. Les résultats de cette campagne constituent un document de référence pour toutes les campagnes ultérieures.
La mission de KLOCKNER INDUSTRIE-ANLAGEN GMBH (1979) s´est focalisée sur la recherche de substances utiles pour un projet de cimenterie à POUT.
L’étude menée par PEZERIL (1976) pour le compte de la Direction des Mines et de la Géologie a porté sur la prospection des calcaires de Pout pour le Projet CAFEC.
D’une façon générale, ces études ont prouvé que le Paléocène renferme des gisements de roches calcaires relativement importants. D’après les estimations de PEZERIL (1976), la zone couverte par les forages contient 84 millions de tonnes de calcaires hautement titrés (plus de 97 % de CaCO3, tableau I).

Stratigraphie des formations du Paléocène

Sur le flanc du massif de Ndiass, le Paléocène affleure essentiellement sous forme de calcaires zoogénes. En profondeur, les calcaires zoogénes reposent directement sur les marno-calcaires de Ndéyane.
En certains points, comme par exemple sur la rive à l´Est du lac Tanma, les calcaires reposent sans transition sur les grès du Maastrichtien. La puissance des formations calcaires paléocènes des bordures du massif de Ndiass varie entre 80 m et 40 m. Cependant, à l`approche du horst, elle diminue rapidement.

Extension des formations du Paléocène

De part et d’autre du massif de Ndiass, les calcaires du Paléocène se limitent à deux compartiments structuraux orientés Nord-Sud. Ces compartiments sont les retombées faillées de l’anticlinal primitif recouvert de façon inégale par les argiles et marnes de l’Eocène Inférieur. A l’Ouest, dans le compartiment de Sébikotane, par suite d’un affaissement relatif plus important, les calcaires du Paléocène sont totalement recouverts par les formations de l’Eocène inférieur. Ils n’apparaissent que très localement à Panthior à la faveur d’une faille. A l’Est, le compartiment de Pout qui a subi par rapport au horst de Ndiass un décrochement (une faille horizontale) de moins grand rejet que celui de Sébikotane, voit affleurer le Paléocène sous son faciès calcaire zoogène depuis Mbour au Sud, jusqu’au village de Fouloume au Nord, localité au-delà de laquelle, il est couvert par les marnes de l’Eocène. Le tableau I présente les caractéristiques géochimiques des calcaires du Paléocène. (Documents SOCOCIM).

CARACTERISATION GEOLOGIQUE ET GEOCHIMIQUE DES CALCAIRES DE LA CARRIERE DE BANDIA

Il s´agit d´étudier les variations géologiques, géométriques et géochimiques des faciès exploitables de la carrière de roches calcaires de Bandia de la SOCOCIM-INDUSTRIES.
Les méthodes utilisées pour mener à bien cette étude consistent en une synthèse des travaux réalisés, en s´appuyant sur les données de sondages disponibles, avec leurs positions, leurs profondeurs et à l´interprétation des analyses chimiques.

CARACTERISATION GEOLOGIQUE DES CALCAIRES DU GISEMENT DE BANDIA

Travaux de terrain

La carrière de Bandia est localisée dans la région de Thiès. Elle s’étend sur 122 ha (dont 32 ha actuellement en exploitation et 90 ha d´extension pour la SOCOCIM-INDUSTRIES).
Des sondages ont été réalisés sur le palier inférieur de Bandia en 2006. (Tableau IV) 21 sondages carottés de 20 m de profondeur, avec une maille de 400 m ×265 m (figure 8), numérotés BANDIA-1 à BANDIA-21 ont été réalisés en Avril et Mai 2000 sur l´extension de 300 ha de la carrière de roches calcaires de Bandia par la SASIF. L´engin utilisé est une sondeuse TRH 2000. Un échantillonnage des 21 sondages a été réalisé à partir d´Octobre 2000 et les analyses ont été effectuées au laboratoire de la SOCOCIM-INDUSTRIES.
Deux campagnes de sondages électriques ont été effectuées sur les concessions accordées et les extensions demandées de SOCOCIM et SODEVIT durant la période du 29 avril au 9 mai, et du 3 au 6 juin 2003 (figure 9).
L’appareil utilisé est un résistivimètre de type SYSCAL R1 PLUS SWITCH associé à un système de 48 électrodes espacées de 5 m les unes des autres. Un sondage ou panneau électrique permet de prospecter le sous-sol sur une longueur de 235 m et une profondeur maximum d’environ 40 m. (NOAILY C., 2003).
Les objectifs de la campagne de prospection géophysique étaient les suivants :
-vérification de la nature du sous-sol sur la zone accordée et les extensions demandées,
-reconnaissance de zones d’extension possibles à l’Ouest et au Sud (forêt classée).
Ces sondages sont illustrés par la carte de la figure 8.
La base de données obtenue à partir de ces sondages se situe en annexe II. Tous les échantillons ont été par la suite soumis à des analyses chimiques et géochimiques. Ces sondages et analyses constituent la base des données qui nous a permis d´effectuer la caractérisation géologique des calcaires de la carrière de Bandia.

