Redimensionnement d'un système d'exhaure, cas de la mine souterraine de Kamoto

RESUME

Notre travail porte sur le «  Redimensionnement d'un système d'exhaure, cas de la mine souterraine de KAMOTO ». Cette étude consiste à donner les différentes étapes théoriques, aussi les calculs dedimensionnement du système de la mine souterraine de Kamoto.

Il doit permettre l'évacuation hors du champ minier des eaux souterraines mise en évidence au court de l'exploitation.Nous avons également parlé de la littérature existante dans le domaine d'exhaure des mines, traiter de l'exhaure dans une mine souterraine, ainsi que la présentation de l'exhaure dans la mine souterraine de Kamoto.

Il a été aussi question dans cette étude de mettre en évidence les caractéristiques des aquifères nous montrant comment les eaux souterraines se créent dans les évents ouverts et aussi les calculs de différentes caractéristiques d'un circuit d'exhaure que voici : la hauteur géométrique, le débit du fluide, la tuyauterie d'aspiration et de refoulement, les pertes des charges, le choix de la pompe qui donnerait les résultats escomptés (hauteur manométrique, débit, ...) dans les meilleures conditions de son fonctionnement.

Pour justifier cela, nous avons choisi le logiciel PIPE FLOW EXPERT, qui nous a permis de concevoir et simuler le système d'exhaure.

Enfin nous avons procédé à une évaluation économique de notre projet, dans le but de ressortir le coût du mètre cube exhauré. En effet nous avons calculé tout d'abord le coût fixe qui est égale à ; Frais variable est de ; Frais généraux est de ; Amortissement annuel est de ; Lecoûtdum³exhauré

Mots-clés : Redimensionnement, système, exhaure, pipe flow expert

EPIGRAPHE

Les orages, la brune, l'eau et la neige, quelque fois ca t'embetera. Pense à tous ceux qui ont connu ca avant toi, et dis simplement ce que d'autre ont réussi,on peut toujours réussir

Antoine de Saint Exupéry

DEDICACE

Que le très haut porte son regard sur ma famille et sur moi; que mon existence, mes projets, mes pensées sur terre lui soient agréables et viennent de lui-même, je lui dédie ce présent travail ;

A mon cher père MWANGAL MUSANS Sylvain pour son amouretsesconseilsqu'ilnecessedemeprodiguer;

A ma tendre mère ChantalKANAM GERMAINE Ruth pour son amour,sesconseils,sesprièresetencouragements;

A vous mes frères et soeurs: MUKEZ MWANANT François, TSHILOMBO KASWEKA Ledoux,KAPEMP MUSANS Irance, DINICK MUKAZ Yannick, TUMBA MWANZA Vyolene, MUTOMB MWINKEHU Lorick, KANAM MWANGAL Victoire, NAWEJ MUTOMB Sedive

Au RévérendPasteur KATSHEJUNIOR,poursonassistanceinestimable; trouvericinotregratitudeetreconnaissanceetàtoutesafamille;

Atousmes oncles et tantes, cousins et cousines,neveuxetnièces ;

Ama future épouse Isabelle MUYEPWAetàtoutesafamille.

Jedédiecetravail

REMERCIEMENTS

Qui veut aller loin ménage sa monture, « Il y a une chose pire dans la vie que de n'avoir pas réussi, c'est de ne pouvoir pas essayer » FRANKLIN ROOSEVELT

Au seuil de ce travail sanctionnant la fin de nos études d'ingénieurs à la grande Faculté Polytechnique de l'université de Likasi, après six ans de dur labeur, il serait donc malveillant de notre part de ne pas exprimer nos sentiments de profonde gratitude et reconnaissance à leur endroit.

À Monsieur le Professeur Jimmy KALENGA qui m'a encadré avec toute sa conscience professionnelle et qui n'a ménagé ni son temps ni ses efforts durant la préparation de ce mémoire. Sa générosité affluant tant sur le plan technique, pédagogique et morale que sur ses matériels pédagogiques m'a beaucoup aidé à surmonter divers problèmes malgré ses différentes préoccupations ô combien importantes.

A tout seigneur, tout honneur ! ; Il serait injuste de ma part, d'attendre plus longtemps pour exprimer ma reconnaissance à mon encadreur assistant ingénieur TSHIFUNG TSHIFANAKEN Augustinqui a suivi sans répit l'évolution de mon travail. Ses précieux conseils, ses orientations, ses remarques pertinentes, son soutien sans faille, sa patience et ses encouragements m'ont permis de mener à bien ce travail.

Ces mêmes sentiments sont adressés aux chefs des Travaux AssistantsEdouard ILUNGA MASOLA,Louis MULUMBA BIN MPUKA, Sabbin ILUNGA BENI, Aimé KABONDE NGONGO, Garry KAPEND TSHOMBE, Emmanuel KANDURI, Pacifique MWINKIE,ESPOIR MUKUBWE KANTALA,Joseph KYUNGU, Respectivement Membres du département de Mines à l'Université de Likasi acceptent ma reconnaissance. Leurs critiques scientifiques et pertinentes, lors de différents échanges que nous avons eus tout au long de cette aventure scientifique, m'ont permis de réorienter et de recadrer ma façon de voir les choses pour ainsi arriver aux résultats obtenus. Sincèrement merci pour avoir permis que je profite ainsi de vos longues années d'expérience.

Je m'en voudrais de ne pas remercier toute l'équipe de planning de la mine souterraine de Kamoto Copper Company dans laquelle j'ai été accepté et intégré avec enthousiasme. Merci à tous le personnel technique et administratif, un personnel sympathique qui m'a marqué positivement. Toujours à l'écoute de mes demandes et prêt à rendre service. Une reconnaissance particulière s'adresse à l'ingénieurFrançois MUKEZ MWANANTl'initiateur de ce sujet pour les nombreux entretiens nous accordés et en m'octroyant un solide relative à mon mémoire.

Mes remerciements s'adressent aussi aux responsables des autres départements qui nous ont reçus et aidé à récolter d'autres renseignements de la mine de Kamoto.

À tous les étudiants deGrade II mines 2024une famille soudée de32 étudiants« les esprits », Aux amis ceux qui l'ont été réellement, et ceux qui m'ont permis de découvrir que parfois on se trompe sur les vrais amis, c'est avec un réel sentiment de reconnaissance que je tiens à vous remercier pour les meilleures et les pires moments passer ensemble et qu'ont contribuer à mon épanouissement.

Nous Citons :Ben MUKENA, Caleb TSHANI, Franck KAHUNGU, Grace DIKENIGustave KISHATU, Nathan KITENGE, Paul TSHUTA. Puise ce travail allumer et entretenir chez le futur ingénieur ce feu sacré qui l'incitera non seulement à bien faire son travail mais à le faire toujours mieux.

Avousmesamis:CONSOLATION KASHALA, KAPUMPA Emmanuel ...pourvosencouragementset soutient nous vous remercions.

A vous mes collègue de promotion vu le nombre nous ne pouvons pas tous vous citer, retrouvez-vous dans ce travail.

Quetousceuxquin'ontpasétécitésachentquenos remerciementslespluschersvussontgrandementadressés.

SOMMAIRE

RESUME Erreur ! Signet non défini.

EPIGRAPHE ii

DEDICACE iii

REMERCIEMENTS iv

SOMMAIRE vi

Liste des figures x

Liste des tableaux xii

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I : GENERALITE DE LA MINE DE KAMOTO 3

I.1. Origine de nom « Kamoto » 3

I.2. Historique sur l'exploitation de la mine de Kamoto. 3

I.3. Présentation du gisement de Kamoto 4

I.4. Géologique du gisement de Kamoto. 4

I.4.1. Origine du gisement de Kamoto. 4

I.5. Stratigraphie de gisement de Kamoto. 5

I.6. Minéralisation de gisement de Kamoto 6

I.7. Accès au gisement 7

I.7.1. Accès au gisement par incliné 8

I.7.2. Accès au gisement par puits 8

I.8. CONCLUSION 8

CHAPITRE II : NOTION SUR LA MECANIQUE DES FLUIDES, MATERIELS ET INFRASTRUCTURES D'EXHAURE 1

II.1.INTRODUTION 1

II .2 NOTION SUR LA MECANIQUE DES FLUIDES 1

II. 1.1 Definition d'un fluide 1

II.2.1.principales proprietes 1

II.2.2. la masse volumique 3

II.2.3. La densité 3

II.2.4. Notion du debit volumique 4

II.2.5 bilant de la matiere 5

II.3. FORCE DE PRESSION 5

II.3.1 Energie et pression d'un fluide incompressible 5

II.3.2. Energie cinétique, potentielle et totale 6

II.3.3. La charge totale 8

II.4. Hauteur manométrique (H_tm) 8

II.5. CONCLUSION 9

CHAPITRE III: GENERALITES SUR L'EXHAURE D'UNE MINE SOUTERRAINE 10

III.1. INTRODUCTION 10

III.2. Hydrologie générale 10

III.2.1. Définition 10

III.2.2. Le cycle de l'eau 11

III.2.3. Etude des paramètres hydrologiques 11

III.2.4. Bassin versant 13

III .3 HYDROLOGIE DE LA MINE DE KAMOTO 15

III.3.1. Paramètres hydrologiques de Kamoto 15

III.4. HYDROGEOLOGIE GENERALE 20

III.4.1. Définition 20

III.4.2. L'eau et le sous-sol 20

III.4.3. Paramètres hydrogéologique des aquifères 23

III.4.4. Hydrodynamique souterraine 26

III.5. Hydrogéologie de KAMOTO 32

III.6 COLLECTION DES EAUX SOUTERRAINES 33

III.6.1 Exhaure principale 34

III.6.2. Exhaure secondaire 34

III.7 EXHAURE DE LA MINE SOUTERRAINE DE KAMOTO 37

III.7.1 Lesdifferntscircuitsd'exhauredelaminedekamoto 37

III.7.2 Les exhaures secondaires 38

III.7.3 Exhaure principal 39

III.7.4 Nappes d'eau de kamoto 46

III.8. CONCLUSION 49

CHAP IV : REDIMENSIONNEMENT D'UN SYSTEME D'EXHAURE 50

IV.1 INTRODUCTION 50

IV.2 Moyens et accessoires du réseau d'évacuation des eaux 50

IV.2.1 Le système d'évacuation des eaux par galeries 50

IV.2.2 Le système d'évacuation des eaux par circuit mécanique 50

IV.4 Mesures de protection contre les eaux 61

IV.4.1 Mesure de protection contre les eaux de surface 61

IV.4.2 Mesure de protection contre les eaux du fond 61

IV.5 Dimensionnement des circuits d'exhaure de Kamoto 63

IV.5.1 Dimensionnement du circuit d'exhaure secondaire au niveau 505L jusqu'au niveau 465 63

IV.5.2. Détermination de point du fonctionnement 68

IV.5.3. Dimensionnement du circuit d'exhaure secondaire au niveau 505L jusqu'au niveau 345 69

IV.5.4. Détermination de point du fonctionnement 75

IV.5.5. Dimensionnement du circuit d'exhaure secondaire au niveau 465 à 345 77

IV.5.6. Détermination de point du fonctionnement 82

IV.5.7. Dimensionnement du circuit d'exhaure primaire au niveau 369 à la surface 84

IV.5.8 Détermination de point du fonctionnement 91

IV.6 EVALUATION DES PUISSANCES ET CONSOMMATION D'ENERGIE ELECTRIQUE 95

IV.6.1 Niveau 505 jusqu'à 465 95

IV.6.2 Niveau 505 jusqu'à 345 96

IV.6.3 Niveau 465 jusqu'à 345 97

IV.6.4 Niveau 369 jusqu'à surface 99

IV.7 SIMULATION AVEC LE LOGICIEL PIPE FLOW EXPERT 102

IV.7.1 Introduction 102

IV.7.2 Fonctionnement du logiciel 102

IV.7.3 Insertion des donnees 103

IV.7.4 Conception du système 106

IV.7.5 Apres simulation 108

IV.8. CONCLUSION PARTIELLE 122

CHAPITRE V. ASPECTS ECONOMIQUES DE L'ETUDE 123

V.1. INTRODUCTION 123

V.2. COMPOSANTES DU COUT DU PROJET D'EXHAURE 123

V.2.1. Composantesducoûtduprojetdenettoyage 123

V.3. Conclusion 129

CONCLUSION GENERALE 130

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 132

Annexes 135

Liste des figures

Figure I.1 : Coupe du gisement de Kamoto-Principal au niveau du bouveau Nord. On reconnaît sur la figure, la présence des couches minéralisées (OBS en rouge) et OBI (en noir). Les points P1 et P2 représentent les puits d'extraction placés dans le mur du gisement 3

Figure II.2 : Schéma des isohypses des zones d'exploitation mine de Kamoto puits 7

Figure.III.2a Milieu incompressible Figure.III.2b Milieu compressible 1

Figure.III.3 Viscosité 2

Figure III.1. Représentation du cycle de l'eau 11

Figure III.2. Bassin versant topographique et bassin versant hydrogéologique 14

Figure III.3. Aquifère poreux 21

Figure III.4. Aquifère fissuré 21

Figure III.5. Aquifère karstique 21

Figure III.6. Sortes de nappes souterraines 22

Figure III.7. Gradient hydraulique 25

Figure III.8. Exemple de carte hydrogéologique 26

Figure III.9. Modèle de rabattement d'une nappe libre de DUPUIT 28

Figure III.10. Modèle de rabattement d'une nappe captive 29

Figure III.11. Modèle de rabattement de TODD d'une nappe alimentée par infiltration 30

Figure III 12. Pompage à l'aide d'un système de puits filtrant 31

Figure III. 13 : schéma qui montre la position géographique des nappes d'eau alimentant la mine de Kamoto 33

FigureIII-14 :Salled'exhaureN°1 41

FigureIII-15:Groupemoto-pompeACEC36.5BLS 42

FigureIII-16:Salled'exhaureN°2 42

FigureIII-17:PompeDieboldenservice 43

FigureIII-18:Groupemoto-pompeFlowserve 43

Figure.III. 22 Surveillance des apports d'eau souterraine 43

Fig.III.23. représentation en 2D de stations de pompage et tenues de Kamoto 47

Figure III.2.4 : circuit ETANG - 465L 47

Tableau IV.2 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel 66

Tableau IV.2 : Calcul des pertes de charge en aspiration avec Excel 67

Tableau IV.3: donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau 69

Figure IV-1: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 505 à 465 69

Tableau IV.4 : Calcul des pertes de charge à l'aspiration avec Excel 72

Tableau IV.5 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel 74

Tableau IV.6: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du 76

Figure IV-2: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 505 à 345 76

Tableau IV.7 : Calcul des pertes de charge à l'aspiration avec Excel 79

Figure IV-3: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 465 à 345 83

Figure IV-4: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 465 à 345 84

Figure IV-5: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 369 à surface 92

Figure IV-6: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 369 à surface 93

Figure IV-7: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 369 à surface 94

Figure IV.1 Choix du type de fluide 103

Figure IV.1 Choix du matériau des conduites 104

Figure IV.3 Choix de la vanne 104

Figure IV.1 Choix des coudes, crépine et clapet anti-retour 105

Figure IV.1 Choix du type de pompe 105

Liste des tableaux

Tableau 1 . La pluviométrie de la mine souterraine de Kamoto 3

Tableau. II 1. Valeurs des porosités dans les formations géologiques 24

Tableau III.2. Variation du coefficient d'emmagasinement suivant le type de nappe 24

Tableau III.3. Valeurs approximatives des perméabilités suivant le type de terrain 25

Tableau IV.8 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel 81

Tableau IV.6: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau 83

Tableau IV.7: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau 84

Tableau IV.8: Calcul des pertes de charge à l'aspiration avec Excel 88

Tableau IV.9 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel 90

Tableau IV.10: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau 92

Tableau IV.11: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau 93

Tableau IV.12: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau 94

Tableau IV.1. Résultat après simulation pour les fluides 108

Tableau IV.2. Résultat après simulation pour les matériaux des conduites 109

Tableau IV.2. Résultat après simulation pour les accessoires des conduites (Tuyauteries) 112

Tableau IV.3. Résultat après simulation pour les vannes régulatrices du débit 118

Tableau IV.2. Résultat après simulation pour les différentes Pompes 120

TableauV-1 :Coutd'acquisitiondumatérield'exhaure 124

TableauV-2 :Coutd'acquisitiondes conduitesd'exhaure 124

TableauV-3 :Coutd'acquisitions, autres matérielles d'exhaure 124

TableauV-4 :Cout fixe totald'acquisitiondumatérield'exhaure 126

Tableau V.5. Détermination des coûts des consommations électrique 126

Tableau V.6 Composantes de la consommation en énergie électrique 127

INTRODUCTION GENERALE

La mine souterraine de Kamoto est une particularité comparativement aux autres mines de la République Démocratique du Congo. Non seulement elle est classée parmi les mines modernes de l'Afrique centrale, du point de vue géographique, elle est entourée de plusieurs mines à ciel ouvert, elle est une mine vaste qui exploite un gisement cupro-cobaltifère. Départ sa nature, elle est entourée des nappes aquifères contenant une quantité importante d'eau.

