Caractérisation physico-chimique de poussières atmosphériques prélevées sur des sites miniers du Copperbelt congolais

Les effets sanitaires de l’exposition humaine liés à l’extraction et à la fusion des minerais au sein du Copperbelt africain sont avérés. Pourtant, peu de travaux ont été publiés sur les niveaux de concentration, la composition chimique et la granulométrie des poussières émises. Cette thèse vise à déterminer les caractéristiques physicochimiques et l’origine des poussières atmosphériques collectées en fonction de leur taille, sur trois sites miniers dans la partie sud du Copperbelt […] œuvre. Le site S1 est une fonderie produisant un alliage de Co-Cu et des poudres d’oxyde de zinc (ZnO) par fusion carbothermique à partir d’anciennes scories riches en Co-Cu-Zn-(Ge). Le site S2 est une mine souterraine (Zn–Cu–(Pb), Ge, Ag) avec d’anciens parcs à résidus miniers secs en surface. Le site S3 est une mine à ciel ouvert (Cu2CO3(OH)2) réalisant le dynamitage de roche et la production de Cu cathodique par voie hydrométallurgique. Les particules atmosphériques ont été collectées au moyen d’un impacteur en cascade, séparant les PM (particulate matter) en 4 fractions de taille : > 10 μm ; 2,5-10 μm ; 1-2,5 μm ; et < 1 μm. Entre 8 et 11 points de prélèvements (3 répétitions chacun), à l’intérieur et à l’extérieur des sites miniers, ont été choisis en fonction des directions de vents dominants et des sources potentielles d’émissions de poussières. Les résultats ont montré qu’environ 75 % de la masse des PM collectées sur les 3 sites se trouve dans la fraction submicronique. Les plus fortes concentrations en PM2,5 ont été mesurées sur le site S2 (263-701 μg m-3), suivi des sites S1 (134-457 μg m-3) et S3 (146-380 μg m-3). Pour les métaux et métalloïdes directement liés aux activités minières, les gammes de concentrations dans les PM2,5, en μg m-3, varient pour les sites S1, S2 et S3, respectivement de : 0,04-0,32 ; 0,03-0,49 ; 0,02-0,03 pour Co ; 1,5-2,4 ; 1,1-7,7 et 0,08-0,4 pour Cu ; 1,9-4,5, 2,7-27,8 ; 0,14-0,16 pour Zn. Ces valeurs sont bien plus élevées que celles observées en milieu urbain et que les valeurs seuils réglementaires existantes, impliquant des risques évidents pour la santé. Une Analyse en Composantes Principales (ACP) des fractions grossières (> 2,5) et fines (< 2,5 μm), a permis d’identifier plusieurs sources, dont une liée au procédé de fusion (31 %) et aux particules fines issues du traitement des minerais par broyage humide et flottation différentielle du Cu-Zn (46 %), sur les sites S1 et S2, respectivement, pour la fraction fine. Dans la fraction grossière, la remise en suspension des PM issues des anciens sols contaminés impacte les concentrations mesurées sur les sites S1 (39 %) et S2 (49 %) ; les PM issues des parcs à résidus miniers secs impactent le site S2 (9 %), et celles issues de la fragmentation de la roche, le site S3 (29 %). Sur le site S1, le trafic routier intense sur des routes non revêtues à l’extérieur, contribue davantage aux concentrations des PM qu’à l’intérieur, où des mesures de réduction des poussières (arrosages, couverture des sols par des scories) sont appliquées. Un enrichissement en éléments métalliques liés aux activités minières a été observé en plus des métaux extraits valorisables (Co, Cu, Ge, Zn, etc.) : le Ca, lié à l’usage de la castine pour la fusion (S1), à l’alcalinisation à la chaux et à la gangue dolomitique dans l’ancien procédé de traitement des minerais (S2) ; le Mg probablement lié aux revêtements des voies d’accès au site S3, avec des morts-terrains enrichis en Mg issus de la mine. De futures études pourraient porter sur des mesures en continu et à haute résolution temporelle des métaux (typiquement horaire) afin de mieux identifier les sources et leur variabilité. Compte tenu des fortes teneurs en métaux mesurées à l’intérieur et autour des sites miniers métallifères, il semble également prioritaire d’évaluer les voies d’exposition et les risques spécifiques pour la santé des travailleurs et des habitants du Copperbelt.