Présentation des résultats de sondages électriques :

Nous avons choisi ces deux lignes parce que la ligne 10 étant à proximité du sondage carotté BD12, et la ligne 11 se trouve dans la concession des 32 ha actuellement en exploitation (figures 9 et 10). Ces sondages confirment la présence dans le gisement d´argiles, de calcaires de différents faciès et de marnes.
Ainsi, les formations dont la résistivité est inférieure ou égale à 25 ohm.m constituent les argiles. Les valeurs de résistivité comprises entre 25 et 100 ohm.m correspondent au recouvrement sablo-argileux et aux marnes.
Les calcaires crayeux ont des résistivités comprises entre 100 et 300 ohm.m; alors que les calcaires coquillers ont des résistivités comprises entre 700 et 900 ohm.m.
Les figures 9 et 10 montrent les profils de résistivité des lignes 10 et 11. Les autres profils réalisés dans la zone sont classés en annexe III.
Ces profils montrent aussi que les calcaires atteignent 40 m de puissance. Et d´après les études antérieures, le niveau de la nappe est à 30 parfois 35 m de profondeur. Ce qui oblige l´exploitant de s´arrêter à 25 m. Les panneaux électriques 9 et 10 (classés en annexe III) montrent une épaisseur de calcaires plus régulière mais le recouvrement est rarement inférieur à 10 m d’épaisseur.
Le sondage carotté BD12, proche de la ligne 10, confirme ces résultats : les calcaires apparaissent vers 10,50 m après une alternance de sables argileux, de marnes sableuses et de marnes brunes. Les sondages carottés BD3 et BD13, également proches, donnent une épaisseur de recouvrement variant entre 7,60 et 15 m.
L’analyse chimique des échantillons prélevés dans ces sondages apportent les mêmes renseignements : les niveaux sous-saturés (sablo-argileux) ont entre 8 et 16 m d’épaisseur.
Nous avons essayé de superposer le sondage carotté BD12 et le profil de résistivité de la ligne 10 qui sont proches. La figure 11 confirme avec une légère marge d´erreur, la stratigraphie et la lithologie de cette carrière :

Présentation de quelques coupes

L´objectif était de vérifier la stratigraphie et la lithologie de la carrière de Bandia. Nous avons levé des coupes sur les paliers inférieur et supérieur suivant diverses directions. Ces coupes nous permettrons de mieux connaitre la nature des couches, ensuite déceler quelques microfailles et discontinuités tout au long des fronts.
La corrélation des coupes est donnée par la figure 12, alors que le tableau V montre la position des calcaires.

Etude des variations latérales des différentes épaisseurs des facies

Quatre types de faciès ont été mis en évidence : la terre noire, le mélange argile-latérite, les calcaires, et les marnes). Les variations brusques d´épaisseurs sont liées à la présence de failles verticales.
Nous avons réalisé des cartes isopaques des différentes couches pour avoir un aperçu des épaisseurs et leur distribution dans le gisement. Et pour cela, nous avons exploité les données des sondages carottés qui se sont arrêtés à 20 m.

Epaisseur du recouvrement sablo-argileux

Le gisement de Bandia présente un important recouvrement. La valeur moyenne du recouvrement sablo-argileux communément appelé terre noire est de 6,5 m. Néanmoins, le recouvrement est de 2,5 m vers l´Est au centre de la concession extension de 90 ha ; mais, il atteint 14 m vers l´Ouest. Cette variation est bien illustrée sur la figure 14.

Epaisseur des calcaires

Les calcaires constituent le faciès recherché car ils constituent actuellement environ 20% du cru de cimenterie à la SOCOCIM-INDUSTRIES. Ces calcaires sont karstifiés au niveau supérieur et par endroits remplis de sables-argileux. Ils ont une épaisseur moyenne de 12,5 m selon les sondages carottés. Les calcaires sont importants au centre des 90 ha et vers l´Est du gisement, atteignant parfois 15 m de puissance.
La visite des autres carrières situées à l´Est nous a permis de constater que les calcaires sont subaffleurants dans cette zone, avec un faible recouvrement. Les fronts de taille montrent des calcaires francs.
Le rapport stérile / calcaire avoisine les 48,5 % en considérant une profondeur de 20 m.