Etant donné que, l'exploitation de la mine souterraine de KAMOTO évolue il y aura toujours des venus d'eau, elle reçoit beaucoup des venues d'eaux et tout afflux incontrôlé des eaux dans la mine peut rendre impossible toutes les activités minières ou handicaper l'exploitation des ressources minières, si aucun système d'évacuation de ces venues d'eaux n'est prévu.

Cependant l'eau fait partie de l'environnement de l'homme ; elle est partout présente, en permanence ou temporairement sous diverses formes, telles que les eaux des précipitations, eaux de ruissellement, eaux souterraines.

Dans les ouvrages miniers, si l'eau reste non dirigée, elle peut tomber sous forme des pluies et affectant les transports du personnel et des effets néfastes sur la stabilité des massifs rocheux, le transport des engins, la sécurité du personnel et des équipements. Les circuits d'exhaure et d'aérage, les installations électriques ainsi que les différents travaux miniers.

Ces mêmes effets n'épargnent pas non plus les versants naturels dont l'équilibre est conditionné par des réseaux d'écoulement qui les traversent.

La lutte contre les venues d'eau constitue l'un des problèmes majeurs, car la non maitrise de ces venues, peut provoquer des conséquences néfastes. Ce problème doit donc être pris en compte dès l'ouverture d'un gisement. La finalité de notre travail est de ressortir une piste de solution permettant d'extraire l'eau et d'assécher le champ minier, afin de rendre aisés les travaux d'exploitation du gisement et avec comme attente une proposition d'un nouveau redimensionnement d'un système d'exhaure de la mine souterraine de Kamoto. Pour aboutir à nos fins, nous passerons en revu la situation lithologique et structurale de Kamoto, qui sont deux paramètres très importants de l'hydrogéologie mettant en évidence les aquifères présents. Et par la suite, nous focaliserons notre attention sur l'hydrologie et l'hydrogéologie du site, les caractéristiques des ouvrages de captage à ériger (localisations, profondeurs, diamètres etc.), ainsi que leurs équipements. Enfin, nous dimensionnerons le système d'exhaure primaire et secondaire de la mine.

Ce travail a pour but la détermination de la capacité d'une installation du réseau d'exhaure pour que l'exploitation se fasse dans le sec ; c'est pourquoi, nous sommes face à une thématique de « Redimensionnement d'un système d'exhaure, cas de la mine souterraine de KAMOTO ». Pour ce faire, il est nécessaire de se poser un certain nombre de questions inhérentes à une telle étude. Ces questions sont :

· quelles sont les capacités des pompes pouvons-nous utiliser pour assécher les chantiers?

· quelle est la quantité d'eau à évacuer ?

· comment pouvons-nous placer les pompes?

· après combien des temps pouvons-nous évacuer cette quantité d'eau?

· à quel cout pouvons-nous assécher les chantiers ?

Pour la réalisation de notre travail, nous allons utiliser la méthode expérimentale, les techniques documentaires, la descente sur terrains, en vue de récolter toutes les données liées à l'exhaure de la mine de Kamoto que ce présent travail est effectué. En guise d'une présentation claire de notre travail, une délimitation s'avère nécessaire. Outre cette introduction et la conclusion générale, ce présent travail compte 5 chapitres.

· le premier parle de la généralité de la mine de kamoto,

· le deuxième traite sur les notions hydrologique et hydrogéologique,

· le troisième se traduit aux généralités sur l'exhaure d'une mine souterraine

· le quatrième parle sur le redimensionnement d'un système d'exhaure,

· le cinquième est le dernier parle sur l'aspect économique de l'étude.

CHAPITRE I : GENERALITE DE LA MINE DE KAMOTO

I.1. Origine de nom « Kamoto »

Kamoto doit son nom à un village lointain dans l'histoire, qui jonchait sur le site où a été creusée la mine qui l'a immortalisé. Les gens qui posaient vers les champs apercevaient au loin et de loin un petit feu luisant. Ils se le disaient en se montrant du petit doigt : « regarder là-bas un petit feu » qui traduit littéralement en swahili « TAZAMA KULE KAMOTO ». Il en était ainsi tous les jours. Voilà comment, à l'évènement des travaux de creusement, on appela ce site, à juste titre « KAMOTO » nom qui gardait sa signification séculaire qui traduisait en swahili « petit feu ».

I.2. Historique sur l'exploitation de la mine de Kamoto.

· 1942 : Début découverture.

· 1948 : Début de l'exploitation à ciel ouvert.

· 1959 : Début des travaux de fonçage des puits.

· 1964 : Début de l'extraction minière en souterrain (153.000 TS).

· 1972 : Mise en service de la chaîne d'extraction.

· 1974 : La production se situe au-dessus de 2.500.000TS.

· Du 13 au 15 novembre 1986 : Venue de boues de la carrière vers niveau 385 connexion 6 lors du chargement transport, victimes : UMBALO, BIZIMUNGU, MUNGA (emmurés mais sortis indemne après 3 jours).

· 1989 : Production maximale de la mine (3.290.00TS).

· 1990 : Effondrement de la mine.

· 1993 : Troubles sociopolitiques, réduction des effectifs de moitié (2.166 à 1.063 agents).

· 2003 : Réduction des effectifs par l'opération de départ volontaire (927 à 421 agents).

· 2003 : Rupture du câble du contrepoids du puits II au mois de Juillet.

· 2005 : Remplacement du câble de la cage du puits II au mois de Mai.

· 2005 : Remise en service de la cage du puits II au mois d'Août.

· Fin juillet 2006 : Démarrage activités assainissement K.O.L

· Avril 2007 : Démarrage

· 2009 : Fusion entre DCP et KOL

I.3. Présentation du gisement de Kamoto

La mine de Kamoto est située à l'ouest et à 9 km du centre de la ville de Kolwezi. Elle reprend un gisement dont l'exploitation a commencé en mine à ciel ouvert (carrière de MUSONOIE). Kolwezi est à 300 km environ au Nord-Ouest de la ville de Lubumbashi. Elle est localisée entre 10°43'41,3'' de la latitude Sud et 25°29'17,8'' de longitude Est. Son altitude moyenne est de 1450 m.

La découverture de ce gisement avait débutée en 1942. L'extraction du minerai n'est intervenue qu'en 1948. Le carreau de la mine est à 1445 m d'altitude qui est considéré comme le niveau zéro (en profondeur). Les premiers travaux préparatoires et fonçage des puits ont commencé en 1959 (puits). L'extraction du minerai, elle n'a débutée que cinq ans après en 1964.La mine de Kamoto dispose aussi de ses propres coordonnées dont le point zéro ou le point de référence, c'est le puits I

I.4. Géologique du gisement de Kamoto.

I.4.1. Origine du gisement de Kamoto.

Le gisement de Kamoto est d'origine sédimentaire sa composition stratigraphique se situe dans le groupe des mines du roan sur l'échelle stratigraphique du Katanguien.Le katanguien est subdivisé en trois séries :

· le roan à la base ;

· le nguba;

· le kundelungu.

La plupart des gisements stratiformes se retrouvent dans le roan et plus précisément dans le roan moyen. C'est ce dernier que l'on appelle le groupe des mines (SDM).

Le gisement de Kamoto est constitué de deux écailles de la série de mine du lambeau de Kolwezi. En profondeur, les terrains de Kamoto sont généralement dolomitiques. Ses écailles sont :

· Kamoto principal ;

· Kamoto étang.

1. Kamoto Principal

Il s'étend sur 1500m d'Ouest à l'Est, du sud au nord sur 1300m. Il plonge du sud vers le nord jusqu'à la profondeur de 600m. De sa réserve de 4,5% en cuivre et de 0,30% en cobalt, il m'en reste à ce jour, qu'une réserve résiduelle exploitable de 45.000.000 tonnes de minerai aux tenues de 5,15% en Cu et 0,35% en Co.

Cette écaille est divisée en 9 zones dans la partie située sous le niveau 415 qui sont définies selon leur pendage et leurs situations géographiques.

2. Kamoto Etang

Il se situe à l'ouest de l'écaille de Kamoto principal. Le gisement comporte 2 lambeaux principaux de minerai aux tenues moyennes de 3,3% en cuivre et 0,8% en cobalt. Il s'agit de :

a) le lambeau Nord ;

b) le lambeau SUD.

A) Lambeau Sud

Il contient les ¾ de la réserve de cette écaille, il plonge en semi-dressant avec un pendage de 35° du sud-ouest vers le Nord-est. Et cela depuis son affleurement jusqu'à la profondeur de plus de 475 m le lambeau est fortement altéré jusqu'à la profondeur probable de 300m. La minéralisation de cette Zone altérée comporte en plus des sulfures, les minéraux oxydés suivant :

· hétérogénéité ;

· malachite ;

· chrysocole.

La réserve minérale de ce lambeau se comporte de 44% des sulfures, 33% des oxydes et 23% des mixtes.

B) Lambeau Nord

Non altérés, ce lambeau plonge en semi-dressant avec un pendage de 40% du Nord-Ouest vers le sud et entre 405 et 575m de profondeur. Son extrémité Nord-est se glisse sous l'écaille de Kamoto principal. Sa minéralisation est similaire à celle de Kamoto principal.

I.5. Stratigraphie de gisement de Kamoto.

Le gisement de Kamoto principale est formé de deux couches minéralisées sensiblement parallèles d'une épaisseur moyenne de plus ou moins 14 mètres.

Les deux écailles comportent chacune deux couches minéralisées de 12 à 15 m de puissance OBI (ore body Inférieur) et OBS (Ore body supérieur). Les deux couches minéralisées sont séparées des roches siliceuses cellulaires (RSC) de très bonne tenue.

Le mur du gisement est constitué de roche argile talqueuses (RAT de mauvaise tenue).

Le toit immédiat du gisement est constitué d'un banc de dolomie massive, de bonne tenue dénommé BOMZ (Black Ore Minéralized Zone) qui a en moyenne 2 m d'épaisseur. Elle est finement stratifié et ou graphiteux, elle-même, surmontée par des schistes dolomitiques de 4 m d'épaisseur d'assez mauvaise tenue car graphiteux.

Figure I.1 : Coupe du gisement de Kamoto-Principal au niveau du bouveau Nord. On reconnaît sur la figure, la présence des couches minéralisées (OBS en rouge) et OBI (en noir). Les points P1 et P2 représentent les puits d'extraction placés dans le mur du gisement

I.6. Minéralisation de gisement de Kamoto

La minéralisation cupro-cobaltifère de la mine de Kamoto est strictement localisée dans les deux ores bodies sous forme sulfurée. Le cuivre et le cobalt sont finement disséminés dans la roche principalement sous forme de chalcosine et de caroline. L'ore body inférieur est moins riche en cuivre et en cobalt que l'ore body supérieur.

La minéralisation s'appauvrit dans les horizons dolomitique où la teneur en dolomie est élevée, c'est le cas de :

· dolomie stratifiée ;

· roche siliceuse feuilleté dolomitique ;

· bomzâtres.

Par contre, les roches sont bien stratifiées où existent des nombreuses altérations de strates possèdent une bonne minéralisation.

Les principaux minéraux sulfurés rencontrés dans les deux ores bodies de la mine de Kamoto sont les suivants :

· chalcosine (cu₂s) : cu = 79,85%, s = 20,15% ;

· la bornite (cu₅fes₄) : cu = 63, 31%, fe = 11, 13%, s = 25, 56% ;

· la caroline : double sulfure de cuivre et de cobalt Cu : 34,60%, Fe = 30,40%, S = 35% ;

Figure II.2 : Schéma des isohypses des zones d'exploitation mine de Kamoto puits

I.7. Accès au gisement

L'accès au gisement de la mine souterraine de Kamoto se fait de deux manières :

· par inclinée

· par puits

I.7.1. Accès au gisement par incliné

La mine souterraine de KAMOTO est aménagé de 2 inclinés I et II qui partent de la surface du niveau 1400 et qui descendent dans la mine jusqu'au niveau 345.

L'incliné I sert à la descente et l'incliné II sert à la remontée. Au niveau 207, il existe deux inclinés III et IV qui partent des inclinés I et II pour les rejoindre qu'au huit du niveau 345. Delà portent 2 autres inclinés (V et VI) jusqu'au concasseur N° du niveau 500 où aboutisse également les inclinés VII et VIII. Les courbures sont généralement tracées avec un rayon compris entre 35m et 45m. Ils donnent aux engins miniers et véhicules accès à tous les niveaux d'exploitations.

I.7.2. Accès au gisement par puits

Le puits 2 (6,5 m de diamètre) assure la translation du personnel par cage à deux étages de la recette (carreau de la mine) jusqu'au niveau 207, 357, 369, 465 et 632. La vitesse de translation est actuellement de 2,5 m/s. le puits 3 (6,5m de diamètre) équipée d'une cage de deux étages donne accès aux niveaux 207, 357, 411 et 465. La cage est en panne depuis le 20 juillet 2003. Cependant, les galeries tracées dans le mur du gisement ont des sections (LXH) :

· Inclinée d'infrastructure 6,5m x5m ;

· Chassage 5,5 m x 4,5m ;

· Rampe 6m x 5m.

