Caractérisation des eaux industrielles de DRAA SFAR et … · · 2016-04-29Hydrogéologie ... Définition et analyse du problème ... Quoi quil en soit,

UNIVERSITÉ CADI AYAD

Faculté desSciences et Techniques

Marrakech

RAPPORT DE STAGE DE FIN D’ETUDE

Licence es Sciences et Techniques

Filière : Eau & Environnement

••••• Projet réalisépar:

•••••Parrain :

•••••Soutenu devantlejury composé de :

Année Universitaire : 2014-2015

Pr. Aicha REDDAD : Faculté des Sciences et Techniques –Marrakech, Encadrante

Pr. Mohamed HIBTI : Faculté des Sciences et Techniques –Marrakech, Examinateur

Mme Amina RMIKI : (Groupe Minier de Guemassa - Draa sfar)

Asmaa MIFTAH

Adnane LAMDIOUANI

Caractérisation des eaux industrielles de DRAA

SFAR et proposition de la solution optimale de

traitement avant le rejet

TABLES DES FIGURES……………………………………………………………………………………………………….……....4

LISTE DES TABLEAUX………………………………………………………………………………………………………………...5

DÉDICACES……………………………………………………………………………………………………………………..……….....6

REMERCIEMNT…………………………………………………………………………………………………………………………….7

RÉSUMÉ………………………………………………………………………………………………………………………………………...8

Chapitre I : Descriptif de la mine de DRAA SFAR .................................................................... 13

1.1. Situation géographique ......................................................................................................... 14

1.2. Situation géologique ............................................................................................................. 14

1.2.1. Géologie régionale de la mine ................................................................................. 15

1.2.2. Lithostratigraphie de DRAA SFAR .......................................................................... 16

1.3. Principaux ouvrages de la mine .......................................................................................... 18

1.4. Climatologie ............................................................................................................................ 19

1.5. Hydrogéologie ........................................................................................................................ 21

1.6. Propriétés hydrodynamiques............................................................................................... 22

Chapitre II : Définition et analyse du problème ........................................................................ 25

2.1. Origine de la salinité .............................................................................................................. 25

2.2. Matériels et méthodes ........................................................................................................... 26

2.2.1. Echantillonnage .......................................................................................................... 26

2.2.2. Eaux d’exhaures ......................................................................................................... 27

2.2.3. Eaux souterraines ...................................................................................................... 28

2.3. Résultats et Analyse .............................................................................................................. 29

2.3.1. Résultats ...................................................................................................................... 30

2.3.1.1. Caractère physico-chimique d’eaux d’exhaure ............................................ 30

2.3.1.2. Caractères physico-chimique d’eaux souterraines ..................................... 32

2.3.2. Analyse des résultats ................................................................................................ 33

2.4. Impacts environnementaux .................................................................................................. 35

2.5. Techniques des dessalements ............................................................................................ 36

TABLE DES MATIERES

2.5.1. Installation de dessalement ..................................................................................... 36

2.5.2. Procédé de distillation ............................................................................................... 38

2.5.2.1. Distillation à simple effet .................................................................................... 38

2.5.2.2. Distillation à multiples effets (MED) ................................................................ 39

2.5.2.3. Distillation à multi flash (MSF) .......................................................................... 40

2.5.2.4. Distillation par compression de vapeur ......................................................... 40

2.5.3. Procédés membranaires ........................................................................................... 41

2.5.3.1. Distillation membranaires .................................................................................. 41

2.5.3.2. Osmose inverse .................................................................................................... 42

2.5.3.3. Électrodialyse ........................................................................................................ 43

2.5.4. Comparaison des techniques .................................................................................. 44

2.5.4.1. Etude économique ............................................................................................... 45

Chapitre III : Etude de la solution ................................................................................................. 49

3.1. Etude d’une distillation par osmose inverse à base des capteurs photovoltaïques . 49

3.1.1. Analyse fonctionnelle de modèle de distillation ................................................... 49

3.1.2. Installation du model ................................................................................................. 51

3.2. L’énergie solaire ..................................................................................................................... 52

3.2.1. Energie solaire photovoltaïque ................................................................................ 52

3.2.2. Le gisement solaire au Maroc .................................................................................. 53

3.2.3. Le type de capteur solaires ...................................................................................... 54

3.2.3.1. Capteur solaire photovoltaïque ........................................................................ 54

3.2.3.2. Composants d’un capteur photovoltaïque .................................................... 55

3.2.3.3. Influence de l’orientation et de l’angle d’inclinaison .................................. 56

4.1. Résultats .................................................................................................................................. 58

CONCLUSION GENERALE ........................................................................................................... 59

BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................ 60

ANNEXES ....................................................................................................................................... 61

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LST ∼F ST

Marrakech

Project de fin d’étude

TABLE DES FIGURES

Figure. 1 : Historique d'exploitation ........................................................................................... 13

Figure.2 : Situation géographique de la mine de DraaSfar ...................................................... 14

Figure.3 : Carte géologique du massif des Jbilets ................................................................... 16

Figure.4: Localisation de DraaSfar Nord et Sud........................................................................ 17

Figure.5: Lithostratigraphie synthétique de DraaSfar .............................................................. 18

Figure.6 : Histogramme des précipitations de l’année 2014-2015 .......................................... 20

Figure.7 : courbe de température de l’année 2014-2015 .......................................................... 20

Figure.8 : Extrait de la carte des transmissivité au 1/50000 .................................................... 22

Figure.9 : canalisation d'eaux d'exhaure ................................................................................... 28

Figure.10 : localisation des puits ................................................................................................ 29

Figure.11 : Diagramme de piper des eaux d'exhaure ............................................................... 33

Figure.12 : diagramme de piper des eaux souterrains ............................................................. 34

Figure.13 : Procédé de distillation .............................................................................................. 36

Figure.14 : Schéma général d’ e installation de dessalement ................................................. 36

Figure.15 : Distillateur simple effet ............................................................................................. 38

Figure.16 : la distillation à multiples effets ................................................................................ 39

Figure.17 : la distillation multi flash ........................................................................................... 40

Figure.18 : Distillation par compression de vapeur .................................................................. 41

Figure.19 : la Distillation membranaires .................................................................................... 42

Figure.20 : Principe et installation de l’osmose inverse .......................................................... 42

Figure.21 : Electrodialyse ........................................................................................................... 43

Figure.22 : diagramme de comparaison économique .............................................................. 47

Figure.23 : Analyse fonctionnelle ............................................................................................. 50

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Marrakech


Figure.24 : Schéma d’installation de l’osmose inverse .......................................................... 51

Figure.25 : Principe de fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques ................ 52

Figure.26 : Gisement solaire du Maroc ...................................................................................... 53

Figure.27 : Irradiation global de la zone .................................................................................... 54

Figure.28 : Capteurs solaires photovoltaïques ........................................................................ 55

Figure.29 : Influence de l’orientation et de l’inclinaison sur l’énergie ................................... 56

Figure.30 : Angle d’inclusion des capteurs ............................................................................. 57

Figure.31 : L’angle azimutal ....................................................................................................... 57

Figure.32 : interface de Logiciel Pv Sys v 6.38 ......................................................................... 63

Figure.33 : Paramètres des simulations .................................................................................... 63


Marrakech


LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Méthode d’analyse physico chimique .................................................................. 27

Tableau 2 : Paramètres physico chimique des eaux d’exhaure dans chaque niveau de

profondeur ............................................................................................................................... 30

Tableau 3 : Paramètres physico chimique des eaux d’exhaure avant le rejet ....................... 31

Tableau 4 : Paramètres physico chimique des eaux souterraines ......................................... 32

Tableau 5 : avantages et inconvénients des différentes méthodes de traitements .............. 45

Tableau 6 : principale paramètre de simulation obtenu par pvsyst v6.38 .............................. 58

Tableau 7 : donnes climatique de Marrakech année 2014-2015 ............................................ 62

Tableau 8 : Norme du rejet direct ............................................................................................... 65


Marrakech


Nous offrons ce modeste travail :

A nos chers parents,

ais aucune dédicace ne serait témoins de notre profond amour, notre

immense gratitude et notre plus grand respect, car nous nous ne

pourrions jamais oublier la tendresse et l’amour dévoué par lesquels ils nous ont

toujours entourés depuis notre enfance. Ils ont toujours été présents pour les

bons conseils. Leur affection et leur soutien ont été un grand secours au long de

notre vie professionnelle et personnelle. Qu’ils trouvent dans ce modeste travail

notre reconnaissance pour tous leurs efforts.

Nous dédions aussi ce travail à tout la famille, à tous nos amis, et à tous ceux que

nous aimons et à toutes les personnes qui nous ont Prodigués des

encouragements et se sont donnés la peine de nous soutenir durant ces Trois ans

de formation.

A nos chers Professeurs de la filière Eau et Environnement, sans aucune

exception.

A tous les membres de l’administration de la Faculté Des Sciences Et Technique

Marrakech.

A tous les membres de l’administration De MANAGEM (CMG) DRAA SFAR.

DÉDICACES

M


Marrakech


REMERCIEMNT

es remerciements sont marque de politesse incontournable mais

insuffisantepour nos gratitudes envers ceux qui nous ont soutenus. Au

terme de ce travail, C’est avec émotion que nous tenons à remercier tous

ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce projet.

Nous adressons nos remerciements, dans un premier temps, à tous les membres

de l’équipe pédagogique de la Filière « eau et environnement» de la faculté des

sciences et techniques Marrakech, et l’équipes de groupe MANAGEM DRAA

SFAR. Nous avons eu le privilège de poursuivre notre formation au sein de cette

Filière et d’apprécier les qualités et les valeurs de cette équipe. Son sérieux, ses

compétences son sens du devoir nous ont énormément marqués. Qu’elle trouve

ici l’expression de notre respectueuse considération et notre profonde admiration.

Nous tenons tout d’abord à adresser nos remerciements les plus sincères à notre

encadrant MmeAMINA RMIKI pour avoir dirigé notre travail et nous avoir permis

de le réaliser dans les meilleures conditions. Nous tenons particulièrement à la

remercier de la liberté d’action qu’il nous a donnée à chaque étape de cette

aventure. Nous espérons avoir été dignes de la confiance qu’il nous à accorder et

que ce travail est finalement à la hauteur des désespérances. Quoi qu’il en soit,

nous avons beaucoup appris à ses côtés et nous sommes très honorés de l’avoir

eu pour encadrant .Nos remerciements s’adressent ensuite au Professeur Mme

REDAD qui a codirigé, avec patience notre travail. Et nous a guidés à chaque

étape de sa réalisation en nous faisant bénéficier de ses compétences dans le

domaine géologique.

Nous tenons également à remercier les membres du jury pour l’intérêt qu’ils

ont porté à ce travail et pour les remarques constructives qu’ils ont faites sur notre

projet. Enfin, merci à tous ceux qui nous ont soutenus et encouragés de loin et de

près pour la réalisation de ce projet de fin d’études.

L


Marrakech


RÉSUMÉ

exploitation de la mine de Draa sfar sud et le creusement des galeries

créaient souvent un vide dont le résultat, le drainage des eaux vers les

mines.

Les eaux industrielles de Draa sfar incluent également les eaux d’exhaure qui

présente le principal problème de Draa sfar, sous l’effet de sa forte salinité qui

dépasse les normes de rejet, et l’objectif de notre sujet, qui tend à proposer une

solution optimale de traitement des eaux avant le rejet vers l’oued Tensift.

L’’


Marrakech


INTRODUCTION GENERALE

eau est un besoin fondamental dans la vie .Chaque jour, cette eau est

utilisée dans diverses activités (domestique, industrielle…etc.).

Dans l’industrie, elle permet de réaliser des nombreuses fonctions, comme :

Le lavage du matériel, des canalisations, de sols d’ateliers.

le chauffage ou le refroidissement d’objets, des matières liquides ou

gazeuses.

forations.

Ces activités industrielles ont besoin d’eau pour effectuer toutes ces opérations, mais cette utilisation massive d’eau conduit également à polluer le cours d’eau .En effet le mode de gestion de l’eau consisté que les cours d’eau pouvaient supporter tous les rejets

de pollution de manière illimitée a conduit progressivement l'eau à des états de

dégradation .ces eaux polluées rejeter dans la nature présente des grands risques

environnementaux .

Cependant, on peut également remarquer que depuis quelques dizaines d’années, les

industrielles coopérations avec les services d’État font tout pour diminuer les diverses

pollutions de l’eau afin d’établir certaines qualités d’eaux. Bien qu’une grande partie de ces

eaux résiduaires industrielles soit désormais à traiter par les stations d’épuration ou sur le site industriel lui-même, soit pour rendre ces eaux potables ou acceptables de les rejeter dans la nature (respecte les normes du rejet dans le milieu naturel).

Le présent travail, est un rapport de fin d’études réalisée au sein de la mine de DRAA SFAR, L’eau est utilisée dans le forage, le lavage des engins ainsi que d’autres fonctions, (CMG) remet en perspective le réseau d’exhaure actuelle de l’exploitation et redéfinit le processus de gestion des eaux, perçues à différentes échelles comme un danger et non comme une ressource. Les grands axes du projet tourneront autour d’une synthèse de l’ensemble des données disponibles, d’une analyse détaillée de l’hydrogéologie du site minier et d’une cartographie des zones d’apparition des eaux, entraînant l’émergence de plans d’action à même dechanger d’optique quant à la gestion des flux d’eau qui entrave le bon déroulement des travaux d’exploitation.

L’


Marrakech


Partie : I

Descriptif de la mine de DRAA

SFAR

Chapitre I

Descriptif de la mine de DRAASFAR

SFAR

Chapitre I : Descriptif de la mine de DRAA SFAR

1.1. Situation géographique

1.2. Situation géologique

1.2.1. Géologie régionale de la mine

1.2.2. Lithostratigraphie de DRAA SFAR

1.3. Principaux ouvrages de la mine

1.4. Climatologie

1.5. Hydrogéologie

1.6. Propriétés hydrodynamiques

Sommaire

Chapitre I

Chapitre I Descriptif de la mine de DRAA SFAR

Faculté des Sciences et Techniques

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Marrakech

Chapitre I : Descriptif de la mine de DRAA SFAR

Historique

a mine de DRAA SFAR est la deuxième mine polymétallique productrice des métaux

de base au Maroc après la mine de Hajjar.

Son gisement exploité est sous forme d’une lentille de sulfures renfermant cuivre, zinc et

plomb (Cu-Zn-Pb). La production annuelle de la mine est estimée 1700 t /j. Ca Durée

prévisionnelle d’exploitation de la mine est de 10 ans.

Figure 1 : Historique d'exploitation

L




Marrakech

1.1. Situation géographique

Le gisement minier de DRAA SFAR est situé à 13Km au NW de la ville de Marrakech

et à 50 Km au NE de la mine de Hajjar, dans le compartiment tectonique majeur

méridional de l’unité centrale des Jebilet (Figure 2). L’accès est assuré par deux

routes longeant le massif au Nord et au Sud : celle joignant la ville de Marrakech à la

ville de Safi et celle allante de Marrakech vers le village de Souihla.

1.2. Situationgéologique

Nous rappelons le contexte géologique de la région telle qu'il été décrit dans de nombreux

documents et rapports inédits réalisés par les géologues du bureau d’étude Reminex

Exploration et ceux de la mine de DRAA SFAR.

Figure 2 : Situation géographique de la mine de DRAA SFAR (D’après MAIER et AL .1988)




Marrakech

1.2.1. Géologie régionale de la mine

Les Jbilets ou « petites montagnes » situées au nord de la ville de Marrakech,

forment un ensemble de collines et de plaines rocheuses de terrains

paléozoïques plissées et métamorphisées suivant une direction atlasique E-W sur

une longueur environ de 170 km et 7 à 40 km de large (Figure.3) (HUVELIN ,1977) .

Le massif de Jbilets se caractérise par une activité magmatique intense pré à

syn-orogénique qu’a connue cette région vers la fin du carbonifère et il plonge sous

la plaine de BAHIRA et la plaine de Haouzrespectivementau Nord et Sud , d’âge

Miopliocène et Quaternaire (HUVELIN ,1977) .

Il est subdivisé en trois ensembles distincts de l’est vers l’ouest :

Ensemble oriental (ou flysch de kharouba) constitué de méta-sédiments datés

supviséen supérieur et caractérisés par la présence d’olistrostromes et de

séries ordovico-dévoniennes mises en place par des phénomènes de

glissements gravitaires dans le bassin viséen (LAGARDE et CHOUKROUNE,

1982).