Epaisseurs de marnes

Elles sont le plus souvent intercalées entre les calcaires et se présentent sous forme de lits à faibles épaisseurs. Les marnes ont une épaisseur moyenne de 3,5 m ; et l´épaisseur maximum atteint 5 m vers l´Est, à cheval entre les 90 ha et les 32 ha vers l´Est. La plus faible épaisseur est constatée au Nord-Ouest du gisement. La figure 16 montre cette variation.

Etude des oxydes et leur répartition dans le gisement

Distribution latérale des oxydes majeurs

L’étude a été menée sur les 21 sondages de prospection qui ont atteint les 20m. Les échantillons prélevés dans l’ensemble de ces sondages ont fait l’objet d’analyses chimiques. Chaque analyse donne une indication sur les titres en CaCO₃, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, la perte au feu (PF) ainsi que sur les valeurs de certains paramètres cimentiers comme LSF, MS et A/F. Les résultats des analyses sont consignés en annexe II.
L’exploitation des résultats d´analyses chimiques et des cartes isovaleurs permet de révéler la distribution des oxydes de la matière première dans le gisement. Les données ayant permis l’établissement de ces cartes sont classées en annexe II.
L’étude est basée sur cinq oxydes essentiels :
-La silice (SiO2) :
Elle provient essentiellement des accidents siliceux ou des passées sableuses. C’est un élément très important, surtout lors de la cuisson. A une certaine proportion, la silice fond et provoque un phénomène de colmatage dans le four. La teneur idéale en silice du clinker (ciment semi-fini) tourne autour de 21 %. Cela correspond à l’entrée du four à une teneur idéale dans le cru (matière mélangée) de 12,5 % et un maximum de 13 %.
La figure 24 montre des teneurs fortes allant jusqu´à 42 % vers l´Ouest du gisement. La plus faible teneur (3,7 %) est située à l´Est. Le centre est caractérisé par une teneur moyenne de silice de l´ordre de 11,5 %.
Cela pourrait s´expliquer par le fait qu´on retrouve les plus grandes épaisseurs de terre noire vers l´Ouest (BD-5).L´ Est du gisement est marqué par la prédominance des calcaires.
-La chaux (CaO):
C’est le principal constituant du calcaire. Il est indispensable à la fabrication du ciment. La quantité de chaux nécessaire à la fabrication d’un ciment Portland normal est donnée par la relation : CaO = 2,8SiO2 +1,65 Al2O3 +0,35 Fe2O3 (documents SOCOCIM). Cette formule correspond à une teneur idéale en CaO dans le clinker de 63 à 66 %, soit un cru contenant 42 à 44% de CaO à l’entrée du four. Un excès de CaO appelé chaux libre entraîne une faible mouillabilité du ciment et un risque de fissuration du béton. Le pourcentage de CaCO₃ est obtenu en multipliant le pourcentage de CaO par 1,8.
La carte isovaleur de CaO révèle un fort pourcentage de CaO vers le Sud et le Nord-Est du gisement avec une teneur maximale de 55,8 %. La plus faible teneur en CaO est vers l´Ouest avec une valeur de 13 % (figure 25).
Les côtés est et nord du gisement sont caractérisés par la forte présence des calcaires, parfois même subaffleurants. Vers l´Ouest (BD-05), les calcaires sont très pollués par le recouvrement sablo-argileux.
-Les oxydes d’aluminium (Al2O3) et de fer (Fe2O3) :
Ils interviennent comme fondants dans la cuisson. Bien que contribuant peu à la résistance du ciment, ils facilitent la cuisson quand le pourcentage (Al2O3+ Fe2O3) est supérieur à 6,5 %. Dans le ciment Portland, la teneur en alumine varie entre 3,5 et 4 % et celle de l’oxyde ferrique entre 3 et 3,5 %. Ces oxydes permettent de calculer le rapport A/F.
Les cartes des figures 26 et 27 montrent que les oxydes d´aluminium et de fer se retrouvent ensemble dans tout le gisement. Vers l´Ouest de la carrière, nous avons le pourcentage maximun de 21 % et une valeur presque nulle vers le Sud. Vers le Nord-Est, le pourcentage est d´environ 1,2 %.
L´augmentation des teneurs d’Al2O3 et de Fe2O3 vers l´Ouest est due à la présence de marnes riches en minéraux argileux, la diminution des calcaires qui sont très pollués par les sables argileux.
-L´oxyde de magnésium ou magnésie MgO :
La magnésie n’a pas d’effet sur LSF, MS et le rapport A/F, mais elle influe plutôt sur la qualité du clinker.
La figure 28 montre des teneurs en MgO qui sont relativement faibles avec en moyenne 0,35 % dans les calcaires. Cette faible valeur s´explique par l´inexistence de dolomies dans cette zone.