Les galeries d'accès au minerai sont tracées avec une pente de 3% pour le drainage des eaux vers le chassage. Ce dernier est tracé également à 3% pour rejoindre le point le plus bas, compte aux bouveaux d'accrochage aux puits à 0,5%.

I.8. CONCLUSION

Danscechapitre,nousavonseuàdonnerenpremierlieulasituation géographique de la mine souterraine de Kamoto. Ce gisement résulte de la dislocation du lambeau de Kolwezi dont les écailles ont été isolées par les mouvements tectoniques. Ce gisement est subdivisé en deux écailles à savoir Kamoto principaleestEtang.Laminéralisationcupro-cobalifèredelaminedeKamoto est strictement disséminée dans les deux ore-bodies sous forme sulfurée. Le cuivre et le cobalt sont finement retrouvés dans la roche principalement sous forme de chalcosine et de carrolite. Ce gisement estentouré de cinq nappes.

CHAPITRE II : NOTION SUR LA MECANIQUE DES FLUIDES, MATERIELS ET INFRASTRUCTURES D'EXHAURE

II.1.INTRODUTION

Ce chapitre, a comme particularité, tournée vers un système d'évacuation des eaux souterraine, nous allons nous atteler à comprendre dans ce chapitre :

Le comportement, les propriétés, les modes d'écoulement de l'eau, ainsi qu'à d'écrire quelques infrastructures qui pourront fonctionner en accord avec le fluide.

II .2 NOTION SUR LA MECANIQUE DES FLUIDES

II. 1.1 Definition d'un fluide

Un fluide est un milieu matériel, continu, déformable et qui peut s'écouler. Il peut être soit un liquide, soit un gaz. On les distingue selon leurs propriétés.

II.2.1.principales proprietes

II.2.1.1 La compressibilité

Un fluide peut être compressible ou incompressible. Si, par un moyen quelconque on arrive à réduire le volume d'une quantité de fluide, on dira que le fluide est compressible. Dans le cas contraire, le fluide est alors incompressible.

Quelques soit l'action mécanique, la masse d'une quantité de fluide ne change pas, par contre son volume peut changer.

Notons que la masse volumique d'un fluide ; ñ dans le S.I la masse est en (kg), le volume en (m³) et en (kg/m ³)

· le volume ne change = : cas des liquides (eau, huile) est un fluide incompressible

· le volume change varie : cas de gaz (air) est un fluide compressible

Figure.III.2aMilieu incompressible Figure.III.2bMilieu compressible

Remarque : Dans certain cas, un gaz peut être considérer incompressible, et c'est lorsque la variation de la vitesse est faible. Exemple de l'air dans un circuit de ventilation.

II.2.1.2 La viscosité

La viscosité d'un fluide traduit la résistance à l'écoulement d'un fluide donné. Elle est en quelques sortes une mesure de frottement ..

Figure.III.3 Viscosité

Nous représenterons la viscosité par la lettre ? nous l'appellerons viscosité dynamique ou absolue. Dans le système international l'unité de la viscosité est le pascal seconde (PaS), qu'on appelle encore le POISEUILLE noté (PL), et y'a aussi le poise (Po). Pour cela, nous donnons des relations suivantes entre ces unités :

· 1PL=1PaS ;

· 1Po=0,1PL=0,1PaS ;

· 1CPo=10^-3 PaS=10^-3 P.

Sellons la nature du fluide, la viscosité peut varier considérablement. C'est ainsi qu'à la température ordinaire, nous donnons les valeurs de viscosité pour diffèrent fluide dans le tableau ci-dessous

PRODUITS	VISCOSITES (CPo)
Bitume	10^11
Polymère fondu	10^6
Miel liquide	10^4
Glycérol	10^3
Eau	1

Dans des nombreuses expressions interviennent le rapport entre la viscosité et la masse volumique. Ce rapport est « appelé viscosité cinétique », elle est noté par « ì »

· ì: viscosité cinématique en m² /s

· viscosité dynamique en PaS

· masse volumique en Kg/m ³

Dans le système international, l'unité de la viscosité cinématique est le mètre carré par seconde (m³ /s) et une autre unité souvent employée est «  le stokes » elle est notée par '' St''

II.2.2. la masse volumique

Le fluide est pesant, cela signifie qu'un volume donné de fluide représente une masse bien définit. C'est ainsi qu'on définit en masse volumique comme étant le rapport entre la masse et le volume. La masse volumique sera symbolisée par la lettre grec « ä ».

D'où :

Avec :

· ä : masse volumique (kg /m³)

· m : masse (kg)

· v : volume (m³)

II.2.3. La densité

La densité d'un fluide est définie comme étant le rapport entre la masse volumique de ce fluide et la masse volumique de l'eau.

La densité sera notée par la lettre « d »

D'où :

Avec :

· d : densité (grandeur sans dimension) qui n'a pas d'unité,

· m³)

·  : masse volumique de l'eau m³)

II.2.4. Notion du debit volumique

Le débit volumique est définit comme étant une substance de volume V qui franchit une section de passage pendant un temps t. Nous allons symboliser le débit volumique par et il est donné par :

Avec :

_·  : débit volumique (m³) ;

· V : volume (m³) ;

· T : temps (s).

II.2.4.1. Relation entre le débit volumique et la vitesse

Lorsqu'un fluide s'écoule, les particules qui les composent ont une certaine vitesse. C'est ainsi que nous avons :

L= (1) or V = S × L (2)

Avec (1) dans (2) Nous avons :

Ainsi nous pouvons calculer le débit volumique aisément, en remplacent la formule dans la formule du débit volumique :

=

D'où :

Avec :

· S : section (m²) ;

· v : volume (m3) ;

·  : vitesse moyenne (m/s).

II.2.5 bilant de la matiere

Considérons le cas d'un embranchement sur une conduite. L'écoulement étant en régime permanent, nous produire le résonnement comme suit pour la conduite :

La quantité de matière comprise entre la section S_1, S₂ et S₃ doit rester constante. Le débit volumique net de matière entrant sera la somme de débit entrant de plus le fluide est incompressible, y aura conservation de débit volumique

II.3. FORCE DE PRESSION

II.3.1 Energie et pression d'un fluide incompressible

Considérons un fluide qui exerce une force sur chaque paroi, si nous considérons les 3 surfaces (S) le fluide lui applique une force (F). C'est ainsi que nous définissons « la force de pression » comme étant cette appliquée aux parois ..

Avec :

· F : force de pression (N ou Pa /m²) ;

· P : pression (Pa) ;

· S : section (m²)

1) Pression

a) Pression d'un fluide

La pression est une grandeur physique qui traduit les échanges de la quantité de mouvement dans un système thermodynamique, et notamment au sein d'un solide ou d'un fluide. Elle est définie classiquement comme :

· l' intensité de la force F qu'exerce un fluide par unité de surface S.

· L'énergie E contenue dans une unité de volume V d'un fluide (l'énergie des molécules du fluide).

· La force F(Newton) est perpendiculaire à la surface S (m²)

.

Unité de pression est le Pascal (Pa), dont il existe plusieurs équivalents :

1 Pa= 1N/m² = 1J/m³

1 bar = 10⁵ Pa

1atm = 1.013 bar = 101325 Pa (atm : atmosphère)

1atm = 760 mm Hg (mm Hg : millimètre de mercure).

1mm Hg=133 Pa

Nous défissions la pression « P » d'un fluide comme étant le rapport de la force « F » et de sa surface (section) « S  ».

II.3.2. Energie cinétique, potentielle et totale

a) Energie cinétique

Nous devons savoir qu'il existe donc une force de l'énergie liée à la vitesse d'un corps. Cette énergie est appelé « Energie cinétique (E_C) », noter par la formule ci-dessous :

Avec :

· E_C : Energie cinétique (joule) ;

· m : masse (kg)

· U : vitesse (m/s)

b) Energie potentielle

Il est appelé énergie potentielle de pesanteur ou énergie gravifique. Nous la noterons par la lettre son énergie volumique associée. L'expression d' sera notée de la manière suivante :

Avec :

· m : masse en kg ;

· g : accélération de la pesanteur (g=9.81) ;

· z : hauteur ou altitude (m)

Nous pouvons alors trouver l'expression qui est l'énergie volumique de pesanteur partant de la formule suivante :

c) Energie totale et énergie volumique totale

Nous savons qu'un fluide peut posséder plusieurs sorte d'énergie tels que :

· L'énergie potentielle ;

· L'énergie cinétique ;

· L'énergie de pression.

Nous pouvons par conséquent définir l'énergie totale notée par «   » comme la somme de ces 3 énergies.

Ou encore lexpression peut secrire comme :

Avec :

_·  : énergie totale (joule) ;

_·  : énergie cinétique (joule)

_·  : énergie potentielle (joule)

_·  : énergie de pression (joule).

D'où l'énergie totale volumique «e_t» pourra être donnée par :

Ou encore elle peut s'écrire de la manière suivante :

Ce qui impliquera que :

(Joule)

Avec :

·  : Energie totale volumique en J/m³

II.3.3. La charge totale

La charge totale est définie comme étant le rapport entre l'énergie totale volumique et le produit de g x ä. Elle est notée par «  »,

D'où

Nous pouvons écrire d'une autre manière :

Si l'on arrive à conserver la charge totale, la formule peut s'écrire de la manière suivante :

D'où

II.4. Hauteur manométrique (Htm)

C'est la somme de la hauteur géométrique dans les niveaux du liquide et des pertes de charge causées par de frottements intérieurs qui se forment au passage du liquide dans les tuyaux, dans la pompe et les accessoires hydraulique.

Avec :

_·  : hauteur manométrique ;

_·  : hauteur géométrique ;

· : somme des pertes de charge dans l'installation calculées selon les éléments ci-après :

· Diamètre ; longue et matériel composent les tuyaux d'aspiration et de refoulement ;

· Quantité et type des coudes dans la tuyauterie et accessoires hydrauliques comme clapet de pied avec crépine, vannes, clapet de non-retour, filtres éventuelles ;

· Nature du liquide (si diffèrent de l'eau), température, viscosité et densité.

· Donc la formule de la hauteur géométrique peut être écrite de la manière suivante :

II.5. CONCLUSION

Dans ce chapitre il était question de mettre en evidence les notions sur la mecanique de fluide ; notamment comportement, les propriétés, les modes d'écoulement de l'eau, ainsi qu'à d'écrire quelques infrastructures qui pourront fonctionner en accord avec le fluide.

CHAPITRE III: GENERALITES SUR L'EXHAURE D'UNE MINE SOUTERRAINE

III.1. INTRODUCTION

L'exhaure est l'ensemble des moyens utilisés pour cibler et quantifier les venues d'eau selon la provenance, protéger les chantiers en exploitation contre l'eau et l'évacuer vers la surface afin qu'elle n'incommode pas les activités souterraines. Pour les mines se trouvant dans une région riche en eau, un manque du système d'exhaure ou une panne d'exhaure peut donner naissance à l'immersion totale ou partielle de la mine et de ses installations. Ce qui peut provoquer :

· les pertes en matériels ;

· les risques d'accident par noyade ;

· une diminution ou un arrêt total de la production ;

· des frais importants pour le dénoyage.

Cela étant, signalons que les problèmes de l'exhaure consistent à :

· la protection des travaux souterrains contre leur envahissement par les eaux de surface ;

· la protection des travaux souterrains contre les brusques irruptions d'eau ;

· le pompage des eaux hors de la mine.

Cet ainsi que dans ce chapitre, il sera question de parler de l'hydrogéologie générale et de l'exhaure dans une exploitation souterraine en commençant par l'acheminement et collection des eaux souterraines.

III.2. Hydrologie générale

III.2.1. Définition

D'une façon générale, l'hydrologie peut se définir comme l'étude du cycle de l'eau et l'estimation de ses différents flux du point de vue quantitatif et qualitatif. Elle implique l'analyse des paramètres hydrologiques et l'étude morphologique du bassin versant auquel appartiennent les aquifères. Ces éléments influent sur l'alimentation des aquifères .

III.2.2. Le cycle de l'eau

Le cycle de l'eau ou cycle hydrologique est un modèle représentant les flux entre les grands réservoirs d'eau liquide, solide ou gazeuse sur Terre : les océans, l' atmosphère, les lacs, les cours d'eau, les nappes souterraines et les glaciers. La figure ci-dessous illustre le cycle hydrologique.

Figure III.1. Représentation du cycle de l'eau

III.2.3. Etude des paramètres hydrologiques

Lorsqu'il pleut, les précipitations ^« P ^» se partagent en trois grandes fractions qui sont le ruissellement (R), l'infiltration (I) et l'évaporation ajouté à la transpiration qui forment l'évapotranspiration (ET).

III.2.3.1. Les précipitations

Sous le terme ^« précipitations ^», on regroupe toutes les eaux météoriques qui arrivent au sol sous quelque forme que ce soit. La hauteur des précipitations est la hauteur de la lame d'eau qui s'accumulerait sur une surface horizontale si les précipitations y étaient immobilisées. Le module pluviométrique annuel défini la moyenne statistique des hauteurs annuelles des précipitations pour une longue période. Il se calcule par la méthode de pondération définie par la formule ci- dessous.

Avec

· P_m : le module pluviométrique annuel ou précipitation annuelle moyenne [mm] ;

_·  : La précipitation correspondant à l'année t :

· : La pondération correspondant à l'année t ; se déduit de l'expression suivante :

Avec

· : le nombre de mois pluvieux de l'année ^« t ^».

III.2.3.2. L'évaporation et l'évapotranspiration

Le retour de l'eau à l'atmosphère peut se faire, soit directement par évaporation à partir d'une surface d'eau libre (mer, lac, cours d'eau, etc.), soit le plus souvent à partir d'un sol ou par l'intermédiaire des végétaux, on parle dans ce deuxième cas de la transpiration.

L.TURC a proposé une formule permettant d'évaluer directement l'évaporation et la transpiration réelles (ETr) d'un bassin. Elle se résume en l'expression suivante :

. mm/an

Avec

· : évapotranspiration réelle [ ] ;

· P_m : pluviométrie annuelle [mm] ;

· T : température moyenne annuelle [°C].

Les valeurs trouvées par L. TURC sont à rejeter dans le cas où la zone n'est pas couverte des végétaux. Ainsi l'évaporation et l'évapotranspiration à considérer, selon ROCHE, pour le bilan hydrologique doit être égale à 61% de la valeur trouvée à partir de la formule de L.TURC.

III.2.3.3. L'infiltration

L'infiltration est la quantité d'eau franchissant la surface du sol. Elle dépend de la géologie, des précipitations et de la pente du terrain ; lorsque la formation géologique contient des joints de stratification, des couches perméables ou lorsque le terrain admet une pente topographique faible, on constate que l'infiltration devient importante.

