FILTRATION DE L’EAU DU BASSIN MINIER POUR L’OPTIMISATION DE L’EXPLOITATION D’ILMÉNITE

La perméabilité

On distingue les substances pulvérulentes constituées par la juxtaposition naturelle ou artificielle de particules solides disposées au hasard (l’argile, le sable, etc.) et les substances poreuses ; limitons nous au sable. De plus, la forme et les dimensions des particules comptent aussi car il y a celles issues d’une désagrégation relativement récente « grains polyédriques » (lamelles, aiguilles, cristaux, etc.) et celles ayant subi une modification profonde de leur forme extérieure initiale « grains arrondis » (granules, ovoïdes, sable roulé, etc.). Par ailleurs, le volume apparent et la densité apparente d’une substance perméable sont susceptibles d’évoluer suivant l’âge, le traitement et la durée de service de l’échantillon. Tous ces paramètres caractérisent la perméabilité. D’autre part, la porosité n’est rien sans la perméabilité car pour que l’eau puisse circuler dans un terrain, il est nécessaire que les vides soient interconnectés. L’aptitude d’un terrain à se laisser traverser ou passer par l’eau (ou les fluides), qui se trouve dans les pores, sous l’effet d’un gradient hydraulique et de la pesanteur définit la perméabilité ; c’est donc une vitesse de circulation de l’eau libre entre les grains de sédiment, ici le sable.
Remarque : La porosité augmente avec la taille des grains, diminue en présence de polluants dans le sable. Il en est de même pour la perméabilité.

Demande Chimique en Oxygène ou DCO

L’eau absorbe autant d’O2 que nécessaire pour que les pressions partielles d’O2 dans le liquide et dans l’air soient en équilibre. La solubilité de l’O2 dans l’eau est fonction de la pression atmosphérique, donc de l’altitude, de la température et de la minéralisation de l’eau : la saturation en O2 diminue lorsque la température et l’altitude augmentent. La concentration en O2 dissout est un paramètre essentiel dans le maintien de la vie, et donc dans les phénomènes de dégradation de la matière organique et de la photosynthèse. C’est un paramètre utilisé essentiellement pour les eaux de surface. Une eau très aérée est généralement sursaturée en oxygène (torrent), alors qu’une eau chargée en matières organiques dégradables par des micro-organismes est sous-saturée. En effet, la forte présence de matière organique, dans un plan d’eau par exemple, permet aux micro-organismes de se développer tout en consommant de l’oxygène. La DCO exprime la quantité d’O2 nécessaire pour oxyder la matière organique (biodégradable ou non) d’une eau. On peut l’estimer à l’aide d’un oxydant comme le dichromate de potassium (K2Cr2O7). Ce paramètre, donné en mg/L, offre une représentation plus ou moins complète des matières oxydables présentes dans l’échantillon. Il est représentatif de la pollution organique et chimique.

Climat et végétation

La zone est régie par le climat tropical perhumide. Les précipitations moyennes annuelles dépassent 1700 mm sur le littoral, en raison de la proximité d’une barrière montagneuse. Ainsi, la région est plus verte et plus fertile que les régions avoisinantes. La température moyenne est de 23°C, et elle varie entre 20°C et 26°C. La saison la plus chaude est enregistrée pendant la saison de pluie torrentielle qui se passe entre le mois de Novembre et le mois de Mars. On y observe, généralement, dix à douze mois « humides » car même en saison fraîche, les précipitations ont lieu sous forme de pluies modérées sur le littoral. [16] Généralement, la zone est couverte des végétations de la région perhumide de l’Est de Madagascar : les ravinala endémiques du pays, les plantes acidophiles telles que les fougères arborescentes, les filao, les niaoulis, etc. [16], [17], [36] La zone d’exploitation actuelle, Mandena, se trouve juste au Sud de la réserve naturelle de Nahampoana. Explicitement, une grande diversité de régimes pluviométriques s’observe dans tout Madagascar avec des pluies moyennes annuelles comprises entre 377 mm au Sud et 3792 mm au Nord. Afin de mieux caractériser leur variété, cinq profils de direction Ouest-Est peuvent être présentés, mais seul le dernier profil nous intéresse. Sur la figure 6, ci-après, on peut constater un contraste entre versants Est et Ouest, sur quelques kilomètres, en allant de Fort-Dauphin à Ambovombe, à cause des chaînes anosyennes. Ce contraste est dû à la différence considérable d’altitudes, il est visible lorsque les pluies moyennes annuelles passent de plus de 1 500 mm jusqu’à moins de 500 mm. Quant à la figure 7, l’abondance de pluies a un maximum au mois de Mars ayant une moyenne de 1630 mm par an et l’on observe des pluies faibles, même en intersaison, Septembre-Octobre [7].