CONCLUSION PARTIELLE:

La caractérisation géologique de la carrière de Bandia de la SOCOCIM-INDUSTRIES permet de bien comprendre la lithologie et la stratigraphie d´ensemble du secteur. Nous avons, de bas en haut, les marnes d´une faible épaisseur qui s´intercalent parfois dans les calcaires et se localisent en majeur partie à cheval entre les deux permis. Ensuite viennent les calcaires qui sont gréseux à la base, coquillers, crayeux, affectés par une karstification très poussée vers le sommet. Les calcaires dans cette carrière sont remplis de sablo-argileux qui suit les mouvements tectoniques et la karstification. La terre noire, composée de sable argileux noirâtres, et par endroits de latérites, recouvre les calcaires. Cette dernière couche sera décapée par l´exploitant pour atteindre le toit de la matière recherchée. Mais le recouvrement très important (figure 14) peut hypothéquer l´exploitation de cette concession.
L´exploitation des données de sondages et les différentes coupes et mesures effectuées dans ce secteur, nous a permis de déceler de nombreuses failles subverticales. Une faille majeure orientée Nord- Sud aurait basculé un compartiment situé vers l´Ouest suivi par un remplissage de la terre noire (figure 17, photos A et B). D´où un important recouvrement dans cette partie du gisement.
La caractérisation géochimique de la carrière de roches calcaires de Bandia est réalisée grâce à une exploitation des résultats des analyses chimiques. La réalisation de cartes isovaleurs des oxydes dans les calcaires montre la distribution de ces principaux constituants du cru de cimenterie.
-la chaux se retrouve au Sud-est du gisement à cause de la forte présence des calcaires dans cette zone ;
-la silice est au Nord- Ouest de la carrière, à cause de la forte concentration de terre noire provenant des formations sablo-argileuses du horst de Diass. Les pourcentages de silice et de chaux évoluent en sens inverse ;
-un enrichissement d´oxydes de fer et d´aluminium est constaté à l´Ouest, ceci est lié aux intercalations de marnes et de latérites dans cette partie du gisement ;
-Enfin la proportion de magnésie est faible à cause de l´absence de dolomies.

APERCU SUR LE PROCESSUS DE FABRICATION DU CIMENT

Ce chapitre présente les différentes étapes de la fabrication du ciment par la SOCOCIM-INDUSTRIES, à Rufisque.
Il existe quatre méthodes de fabrication du ciment :
-fabrication du ciment par voie humide (la plus ancienne)
-fabrication du ciment par voie semi-humide (dérivée de la voie humide) ; -fabrication du ciment par voie sèche (la plus utilisée) ;
-fabrication du ciment par voie semi-sèche (dérivée de la voie sèche).
La SOCOCIM-INDUSTRIES utilise la voie sèche pour fabriquer son ciment (figure 29).

SCHEMA DE FABRICATION DU CIMENT A LA SOCOCIM- INDUSTRIES

Extraction des matières premières

L’extraction des matières premières s´effectue dans les carrières de la SOCOCIM-INDUSTRIES (Bargny, Pout et Bandia). Ces matières premières sont extraites du sol par abattage à l’explosif, et ensuite à la pelle mécanique. La roche est acheminée par des dumpers et des camions gros porteurs vers les stations de concassage ARBED et DUO 612. Les matières premières doivent être échantillonnées, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition régulière dans le temps. Le prélèvement d´échantillons en continu permet de déterminer la quantité des différents ajouts nécessaires.

Homogénéisation

La phase d’homogénéisation consiste à créer un mélange homogène. Cette opération est réalisée dans un grand hall où les matières premières sont disposées en couches horizontales superposées, mises en tas nommés A, B, C et D ; puis en les reprenant verticalement à l’aide d´un gratteur. Le mélange est homogénéisé dans un silo vertical par brassage par air comprimé.
Un important dispositif d´analyse en permanence de la matière crue est installé dans le dispositif du transport de cette dernière vers les ateliers de cuisson. Ceci permettra de contrôler instantanément la chimie des tas.