Nous nous intéresserons dans ce travail à `infiltration efficace. C'est la fraction de l'infiltration rejoignant effectivement les aquifères, le reste étant absorbé par la végétation ou renouvelle l'humidité intrinsèque du sol. Cette quantité peut être déterminée par la formule d'infiltration efficace cumulée ^{«   »}

Avec

· P_c : précipitations annuelles cumulées.

III.2.3.4. Le ruissellement

Le ruissellement est un écoulement libre superficiel de l'eau. Il dépend de la pente et la nature géologique du terrain, des obstacles rencontrés et du degré de saturation du sol. Dans les zones d'exploitation, il est évalué à de la précipitation annuelle.

III.2.3.5. Bilan hydrologique

L'expression générale du bilan hydrologique est la suivante :

Avec

_·  : la précipitation annuelle ;

· R : le ruissellement ;

· : L'évaporation et évapotranspiration réelle annuelle ;

· I : Infiltration.

L'étude du bilan hydrologique nous permet de déterminer les différents afflux pluviométriques qui alimentent la surface de la mine. Ces afflux alimentent par infiltration efficace les aquifères présents. Pour ce.

III.2.4. Bassin versant

Le bassin versant est le lieu géométrique des points tels que, toute goutte qui tombe en son sein ne peut que soit s'infiltrer, soit s'évaporer ou passer par l'exutoire pour poursuivre son trajet vers l'aval.

Selon la nature des terrains, nous serons amenés à considérer deux variantes :

· Bassin versant topographique : Si le sous-sol est imperméable, le cheminement de l'eau ne sera déterminé que par la topographie. Le bassin versant sera alors limité par des lignes de crêtes comme l'illustre la figure II.2 gauche ;

· Bassin versant hydrogéologique : Dans le cas d'une région au sous-sol perméable, il se peut qu'une partie des eaux tombées à l'intérieur du bassin topographique s'infiltre puis sorte souterrainement du bassin. Cfr. Figure II.2 droite.

Figure III.2. Bassin versant topographique et bassin versant hydrogéologique

III.2.4.1. Géométrie d'un bassin versant

Il s'agit de ressortir les caractéristiques qui définissent la forme d'un bassin versant.

a) Les caractéristiques de forme

Un bassin versant est caractérisé par les caractéristiques suivantes :

· La surface « A » : C'est la caractéristique la plus importante. Elle s'obtient par planimétrie sur une carte topographique après que l'on y ait tracé les limites topographiques et éventuellement hydrogéologiques ;

· Le périmètre « P » : Il exprime la longueur du contour d'un bassin versant. Le périmètre « P » n'est généralement pas utilisé directement mais le plus souvent à travers des valeurs qui en dérivent, comme la longueur « L » et la largeur «   » du rectangle équivalent.

· Le coefficient de compacitéde Gravelius ^{«   »} : C'est la caractéristique de forme la plus utilisée. Il se définit comme le rapport du périmètre du bassin versant au périmètre du cercle ayant même surface (appelée aussi coefficient de capacité). (DUBREUIL, 1974). Ce coefficient est d'autant plus grand que le bassin versant est allongé.

Avec :

· A : la surface du bassin versant ;

· P : le périmètre du bassin versant .

De ce coefficient, il ressort la longueur et la largeur du rectangle équivalent d'un bassin versant données respectivement par les formules ci-dessous

b) Caractéristiques de pente

M. ROCHE a proposé deux caractéristiques qui permettent de mettre en évidence le relief du bassin versant. Elles traduisent également l'inclinaison générale d'un bassin versant. Il s'agit de l'indice globale de pente ^« Ig ^» et de l'altitude moyenne du bassin versant ^{«   »}. L'objet de ces indices est de caractériser un bassin et de permettre des comparaisons et des classifications.

III .3 HYDROLOGIE DE LA MINE DE KAMOTO

III.3.1. Paramètres hydrologiques de Kamoto

III.3.1.1. Détermination du module pluviométrique

Par analyse statistique des quantités prélevées du site Kamoto- Est de l'année 1979 à 2023. Nous ressortirons le module pluviométrique moyen. Ce dernier nous permettra d'établir le bilan hydrologique de Kamoto et de quantifier, de manière grossière, l'alimentation des aquifères contenus dans ce bassin versant.

Nous présentons, ci- dessous, sous-forme de tableau les précipitations mensuelles enregistrées pendant 44 ans sur le secteur. Ce tableau résume la détermination de la pluviométrie moyenne annuelle du site. Ces résultats été obtenus à l'aide d'une table de calcul EXEL.

Tableau 1. La pluviométrie de la mine souterraine de Kamoto

MONTHLY RAINFAL OF KOV AND KTE (mm)
Année	Jan	Feb	Mar	Apr	May	Jun	Jul	Aug	Sept	Oct	Nov	Dec	Total
1979	331,2	254,1	200,0	54,7	9,3	0,0	0,0	0,0	0,0	215,8	143,3	155,7	1364,1
1980	184,3	117,3	281,9	83,1	0,0	0,0	0,0	0,0	5,4	90,1	258,2	279,6	1299,9
1981	98,8	101,9	339,6	32,6	0,0	0,0	0,0	1,8	0,0	66,8	79,7	185,7	906,9
1982	223,3	250,2	133,4	172,3	5,5	0,0	0,0	0,0	57,6	86,4	150,5	287,9	1367,1
1983	132,0	130,7	170,7	70,1	1,3	0,0	0,0	0,0	6,2	92,0	193,6	177,7	974,3
1984	225,8	295,6	123,6	24,5	0,0	0,0	0,0	5,2	18,8	80,6	244,7	215,1	1233,9
1985	167,9	261,9	244,0	107,1	8,2	0,0	0,0	0,0	43,5	170,2	107,9	149,5	1260,2
1986	245,3	238,0	259,4	149,3	1,0	7,9	0,0	0,0	56,3	241,3	316,5	311,0	1826,0
1987	269,6	366,6	270,6	66,1	10,7	0,0	0,0	2,0	6,8	89,0	229,4	322,9	1633,7
1988	277,2	164,0	318,5	39,5	0,0	36,0	0,0	15,0	69,0	171,0	214,0	421,0	1725,2
1989	295,0	200,0	343,7	86,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	62,2	175,4	366,2	1528,5
1990	217,0	284,6	291,7	102,0	32,0	0,0	0,0	0,0	62,4	103,0	143,4	247,0	1483,1
1991	153,6	156,6	231,0	28,0	0,0	0,0	0,0	13,0	2,0	69,6	59,5	217,8	931,1
1992	396,7	211,2	201,5	80,0	47,7	0,0	0,0	0,0	0,0	258,8	195,4	141,0	1532,3
1993	148,8	141,0	160,0	26,4	0,0	0,0	0,0	0,0	3,0	11,0	150,0	163,3	803,5
1994	151,0	104,5	159,0	80,5	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	40,0	152,0	144,5	831,5
1995	209,0	128,3	212,2	30,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	68,0	116,0	195,5	959,0
1996	143,6	198,2	208,5	37,0	32,0	0,0	0,0	0,0	6,6	29,8	162,4	142,0	960,1
1997	165,6	215,1	219,5	67,6	0,0	0,0	0,0	0,0	7,0	95,0	228,5	236,8	1235,1
1998	188,7	234,0	161,0	60,0	0,0	0,0	0,0	1,4	46,0	61,0	85,0	101,7	938,8
1999	177,0	175,0	268,0	30,5	0,0	0,0	0,0	0,0	51,0	141,0	92,5	197,0	1132,0
2000	173,2	63,5	211,5	59,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	111,2	159,0	340,0	1117,4
2001	205,8	343,7	277,6	78,5	0,0	0,0	0,0	0,0	16,0	73,3	102,0	146,5	1243,4
2002	233,6	161,4	168,5	51,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	91,0	217,0	160,8	1083,3
2003	171,0	150,0	110,0	50,5	0,0	0,0	0,0	0,0	19,0	127,0	87,5	174,5	889,5
2004	119,0	224,0	242,4	16,2	0,0	0,0	5,0	19,4	66,3	153,0	140,5	273,6	1259,4
2005	275,4	60,0	131,0	0,0	0,0	0,0	0,0	2,0	2,0	30,0	146,0	210,0	856,4
2006	155,0	221,5	131,5	49,0	0,0	0,0	0,0	0,0	26,4	61,8	211,3	269,0	1125,5
2007	270,0	197,2	116,8	57,2	0,0	0,0	0,0	0,0	57,0	91,9	101,7	194,2	1086,0
2008	138,8	116,6	211,1	43,7	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	92,0	207,0	237,0	1046,2
2009	177,5	195,5	153,5	28,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	33,5	200,0	207,0	995,0
2010	207,0	344,0	135,0	16,5	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	143,0	137,5	280,5	1263,5
2011	258,5	87,5	71,0	35,5	48,0	0,0	0,0	0,0	0,0	67,9	140,0	160,5	868,9
2012	133,0	102,0	108,0	31,0	8,0	0,0	0,0	5,0	23,6	100,0	166,0	266,5	943,1
2013	168,0	92,0	152,5	20,0	6,5	0,0	0,0	0,0	60,0	129,0	51,0	173,5	852,5
2014	199,6	243,2	171,2	98,6	23,0	0,0	0,0	0,0	30,0	30,5	184,2	231,5	1211,8
2015	114,9	246,0	132,6	192,7	0,0	0,0	0,0	0,0	42,9	27,0	113,0	155,5	1024,6
2016	244,0	100,2	101,0	60,0	19,0	0,0	0,0	0,0	34,0	22,7	164,5	77,5	822,9
2017	164,0	168,9	114,5	87,2	0,0	0,0	0,0	0,0	32,5	102,5	140,4	208,8	1018,8
2018	163,4	108,2	211,7	196,4	3,5	0,0	0,0	0,0	28,0	40,3	129,5	188,6	1069,6
2019	140,4	178,5	213,8	115,0	4,0	0,0	0,0	0,0	4,0	124,5	293,4	211,5	1285,1
2020	234,0	201,0	213,5	36,0	0,0	0,0	0,0	1,8	3,5	50,0	104,0	251,5	1095,3
2021	137,9	167,1	238,6	93,0	9,5	10,5	0,0	0,0	10,0	98,5	172,1	190,5	1127,7
2022	272,5	191,0	279,1	53,0	0,0	0,0	0,0	0,0	5,0	22,6	145,8	239,0	1208,0
2023	172,5	69,0	268,9	28,0	0,0	0,0	0,0	0,0	34,0	159,5	101,7		833,6
Monthly Average (1979-2023)	198,5	183,6	199,2	65,0	6,0	1,2	0,1	1,5	20,8	93,9	159,3	216,1	1146,1

La précipitation moyenne annuelle est 1146.1mm

III.3.2.2. Bilan hydrologique du bassin versant de KTE

a) Evapotranspiration

A partir des relations de TRUC, tout en sachant que la température moyenne de Kolwezi est de 21°C, nous pouvons déduire ;

D'après la théorie de ROCHE, nous prendrons 61% de de TRUC :

Ce qui représente : 0.6434 soit 64.34% de la pluviométrie moyenne.

b) Le ruissellement

Selon l'hypothèse établie, cette quantité est évalué à environ de la pluviométrie moyenne du site soit :

c) Infiltration

De ce qui précède ci- haut, nous pouvons déduire la quantité d'eau qui s'infiltre, à l'aide de la relationdu bilan hydrologique.

Nous pouvons aussi déterminer l'infiltration efficace à partir de la relation

Nous pouvons évaluer la hauteur d'eau horaire qui recharge les aquifères par la relationci- dessous.

Avec

· : le nombre moyen de mois pluvieux annuel.

Nous pouvons ainsi déduire :

1°. Détermination de % de la moyenne pluviométrie

Ainsi la détermination va nous conduire à trouver la moyenne pluviométrie de :

III.4. HYDROGEOLOGIE GENERALE

III.4.1. Définition

L'hydrogéologie est la science des eaux souterraines. Elle a pour objet l'étude de la distribution, les modalités de l'écoulement et les propriétés physico-chimiques de l'eau.

La reconnaissance des eaux souterraines exige des données précises, tant sur la nature lithologique des formations géologiques que sur leur localisation, leur disposition et leur architecture.

III.4.2. L'eau et le sous-sol

Le sol et le sous-sol sont constitués de matériaux (roches et sols) ayant la propriété, à des degrés divers, d'emmagasiner, de laisser s'écouler et de restituer l'eau souterraine en fonction de leurs caractéristiques physiques et hydrologiques. Ces matériaux constituent les formations lithologiques, éléments qui forment la structure géologique. La prospection et l'extraction des eaux souterraines reposent donc sur une connaissance géologique précise de la région.

III.4.2.1. Aquifère et nappe d'eau souterraine

Un aquifère est une couche de terrain ou une roche, suffisamment poreuse (qui peut stocker de l' eau) et perméable (où l'eau circule librement), pour contenir une nappe d'eau souterraine. Une nappe d'eau souterraine est donc un réservoir naturel pouvant être extraite (sources, puits et sondages).

On distingue trois types d'aquifères à savoir :

a) Les aquifères poreux, l'eau est contenue dans les pores ouverts de la roche et peut y circuler librement ( sables, craie, graviers, grès, scories volcaniques, etc.). La perméabilité est matricielle et on parle de la porosité en petit;

Figure III.3. Aquifère poreux

b) Les aquifères fissurés, l'eau est contenue et circule dans les failles, fissures ou diaclasesde la roche ( calcaires, granites, coulées volcaniques etc.). La perméabilité est fissurée d'origine mécanique. On parle dans ce cas de la porosité en grand;

Figure III.4. Aquifère fissuré

c) Les aquifères karstiques, sont des systèmes complexes particuliers associant une zone superficielle plus ou moins fissurée et insaturée (en eau) servant de zone d'infiltration, et une zone inférieure fissurée, présentant également des conduits, des grottes etc.

Figure III.5. Aquifère karstique

III.4.2.2. Sortes de nappes souterraines

Figure III.6. Sortes de nappes souterraines

a) Nappes libres

Le niveau statique se situe au maximum au toit de la couche aquifère. Son altitude dans l'ouvrage (cote par rapport au niveau zéro) est par définition le niveau piézométrique. L'ensemble des niveaux piézométriques ainsi identifié détermine lasurface piézométrique ou surface libre.

Selon cette configuration, l'eau se trouve séparée en trois zones superposées ; à savoir : la zone d'eau libre (entre le substratum et le niveau hydrostatique), la zone capillaire (l'eau y est retenue par tension superficielle) et la zone mouillée (au-dessus de la zone capillaire).

b) Nappes captives

Dans les nappes plus profondes, elles sont emprisonnées entre deux aquicludes fixes. Par suite de la profondeur, ces eaux subissent une pression verticale due à la couche surplomb, dirigée de haut en bas. Lorsqu'un sondage perce la couverture d'une telle nappe, l'eau de la formation est expulsée jusqu'à équilibre avec le niveau piézométrique, au-dessus du toit de la couche. Les eaux sont ascendantesouartésiennes selon que leur niveau se stabilise au-dessous ou au-dessus du terrain nature.