Prise d’échantillons

On inscrit sur chaque flacon d’échantillonnage la date de prélèvement, l’heure de prélèvement et le code pour faciliter les analyses au laboratoire ; par exemple, 22/10/2009, 10h 25mn, Raw Water SFT-22-10-09 et les mêmes notations pour l’autre, sauf au code : Treated Water SFT-22-10-09. Notons que, les mesures ont été réalisées toutes les 24h, sauf pendant le week-end. Tous les échantillons recueillis, en un prélèvement, sont considérés ci-après, avec le type de bouteilles selon les analyses à faire au laboratoire, local ou étranger. On remarque, tout de suite, la différence de couleur entre les échantillons d’eau, brute et traitée. Même pour les bouteilles non transparentes, on observe cette différence visuelle. De gauche à droite, on a les récipients en verre qui contiennent des eaux, filtrée et brute, pour l’analyse de TPH (Total Petroleum Hydrocarbons) ; puis, les flacons en plastique sont pour les analyses d’ions majeurs, de métaux et de métalloïdes ; enfin, les bouteilles d’eau vive contenant des eaux destinées à l’analyse des paramètres physico-chimiques, qui sont le pH, la Conductivité électrique, le potentiel redox, la couleur apparente, la couleur vraie, la DCO et les MES. Les analyses de TPH, celles d’ions majeurs, celles de métaux et de métalloïdes sont effectuées à l’extérieur, par un laboratoire spécialisé à l’analyse de ces éléments. Les mesures des paramètres physico-chimiques sont faites par le laboratoire d’analyse de Q.M.M S.A. Cependant, on remarque parfois l’irrégularité du temps d’échantillonnage due aux contraintes de ressources. Les jours ordinaires, on ne collecte seulement que des échantillons d’eau, brute et filtrée, pour les analyses de paramètres physico-chimiques. La fréquence de prélèvement est de deux fois par jour. On a des échantillons d’eau traitée et d’eau brute. La couleur des eaux est complètement différente, ce qui donne une première impression de l’efficacité du filtre.

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Table des matières

INTRODUCTION
PREMIÈRE PARTIE : RAPPELS THÉORIQUES
1.1 Écoulement de l’eau souterraine dans un milieu poreux
1.1.1 Facteurs de filtration
1.1.1.1 La porosité
1.1.1.2 La perméabilité
1.2 Théorie hydrodynamique : Loi de Darcy
1.3 Les paramètres physico-chimiques et leur interaction
1.3.1 Température
1.3.2 Conductivité électrique
1.3.3 Potentiel Hydrogène ou pH
1.3.4 Couleur
1.3.5 Potentiel redox
1.3.6 Demande Chimique en Oxygène ou DCO
1.3.7 Turbidité et matières en suspension
DEUXIÈME PARTIE : CONTEXTE GÉNÉRAL DE LA ZONE D’ÉTUDE
2.1 Situation géographique
2.2 Géologie
2.3 Population et démographie
2.4 Économie et production
2.5 Accès et Infrastructures
2.6 Climat et végétation
TROISIÈME PARTIE : MÉTHODE UTILISÉE ET TECHNIQUE D’ACQUISITION DES DONNÉES
3.1 Problématique
3.2 Solution proposée
3.3 Justification du choix de la méthode
3.4 Acquisition des données
3.4.1 Présentation des données
3.4.2 Prise d’échantillons
QUATRIÈME PARTIE : INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
CONCLUSION
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES