La gestion de l’eau constitue un facteur clé pour les opérations minières dans la Ceinture de cuivre africaine.

La Ceinture de cuivre d’Afrique centrale constitue la plus grande ressource en cuivre-cobalt au monde. Le minerai y est extrait dans des dizaines de mines réparties entre la Zambie et le sud de la République démocratique du Congo (RDC). Nombre de ces mines sont confrontées à d’importants enjeux liés à l’eau, en raison de fortes précipitations et de la nature poreuse des formations minéralisées hôtes. DHI intervient en RDC depuis plusieurs années, en développant des modèles hydrologiques et d’exhaure afin de soutenir les opérations minières dans cette région particulièrement exigeante.

 

Défi

L’eau est un facteur déterminant pour la rentabilité des opérations minières à travers le monde. Toutefois, les conditions hydriques sont rarement optimales : l’eau est généralement excédentaire, insuffisante ou mal répartie. La Ceinture de cuivre d’Afrique centrale ne fait pas exception. Elle s’étend de la Zambie jusqu’à la province du Katanga, en République démocratique du Congo (RDC), et constitue la plus grande ressource mondiale en cuivre et en cobalt. Depuis des siècles, l’exploitation artisanale y alimente le commerce de lingots et de bracelets en cuivre à travers le continent africain.

 

Cependant, la région est confrontée à de nombreux défis liés à l’eau : la Ceinture de cuivre abrite certaines des mines les plus humides au monde. Les précipitations y sont fortement saisonnières, avec une pluviométrie moyenne d’environ 1 200 mm par an. La géologie est extrêmement complexe, marquée par des failles, des plis et des chevauchements. Le cuivre et le cobalt sont en grande partie associés à des dépôts de type dissolution au sein de formations très perméables (voire karstiques). Cela a conduit à la présence de nombreux gisements très riches mais de taille relativement modeste, souvent accompagnés de problématiques hydriques majeures.

Solution

Hydrologie de bassin versant

Comprendre l’hydrologie du bassin versant est essentiel pour appréhender les problématiques liées à l’eau dans la Ceinture de cuivre. Cette compréhension est déterminante pour garantir une production efficace. DHI a développé, sur ce site minier, une série de modèles hydrologiques de bassin versant fondés sur les lois physiques, à l’aide de MIKE SHE. Ces modèles offrent une vision claire des relations complexes et des rétroactions entre les précipitations, l’infiltration, l’évapotranspiration, les écoulements souterrains, le ruissellement et les débits des cours d’eau.

 

Le bilan hydrique résulte de l’interaction entre les caractéristiques physiques de l’hydrologie, de la géologie et de l’exploitation minière. Les modèles conceptuels simplifiés et agrégés, qui ne prennent pas en compte les relations spatiales et temporelles entre ces éléments, sont fortement exposés au risque d’aboutir à des résultats non fiables.

 

Les modèles MIKE SHE appliqués au bassin versant et aux zones minières permettent de représenter finement la dynamique et la répartition spatiale de la recharge des eaux souterraines, grâce au calcul de l’évapotranspiration réelle à partir de l’eau disponible et des précipitations mesurées. Cette approche évite d’avoir recours à des estimations approximatives de la recharge des nappes, qui constitue la condition aux limites la plus critique d’un modèle hydrogéologique. Les modèles intégrés eaux souterraines–eaux de surface fournissent ainsi une base solide pour l'élaboration de modèles d’exhaure souterraine spécialisés et détaillés, et soutiennent la prise de décision concernant l’évacuation des eaux d’exhaure, les dérivations hydrauliques et la maîtrise des risques d’inondation.

 

Exhaure des fosses minières

La Ceinture de cuivre est réputée pour ses mines particulièrement humides. Des niveaux élevés d’eaux souterraines au fond des fosses peuvent entraver la production et augmenter significativement les coûts de minage. Une exhaure efficace est donc essentielle pour maintenir les volumes de production tout en maîtrisant les coûts. Toutefois, les contraintes propres aux zones rurales d’Afrique centrale, combinées à la complexité des gisements, rendent le forage de puits d’exhaure à la fois coûteux et chronophage. La planification doit intervenir très en amont, tout en conservant une certaine flexibilité. Dans ce contexte, un modèle hydrogéologique détaillé et fiable constitue un outil clé pour les responsables de sites miniers. DHI a développé, sur ce site minier, une série de modèles détaillés d’eaux souterraines à l’aide de FEFLOW.

 

Les modèles d’exhaure FEFLOW développés sur ce site minier sont utilisés en conditions opérationnelles pour planifier et localiser de nouveaux puits d’exhaure, ainsi que pour optimiser les régimes de pompage des puits existants. La géologie du sous-sol est directement extraite des modèles géologiques MineSight™ et Leapfrog™, fournis par les équipes d’exploration.

 

Les modèles FEFLOW présentent un niveau de détail élevé dans les zones minéralisées, où la disponibilité des données est maximale, et prennent en compte l’ensemble des failles et structures géologiques majeures. La recharge distribuée des eaux souterraines, ainsi que les flux latéraux aux limites du domaine, sont directement dérivés des modèles MIKE SHE. L’évolution temporelle planifiée des gradins est intégrée afin de permettre l’exploitation des pressions interstitielles calculées dans les analyses de stabilité des pentes. Des simulations transitoires de long terme sont mises en œuvre pour évaluer les besoins d’exhaure et les processus de dépressurisation. FEPEST est utilisé pour optimiser le positionnement des ouvrages de suivi et quantifier les incertitudes associées aux niveaux d’exhaure, au service de la prise de décision.

 

Enfin, le personnel local est formé à l’utilisation opérationnelle des modèles. Les modèles sont ensuite déployés directement sur site chez le client, afin de faciliter leur usage immédiat et efficace dans les décisions quotidiennes.