III.4.2.3. Recharge des aquifères

La recharge des aquifères est de trois natures :

1°. Eaux de pluie : par l'infiltration efficace dans le bassin hydrogéologique du secteur. D'où l'importance du drainage superficiel ;

2°. Eaux des lacs et cours d'eau : lorsque les lacs et des cours d'eau se trouvent à proximité des aquifères et si les roches et/ou le sol entre ces lacs, cours d'eau et la mine sont perméables ;

3°. les eaux souterraines : Il s'agit principalement d'eaux fossiles. Ces poches sont percées soit par le trafic des unités de transport qui passe dessus, soit par le godet de l'excavateur lors de l'excavation.

III.4.3. Paramètres hydrogéologique des aquifères

Le débit souterrain, régi par la loi de Darcy (1856), est fonction de la perméabilité ou de la transmissivité. Ces caractéristiques peuvent être déterminées au laboratoire ou sur le terrain. A ceux- là nous pouvons ajouter d'autres paramètres tels que le gradient hydraulique, la porosité, le coefficient d'emmagasinement, qui permettent la détermination du volume d'eau que les aquifères peuvent libérer ou le débit permettant un rabattement déterminé.

III.4.3.1.La porosité «   »

C'est le rapport entre le volume des vides et celui de l'échantillon. C'est une caractéristique à connaitre car la teneur en eau ne dépend de la composition de l'aquifère et donc directement de la porosité.

Avec :

· : volume des vides ;

· : Volume de l'échantillon.

Il est plus intéressant d'utiliser la porosité efficace ^{«   »} qui détermine le volume d'eau extractible de la formation aquifère. Elle se traduit par la relation suivante :

Avec :

· : porosité efficace [%] ;

· : Volume de vide efficace ou volume d'eau extractible ;

· : Volume de l'échantillon.

Ce paramètre, exprimé en pourcentage, permet de calculer le volume d'eau extractible de l'aquifère, le volume de l'aquifère étant connu.

III.4.3.2. Le coefficient d'emmagasinement « S »

Formations géologiques	Porosité efficace [%]	Volume d'eau en litre que peut contenir un mètre cube d'aquifère
Gravier	20- 30	200 à 400
Sable grossier	25- 30	250 à 370
Sable moyen	20- 25	250 à 350
Sable fin	15- 20	300 à 350
Sable très fin	10- 15	10 à 100
Sol argileux	Très faible	400 à 500

Tableau. II 1. Valeurs des porosités dans les formations géologiques

C'est le volume d'eau de gravité, en mètres cubes, libéré par un prisme d'aquifère d'un mètre carré de section, pour un abaissement de la surface piézométrique, ou de la charge, d'un mètre. Il peut être déterminé sur terrain par des essais de pompage dans les puits.

Avec

·  : volume d'eau libéré pour un abaissement de la surface piézométrique.

CASTANY (1967) propose une fourchette de variation du coefficient d'emmagasinement en fonction du type de nappe.

Tableau III.2. Variation du coefficient d'emmagasinement suivant le type de nappe

		Coefficients d'emmagasinement ^«S^»
Type de nappe	Nappe libre	à
	Nappe captive	à

III.4.3.3. La perméabilité « K »

La perméabilité est l'aptitude d'un matériel de se laisser traverser par un fluide sous l'effet d'un gradient hydraulique. Elle traduit le volume d'eau s'écoulant pendant l'unité de temps à travers l'unité de section de l'aquifère, sous un gradient hydraulique égal à 1 et à la température de 20°C. Elle est fonction du diamètre des grains (selon l'expression ) et de la porosité.

DARCY a déduit expérimentalement, en connaissant la section d'écoulement ^{«   »}, le gradient hydraulique ^{«   »}, et le débit ^{«   »} la perméabilité de la manière suivante :

Sachant que : et

Figure III.7. Gradient hydraulique

D'où :

Avec :

·  : de débit [ ] ;

· : Section de l'écoulement [ ] ;

·  : Gradient hydraulique.

Le tableau ci-après donne d'après G. CASTANY (1967) les valeurs approximatives de la perméabilité des différents terrains ainsi que leurs qualifications.

Tableau III.3. Valeurs approximatives des perméabilités suivant le type de terrain

Perméabilité [cm/s]	10^0	10^-2	10^-5	10^-9
Terrain	Galets ; Graviers. Dépourvus d'éléments fins	Sables purs ; Sables et graviers. Dépourvus d'éléments fins	Sable très fins ; Silts et mélange de sable et d'argile.	Argiles homogènes.
Qualification	Très perméables	Perméables.	Peu perméables.	Imperméables.

III.4.3.4. La transmissivité « T »

C'est la capacité d'un aquifère à donner de l'eau. Elle est également fonction de son épaisseur ^{«   »} (nappe libre) ou ^« e ^» (nappe captive). Elle est déterminée par le produit :

 ; Ou encore [ ]

Avec

·  : coefficient de perméabilité [ ] ;

·  : Épaisseur de la nappe libre [ ] ;

· : Épaisseur de la nappe captive [ ].

III.4.4. Hydrodynamique souterraine

Dans ce paragraphe nous mettrons en évidence les équations qui relient le débit de pompage, le rabattement et les paramètres hydrogéologique des aquifères. Nous nous intéresserons plus particulièrement aux puits qui nous serviront pour l'exhaure de la mine de KAMOTO, vu la profondeur à laquelle se trouve les aquifères et la profondeur du projet KCC.

III.4.4.1. Écoulement des eaux souterraines vers les ouvrages de captage

L'écoulement des eaux souterraines est régi par la loi de Darcy. Le débit ^{«   »} qui s'écoule dans l'unité de temps, à travers une section totale de terrain ^{«   »}, est fonction de la perméabilité ^{«   »} et du gradient hydraulique^{«   »}.

La surface piézométrique est représentée par des courbes d'égale altitude de niveau d'eau, soit d'égal niveau piézométrique, dites courbes hydro isohypses ou iso pièzes.

Figure III.8. Exemple de carte hydrogéologique

La surface piézométriques renseignent sur les directions d'écoulements, le volume en réserve des aquifères et elles permettent de caractériser les aquifères.

La vitesse de filtration et le débit d'écoulement se déduisent de la loi de Darcy, illustré dans sa relation, qui intègre la perméabilité et le gradient hydraulique. En y ajoutant la notion de perméabilité efficace ^{«  »} nous aurons :

Avec

· : vitesse effective.

L'eau est extraite du terrain aquifère, sous l'effet de la chute de pression engendrée par la pompe ; à moins qu'elle ne jaillisse directement au niveau du sol (cas des forages artésiens). L'eau est donc mis en mouvement de tous les points influencés par l'ouvrage et se dirigent vers la crépine. Ainsi dans toute la zone où s'opère ce mouvement le niveau est y est rabattu.

Des hypothèses simplificatrices ont été émises par DUPUIT- FORCHHEIMER et THEIS-JACOB, ce qui a permis de mettre au point des équations simples fréquemment utilisées pour le traitement mathématique du débit ^{«   »} de pompage et du rabattement ^{«  »}. Ils posent que :

· L'aquifère a une épaisseur constante ;

· Le substratum est supposé horizontal ;

· Le puits est équipé d'une crépine sur la totalité de l'aquifère ;

· Le débit de pompage est constant ;

· Le milieu est infini, homogène, isotrope et indéformable ;

· La composante verticale des vitesses est négligeable.

Le pompage dans un puits, exploitant l'épaisseur ^{«   »} de l'aquifère, abaisse le niveau d'eau dans l'ouvrage et dans le terrain, créant ^« un cône de dépression ^» de rayon ^« R ^». La différence entre le niveau piézométrique et le  niveau dynamique ^{«  »} obtenu en cours de pompage est la dépression ou rabattement ^« s ^». La hauteur d'eau dans l'ouvrage, mesurée à partir du substratum, étant ^« h ^», on a :

Le rabattement est plus important à l'intérieur du forage qu'en n'importe quel autre point.

Ecoulements permanents vers un puits de captage (Approche simplifiée de DUPUIT).

A.1. Rabattement par puits en nappe libre

Figure III.9. Modèle de rabattement d'une nappe libre de DUPUIT

J. DUPUIT a admis en 1863 que, pour un pompage à débit constant ^{«   »}, les dimensions du cône de dépression (rabattement ^« s ^» et rayon ^« R ^») sont constantes. C'est le régime d'équilibre ou d'écoulement permanent.

L'objectif est de calculer le débit ^{«   »} d'un puits de rayon ^{«  »} de sorte à maintenir une hauteur d'eau ^{«   »} constante dans le puits, lorsque le régime permanent est atteint.

Le débit à extraire à travers une surface cylindrique de rayon ^{«  »} et de hauteur ^« z ^» concentrique au puits vaut :

Avec

En intégrant :

Soit ;

D'où

Ou encore

A.2. Rabattement par puits en nappe captive

Figure III.10. Modèle de rabattement d'une nappe captive

En posant que l'eau est incompressible, le débit ^{«  »} à travers une surface cylindrique concentrique au puits de rayon ^{«  »} et de hauteur ^{«  »} se calcul par :

Sachant que

Soit :

Il est à signaler qu'on ne peut pomper autant qu'on le souhaite dans un puits. A partir d'une vitesse limite d'eau de DARCY ^{«   »} les petits grains sont entrainés et bouchent les pores ; il se produit alors un colmatage irréversible des pores et le puits devient inutilisable. SICHARDT a aussi donné une relation empirique donnant une estimation de la vitesse critique :

[ ]. De cette vitesse il y correspond un débit critique donné par la relation :

A.3. Rabattement en nappe libre réalimenté par infiltration efficace

Figure III.11. Modèle de rabattement de TODD d'une nappe alimentée par infiltration

Pour les aquifères à nappes libres ou captives alimentés par infiltration efficace ^{«   »}. TODD, 1990 a donné les relations permettant de déduire la charge hydraulique ^{«  »} à la distance ^{«   »} du puits par les relations suivantes :

· Pour les nappes libres :

· Pour les nappes captives

B. Détermination du rayon d'action ou influence « R ^»

En connaissant la perméabilité ^{«   »}, le rayon du puits filtrant ^{«   »}, et le débit ^{«   »}, il est possible de déterminer le rayon d'influence ^{«   »} du puits filtrant après les mesures de ^{«   »} et ^{«  »}, soit ;

· Par observation du rabattement au moyen de piézomètres ;

· A partir des relations de DUPUIT;

· A partir de la formule d'approximation logarithmique :

· A partir des formules empiriques de SICHARDT :

Pour un projet, on ignore d'abord le rayon d'influence ^{«   »}, on lève très souvent cette indétermination par la formule empirique de SICHARDT.

A la Gécamines, les expériences ont prouvés que lorsque ce rayon dépasse 195m, l'usage d'un système de puits filtrant s'impose.

C. Système des puits filtrants

Figure III 12. Pompage à l'aide d'un système de puits filtrant

Soit ^{«   »} le nombre de puits filtrants identiques situés sur une circonférence de rayon ^{«   »}. Soit ^{«  »} le débit total des n puits. Soit ^{«  »} le niveau de la nappe au centre de la circonférence. Soit ^{«  »} le rayon d'action d'un puits fictif unique abaissant la nappe à la cote avec un débit ^{«   »} ; tout se passe comme si la nappe était rabattue par un seul puits unique de rayon ^{«   »} de la cote ^{«   »} à ^{«   »}. Nous aurons dès lors par les relations suivantes :

Nous pouvons aussi déterminer le débit pour un système de puits filtrants disposés sur une circonférence de rayon ^{«   »} par la relation ci- dessous.

III.5. Hydrogéologie de KAMOTO

L'aquifère de Kolwezi a une superficie d'environ 223 km². La nature étendue de l'aquifère, les propriétés hydrauliques élevées, les systèmes de recharge et de drainage en font un réservoir d'eau souterraine très élevé, bien que le dénoyage de chaque mine soit considérée séparément, l'aquifère était identique, de sorte que la simulation était aussi proche que possible de la situation réelle. Les données à l'ouest de Dikuluwe n'existaient donc pas, les valeurs de topographie ont été interpolées de sorte que l'effet de l'aquifère vers l'ouest vers Poto-Poto pourrait être simulé.

Les conditions hydrogéologiques dans le district minier Dikuluwe Mashamba DIMA sont très complexes. La présence de la rivière Luilu traversant la zone des fossés Dikuluwe du sud au nord, l'existence de l'étang Kamirombe et l'existence de dénoyage du lac (décharge de la mine souterraine de Kamoto qui se trouve dans une autre unité géologique, au nord-est de Dima) a un impact important sur Le régime local des eaux souterraines.

En plus des masses d'eau de surface, il existe, dans la zone d'étude, plusieurs phénomènes karstiques, des trous d'évier ou des Dolinas. Ceux-ci ne contiennent pas d'eau creusée toute l'année.

Cependant, pendant la saison de pluie, ils collectent le ruissellement local et contribuent de manière significative à la recharge des eaux souterraines

Les principales couches d'eau dans la zone DIMA sont les strates altérées de CMN, SD et OB. Typiquement, ces unités sont enveloppées ou recouvertes de strates de RAT ou RGS moins perméables.

Les caractéristiques géologiques de la strate simple sont très variables en raison de différents degrés d'altération. Par conséquent, les caractéristiques hydrauliques peuvent être très variables dans la même unité géologique. La perméabilité dans les strates altérées est principalement primaire (inter granulaire).

Dans les parties dolomitiques, la perméabilité est secondaire (contrôle par fracture).

Figure III. 13 : schéma qui montre la position géographique des nappes d'eau alimentant la mine de Kamoto

L'importance de la reconnaissance de ces nappes est :

· Arriver à gérer les venues d'eaux afin de ne pas s'occuper des travaux dans les chantiers ;

· Rabattre sensiblement l'eau dans les nappes et même envisager à les assécher si possible ;

· Canaliser ces eaux vers les installations d'exhaure afin de faciliter l'évacuation vers la surface.

Ces nappes alimentent la mine en eau de façon continue avec un débit journalier de plus ou moins 2500m/h en y ajoutant les eaux d'infiltration et les eaux de chantier variable selon les saisons

III.6 COLLECTION DES EAUX SOUTERRAINES

La collection des eaux est une étape capitale du processus d'exhaure, c'est elle qui nous permet de distinguer 2 types d'exhaure nous citons : l'exhaure principale et l'exhaure secondaire.

III.6.1 Exhaure principale

Cette exhaure a pour mission de refouler hors du champ d'exploitation l'eau accumulée dans les réservoirs (bassin de collection) en utilisant des pompes de grande capacité, selon le circuit d'acheminement de l'eau installé à la surface.

III.6.2. Exhaure secondaire

S'agissant de l'exhaure secondaire, elle s'occupe du regroupement de toutes les installations et des ouvrages visant la collection des eaux de mine (travaux miniers de forage, de sondage, de remblayage hydraulique) et leur acheminement vers le bassin de collection (au travers des drains, tuyaux,...), d'où elles seront évacuées vers la surface.