Ensemble centrale (ou schistes de Sarhlef) dont les terrains sont également

d’âge viséen-namurien. Ils sont déformés métamorphisés dans des conditions

anchi à épizonales. Cet ensemble est considéré comme autochtone et est

caractérisé par la mise en place de corps intrusifs acides et basiques ainsi que

des magmas granitiques. C’est au niveau de ces formations que la mine

DRAASFAR se situe (LAGARDE et CHOUKROUNE, 1982).

Ensemble occidental essentiellement formé de séries cambro-ordoviciennes

faiblement plissées (direction subméridienne) et peu ou pas-métamorphisées




Marrakech

1.2.2. Lithostratigraphie de DRAA SFAR

Le secteur de DRAA SFAR est situé au niveau de l’extrémité sud de la partie centrale des

Jebilet (Figure.3). Il est subdivisé en deux sous domaines : DRAA SFAR Nord et Sud,

localisés respectivement sur les rives nord et sud de l’Oued Tensift.

Draa Sfar Nord où affleure un chapeau de fer matérialisé par des zones

rubéfiées et blanchies. Il est orienté NS et de dimension de 300 m * 100 m

(Bordonaro, 1983, Huvelin, 1972).

Draa Sfar Sud qui apparaît au Sud de l’Oued Tensift. Il est plus grand que

le précédent (environ 2 Km 700 m), émergeant de la couverture

Miopliocène et quaternaire (Bordonaro, 1983).

Figure 3 : Carte géologique du massif des Jbilets (D’après MAIER et AL .1988)




Marrakech

Une cartographie de détail sur les affleurements de Draa Sfar sud “colline de Tazakourt” et

Draa Sfar nord et des études microscopiques (en lames minces, sections poulies)

effectuées sur des échantillons divers prélevés au jour et au fond de la mine ou sur des

sondages carottés ont permis de noter que les volcanites acides et les roches

sédimentaires qui encaissent le corps minéralisé sont constituées essentiellement de

(Huvelin 1977,S.RZIKI 2006) :

Laves à bulles rhyodacitiques et dacitiques métamorphisées et altérées.

Métatufs pyroclastiques ou pyroclastites à composition rhyodacitique et à

éléments de rhyodacite.

Schistes pélitiques ou gréso-pélitiques, noirâtres à grisâtres, chloritisés

et/ou séricitisés. Ces faciès sont appelés parfois chlorito-schistes ou

séricito-schistes, ou bien encore métapélites ou métasiltites pour les faciès

à cachet plus gréseux.

Métatufites en petites bandes schistosités qui marquent la transition entre

les volcanites et les roches sédimentaires gréso-pélitiques. (piqué 1979)

L’ensemble volcano-sédimentaire constitue la formation de base. Il est surmonté par la

couche lenticulaire de sulfures d’épaisseur variable (0.5 à 25m), à laquelle se superpose

en concordance une formation purement détritique. (Figure. 5)

Figure 4 : Localisation de Draa Sfar Nord et Sud (A),

Carte géologique de Draa Sfar Sud (B) (Hibti, 2001)




Marrakech

1.3. Principaux ouvrages de la mine

Le puit n° 1 : qui est un puits technique servant au cheminement de diverses

conduites notamment et à l’injection de stérile et de béton en remplacement

du minerai extrait.

Le puit n° 2 :qui est le puits d’extraction du minerai brut. À la sortie de ce

puits, le minerai tombe dans une trémie et rejoint le concasseur primaire. De

ce concasseur le minerai est acheminé dans deux silos de stockage, où les

camions de transport viennent le récupérer pour l’acheminer sur le site du

traitement Hajjar. C’est sur le site du traitement qu’est effectué la séparation

des trois composants (Cuivre, Zinc, Plomb).

Le puit n° 3 : qui est le puits d’exploitation.

La descenderie : qui est une galerie de 4m.4m environ (pente 15%),

serpentant en zig-zag, permet au personnel et aux engins de descendre en

profondeur jusqu’au niveau d’exploitation (1000m).

Figure 5 : Lithostratigraphie synthétique de Draa Sfar

(D’après Reminex Exploration)




Marrakech

Le réservoir d’eau potable : d’une capacité de 450 m³, installé au point le

plus haut du site, est alimenté par un forage situé à environ 8 à 10 km du site.

Ce réservoir est couvert et alimente gravitairement les différents points

d’utilisation (eau domestique et besoins industriels).

Le bassin des eaux d’exhaure : d’une capacité de 450 m³, adjacent au

réservoir d’eau potable, mais non couvert : il est alimenté par le refoulement

des deux pompes d’exhaure (une au puits 3 et un au puits 2).

Station de remblayage : La zone de préparation des remblais cimentés qui

servent pour le remplissage des vides crééspar l’exploitation.

Les cheminées d’aérage: le site minier comporte deux cheminées

d’aérage : cheminée d’aérage nord qui relie le jour au niveau -1000 , et la

cheminée d’aérage sud reliant le jour au niveau -820 .

1.4. Climatologie

Généralement dans la région d’el Haouz, On distingue deux zones climatiques bien

contrastées :

La zone de plaine qui fait partie de la zone climatique continentale semi-aride avec

une pluviométrie allant de 250 mm 490 mm selon l’altitude. Les températures sont

élevées avec des amplitudes thermiques journalières et annuelles importantes.

La zone du haut Atlas est caractérisée par un climat tempéré en moyenne

montagne et un climat aride en haute montagne avec des températures négatives

sur huit à neuf mois de l’année et un manteau neigeux présent de décembre à mai.

Sur les hauts reliefs de l’Atlas. (N .DOUDI .2004 /2005)

Pluviométrie

On retient dans l’annexe les données pluviométriques provenant du site climat Marrakech-

Maroc.

La quasi-totalité de la zone est caractérisée par un climat du type semi –aride. La

pluviométrie moyenne annuelle est de 233 mm par an, et très hétérogène aussi bien dans

l’espace que dans le temps. En général on distingue une saison des pluies l’hiver et une

saison sèche l’été. Cependant des précipitations importantes, courte dans le temps

peuvent avoir lieu l’été sous forme d’orage (figure 6).




Marrakech

Température :

Les températures moyennes sont élevées etatteignent un maximum de 39°C pendantles

mois de juin etjuillet et un minimum de 5° C durant le mois de janvier (figure 7).

Figure 6 : Histogramme des précipitations de l’année 2014-2015

Figure 7 : courbe de température de l’année 2014-2015




Marrakech

Vent :

Les vents dominants sont de direction Nord à Nord-ouest vers Sud à Sud-ouest.

Leur vitesse moyenne mensuelle est de l’ordre de 1.2 à 1.8 m/s. 63 à 70% des vents

sont calmes. Cependant, il arrive que des rafales de vent atteignent une vitesse de

9m/s.

1.5. Hydrogéologie

Dans la zone d’étude on a deux aquifères différents : l’aquifère des Jebilet et celui du

Haouz.

Aquifère des Jebilet :

Les eaux sont cantonnées dans deux principaux types d’aquifères :

Aquifère superficiel : qui se situe dans la frange altérée des formations

schisteuses et des affleurements granitiques. Cet aquifère fait l’objet

d’uneexploitation pour l’alimentation humaine et pastorale en eau par les puits

traditionnels. L’épaisseur et l’importance de l’aquifère présentent une variabilité

spatiale en relation avec le contexte géomorphologique local et la nature

lithologique du substratum. L’épaisseur est de l’ordre de 10 à 15 m sur les granites

et elle est en moyenne de 30 m sur les schistes. Cette épaisseur est plus

importante à l’endroit des fractures (40 à 70 m). L’aquifère d’altérité possède une

faible perméabilité et sa porosité totale est entre 20 et 50% (El Mandour, 1990).

Aquifère profond : caractérisé par sa perméabilité de fissures ou de fractures et

aussi son hétérogénéité et son anisotropie. En effet, la structure de cet aquifère

dépend des champs de contrainte tectonique et du système de fracturation

affectant la zone captée. De même la densité, la répartition en profondeur et

l’interconnexion des fractures sont variables d’un point à l’autre. Il possède deux

types de perméabilité (Engalenc ,1979).

Une perméabilité matricielle très faible.

Une perméabilité de fissure caractérisée par une distribution discontinue qui

dépend du réseau de fracturation.




Marrakech

1.6. Propriétés hydrodynamiques

Pour la rive gauche de l’oued Tensift, la société minière a fait une étude

d’identification des ressources en eau souterraine pour la satisfaction en eau de la

mine. Cette étude porte sur une surface de rayon de 10 Km sur site de la mine. Les

tests hydrauliques effectués sur une trentaine de forages et puits d’exploitation ont

permis de caractériser le comportement hydrodynamique de cet aquifère.