Séchage et broyage primaire

Les matières premières sont séchées et broyées très finement (de l’ordre du micron) dans des broyeurs. La poudre ainsi obtenue est introduite dans le four sous forme pulvérulente, après un préchauffage dans une tour à échangeurs thermiques.

Préchauffage et cuisson

Avant la cuisson dans le four, la poudre est préchauffée à environ 800°C par un préchauffeur à cyclones. La cuisson se fait dans un four rotatif et légèrement incliné. La SOCOCIM-INDUSTRIES dispose de deux fours : four 4 et four 5. La poudre va suivre différentes étapes de transformation lors de sa lente progression dans le four, vers la partie basse, à la rencontre de la flamme. Cette source de chaleur est alimentée au charbon broyé, fioul lourd, gaz, ou encore en partie avec des combustibles de substitution provenant d’autres industries, tels que le coke d´arachides, les pneus usagés, les huiles usagées.
La température nécessaire à la clinkérisation est de l’ordre de 1 450 °C. L’énergie consommée se situe entre 3 200 et 4 200 kJ par tonne de clinker, qui est le produit semi fini obtenu à la fin de la cuisson. Il se présente sous forme de granules grises ; à la sortie du four. Le clinker est le principal constituant du ciment. La clinkérisation est le résultat d’un ensemble de réactions physico-chimiques progressives permettant :
– la décarbonatation du carbonate de calcium (donnant la chaux vive) ;
– la scission de l’argile en silice et alumine ;
– la combinaison de la silice et de l’alumine avec la chaux pour former des silicates et des aluminates de chaux.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PROBLEMATIQUE DE L´ETUDE
CHAPITRE 1: PRESENTATION GENERALE DU CADRE DE L´ETUDE
1.1. OBJECTIFS :
1.2. SITUATION GEOGRAPHIQUE
1.3. CONTEXTE GEOLOGIQUE
1.3.1. Géologie de la presqu´ile du Cap Vert
1.3.2. Stratigraphie
1.3.3. Tectonique
1.3.3. La carrière de Bandia
1.4. GENERALITES SUR LE PALEOCENE
1.4.1. Aperçu sur les travaux antérieurs
1.4.2. Stratigraphie des formations du Paléocène
1.4.3. Extension des formations du Paléocène
CONCLUSION PARTIELLE
CHAPITRE 2 : CARACTERISATION GEOLOGIQUE ET GEOCHIMIQUE DES CALCAIRES DE LA CARRIERE DE BANDIA
INTRODUCTION
2.1. CARACTERISATION GEOLOGIQUE DES CALCAIRES DU GISEMENT DE BANDIA
2.1.1. Travaux de terrain
2.1.2. Description des facies
2.1.3. Etude des variations latérales des différentes épaisseurs des facies
2.2. TECTONIQUE
2.3. CARACTERISATION GEOCHIMIQUE DE LA CARRIERE DE BANDIA
2.3.1. Principaux constituants du gisement
2.3.2. Etude des oxydes et leur répartition dans le gisement
CONCLUSION PARTIELLE:
CHAPITRE 3: APERCU SUR LE PROCESSUS DE FABRICATION DU CIMENT
3.1. SCHEMA DE FABRICATION DU CIMENT A LA SOCOCIM-INDUSTRIES
3.1.1. Extraction des matières premières
3.1.2. Homogénéisation
3.1.3. Séchage et broyage primaire
3.1.4. Préchauffage et cuisson
3.1.5. Refroidissement et broyage secondaire
3.2. MODULES ET PARAMETRES DE CONTROLE DU CRU ET DU CLINKER
3.3. MINERALOGIE DU CLINKER
3.4. LES DIFFERENTES CATEGORIES DE CIMENT
CHAPITRE 4: ESTIMATION DES RÉSERVES ET ELABORATION D´UN PLAN D´EXPLOITATION
4.1. ESTIMATION DES RESERVES DISPONIBLES DE BANDIA
4.1.1. Caractéristiques géométriques des différents secteurs
4.1.2. Caractéristiques chimiques des calcaires des différents secteurs
4.1.3. Estimation des réserves
4.2. ESQUISSE D´UN PLAN D´EXPLOITATION
4.2.1. Le décapage
4.2.2. Le minage
4.2.3. L´extraction
4.2.4 Travaux de terrassement et réhabilitation de la carrière
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
BIBLIOGRAPHIE

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