La collection d'eau se fait généralement à l'aide des drains ou des tuyauteries qui acheminent l'eau des décanteurs, les tenues d'eau vers les galeries de mise en charge.

a) Les drains

Les drains à considérer peuvent revêtir plusieurs formes d'après la topographie du terrain. Cependant pour le calcul, on utilisera la formule de BAZIN.

Q = 3600.S.V en

Où

· Q : débit du drain ;

· S : section du drain ;

· V : vitesse moyenne de l'eau (m/sec).

La vitesse moyenne de l'eau s'obtient d'après la formule de CHEZY

V = C en

Où R : rayon hydraulique au rayon équivalent :

Avec U : périmètre mouillé en mètre du drain ;

I : pente du drain en pourcentage ;

où W est le coefficient de rugosité du drain.

Il faut éviter que l'eau dans le drain ne coule en régime turbulent ; celle-ci doit couler en régime laminaire c.à.d. que la vitesse normale doit être comprise entre 0.8 et 2.1 m/sec.

b) Les tuyauteries

Elles sont calculées sur base des formules des pertes de charge continues auxquelles il faudra ajouter les pertes de charge locales qui dépendent de la nature de l'accident.

Pertes de charge linéaire :

Où : coefficient qui caractérise la résistance des parois de la tuyauterie à la circulation de l'eau :

· L : la longueur de la tuyauterie (m) ;

· V : vitesse de circulation de l'eau (m/sec) ;

· D : section de la tuyauterie (m²) ;

· g : accélération de la pesanteur.

Pertes de charge locale :

Où :

· n : nombre d'accessoires de même nature ;

· K : rugosité de la conduite.

c) Les albraques

Ce sont des bassins de collection d'eau d'emmagasinement qui peuvent se présenter sous forme des galeries horizontales à partir desquelles les eaux sont acheminées à la surface grâce aux pompes. Il faut noter que le bassin de collection d'eau doit tenir compte de la capacité correspondante.

La capacité d'un tel bassin doit assumer en principe l'aménagement de l'eau accumulée pendant 12 heures au moins. De ce fait on distingue :

1) Les bassins de collection provisoires

Ces bassins assurent une accumulation d'eau pendant 8 à 12 heures tout au plus c.à.d. ils sont prévus pour des petites quantités d'eau. Ils ont la forme d'un parallélépipède et sont aménagés soit dans le mur de la galerie soit dans les roches latérale. On le couvrira généralement avec le bois ou bien avec le béton.

Situés dans les puits, on les appelle ``bouniou'' ou ``bougnou'' c.à.d. albraque du puits. Par contre si ces bassins contribuent à sédimenter les particules solides en suspension dans l'eau, on les appelle ``décanteurs''.

2) Les bassins de collection permanents (tenues)

Si les bassins provisoires, les puisards ne parviennent pas aux nécessités, on doit aménager des bassins centraux de collection d'une capacité correspondant à l'afflux d'eau de la mine.

La capacité d'un bassin central doit assurer l'emmagasinement de l'eau accumulée pendant 12 heures au moins (on considère qu'il est possible d'avoir une panne à l'installation d'exhaure).Souvent le bassin permanent a un volume équivalent à un débit de 24 heures. Les bassins ont un double rôle :

· ils servent pour emmagasiner de l'eau ;

· ils servent aussi à leur décantation.

Les particules solides sédimentent et la décantation des eaux s'imposent dans le cas du remblayage hydraulique. On doit déterminer les éléments géométriques du bassin par les formules suivantes :

3) Section du bassin :

On détermine la section du bassin en supposant que tout le bassin sera rempli d'eau par :

4) La longueur du bassin :

Elle sera donnée par :

Où

· ???? : débit de passage

· ??_??> Q : débit d'eau qui entre dans le bassin de collection.

· V₁ : vitesse du mouvement de l'eau dans le bassin (V₁ = 0,002 à 0,022 m/sec)

Pour avoir la possibilité de nettoyer le bassin et pour les situations imprévues, on doit ménager deux bassins de décantation. Les deux bassins doivent être reliés entre eux par des canaux.

Quelque fois il existe un seul bassin de décantation qui est partagé en deux à l'aide des parois transversales.

Les bassins peuvent être soutenus en bois (durée de vie de service inférieure à 5 ans) ou en béton (durée de vie supérieure à 5 ans).

III.7 EXHAURE DE LA MINE SOUTERRAINE DE KAMOTO

III.7.1 Lesdifferntscircuitsd'exhauredelaminedekamoto

Les circuits d'exhaure de la mine de kamoto comprennent les voies que prennent toutes les eaux dans la mine jusqu'à les ramener à la surface. Nous distinguons trois types des circuits d'exhaure :

· L'exhaure tertiaire,

· Les exhaures secondaires,

· L'exhaure principale communément appelé exhaure primaire ou encore centrale.

III.7.1.1 L'exhaure tertiaire

L'exhaure tertiaire appelé encore exhaure des chantiers est l'exhaure qui évolue avec le développement du chantier, Pendant divers phases d'exploitation, nous nous retrouvons avec plusieurs afflux d'eau provenant de différents endroits (de la rampe 34 au niveau 520, de GBT au niveau 560, des nappes, remblayage hydraulique, conduites d'eau de travail, fuites des conduites, etc....) Qui doivent être pompé pour assurer à l'exploitant minier une bonne exploitation. Ces eaux sont envoyées au niveau des exhaures secondaires par le biais de petites pompes centrifuges immergées déplaçables qui sont composées de la partie pompe et la partie moteur incorporée dans un seul corps pour former un ensemble compact et qui sont choisis en fonction de la quantité d'eau qui arrive dans une zone donnée, généralement ces sont les pompes du type FLYGT de différente puissance qui sont utilisées (8CV, 24CV, 28CV, 73 CV voir meme122CV).

III.7.2 Les exhaures secondaires

Cette étape constitue les exhaures secondaires, situés dans la zone 5 et division 5 elles reçoivent les eaux de l'exhaure tertiaire, des puisards ou directement des sondages. Ces exhaures refoulent leurs eaux au niveau 357 où se trouve le système de vannage. Les exhaures secondaires de la mine de KAMOTO comprennent actuellement trois salles d'exhaure à savoir :

· L'exhaure 632 ; (puits II)

· L'exhaure 505 ; (Sump 21) ;

· L'exhaure 465.

III.7.2.1 Exhaure 632

Elle est muni d'une tenue de 67,5 m³ de volume qui reçoit les eaux venant du fond du puits de translation du personnel (Puits II), et des sondages par la cheminée 519 ; fonctionne avec deux pompes FLYGT BS 2640 MT, d'un débit théorique 338 m³/h, d'une hauteur manométrique de 40 m, d'une puissance de 24CV, d'intensité 32A, montées en parallèle et refoulent directement au niveau 465.

III.1.2.2 Exhaure 505

Cette salle d'exhaure est située au niveau 505 dans la zone 5 de la mine, mise en place pour recueillir les eaux de toute les autres zones d'exploitation (Etang, zone 4, zone 3) étant donné que cette zone est le niveau bas par rapport à 465. Elle comprend les dispositifs suivants:

Une tenue appelée tenue sump 21, composée de quatre pompes du type HPL dont trois ramène directement vers l'exhaure principale (HPL 1, 3, 4) et une pompe qui ramène à 465 qui est l'HPL 2.

III.1.2.3 Exhaure 465

La complexe exhaure 465 est le plus grand de toutes les exhaures secondaires elle se trouve dans la division 5 du fait qu'il reçoit toutes les eaux provenant des autres exhaures secondaires de la mine. Il est divisé en 2 grandes parties à savoir :

· L'exhaure 465 I,

· L'exhaure 465 II

a) Exhaure 465 I

Elle reçoit les eaux de l'exhaure Nkamba, sump 21 et de 520 à la rampe 34, de GBT au niveau 560, reçoit l'eau de 632, les eaux des fuites.

Comprend cinq pompes, dont une pompe 122CV est placée dans un puisard, qui reçoit les eaux des fuites des tenues et celles des bourrages des pompes qui assurent au cours du passage la lubrification des arbres. Cette pompe immergée refoule l'eau qu'elle aspire dans ce puisard au niveau collecteur qui est le niveau 357 Nord. Les pompes HPL, FLOWSERVE et la pompe FLYGT sont montées en parallèle et refoulent à travers deux conduites de diamètre 12» au niveau 357 Nord. Les 2 salles ont une double possibilité de refoulement d'eau vers 369 :

b) Exhaure 465 II

Elle reçoit les eaux des exhaures 505 (sump21), par les eaux des écoulements libres, des fuites des cheminées et celles de sondage du niveau 345 POTO.

En effet, ces deux salles d'exhaure comprennent chacune :

· Trois pompes FLOWSERVE de 250 kW, dont les trois sont en pannes,

· Un HPL de 330K2W,

· La salle 1, remonte l'eau dans la conduite de 12'' de diamètre dans le puits 2 pour le déversement dans le drain Basecle au niveau 357 proche du puits 2. Cette eau coule directement vers les anciens complexes décanteurs et l'ancienne galerie de mise en charge pour être pompée vers la surface.

· La salle 2, remonte l'eau dans la colonne de 12'' de diamètre vers le niveau 357 via la cheminée KIUBO qui la déverse dans le drain a eau T salle, dans le collecteur d'eau vers les complexes décanteurs et tenues puis vers la galerie de mise en charge.

III.7.3 Exhaure principal

L'exhaure principale appelé aussi exhaure centrale est situé au niveau 369 de la mine de kamoto. Elle est donc un des endroits vitaux de la mine qui exige une très grande sécurité. En effet, toutes les eaux provenant de l'exhaure 465, zone 5 et celles des niveaux supérieurs qui coulent par gravite, arrivent à l'exhaure principale 369 en passant par trois anciens décanteurs situes à l'ancien serrement de vannage. Trois autres nouveaux décanteurs situés au nouveau serrement de vannage véhiculent les eaux claires vers 4 anciennes tenues et 3 nouvelles tenues située au niveau 357 Nord. C'est le niveau collecteur de toutes les eaux de la mine devant être refoulées en surface. En effet, le circuit d'exhaure principale en partant des décanteurs et tenues jusqu'aux salles des pompes comprend :

· L'ancien vannage ;

· Le nouveau vannage ;

· Les décanteurs ;

· Les tenues ;

· Les galeries de mise en charge ;

· Les salles des pompes.

III.7.3.1 Ancien vannage

Placé à la sortie du bassin collecteur de toutes les eaux de la mine au niveau 375, il est muni en son sein de deux conduites de diamètre 16·portant deux vannes qui sont manipulées manuellement, disposées en séries en raison de sécurité de l'installation lors d'une panne de deux vannes. En effet, ce vannage recueille les eaux sales de la mine venant des drains a eaux sales qui les dirigent vers les anciennes tenues en passant par les anciens décanteurs.

III.7.3.2 Nouveau vannage

Situé également au niveau 357. Il reprend le même circuit que l'ancien vannage. Trouve sa complexité dans le fait qu'il est muni des vannes motorisées, mais entrainer présentement manuellement du fait que leurs moteurs sont déjà tombés en panne. L'ouverture et la fermeture des vannes sont fonction du niveau d'eau dans les galeries de mise en charge. C'est-à-dire qu'on ouvre les vannes lorsque le niveau est inférieur à la consigne et qu'on les ferme lorsque ce dernier monte graduellement avec le risque de noyade.

Ce vannage reçoit les eaux claires qui, à la sortie des vannes passent dans les drains à eaux claires via les nouvelles tenues en passant par les nouveaux décanteurs.

III.7.3.3 Les décanteurs

Le circuit de décantation ont été mise en place du fait que les eaux qui proviennent des travaux miniers et celles de ruissellement contiennent des particules en suspension, entre autres les sables et les graviers. Ainsi, ces eaux chargées de grosses particules et des sables peuvent au cours de leur passage endommager les installations de pompage. , nous sommes contraints de faire passer ces eaux dans le circuit de décantation ou l'eau est retenue pendant un certain temps pour permettre aux particules solides de se déposer au fond des décanteurs en passant ensuite à une vitesse relativement faible par débordement vers les tenues.

III.7.3.4 Les tenues d'eau et les galeries de mise en charge

Les tenues sont des bassins de grande capacité ou sont stockées les eaux provenant des décanteurs. Ce sont des réservoirs d'eau qui sont munis des portes de visite pour permettre aux personnels de faire le nettoyage.

III.7.3.5 Les salles des pompes

Le complexe d'exhaure principale est composé de deux grandes salles des pompes à savoir :

· La salle d'exhaure I ;

· La salle d'exhaure II.

a) Salle d'exhaure I

La salle d'exhaure I est composée :

· D'une galerie de mise en charge qui joue le rôle de réservoir d'eau ;

· De quatre pompes Grifo 950 KW,450 m³ de deux pompes FLOWSERVE de 800 KW, et 450 m3 ;

· D'une pompe DIEBOLD 3000 CV, 1250 m³ ;

· D'une pompe FLYGHT 24 CV, 160 m³.

Toutes ces pompes sont montées en parallèle et renvoient l'eau qu'elles aspirent dans la galerie de mise en charge en surface à travers deux conduites de diamètre 16» passant par le puits II. Il est à savoir que les eaux de la tenue et celles des bourrages des pompes sont canalisées vers un puits, dans lequel la pompe FLYGT de 25 CV est montée pour les renvoyer dans la galerie de mise en charge.

FigureIII-14 :Salled'exhaureN°1

b) Salle d'exhaure II

La salle d'exhaure II est aussi composée :

· D'une galerie de mise en charge ;

· De trois pompes DIEBOLD CHP 3000 CV, 1250 m3 montées en parallèle, qui aspirent l'eau dans la galerie et la refoulent en surface à travers deux conduites de diamètre 16»;

D'une pompe ACEC 36,5 BL/10R pour la fourniture de l'eau potable de tout le siège. Celle-ci aspire l'eau venant d'une roche à travers une conduite de diamètre 16».

Les eaux de fuites de la galerie et celles des barrages des pompes sont canalisées vers un puits. Actuellement, il y a que Griffo sur les 4 placées à la galerie de mise en charge de la salle des pompes N°2 sont opérationnelles. Le schéma suivant donne les dimensions de tous les ouvrages du circuit d'exhaure de toute la mine.