La carte des transmissivité (Résing, 2001) montre que le secteur d’étude appartient

au secteur le moins transmissif (10-5 à 5.01-5 m2 / s) (Figure 8). Pour la rive droite

de l’oued Tensift (Engalenc ,1978).

Figure 8 : Extrait de la carte des transmissivité au 1/50000

(Résing-2001)

Partie : II

Définition et analyse du

problème

Chapitre II

Chapitre III

Etude de la solution

Chapitre II : Définition et analyse du problème

2.1. Origine de la salinité

2.2. Matériels et méthodes

2.2.1. Echantillonnage

2.2.2. Eaux d’exhaures

2.2.3. Eaux souterraines

2.3. Résultats et Analyse

2.3.1. Résultats

2.3.1.1. Caractère physico-chimique d’eaux d’exhaure

2.3.1.2. Caractères physico-chimique d’eaux souterraines

2.3.2. Analyse des résultats

2.4. Impacts environnementaux

2.5. Techniques des dessalements

2.5.1. Installation de dessalement

2.5.2. Procédé de distillation

2.5.2.1. Distillation à simple effet

2.5.2.2. Distillation à multiples effets (MED)

2.5.2.3. Distillation à multi flash (MSF)

2.5.2.4. Distillation par compression de vapeur

2.5.3. Procédés membranaires

2.5.3.1. Distillation membranaires

2.5.3.2. Osmose inverse

2.5.3.3. Électrodialyse

2.5.4. Comparaison des techniques

2.5.4.1. Etude économique

Chapitre II

Définition et analyse du problème

Sommaire


Chapitre II



Marrakech

Chapitre II : Définition et analyse du problème

Introduction

a salinisation de l’eau souterraine est l’une des principales causes de dégradations

de la qualité de l’eau dans le monde. Ce phénomène s’avère très particulièrement

dans les régions arides et semi-arides où les ressources en eau douce se trouvent très

limitées (kloppmann et al, 2010).

La mine de Draa sfar sud est caractérisée par un volume important d’eaux d’exhaure et

par leurs concentrations élevées en sels. La qualité des eaux d’exhaure extraites de la

mine ne respecte pas les limites qui permettent de rejeter ces eaux dans la nature

(notamment au niveau de la conductivité liéeaux sels). Une telle teneur en sel représente

une menace pour l’environnement autour de la zone du rejet.

L’étude détaillée des paramètres géologiques, hydrogéologiques et climatiques du

périmètre entourant le site minier Draa Sfar, constitue une plate-forme de base pour

comprendre les différents facteurs qui peuvent être l’origine de la problématique posée, à

savoir la caractéristique physico-chimique d’eau d’exhaure dans la mine.

Le présent chapitre a pour objectif d’apporter une contribution en proposant des

scénarios de plans d’action, réalisables techniquement et économiquement ayant

pour but la réalisation d’un traitement permettant la résolution soit par élimination

définitive ou dilution de la quantité de la salinité dans l’eau d’exhaure avant leurs

rejets.

2.1. Origine de la salinité

Plusieurs mécanismessont derrière l’origine de la salinité d’un système hydrologique.

Le mode de salinisationpeut dépendre ducontexte géographique (côtier, continental….),

géologique (nature de l’aquifère, minéralogiedes sédiments ….) et climatique.

Les principaux vecteursimpliqués dansla salinisation des eaux souterraines sont l’intrusion

marine, le mélange avec des saumures, la dissolution de formations évaporitiques.

L


Chapitre II



Marrakech

Les mécanismes impactant ces masses d’eau sont :

La dissolution naturelle d’évaporites dans les bassinssédimentaires (cas du

bassin aquitain).

Laconservation d’eau de mer ancienne ou de saumures issues de

l’évaporation d’eau de mer (saumures primaires) dans des parties confinées

des aquifères. Plusieurs cas de salinisations par une eau de mer ancienne

ont été révèles dans des masse d’eau côtières (Camargue, marais poitevin,

calcaires jurassique de la plain de Caen…..), eau de mer résiduelle mise en

place lors de transgression d’âge divers, tertiaires à quaternaire.

2.2. Matériels et méthodes

2.2.1. Echantillonnage

Un réseau d'échantillonnage a été choisi pour permettre d'acquérir des données

représentatives sur la variabilité spatiale de la qualité des eaux souterraines de la

zone étudiée et la qualité des eaux d’exhaures. Ce réseau se composeen total de de

45 points d’eau réparties sur l'ensemble du terrain d'étude comme suit :

la première à concerne les eaux d’exhaure de la mine à différentes niveaux

du N-300 m jusqu’à N-1000 m

la deuxième concerne les eaux souterraines prélevéesà partir des puits

situant autour la mine (Draa Sfar Sud)

Les campagnes ont été effectuées en 2012-2013. Les prélèvements des échantillons

ont été acheminés au laboratoire (REMINEX) pour l’analyse physico-chimique. Ces

analyses concernent les paramètres suivants : T°C, pH, Conductivité électrique,

Dureté totale, Chlorures, Sulfates, Nitrates, Nitrites, Calcium, Magnésium, Sodium, et

le fer total.

Le pH et la conductivité ont été mesurés sur le terrain à l'aide d'un appareil WTW

Multi 340i. Les cations et les anions ont été analysés au laboratoire CMG. Les ions

sulfatés ont été dosés par spectromètre UV7 visibles (tableau 1).


Chapitre II



Marrakech

2.2.2. Eaux d’exhaures

Source et circulation d’eau

L’exploitation minière et le creusement des galeries créent un vide dont résulte un

drainage important d’eau vers la mine, que ce soit pour l’eau de la nappe superficielle ou

pour l’eau venant de la profondeur. Les eaux d’exhaure récupérées à partir des différents

niveaux sont acheminéesà travers des rigoles creusées le long des galeries vers les

albraques. Ce sont des galeries ou bassins permettant de stocker une grande quantité

d’eau pour pouvoir décanter ces eaux avant leur pompage. La quantité moyenne évacuée

vers le jour est de l’ordre de1600 m3 / jours.

Tableau 1 : Méthode d’analyse physico chimique


Chapitre II



Marrakech

La figure ci-dessus (figure 9) montre que le circuit d’évacuation des eaux d’exhaure

est ce fait par cascade depuis le niveau 1000 jusqu'au jour. Il est caractérisé par trois

albraques principales (bassins de stockages) situent dans les niveaux 1000, 640,

300 m, et autres secondaires (bassin du niveau 400 m).

2.2.3. Eaux souterraines

Correspondsaux eaux des différents puits qui entourent la zone d’étude, prélevée par

pompage la figure ci-dessous montre la localisation des puits. (Figure 10)

Figure 9 : canalisation d'eaux d'exhaure


Chapitre II



Marrakech

2.3. Résultats et Analyse

Méthodes et outil d’analyse

Plusieurs techniques d’études et méthodes de présentation ont été mises en œuvre

pour synthétiser les données physico-chimiques et les interpréter, les diagrammes

décrivant la composition chimique des eaux parmi lesquels :

le diagramme de Piper qui permet de déterminer la typologie des

faciès chimiques et leurs évolutions. Il est composé de deux triangles

permettant de représenter le facies cationique et le facies anionique et

d'un losange synthétisant lefacies global.

Figure 10 : localisation des puits


Chapitre II



Marrakech

Tableau 2 : Paramètres physico chimique des eaux d’exhaure dans chaque niveau de profondeur.

2.3.1. Résultats

2.3.1.1. Caractère physico-chimique d’eaux d’exhaure

Au niveau de chaque profondeur :

Observation

Les analyses des paramètresphysico-chimiques des eaux d’exhaure (tableau 2)

montrent que :

Le pH (potentiel d’hydrogène) varie entre 6.35 et 7.81 (unité pH) pour une moyenne

de 7.1. Deux conductivités électriquestrès élevée qui varie entre 17250 et

41400(μS /cm), avec une valeur moyenne de 29270 (μS /cm), les eaux ayant une

forte conductivité sont celles des niveaux 640m et 1000 m (35100 μS /cm), (41400

μS /cm). Une forte salinité varié entre 10.3 et 26.2 (g /l). En ce qui concerne le TDS

(Total Dissolved Solids) il est extrêmement élevées varie entre 12.9 et 31 (g /l), avec

une forte augmentation enchlorure (de 9661.9 à 23095.1 mg /l) et en sulfates (de

1956 à 2010 mg/l).

