Upstream geomineralurgical characterization of a sedimentary phosphate deposit for mine waste sustainable management and valorization purposes

« RÉSUMÉ : L'industrie minière au Maroc joue un rôle primordial dans l'économie du pays, notamment grâce à l'extraction de minéraux tels que le phosphate, l'argent, l'or, le zinc, le cuivre, le cobalt, la fluorite, et la barite. Toutefois, cette industrie génère d'importantes quantités de déchets miniers qui doivent être gérés efficacement. Les déchets miniers comprennent des matériaux tels que les résidus, les roches stériles, les boues, les eaux minières et les produits chimiques qui restent après l'extraction des minéraux. Ce projet de thèse se focalise sur l'industrie minière des phosphates, un secteur connu pour produire des quantités substantielles de stériles rocheux des phosphates (SRP). Ces stériles, sous-produits de l'extraction du phosphate, sont souvent mélangés et stockés en surface sous forme de grandes haldes de stériles, ce qui les rend difficiles à réhabiliter. Les stériles sont principalement des couvertures et des intercalaires, composés essentiellement de carbonates, d'argiles, de marnes et de silex. L'objectif principal du présent travail est de s'orienter vers l'étude des SRP en amont de la chaîne minière dans la mine de Benguerir, au Maroc, afin de caractériser chaque lithologie séparément. Cette approche vise à fournir une compréhension détaillée et complète de la composition, des caractéristiques et des applications potentielles des stériles, facilitant ainsi l'identification des opportunités de réutilisation ou de valorisation efficace de ces sous-produits. En conséquence, trois objectifs spécifiques ont été définis : i) comprendre les propriétés géologiques et géomécaniques des SRP en vue de leurs potentielles applications dans le domaine génie civil ; ii) évaluer la géochimie et le comportement environnemental des SRP ; iii) adopter une approche intégrée de l'utilisation durable des SRP (p. ex. remblais routiers). Trois hypothèses ont été formulées dans cette thèse : i) la caractérisation géominéralurgique en amont permet d'explorer les possibilités de valorisation des SRP, ii) la réalisation d'une évaluation géo-environnementale complète en amont des SRP permet d'identifier les risques potentiels et d'explorer les possibilités de récupération des ressources, et iii) la proposition de lignes directrices pour la valorisation des SRP permettra de les transformer en ressources précieuses, contribuant ainsi à la gestion durable des déchets et à l'utilisation efficace des ressources. Pour atteindre ces objectifs, l'approche méthodologique a débuté par une étude bibliographique approfondie qui a servi de base aux étapes suivantes. Cette première phase a été suivie par des missions sur le terrain portant sur le carottage et la collecte d'échantillons. Une stratégie d'échantillonnage méticuleuse a été élaborée, combinant des méthodes aléatoires et ciblées afin de garantir un processus de collecte de données complet. Les échantillons prélevés ont ensuite fait l'objet de divers tests de caractérisation et d'analyses portant sur les aspects géologiques, géomécaniques, pétrographiques, minéralogiques, chimiques et environnementaux. Ces analyses ont permis d'obtenir une compréhension globale de la composition et des propriétés des intercalaires. L'intégration des paramètres géologiques (lithologie et épaisseur) dans un cadre de géomodélisation a permis d'estimer les volumes mais aussi de mettre en évidence la distribution du gisement. Enfin, cette approche méthodologique a permis de réaliser une analyse approfondie et multidimensionnelle essentielle à la prise de décision en matière de gestion des ressources et de conservation de l'environnement, en proposant des lignes directrices pour les voies de valorisation.»

Abstract

« ABSTRACT : The mining industry in Morocco plays a crucial role in the country's economy, mainly through the extraction of minerals like phosphate, silver, gold, zinc, copper, cobalt, fluorite, barite, etc. However, this industry generates substantial quantities of mining waste that must be effectively managed. Mining waste includes materials such as tailings, rock, sludge, and mine water left over after the extraction of minerals. This thesis project focuses on the phosphate mining industry, a sector notorious for producing substantial amounts of phosphate waste rock (PWR). This waste rock, a byproduct of phosphate extraction, is often mixed and stored on the surface as large waste rock piles (WRPs), which makes it difficult to rehabilitate. The PWRs are mainly overburden and interburdens, primarily composed of carbonates, clays, marls, and flints. The main aim of the present work is to provide a detailed and comprehensive understanding of the waste rock's composition, characteristics, and potential applications from phosphate exploitation, facilitating the identification of opportunities for effectively reusing or valorizing these by-products. Accordingly, three specified objectives were defined: i) understanding the geological and geomechanical properties of PWR given their potential civil applications, ii) assess the geochemistry and environmental behavior of PWR, and iii) Integrated approach to sustainable utilization of PWR in road embankments. Three hypotheses were drawn in the thesis: i) upstream geomineralurgical characterization allows exploring opportunities for PWR valorization, ii) conducted a comprehensive upstream geo-environmental assessment of PWR allows for the identification of potential hazards and exploration opportunities for resource recovery, and iii) proposing guidelines for the valorization of PWR will successfully convert it from a previously discarded by-product into a valuable resource, contributing to sustainable waste management and resource efficiency. To achieve these objectives, the methodological approach began with an extensive bibliographic study that laid the foundation for subsequent steps. This initial phase was followed by field missions focused on core drilling and sample collection. The sampling strategy consisted of combining random and targeted methods to ensure a comprehensive data collection process. Various characterization tests and analyses were then conducted on the collected samples, encompassing geological, geomechanical, petrographic, mineralogical, chemical, and environmental aspects. These analyses provided a global understanding of the interburdenscomposition and properties. The integration of the geological parameters (lithology and thickness) into a geomodeling framework allowed for volume estimations but also illuminated deposit distribution. Finally, this methodological approach ensured a thorough, multidimensional analysis essential for informed decision-making in resource management and environmental conservation by proposing guidelines for valorization pathways. The results of each part are summarized in the following.»