FigureIII-15:Groupemoto-pompeACEC36.5BLS

FigureIII-16:Salled'exhaureN°2

FigureIII-17:PompeDieboldenservice

FigureIII-18:Groupemoto-pompeFlowserve

Figure.III. 22 Surveillance des apports d'eau souterraine

CURRENT STATUS OF PUMPS IN THE UNDERGROUND MINE "FEBRUARY_2024"
	Item	Pump type&code		Power (KW)	Location	Discharge	Nominal		Actual		Status
							Flow (m3/h)	Head (m)	Flow (m3/h)	Static Head (m)
MAIN DEWATERING ROOM L 369	1	ACEC1	36,5BL	950	369L (ROOM 1)	Surface	450	400	243	369	Operational
	2	FLOWSERVE 2	201 NMC	950			450	400	402	369	Operational
	3	FLOWSERVE 3	201 NMC	950			450	400	0	369	Broken down
	4	ACEC4	36,5BL	950			450	400	0	369	Broken down
	5	DIEBOLD 4	D4	2210			1350	400	0	369	Broken down
	6	DIEBOLD 1	D1	2210	369L (ROOM 2)	Surface	1800	400	0	369	Broken down
	7	DIEBOLD 2	D2	2210			1800	400	0	369	Broken down
	8	DIEBOLD 3	D3	2210			1350	400	0	369	Operat
	9	GRIFFO	36,5BL	950			500	400	412	369	Operational
465L	10	FLOWSERVE4	150NM	350	465L (ROOM 1)	345	250	250	0	120	Broken down
	11	FLOWSERVE3	150NM	350			250	250	206	120	Operational
	12	HPL2		350			450	250	399	120	Operational
	13	FLOWSERVE1	BS2400/HP	350			250	250	0	120	Broken down and moved
	14	FLOWSERVE4	150NM	350	465L (ROOM 2)	345	250	250	263	120	Operational
	15	FLOWSERVE3	150NM	350			250	250	286	120	Operational
	16	FLOWSERVE2	150NM	350			250	250	256	120	Operational
	17	FLOWSERVE1	150NM	350			250	250	248	120	Operational
SUMP	18	HPL 1		350	SUMP 21 - 505L	345	400	250	200	240	Operational
21	19	HPL 4		350			400	250	0	240	Broken down and moved
	20	HPL 3		350			400	250	220	215	Operational
	21	HPL 2		350	SUMP 21 -505L	465	400	250	460	140	Operational

III.7.4 Nappes d'eau de kamoto

La mine de KAMOTO est muni d'un système d'aquifère du type Karstique qui veut dire que les nappes qui entourent son gisement ne sont pas des nappes phréatiques, ces sont plutôt des nappes dont les eaux circulent dans des chenaux et des cassures vers les ores bodies sous-jacents.

Il est actuellement entouré par 6 nappes aquifères d'eau qui sont situées à l'Ouest, à l'Est, au Sud, au Sud-Ouest, au Nord ainsi qu'au Nord-Ouest

· Kamoto Oliveira Virgule KOV (à l'Est),

· Kamoto Etang (à l'Ouest),

· Ecran Kabulungu (au Sud-ouest),

· Kamoto Sud (au Sud),

· Kamoto toit (au Nord),

· Kilamusembu (au Nord-Ouest)

Fig.III.23.représentation en 2D de stations de pompage et tenues de Kamoto

La représentation détaillée du circuit d'exhaure de l'étang vers le niveau 465L est reprise sur la figure ci-dessous :

Figure III.2.4 : circuit ETANG - 465L

III.7.4.1. Rapport du système de pompage 465L.

A noter qu'au niveau 465, selon le rapport de pompage du système 465 L le débit pompé a dépassé le débit d'entrée de 818 m3/h ce qui explique l'arrêt de certaines pompes.

Location	Résumé
465L	Débit d'entrée			Débit de pompage			Différence
	m^3/h			m^3/h			m^3/h
	840			1658			818
Capacité de pompage installée par rapport à la situation actuelle
Location	Capacité prévue (m^3/h)		Capacité actuelle (m^3/h)			Manque « Dificiency » (m^3/h)
369L	8600		1057			-7543
465L	2200		1658			-542
505L	1600		880			-720
L'eau provenant					Débimetre (m3/h)			Capacité de pompage du courant installée (m^3/h)
465L		Puisard 21			460			1658
		Puisard 34 (Trou de drainage			113
		GBT			97
		632 L			85
		Nkamba			53
		Poto			32
Total couler					840
Rapport du système de pompage ZONE 5/ 505L_ Puisard 21. A noter que sur le puisard 21, le débit d'entrée a dépassé celui pompé de 73m^3/h, qui débordent sur ce
Location		Résumé
Puisard 21		Débit d'entrée m^3/h			Débit de pompage m^3/h			Différence m^3/h
		880			880			0
		L'eau provenant			Débimetre (m3/h)			Capacité de pompage du courant installée (m^3/h)
Puisard 21		Puisard 29			399			807
		Itamar			127
		Puisard 34			214
		CH2/Panel 9/Z5 OBI			140
Total couler					880

III.8. CONCLUSION

Ce chapitre a passé en revue la littérature existante dans le domaine d'exhaure des mines et a traité de l'exhaure dans une mine souterraine ainsi que la présentation de l'exhaure dans la mine souterraine de Kamoto. Cette étude nous a permis de mettre en évidence les caractéristiques des aquifères nous montrant comment les eaux souterraines se créent dans les évents ouverts et les dommages causés par les apports des eaux de toute source de réflexion ainsi que sur les différents circuits d'exhaure de la mine. En effet, l'eau est le véritable danger numéro un dans l'extraction des matières minérales, elle pose de sérieux problèmes d'instabilité des structures et réduit la production de la mine.

CHAP IV : REDIMENSIONNEMENT D'UN SYSTEME D'EXHAURE

IV.1 INTRODUCTION

Le circuit d'exhaure n'est rien d'autre que le réseau des tuyauteries à travers lesquelles les eaux pompées quittent un puisard ou un puits filtrant vers un point de refoulement situé en dehors du champ minier. Un circuit d'exhaure est caractérisé par la hauteur géométrique, le débit du fluide, la tuyauterie d'aspiration et de refoulement, les pertes des charges. La caractéristique de l'installation permet de faire le choix de la pompe qui donnerait les résultats escomptés (hauteur manométrique, débit, ...) dans les meilleures conditions de son fonctionnement. Nous illustrerons dans ce chapitre les calculs de dimensionnement des circuits de l'exhaure secondaire et primaire.

IV.2 Moyens et accessoires du réseau d'évacuation des eaux

Signalons que tout circuit d'exhaure dépend souvent du système d'évacuation des eaux dans une exploitation souterraine qui peut se faire soit par galeries d'évacuation des eaux ou par un circuit mécanique comprenant des pompes, conduites et autres accessoires.

IV.2.1 Le système d'évacuation des eaux par galeries

Ce système est utilisé si le gisement est ouvert par une galerie à flanc de coteau et l'exploitation se fait au-dessus du toit de la galerie, il n'est pas nécessaire d'avoir une installation mécanique des eaux, car ces dernières peuvent être dirigées vers la galerie à flanc de coteau (par gravité) qui, en plus des autres buts (transport, aérage,...) servira pour l'évacuation des eaux.

La galerie doit être prévue avec une rigole bien déterminée et peut servir pour l'évacuation des eaux même lorsque l'exploitation du gisement descend en profondeur sous le niveau de la galerie. Dans ce dernier cas, le fond d'exploitation doit être équipé d'une installation pour élever l'eau jusqu'au niveau de la galerie à flanc de coteau.

IV.2.2 Le système d'évacuation des eaux par circuit mécanique

Ce système d'évacuation comprend plusieurs éléments dont nous pouvons citer : la pompe, la conduite d'aspiration, de refoulement, ...

IV.2.2.1. Les pompes

Comme on le sait, on appelle « pompe » un appareil permettant un transfert d'énergie entre le fluide et un dispositif mécanique convenable. Au point de vue physique, le fonctionnement d'une pompe consiste en ce qu'elle transforme l'énergie mécanique de son moteur d'entrainement en énergie hydraulique c'est-à-dire qu'elle transmet au courant liquide qui la traverse une certaine puissance. Les pompes véhiculant des liquides se divisent en deux catégories principales:

· Les pompes centrifuges : le mouvement du liquide résulte de l'accroissement d'énergie qui lui est communiqué par la force centrifuge ;

· Les pompes volumétriques : l'écoulement résulte de la variation d'une capacité occupée par le liquide.

A. Les pompes centrifuges

A.1. Principe de fonctionnement

Une pompe centrifuge est constituée par :

· une roue à aubes tournant autour de son axe ;

· un distributeur dans l'axe de la roue ;

· un collecteur de section croissante, en forme de spirale appelée volute.

Le liquide arrive dans l'axe de l'appareil par le distributeur et la force centrifuge le projette vers l'extérieur de la turbine. Il acquiert une grande énergie cinétique qui se transforme en énergie de pression dans le collecteur où la section est croissante. L'utilisation d'un diffuseur (roue à aubes fixe) à la périphérie de la roue mobile permet une diminution de la perte d'énergie.

Les pompes centrifuges ne peuvent s'amorcer seules. L'air contenu nécessite d'être préalablement chassé. On peut utiliser un réservoir annexe placé en charge sur la pompe pour réaliser cet amorçage par gravité. Pour éviter de désamorcer la pompe à chaque redémarrage il peut être intéressant d'utiliser un clapet anti-retour au pied de la canalisation d'aspiration.

A.2. Utilisation des pompes

Les pompes centrifuges sont les pompes les plus utilisées dans le domaine industriel à cause de la large gamme d'utilisation qu'elles peuvent couvrir, de leur simplicité et de leur faible coût. Néanmoins, il existe des applications pour lesquelles elles ne conviennent pas par exemple :

· utilisation de liquides visqueux: la pompe centrifuge nécessaire serait énorme par rapport aux débits possibles ;

· utilisation de liquides "susceptibles" c'est-à-dire ne supportant pas la très forte agitation dans la pompe (liquides alimentaires tels que le vin, le lait et la bière) ;

· utilisation comme pompe doseuse: la nécessité de réaliser des dosages précis instantanés risque d'entraîner la pompe en dehors de ses caractéristiques optimales.

Ces types d'application nécessitent l'utilisation de pompes volumétriques. Par contre contrairement à la plupart des pompes volumétriques, les pompes centrifuges admettent les suspensions chargées de solides.

B.Les pompes volumétriques

B.1. Principe de fonctionnement et généralités

Une pompe volumétrique se compose d'un corps de pompe parfaitement clos à l'intérieur duquel se déplace un élément mobile rigoureusement ajusté. Leur fonctionnement repose sur le principe suivant :

· Exécution d'un mouvement cyclique ;

· Pendant un cycle, un volume déterminé de liquide pénètre dans un compartiment avant d'être refoulé à la fin.

Ce mouvement permet le déplacement du liquide entre l'orifice d'aspiration et l'orifice de refoulement.

Parmi les pompes volumétriques, nous distinguons généralement :

· les pompes volumétriques rotatives ;

· les pompes volumétriques alternatives.

a) Les pompes volumétriques rotatives

Ces pompes sont constituées par une pièce mobile animée d'un mouvement de rotation autour d'un axe, qui tourne dans le corps de pompe et crée le mouvement du liquide pompé par déplacement d'un volume depuis l'aspiration jusqu'au refoulement.

b) Les pompes volumétriques alternatives

Dans ce type des pompes, la pièce mobile est animée d'un mouvement alternatif. Son principe est d'utiliser les variations de volume occasionnées par le déplacement d'un piston dans un cylindre. Ces déplacements alternativement dans un sens ou dans l'autre produisent des phases d'aspiration et de refoulement.

Les pompes volumétriques sont généralement auto-amorçantes. Dès leur mise en route elles provoquent une diminution de pression en amont qui permet l'aspiration du liquide. Il est nécessaire néanmoins d'examiner la notice du fabricant.

c) Catégories des pompes utilisées dans les mines

Actuellement dans les mines, les pompes à pistons sont rarement utilisées et les pompes souvent utilisées sont surtout du type centrifuge.

Cet ainsi que nous distinguons des pompes centrifuges horizontales, verticales et suspendues.

Comme nous l'avons signalé ci haut, l'exhaure des mines souterraine se fait en deux étapes ; d'abord la collection des eaux (exhaures dans différents chantiers ou secondaire) et évacuation des eaux collectionnées dans la mine (exhaures principales).

1) Pompage principal

Les pompes utilisées dans ce pompage sont plus souvent centrifuges avec un moteur électrique. La tension de 600 Volts est généralement adaptée. Avec une seule roue mobile, on obtient des pressions variant de 70 à 150 mètres d'eau avec un débit d'environ 30 l/sec. Les pompes ont généralement plusieurs étages de pression, c.à.d. plusieurs roues mobiles.

La pompe centrifuge employée dans la salle des pompes se caractérise souvent par le fait que :

· dans un corps sont placés en série plusieurs roues mobiles qui, constituant des pompes séparées mais se partageant le travail ;

· chaque roue mobile possède une roue directrice stable au corps de la machine, qui a pour rôle de ramener les eaux de la périphérie de chaque roue mobile au centre de la roue suivante.

La salle des pompes est placée plus haut en dehors du niveau d'inondation mais ici, l'emploi des pompes verticales auxiliaires est nécessaire pour alimenter les pompes principales qui sont surtout horizontales.

Les pompes horizontales ne sont pas auto amorçantes (aspiration de l'eau elle-même), tandis que les pompes verticales nourricières à l'écoulement axial, au contraire permettent un amorçage automatique parce que la première roue mobile (turbine) à l'aspiration est noyée.

2) Pompage secondaire

Dans l'exhaure des chantiers, les pompes utilisées sont généralement les pompes à piston, les pompes verticales, les pompes noyées, les pompes mammouth, les élévateurs hydrauliques, ...

3) Pompe mammouth ou à air comprimé élévateurs hydrauliques

Les pompes mammouths sont des pompes simples. Elles ont l'avantage de pouvoir pomper d'eau chargée. C'est ainsi qu'on peut les utiliser pour le nettoyage de bassin de décantation (albraque).

Une pompe mammouth est constituée par une canalisation montante et une arrivée à air comprimé, l'air comprimé débouche dans la canalisation au-dessus de l'orifice d'aspiration où il se détend de sorte qu'il monte dans la canalisation sous forme des bulles. Ces bulles ont pour effet d'abaisser le poids spécifique de la colonne d'eau par rapport au poids spécifique de l'eau environnante. Il en résulte en effet des cheminées qui font monter l'eau dans la canalisation, ces pompes peuvent avoir un débit de 400 l/min sur 100 à150 mètres de hauteur. Et sa consommation d'air comprimé est considérable (environ 50 m³/min) ; ce qui correspond à un rendement de 10 à 15%.

Les élévateurs hydrauliques utilisent l'eau sous pression au lieu de l'air comprimé. Ils ont également un rendement réduit et sont utilisés dans des inclinés, pour le nettoyage des galeries d'accumulation d'eau, le transport d'émulsion dans les travaux...

4) Pompes verticales

On utilise quelques fois des pompes verticales pour le fonçage des puits lorsque les venues d'eau sont plus importantes.

Cet ensemble très lourd est suspendu à un câble et est remonté avant chaque tir sur une hauteur de 20 à 30 mètres. Un brin de câble est fixé solidement dans le puits à une poulie, passe par une poulie montée sur la pompe et revient à la surface pour être enroulé par un treuil.

L'ensemble ``pompes et tuyauteries'' est guidé par le câble.

5) Pompes noyées

Ce sont les pompes verticales avec moteur électrique. La pompe ainsi que le moteur est logés dans un tube long et étanche suspendu à la tuyauterie de refoulement.

Le moteur et la pompe sont montés sur le même arbre. Le roulement du moteur ainsi que les paliers de guidage sont dans l'eau qui les refroidit. Les petites pompes ont un débit de 0,2 m³/sec tandis que les grosses pompes souvent utilisées sur l'exhaure principale peuvent avoir de débit très grand.