Ont conclu que ces paramètres mesurés ont une tendance évolutive en fonction de

profondeur à l’exception des eaux de niveau 400 m.

http://encyclopedia.thefreedictionary.com/Total+Dissolved+Solids


Chapitre II



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Au niveau du bassin situe en surface (jour)

Observation

Les analyses des paramètres physico-chimiques d’eaux d’exhaure avant le rejet

(tableau 3) montrent qu’elle est caractérisée par :

Un teneur très élevé en chlorure et en sulfates est respectivement 6047.4 et 1795

(Mg /l) avec une forte conductivité de 19490 (µs /cm) .Un PH qui tend vers l’alcalinité

avec une valeur de 8,19et une quantité de matière en suspension assez élevé 185,5

(mg /l).

Tableau 3 : Paramètres physico chimique des eaux d’exhaure avant le rejet


Chapitre II



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2.3.1.2. Caractères physico-chimique d’eaux souterraines

Les analyses des eaux souterraines montrentque :

Le PH varie entre 6,76 et 8,14 (unité PH) pour une moyenne de 7,38.Une

conductivité électrique assez élevéequi varie entre 1541 et 9250 (μS /cm), et une

salinité moyenne varie de 1 g/l à 3,7 remarqué au niveaudu puits B (se trouve en

aval de la mine et plus proche de l’oued Tensift), les eaux à forte conductivité sont

celles de puits B, (puit 12 et 23) et le puits de Draa sfar nord (9250, 3410 ,4830et

5770μS /cm). En ce qui concerne le TDS (Total Dissolved Solids) il est généralement

faible varié entre 0 ,98 et6, 94 (g /l), avec des teneursimportantes enchlorure (de

9661.9 à 23095.1 mg /l) et en sulfates (de 1956 à 2010 mg/l) qui différent d’un puits à

l’autre.

Tableau 4 : Paramètres physico chimique des eaux souterraines

http://encyclopedia.thefreedictionary.com/Total+Dissolved+Solids


Chapitre II



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2.3.2. Analyse des résultats

L'eau contient toujours des chlorures, mais en proportion très variable. La teneur en

chlorures d'une eau dépend de l'origine de l'eau et de la nature du terrain qu'elle

traverse. En effet, les eaux prévenant de la mine (eaux d’exhaure) sont riches en

chlorures. Ceci peut être lié à la mise en contact de l’eau avec la roche à l’intérieur

des bassins de stockage, ou au mélange des eaux usées lavage dans les ateliers de

maintenance et les eaux des infiltrationsdes anciennestailles drainées par les failles.

Pour les eaux souterraines, une forte minéralisation est marquées au niveaudu puits

B (situés en aval de la mine et plus proche de l’oued Tensift), puit 12 (situés en

amont de la mine), puit 23, et le puit de Draa sfar nord. Cela peut être due

probablement à l’existence d’un réseau de failles que draine l’eau salée de la mine

au puits en aval (puit B) ,ou bien la présence poches salins sous l'effet du pompage

successif pour l’irrigation favorise l’écoulement d’eau salée vers ces puits et peut-être

due aux infiltrations des oueds Tensift puisque ces puits se situent proches de

Tensift.

Figure 11 : Diagramme de piper des eaux d'exhaure


Chapitre II



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Figure 12 : Diagramme de piper des eaux souterrains

On trouve d'après les diagrammes de Piper (Figure 11 ,12) que :

les eauxd’exhaure appartiennent principalement au faciès chloruré

sodique et sulfato -potassique (hyper chloruré sodique), ce faciès est

caractérisé par des teneurs élevées en sulfates avec un maximum de

1795 mg/l (ppm) et en chlorures avec un maximum de 6047.4 mg/l

(ppm) conduisant à une forte minéralisation.

les eaux souterraines (puits autour la mine) présentes les mêmesfacies

que celle des eaux d’exhaure mais avec des valeurs moins faibles en

chlorure et en sulfates.


Chapitre II



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Selon l’analyse des résultats et les résultats d’une recherche déjà faits en 2007 par

(Anase Ait lemkademe.20007) à l’aide des traceurs isotopes stables de la molécule

d’eau à constater que l’alimentation en eau de la zone d’étude provient

essentiellement du haut atlas, avec une altitude moyenne de recharge estimée à

environ 1800 (m) montrent des modes de minéralisations et des spécifiques à

chaque famille d’eau.

Une autre étude réalisée par (Krimissa. 2004). Cette hypothèse est liée la salinisation

par l’altération du substratum schisteux, dont l’analyse de ce schistea montré qu’ils

peuvent contenir jusqu’à environ 38000Mg/l de chlorure. Cette salinité naturelle de la

région est liée à un contexte géologique particulier (schiste).

2.4. Impacts environnementaux

L’évacuation des eaux usées dans la nature nécessite l’évaluation du degré de

pollution que se fait d’après la détermination d’un certain nombre des paramètres

physico-chimiques, les paramètres présents des teneurs dépassent les valeurs-

limitesdes rejets directs ou indirects provoquent des effets nocifs sur la santé de

L’homme, les ressources naturelles, la faune, la floreet la biodiversité.

Les eaux d’exhaure de la mine avant le rejet dans l’oued secaractérisentpar une

conductivité dépassent les normes de rejet dans le milieu naturel « 2700 µs/cm ».

Une concentration de sulfure dépasse de loin les limite de rejet (1 mg /l), la

température de rejet est toujours inferieureà la norme admissible à 30°C d’où

l’écartement des risques de pollution thermiques.

Le stockage de l’eau au niveau des bassins du fond de la mine est limité par leurs

capacités volumiques. Cependant le rejet direct de ces eaux est contrôlé par des lois

gustatives responsables à la protection et à La mise en valeur de l’environnement qui

demande un pré- traitement afin de le rendre susceptible au rejet ou au recyclage.

Les pré- traitements de l’eaupeuvent sefaire par diverses méthodes qui varient selon

la quantité, le coût et le mode de fonctionnement, le choix de processus …etc.

Le paragraphe qui suit nous renseigne sur les différents types de traitement existant

sur lesquels on va se baser pour effectuer le choix de type de traitement qu’on

procédera pour répondre aux critères de notre cas.


Chapitre II



Marrakech

2.5. Techniques desdessalements

Le dessalement de l'eau (également appelé dessalage ou désalinisation) est un

processus qui permet d'obtenir de l'eau douceà partir d'une eau saumâtre ou salée

Pour dessaler l’eau il existe diverses techniques, certaines sont plus adaptées à un

environnementdonné que d’autres. Il existe cinq techniques regroupés en deux

familles : les procédésde distillation et les procédés membranaires. Les deux

fonctionnent selon le même principe général. (Figure 13).

2.5.1. Installation de dessalement

On peut diviser une installation de dessalement en 4 postesprincipaux :

Figure 13: Procédé de distillation

Figure 14 : Schéma général d’une installation de dessalement (Source : Maurel A., 2006)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau_douce


Chapitre II



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L’alimentation en eau de mer :

Peut s’effectuer soit par prise directe, soit par puits côtiers. Ce dernier

système permet d’obtenir une eau non turbide, ce qui soulage les

prétraitements.

Prétraitement :

Chloration : Bloque la prolifération des organismes vivants.

Evite l’obstruction des conduites.

Filtration : Protégé les pompes et assure le bon

fonctionnement des pulvérisateurs.

Antitartre : La distillation favorise précipitation du carbonate

de calcium qui se dépose sur la paroi des échangeurs et

réduit le transfert de chaleur

Installation de dessalement :

Procédés de distillation : L’eau de mer chauffée produit de la

vapeur d’eau qu’il suffit de condenser pur obtenir de l’eau

pure.

Procédés membranaires : L’eau et les sels dissous sont

séparés au moyen de membranes sélectives.

Le post-traitement :

Permet de potabiliser l’eau en 2 étapes (en sortie de l’unité de

dessalement, l’eau n’est pas potable car elle est déminéralisée).

Correction de la corrosivité : le traitement consiste à ajouter

du Ca(OH) 2 ou du CaCO3.

Désinfection finale : bien que certains procédés (osmose

inverse) retiennent tous les micro- organismes, il est

nécessaire d’assurer une désinfection à la sortie de l’usine.


Chapitre II



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2.5.2. Procédé de distillation

2.5.2.1. Distillation à simple effet

Son principe est simple : il reproduit le cycle naturel del’eau.

Dans une enceinte fermée, un serpentin de réchauffage

porte à ébullition l’eau de mer.

La vapeur produite se condense au contact d’un deuxième

serpentin alimenté par l’eau de mer froide.

Un groupe électropompe soutire l’eau condensée ; un

deuxième l’eau de mer concentrée ou saumure.

Cette première solution est simple à mettre en œuvre met n’offre qu’un rendement

réduit, aussi elle n’est utilisée que dans les navires disposant d’une source

d’énergie thermique (Danis P., 2003).

Figure 15: Distillateur simple effet (Source : Danis P., 2003)


Chapitre II



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2.5.2.2. Distillation à multiples effets (MED)

L'évaporateur MED est constitué de plusieurs cellules simples consécutives, dans

lesquelles on diminue la pression (et la température) du premier (chaud) au dernier

(le froid). Chaque cellule (aussi appelé effet) contient un faisceau de tubes. Le

sommet du faisceau est arrosé avec l'eau de mer qui coule autour des tubes par

gravité.

La chaleur cédée lors de la condensation réchauffe l'eau de mer à l'extérieur des

tubes qui s’évapore en partie. Après l'évaporation, l'eau de mer se concentre en

donnant de la saumure au fond de la cellule.

La vapeur créée par l'évaporation de l'eau de mer est utilisée comme moyen de

chauffage pour l'effet suivant où le processus se répète.

Dans la dernière cellule, la vapeur produite se condense dans un échangeur

thermique. Cet échangeur, est rafraîchi par l'eau de mer.

À la sortie du condenseur final, la partie de l'eau de mer réchauffée est utilisée pour

alimenter l'unité, l'autre partie est rejetée à la mer. La saumure et le distillat sont

collectés dans chaque cellule d’où ils sont extraits par des pompes centrifuges.

Cette solution apporte une amélioration du rendement par rapport à la première.

Une amélioration significative de l’efficacité du système est apportée par la

‘compression de vapeur’ (MED-TVC) (Danis P., 2003).

Figure 16 : La distillation à multiples effets

(Danis P., 2003).


Chapitre II



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2.5.2.3. Distillation à multi flash (MSF)

Ce procède dit flash consiste à maintenir l’eau sous pression pendant toute la

durée de chauffage, Lorsqu’elle atteint une température de l’ordre de 120°C, elle

est introduit dans une étage où règne une pression réduite. Il en résulte une

évaporation instantanée par dans détente appelé flash.

La vaporisation d’eau est ainsi réalisée par détente successive dans une série

d’étages où règnent des pressions de plus en plus réduites, on peut trouver

jusqu’à 40 étage successive dans une unité de MSF industrielle.

Finalement l’eau condensée est récupérer alors la saumure est évacuée.

Le cout énergétique moyenne est de 15kwh/m3 (Danis P., 2003).

2.5.2.4.

2.5.2.5. Distillation par compression de vapeur

Dans ce procédé, l’eau à dessaler est portée à ébullition dans une enceinte

isolée thermiquement.

La vapeur produite est aspirée par un compresseur qui élève sa température de

saturation.

Cette vapeur traverse ensuite un faisceau tubulaire et se condense en provoquant

l’ébullition de l’eau salée. Le cout énergétique moyenne est de 5kwh/ 𝑚3 (Danis P.,

2003).

Figure 17 : la distillation multi flash(Danis P., 2003).


Chapitre II



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2.5.3. Procédés membranaires

2.5.3.1. Distillation membranaires

La distillation membranaire est une technologie émergente, mais encore à l’état

expérimental. Comme son nom l’indique, il s’agit d’un procède hybride combinant

à la fois le procédé de distillation et un procédémembranaire.

Le principe de cette technique est le suivant :

Le gradient de pression de vapeur est créé par le chauffage de l’eau salée ce qui

entraine l’augmentation de sa pression et son évaporation au voisinage de la

membrane. La nature hydrophobe de la membrane laisse la vapeur d'eau traverser

grâce à la température élevé, mais le liquide sale ne peut pas pénétrer. La vapeur

d'eau qui s'accumule de l'autre cote de la membrane est ensuite condensée par

différents procédés possibles pour fournir l'eau distillée nécessaire.

Figure 18 : Distillation par compression de vapeur


Chapitre II



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2.5.3.2. Osmose inverse

L’osmose est un phénomène naturel. Si l’on considère 2 solutions de concentrations

salines différentes séparées par une membrane. L’eau migre spontanément de la

solution diluée à la solution la plus concentrée. Si l’on applique une pression

supérieure à la pression osmotique (pression d’équilibre) le solvant va migrer de la

solution concentrée à la solution diluée c’est l’osmose inverse. Le cout énergétique

moyenne est de 4kwh/m3.

La pression osmotique π est donnée par : π.V = n.R.T π = i.C.R.T

Figure 19 : la Distillation membranaires(Tata-Ducru F., 2009)

Figure 20 : Principe et installation de l’osmose inverseSource : Wilf M., 2005

http://hmf.enseeiht.fr/travaux/bei/beiere/content/2012-g04/binome-3


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2.5.3.3. Électrodialyse

Dans le procédé d'électrodialyse, l'eausalée est placée dans une cuve à électrolyse.

Le courant électrique dissocie les molécules de sel (NaCl) en cations Na+ et anions

Cl− qui sont respectivement attirés par les deux électrodes opposées. La cuve est en

autre compartimentée par deux membranes semi-perméables, l'une aux cations,

l'autre aux anions. L'eau douce est récoltée entre ces deux membranes sélectives

qui jouent le rôle de « clapets à ions ». Le cout moyen énergétique dépend de la

concentration de sel dans l’eau.

Figure 21 : Processus ED simplifie

http://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/traitement_des_eaux/187368#21894652


Chapitre II



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2.5.4. Comparaison des techniques

Tableau 5 : avantages et inconvénients des différentes méthodes de traitements


Chapitre II



Marrakech

2.5.4.1. Etude économique

Du fait que le prix du 1 kWh au Maroc atteint 1,081 DH, le prix d’énergie utilisée par

chaque technique serai comme suite :

Distillation multi-flash :

Cout énergétique moyen = 10 KWh / m3

15 kWh / m 3 * 1,081 DH / KWh = 10 .81 DH / m3

Distillation multi-effet :


15 kWh / m 3 * 1,081 DH / KWh = 15 .273 DH / m3


Chapitre II



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Osmose inverse :


4 kWh / m 3 * 1,081 DH / KWh = 5, 08 DH / m3

Compression de vapeur :


5 kWh / m 3 * 1,081 DH / KWh = 6 DH / m3

Donc La distillation de 450 m3 / j d’eaux d’exhaure nécessite une énergie avec un

diffère d’une technique à autre :

Distillation multi –flash:4864, 5DH /J

Distillation multi-effet : 6872 ,85 DH /J

Osmose inverse : 2286 DH /J

Compresse de vapeur : 2700 DH /J

Suivant cette comparaison, on remarque l’osmose inverse est le procédé le plus

économique.


Chapitre II



Marrakech

De façon générale le dessalement nécessite toujours de l’énergie dont le coût

intervient pour une grande part dans celui de l’eau. C’est pourquoi, il parait à priori

intéressant d’envisager l’utilisation de l’énergie renouvelables (distillation solaire)

dans le processus de dessalement des eaux d’exhaures, de vue que la région

d’étude est caractérisées par des gisements solaire importants.

Dans ce chapitre on va étudie le distillateur solaire à base panneaux photovoltaïque.

Figure 22 : diagramme de comparaison économique

Chapitre III

Etude de la solution

Chapitre III : Etude de la solution

3.1. Etude d’une distillation par osmose inverse à base des capteurs

photovoltaïques

3.1.1. Analyse fonctionnelle de modèle de distillation

3.1.2. Installation du model

3.2. L’énergie solaire

3.2.1. Energie solaire photovoltaïque

3.2.2. Le gisement solaire au Maroc

3.2.3. Le type de capteurs solaires

3.2.3.1. Capteur solaire photovoltaïque

3.2.3.2. Composants d’un capteur photovoltaïque

3.2.3.3. Influence de l’orientation et de l’angle d’inclinaison

4.1. Résultats

Sommaire


LST ∼F ST

Marrakech

Chapitre III Etude de la solution

Chapitre III : Etude de la solution

Introduction

es énergies renouvelables sont celles qui se produisent de manière continue, et qui

sont inépuisables, à une échelle humaine : solaire, éolien, hydraulique, biomasse et

géothermique.

Elles sont respectueuses de l'environnement, leurs effets sont infiniment mineurs par

rapport à ceux des énergies conventionnelles (combustibles fossiles, énergie nucléaire,

etc.), et sont normalement réversibles.

3.1. Etude d’une distillation par osmose inverse à

base des capteurs photovoltaïques

Energie photovoltaïque permet la diminution des couts économiques de la distillation

par osmose inverse d’où l’obligation de faire une étude sur le rendement de cette

énergie ainsi une analyse fonctionnelle afin de déterminer leur cahier des charges et

de traiter tous les côtés possibles de cette technique.

3.1.1. Analyse fonctionnelle de modèle de distillation

L’analyse fonctionnelle est une démarche qui consiste à rechercher et à caractériser

les fonctions offertes par un produit pour satisfaire les besoins de son utilisateur.

(Robert Tassinari 1997).

L


LST ∼F ST

Marrakech


Figure 23 : analyse fonctionnelle


LST ∼F ST

Marrakech


3.1.2. Installation du model

L’ensemble de l’installation comprend 4 parties :

Un osmoseur constitué de plusieurs éléments : un système de prétraitement

par filtration, une Pompe haute pression, six modules de dessalements placé

en série, un système de post-Traitement et accessoires /appareils de mesure.

Un générateur photovoltaïque.

Un système de régulation et stockage d’énergie.

Système de stockage d’eau : il comprend 2 cuves ; l’une pour l’eau saumâtre

et l’autre pour l’eau potable.

Figure 24 : schéma d’installation de l'Osmose inverse


LST ∼F ST

Marrakech


3.2. L’énergie solaire

L'énergie solaire est l'énergie issue par rayonnement solaire, directement ou par

diffusion à travers l'atmosphère.

Sur terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau, du vent et de la

photosynthèse créée par le règne végétal, dont dépend le règne animal via les

chaines alimentaires. L'énergie solaire est donc à l'origine de toutes les énergies sur

terre à l'exception de l'énergie nucléaire, géothermie et l'énergie marémotrice.

L'homme utilise l'énergie solaire pour la transformer en d'autres formes d'énergies :

énergie alimentaire, énergie cinétique, énergie thermique, électricité ou biomasse.

Par extension, l'expression « énergie solaire » est souvent employée pour désigner

l'électricité ou l'énergie thermique obtenue à partir de cette dernière.

3.2.1. Energie solaire photovoltaïque

L'énergie solaire photovoltaïque est l'électricité produite par transformation d'une

partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules

sont reliées entre elles sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont

regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une

centrale solaire photovoltaïque. L'installation solaire peut alimenter un besoin sur

place (en association avec un moyen de stockage) ou être injecté, après

transformation en courant alternatif, dans un réseau de distribution électrique (le

stockage n'étant alors pas nécessaire).

Les performances d’une installation photovoltaïque dépendent de l’orientation des

panneaux solaires et des zones d’ensoleillement dans lesquelles vous vous trouvez.

Figure 25 : principe de fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques


LST ∼F ST

Marrakech


3.2.2. Le gisement solaire au Maroc

Le solaire est certainement la source d’énergie renouvelable la plus importante au

Maroc. Avec plus de 3000 h / an d'ensoleillement, soit une irradiation de ~ 5 kWh /

m2/ jour, le Maroc jouit d'un gisement solaire considérable. Cette source d’énergie

constitue un potentiel particulièrement important surtout dans les régions mal

desservies en capacités de production électrique.

Dans la zone d’étude on remarque selon un site PVGIS AFRIQUE que la moyenne

d’irradiation globale directe annuelle peut atteint jusqu’à 6600 (Wh / m2 / an), et

suivant un plan incline de 31 ° est de 6500 (Wh / m2 / an), (figure 27)

Figure 26 : Gisement solaire du Maroc


LST ∼F ST

Marrakech


3.2.3. Le type de capteur solaires

Un capteur solaire ou un panneau solaire est un dispositif destiné à récupérer une

partie de l'énergie du rayonnement solaire pour la convertir en une forme d'énergie

(électrique ou thermique) utilisable par l’homme.

3.2.3.1. Capteur solaire photovoltaïque

Un capteur solaire photovoltaïque est un module photovoltaïque qui fonctionne

comme un générateur électrique de courant continu constitué d’un ensemble de

cellules photovoltaïques reliées entre elle-même électriquement, qui sert de module

de base pour les installations photovoltaïques et notamment les centrales solaires

photovoltaïques.

Figure 27 : irradiation global de la zone


LST ∼F ST

Marrakech


3.2.3.2. Composants d’un capteur photovoltaïque

Un système solaire photovoltaïque est composé de 5 éléments principaux :

Le panneau solaire photovoltaïque : il produit la quantité requise d'électricité. Il

est constitué des cellules photovoltaïques. Les cellules photovoltaïques sont

constituées de semi-conducteurs à base de silicium, de sulfure de cadmium,

et de tellure de cadmium. Ces composants sont superposés en deux fines

plaques de telle sorte qu'il en résulte un contact étroit.

Le régulateur de charge solaire ou limiteur de charge solaire : il protège la

batterie contre les surcharges et décharges profondes.

La batterie solaire : Elle stock l'énergie produite par le panneau solaire

photovoltaïque.

L’utilisation : ce sont les appareils qui utilisent l'électricité : lampes, radios,

télévisions, ordinateurs, pompes, réfrigérateurs.

Accessoires :

Câbles : Ils assurent le raccordement des composants.

Convertisseur : il adapte la tension CC délivrée par la batterie solaire à

la tension d'alimentation du récepteur si elle est plus haute ou plus

basse

Onduleur : il transforme le courant continu (CC) en courant alternatif

(CA).

Figure 28 : capteurs solaires photovoltaïques

http://www.ecosolaire.com/produit/154/Panneau_solaire_photovoltaique_KD135SX_1PU.aspx

http://www.ecosolaire.com/produit/118/Regulateur_de_charge_solaire_SS_20L_12V.aspx

http://www.ecosolaire.com/produit/89/Limiteur_de_charge_SLIM_512.aspx

http://www.ecosolaire.com/produit/64/Batterie_solaire_TMS_3000.aspx

http://www.ecosolaire.com/produit/47/Ampoule_fluo_E27_7W_12V.aspx

http://www.ecosolaire.com/produit/88/Kit_de_cablage_2x2%2c5mm2.aspx

http://www.ecosolaire.com/produit/139/Convertisseur_de_tension_MDCI_100W.aspx

http://www.ecosolaire.com/produit/16/Onduleur_sinusoidal_Piccolo_150VA.aspx


LST ∼F ST

Marrakech


3.2.3.3. Influence de l’orientation et de l’angle d’inclinaison

L’orientation sud et une inclinaison de 30 à 45° environ par rapport à l’horizontale

assurent les meilleurs rendements pour une installation solaire à nos latitudes. Mais

même avec des écarts importants (orientation sud-ouest à sud-est, inclinaison de 25

à 70°), une installation solaire reste rentable (figure 29).

Une inclinaison plus faible est conseillée si les capteurs ne peuvent pas être orientés

vers le sud. Des capteurs solaires inclinés à 30° et orientés à 45° sud-ouest

présentent encore 95 % de la puissance optimale. Et même en cas d’orientation est

ou ouest, il est possible d’espérer encore 85 % si le toit est incliné de 25 à 40°.

Une inclinaison plus forte du capteur offre l’avantage d’une fourniture d’énergie lissée

sur l’année.

Une inclinaison inférieure à 20° est à déconseiller pour éviter tout encrassement

excessif des capteurs.

Angle d’inclinaison α :

Une récupération maximale de l’énergie suppose un angle d’inclinaison des capteurs

solaires par rapport à la surface de la Terre en conséquence (figure 30). Si le capteur

est sur un toit à versants, l’angle d’inclinaison est celui du toit. L’absorbeur du

capteur pourra capter le maximum d’énergie si le plan du capteur est perpendiculaire

au rayonnement solaire.

Figure 29 : Influence de l’orientation et de l’inclinaison Sur l’énergie


LST ∼F ST

Marrakech


Angle azimutal a :

L’angle azimutal (figure 30) est l’angle que fait le plan du capteur par rapport au Sud

; plan du capteur orienté plein Sud = angle azimutal de 0°. Comme le rayonnement

solaire est le plus intensif vers midi, le plan du capteur devra être si possible orienté

vers le Sud. Des angles allant jusqu’à 45° par rapport au Sud sont cependant

acceptables. Des angles supérieurs pourront être compensés en augmentant

légèrement la surface de capteurs.

Figure 30:angle d’inclinaison des capteurs

Figure 31 :L’angle azimutal


LST ∼F ST

Marrakech


4.1. Résultats

Pour traiter un volume de 450 m2 d’eau d’exhaure par osmose inverse a base

panneaux photovoltaïque, on a besoin selon le (chapitre 2) une énergie de 4 KWh /

m3 donc il faut 1800 KWh / jour.

Dans le but de la détermination des paramètres de simulation qui permette la

réalisation de ce traitement on a obtenu les résultats ci-dessous à l’aide du logiciel

pvsyst v6 .38 :

Selon ce logiciel on a obtenu aussi le coûtnécessaire pour traiter ces eaux qui est de

l’ordre de 7384300 DH /10 ans.

La comparaison de ce prix avec le cout énergétique de l’osmose inverse sans

installations des panneaux photovoltaïques, on constate une réduction de

959600DH/10 ans.

2286 *365*10 = 8343900 DH/10 ans.

8343900 - 7384300 = 959600DH/10 ans.

Orientation plan

capteurs

inclinaison : 30

Azimut-2°

Surface modules 1331 m²

-

Nombre total de

modules PV en série 810 En parallèle 45

chaînes

Puissance global 227kwc

-

Surface totale 1331 m2

-

Energie produite 457997 kWh / ans

-

Tableau 6 : principale paramètre de simulation obtenu par pvsyst v6.38

Facultés des Sciences et Techniques


Marrakech

CONCLUSION GENERALE

objectif de notre stage de fin d’études était la détermination des

caractéristiques des eaux industrielles de la mine de Draa sfar sud,

notamment les eaux d’exhaure qui constitue le principal problème de la mine,

ainsi la proposition d’une solution optimale de traitement des eaux d’exhaure avant le

rejet.

D'après l'analyse physicochimique élaborée au sein de laboratoiresREMINEX, on a

remarqué que les eaux d’exhaure se caractérisentpar une forte salinité dont l’ordre

de 12g /l, cette valeur est le résultat d’un mélange des eaux pompé des différents

niveaux.

D’après la projection sur le diagramme de piper, ces eaux sont caractérisées par un

facies hyper chloruré, de mêmepour les eaux souterraines adjacentes.

Les lois de projection de l’environnement en vigueur, obligent les industries à se

conformer aux normes de rejet avant d’évacuer leurs effluents liquides dans le milieu

naturel. C’est dans cette démarche que notre sujet a prise naissance, dans le but de

trouver une méthode optimale pour traiter ces eaux avant de les rejeter ou les

Réutilisés.

La comparaison entre plusieurs techniques de dessalement, a montré que l’osmose

inverse est la meilleure technique, vu son rendement le très élevé et le cout

énergétique le plus faible.

Mais sa faisabilité dans notre domaine d’étude était toujours loin d’être accepté. D’où

vient l’idée d’utiliser de l’énergie propre .selon la situation géographique du site,

l’idée d’utiliser des panneaux photovoltaïques.

La réalisation de ce technique d’osmose inverse avec panneaux photovoltaïques

nécessite une étude préliminaire des différents paramètres tels que (inclinaison, les

radiations, surface des capteurs …) qu’on a simulés par le programme PVSYSTY V6

.38 l'inclinaison de capteur de 30°, une surface totale de 1331 m², et le nombre des

capteurs nécessaires est de 810 si ces capteurs sont placés en série, s'ils sont

parallèles on aurait besoin d’un nombre de 45 chaines. Le prix de ce traitement

estimé par ce logiciel est de l’ordre de 7384300 DH

L’’



Marrakech

Bibliographie

A .TAZRAT(2010), planification de l’épuisement des réserves de l’aval 640

DraaSfar .ENIM

B.ADIL (2011). Développede l’aval de la mine de DraaSfar.2011/2012

M .Bordonaro. (1983). Tectonique et pétrographie dudistrict à pyrrhotite de

Kettara (Paléozoïque des Jebilet, Maroc). Thèse de 3ème cycle, Université.

Strasbourg, 132 pp.

Danis P, juin (2003).Dessalement de l'eau de mer. Techniques de l'Ingénieur,

J 2700, 15 p.

El Mandour, A., (1990).Actualisation des connaissances hydrogéologiques du

massif des Jbilets, Meseta Occidentale. Thèse 3èmecycle, Université Cadi

Ayyad, Marrakech, Maroc.

M. Engalenc (1979).Méthode d’étude et de recherche de l’eau souterrains

des roches cristallins. Travaux complémentaires sur les milieux fissure

Ougadougou.

Hibti, M (2001).Les amas sulfurés des guemassa et de Jbilets (meseta sud-

occidentale, Maroc) témoins de l’hydrothermalisme précoce dans le bassin

mesetien. thèse de docteur d’état sciences Université .Cadi ayyad .Marrakech,

269pp.

HULVIN, P(1977). Étude géologique et gîtologiques du massif hercynien des

Jbilets (Maroc occidental).

HUVELIN P. (1972). Carte géologique et des minéralisations des

Jebiletcentrales au 1/100 000. Notes et Mém. Serv. Géol. Maroc, 232.

Kloppmann w. (2010).synthèse des travaux scientifiques portent sur la salure

de l’aquifère rhénan (méthodesgéochimique et isotopiques). Rapport final

BRGM/RP 59171-FR.



Marrakech

KRIMISSA, S (2004). Sur l’origine paraltération du substratum schisteux de la

minéralisation des eaux d’une nappe côtière sous climat semi-aride (Chtouka-

Massa, Maroc). C. R. Geosci., 336 : 1363-1369.

Lagarde, J .L et Choukroune, p (1982). Cisaillement ductile et gratenoise

syntectonique : l’exemple du massif hyrcanien des Jbilets (Maroc). Bull. Soc

.Géol. FRANCE .T XXIV, N°2, p .389-395.

N. DOUDI (2004). contribution à l’étude du dénoyage de lamine de Draa Sfar.

Piqué, A. (1979) Évolution structural d’un segment de la chaine hercynien, la

meseta marocaine nord-occidentale .Thèse est-science Strasbourg.

Z. LAMMI (2005). choisir la séquence d’exploitation pour l’aval de la

minéralisation.

Maurel. A, (2006). Dessalement de l’eau de mer et des eaux saumâtres.

Edition : Tec et Doc.286 p.


des roches cristallins de l’Afrique de l’ouest. comite interafricain d’études

hydraulique.


des roches cristallins. Travaux complémentairessur les milieux fissure

Ougadougou.

Rziki, S. (2006).Contribution à l’étude géologique dugisement polymétallique

de Draa Sfar, Jebilet centrales,Maroc. Mémoire de fin d’études supérieures

spécialisées, Université Cadi ayyad, Faculté des scienceset technique Guéliz,

Marrakech, 108 pp.

Tassinari, R. (1997).pratique de l'analyse fonctionnelle,Dunod, Paris, 1997.

TATA-DUCRU F. (2009).Dessalement de l'eau de mer : bilan des dernières

avancées technologiques ; bilan économique ; analyse critique en fonction

des contextes, AgroParis Tech ENGREF.consulté le 20/02/2012

Wilf M, (2005).Optimization of seawater RO system design, Desalination 173,

1-12.



Marrakech

ANNEXES

années

Température min

Température max

Précipitions

janvier 5 19 24

février 7 21 27

mars 10 24 32

avril 12 27 30

mai 15 30 14

juin 18 34 8

juillet 20 39 3

aout 21 39 3

septembre 18 34 10

octobre 15 29 22

novembre 10 24 30

décembre 7 20 30

Tableau 7 : donnes climatique de Marrakech année 2014-2015



Marrakech

Figure 32: interface de Logiciel Pv Sys v 6.38

Figure 33: Paramètres des simulations



Marrakech

Figure 34: résultats obtenu à partir Pv Sys v 6.38



Marrakech

Tableau 8 : Norme du rejet direct

Documents

Caractérisation des eaux industrielles de DRAA SFAR et … · · 2016-04-29Hydrogéologie ... Définition et analyse du problème ... Quoi quil en soit,