Critères de choix d'une pompe

Les différents critères permettant de choisir la pompe la mieux adaptée à la fonction envisagée sont :

a) La vitesse de rotation

Le cout d'une pompe centrifuge dépend directement de sa vitesse de rotation. Plus celle-ci est lente, plus le cout devient élevé ; la diminution de la vitesse de rotation a pour avantage :

· La réduction du bruit ;

· L'amélioration de la capacité d'aspiration ;

· La diminution de l'usure ;

· Le choix de la vitesse de la pompe se fera donc après avoir effectué une étude technico - économique.

b) Le moteur

La pompe à fort besoin d'une énergie mécanique en l'entrée et cette énergie est dans la plupart des cas par un moteur. Les types de moteur sont les moteurs asynchrones et les moteurs à courant continu.

Leur rendement est élevé, il va jusqu'à 90% et il dépend du type de pompe et du point de fonctionnement.

c) Le NPSH (Net Positive Suction Head) ou hauteur positive d'aspiration

NPSH est simplement une mesure permettant de quantifier la hauteur manométrique d'aspiration disponible pour éviter la vaporisation au niveau le plus bas de la pression dans la pompe.

IV.2.2.2. Les éléments des protections de la pompe

a) Clapet

C'est un dispositif qui sert d'empêcher la colonne d'aspiration non en charge de se vider lors de l'arrêt de la pompe afin d'assurer un amorçage rapide

b) Crépine

C'est une pièce qui sert de filtrer pour empêcher l'entrée des particules ou matières solides dans la pompe.

c) Indicateur de vide ou manomètre

C'est un dispositif placé sur le circuit pour indiquer la pression d'aspiration de la pompe dans le but d'assurer son bon fonctionnement et de maximiser son rendement.

d) Débitmètre

C'est un appareil qui sert à mesurer, contrôler et à régler le débit d'un fluide. Dans ce circuit il est placé pour mesurer le débit d'aspiration.

e) Vanne

C'est un dispositif qui sert à régler le débit d'un fluide et permet, lors de l'arrêt des pompes que les fluides aspirés ne puissent pas retourner. Nous distinguons deux types de vanne :

· Les vannes anti-retour et

· Les vannes simples.

Remarque :

L'évacuation d'eau à l'aide des cages et des skips est peu utilisée et pratiquement si l'afflux d'eau est très réduit.

IV.2.2.2 Les conduites d'évacuation d'eau

a. Introduction

Etant donné que les conduites représentent les parties les plus importantes de l'installation, elles sont imposées par les conditions suivantes :

· résistance et étanchéité de haute qualité pour assurer un fonctionnement normal ;

· résistance à la corrosion ;

· accès facile pour la révision et répartition ;

· possibilités de changer les conduites de travail avec les conduites de réserve.

Les diamètres intérieurs des conduites sont standardisés. Pour une hauteur de refoulement jusqu'à environ 650 mètres, on peut utiliser les tuyaux qui ont une épaisseur constante tandis que pour une hauteur qui dépasse 650 mètres, l'épaisseur des tuyaux doit augmenter chaque intervalle de 100 à 150 mètres. Nous distinguons deux parties de conduites dont une partie en amont de la pompe (conduite de refoulement) et une autre en aval de la pompe (conduite d'aspiration).

b. Conduites de refoulement

Cette partie de la conduite véhicule l'eau de la sortie de la pompe jusqu'à la surface (déversoir).

Les installations minières d'évacuation d'eau doivent comporter deux conduites de refoulement, quelque fois plus. La liaison entre toutes les pompes et toutes les conduites de refoulement, quelque fois plus. La liaison entre toutes les pompes et toutes les conduites doit se faire avec beaucoup de facilité. La vitesse de l'eau dans les tuyaux de refoulement doit être comprise entre 1,5 et 2,2 m/sec. Le montage d'un tuyau de refoulement commence toujours de bas en haut.

c. Conduites d'aspiration

Elles doivent avoir une très petite longueur et présenter une très petite résistance. Elles doivent être prévues en un bout d'aspiration d'une crépine formée d'un tamis et d'une soupape (amorçage). Pour les pompes centrifuges, la crépine doit s'introduire à une profondeur minimum de 300 à 400 mm sous la surface de l'eau. Si cette profondeur est réduite, il y a risque de faire entrer l'air atmosphérique dans la pompe. Le diamètre de la conduite d'aspiration doit être choisi de la manière que la vitesse de l'eau soit comprise entre 0,8 et 2m/sec. Le débit est donné par :

en

Si V = 2 m/sec alors

IV.2.2.3 Détermination des puissances et consommation d'énergie électrique de l'exhaure d'une mine

C'est l'énergie nécessaire qui est utilisée pour les installations modernes d'exhaure. La tension du régime des moteurs dépend de la puissance.

a) Puissance fournie par la pompe

Elle est obtenue par la relation ci- dessous :

Avec

· : débit de la pompe au point de fonctionnement [ ];

· : Masse volumique de l'eau [ ];

· : hauteur manométrique au point de fonctionnement.

b) Puissance effective ou absorbée de la pompe

C'est la puissance réellement fournie par la pompe, elle est obtenue par la relation ci- dessous :

P_eff = en KW

Avec : le rendement de la pompe à lire sur les abaques.

c) Puissance effective du moteur d'entrainement P_??

en KW

Avec

· ??_??: le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90.

d) Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement

C'est la puissance électrique à fournir aux moteurs d'entrainement, elle se déduit par la relation suivante :

En KW

Avec

· ??é?? : le rendement électrique, il est généralement égal à 0,90.

e) Calcul de la consommation d'énergie électrique W

La consommation mensuelle de l'énergie électrique est déduite de la relation suivante :

Avec

· h_??: les heures de marche des pompes par jour.

f) Détermination de la tension d'installation

Pour l'outillage de forces des installations de pompage mineur, on emploi les tensions suivantes :

1. Si la tension du réseau de la mine est de 3000 Volts :

· pour les puissances de 75 à 100 kW, on emploie une tension 380 Volts ;

· pour les puissances plus grandes que 100 kW, on emploi la tension du réseau qui est de 300 Volts.

2. Si la tension du réseau de la mine est de 6000 Volts :

· pour les puissances jusqu'à 200 kW, on emploi 380 Volts ;

· pour les puissances supérieures à 200 kW, on emploi 6000 Volts.

Pour empêcher la pénétration de l'eau dans les moteurs de pompe, ceux-ci doivent être blindés et pour les mines grisouteuses, ils doivent être de construction anti-grisouteux

IV.2.2.4 Dimensionnement des circuits d'exhaure

Un circuit d'exhaure est caractérisé par une hauteur géométrique « h?? » (sommation entre la hauteur d'aspiration et celle de refoulement), une longueur « ?? », le débit du fluide « » et des composantes qui le constituent. La longueur de la tuyauterie ainsi que les accessoires du circuit créent des pertes de charges « ?h». Ainsi donc, au-delà de ma colonne d'eau au refoulement, la pompe doit vaincre ces pertes de charges pour refouler le fluide à l'endroit voulu. Dimensionner un circuit d'exhaure consiste à déterminer :

1) La vitesse de circulation

La vitesse de circulation de l'eau dans la conduite est fonction du débit. Nous partons des hypothèses suivantes :

· Pour les petites débits = 400 m³ /h : 1m/s ? V ? 1.5 m/s ;

· Pour les débits moyens de 400 à 500 m³ / h : 1.5m/s ? V ? 1.8 m/s ;

· Pour les grands débits ? 500 m³ /s : 1.8m/s ? V ? 3m/s .

2) Le diamètre des conduites

Il est conditionné par la vitesse d'écoulement et le débit. Il se déduit de l'expression suivante :

Avec :

· : débit du puits ou de la pompe m³/s ;

· V : vitesse moyenne d'écoulement de l'eau dans la conduite ^??/??.

Il existe des valeurs normalisées des diamètres auxquelles doivent être reporté les valeurs obtenues après calcul (6'', 8'',10'',14'',18'',24'' et 32'').

3) Pertes de charge

Il en existe deux types :

a) Pertes de charges continues ou linéaires «   »

Elles se produisent tout au long de la conduite et se déduisent par la relation suivante :

Avec

· ? : Coefficient de pertes de charges continues. Il est fonction du régime d'écoulement traduit par le nombre de REYNOLD «   »

·  : vitesse d'écoulement [ ] ;

·  : Diamètres de la conduite [m] ;

· : viscosité cinématique du fluide [ ]. Pour l'eau

·  : La longueur de la conduite .

Si : le régime est laminaire ;

Si  : le régime est turbulent ; sera à lire sur l'abaque, présenté dans les annexes, connaissant ^{«   »} et la rugosité relative des conduites^{«   »} ;

Avec

· : rugosité des conduites . Cette valeur vaut pour les conduites métalliques et PVC respectivement 0,06 et 0,03.

b) Pertes de charges locales :

Elles se produisent au passage du fluide dans les accessoires de la conduite, tels que les coudes, vannes, les changements de sections, les organes de réglage  etc.... Elles se traduisent par la relation suivante ;

Où

·  : nombre d'accessoires de même nature ;

·  : Coefficient de perte de charge de l'accessoire ;

·  : Vitesse de circulation de l'eau [ ].

Connaissant la hauteur géométrique ^{«   »} et des pertes de charges ^{«   »}, nous pouvons déterminer la hauteur manométrique ^{«   »} du circuit par la relation ci- dessous.

IV.4 Mesures de protection contre les eaux

Le premier problème qui se pose est d'empêcher ou diminuer tant qu'il est possible la pénétration des eaux dans la mine. On doit prendre des mesures concernant l'emplacement du puits, des inclinés, des galeries à flanc de coteau...

IV.4.1 Mesure de protection contre les eaux de surface

La protection contre les eaux de surface peut se faire par :

· captage ou déviation des cours d'eau avec des canaux d'écoulement : Les cours d'eau (ruisseau, torrents, parfois rivières) peuvent être captés ou déviés en amont par des barrages à partir desquels l'eau est conduite par les canaux d'écoulement en dehors du champ d'exploitation ;

· piliers de protection (pour isoler un champ minier d'un autre) : dans le cas où la déviation ne suffit pas pour un cours d'eau, il est intéressant de laisser un stot de protection entre le cours d'eau et le champ minier ;

· étanchéisation des endroits favorables à la pénétration des eaux en souterrain ; par exemple le fond de la rivière ;

· assèchement des terrains marécageux ou des marais.

IV.4.2 Mesure de protection contre les eaux du fond

De fois, l'eau d'infiltration peut remplir complètement une mine ou champ minier. Pour éviter la pénétration des eaux d'un champ de mine inondé dans un champ de mine en exploitation, il faut prendre des mesures bien appropriées pour empêcher l'inondation de ce dernier. Ces mesures sont les suivantes :

1°. Pilier de protection

On peut laisser un pilier de protection soit entre un champ des mines inondé et un champ de mine en exploitation, soit entre un niveau en exploitation (sot). Un pilier de protection doit résister tant à la pression litho statique qu'à la pression hydrostatique.

Si le pilier de protection est formé des roches perméables, l'eau va s'infiltrer et la source d'eau peut être épuisée graduellement, dans le présent cas, le danger de pression est diminué. Par contre si les roches du pilier sont imperméables, il est nécessaire de réaliser un drainage des eaux avec des forages horizontaux.

En considérant ce pilier comme une poutre encastrée dans le toit et dans le mur et uniformément chargée, la largeur du pilier (épaisseur) peut se déterminer à l'aide de la formule suivante :

Où

· D : largeur ou épaisseur du pilier m ;

· h : hauteur du pilier (m) ;

· p : pression hydrostatique (N/m²) ;

· : résistance de la rupture a la traction simple (N/m²).

Après cela, on doit faire un calcul de résistance à la pression litho statique et la largeur obtenue sera additionnée en premier résultat. D'habitude, la largeur des piliers doit être d'au moins 20 mètres. Ce genre de protection est utilisé en vue d'isoler les vieux chantiers de ceux en exploitation, surtout si ces derniers se trouvent en dessous des nappes aquifères.

2°. Sondages de reconnaissance

Dans le cas où les travaux miniers d'ouverture ou d'abattage doivent traverser une nappe aquifère. Il faut toujours exécuter les forages de reconnaissance qui ont généralement 10 m de long et 50 mm de diamètre.

3°. Injection des coulis

Cette opération peut être faite pour l'étanchéité des fissures peu ouvertes (cimentation des roches).

Serrement de vannage et porte de serrement

Pour mettre en sécurité les galeries de traçage et de reconnaissance ainsi que les puits effectués dans des conditions de menace d'inondation, on prévoit un dispositif d'isolement appelé ``porte de serrement''. Celui-ci est équipé des différentes formes de porte de sécurité. Les serrements se font en métal, en maçonnerie et quelque fois en béton. Tout dépend de leur importance. Ils doivent permettre le passage de moyens de transport. Les calculs des serrements se font en vue de résister à la roche et à la pression de l'eau.

IV.5 Dimensionnement des circuits d'exhaure de Kamoto

IV.5.1 Dimensionnement du circuit d'exhaure secondaire au niveau 505L jusqu'au niveau 465

Nous allons illustrer les calculs de dimensionnement pour le circuit d'exhaure du niveau 505 jusqu'au niveau 465 avec 1 pompe HLP. Nous présenterons les résultats de dimensionnement du circuit sous forme d'un tableau obtenu dans un tableur EXCEL.

IV.5.1.1 Détermination du diamètre des conduites

Par la relation [IV.8], le diamètre de la conduite se déduit comme suit :

Il existe des valeurs normalisées pour les diamètres pour lesquels les valeurs obtenues après calcul doivent être reportées (6'', 8'',10'',14'',18'',24'' et 32'').

IV.5.1.2Détermination de la hauteur géométrique

Avec la hauteur géométrique (??_?? ou ?H) qui est donnée par la relation :

?H = Z₂ - Z₁

Avec :

· ??₂ : Niveau 505 ;

· ??₁ : Niveau 465.

On aura :

IV.5.1.3 Calcul des pertes de charges dans les conduites

1) Tuyauterie à l'aspiration

La conduite d'aspiration a une longueur de 5m, nous déterminons les pertes de charges par la relation [IV.10]. Le nombre de Reynold définit le type d'écoulement, il est donné par :

On constate que le nombre de Reynold ???? est supérieur à 2300 (????> 2300), ce qui correspond à un régime turbulent rugueux. Dans le cas de la rugosité relative des conduites « R » partant de la relation [IV.11], sera donc de :

La rugosité R de conduite neuves en acier est égale à 0,05 (d'après aide-mémoire d'hydraulique) le diagramme de Moody, donne les valeurs des coefficients des pertes de charge de conduites en fonction de rugosité R, du diamètre D, et du nombre de Reynold Re. Grace au diagramme de Mopdy nous avons pour Re = 620160 et R = 0,05, ë = 0,031.

a) Les pertes de charges linéaires seront:

b) Les pertes de charges locales seront :

A ce niveau 505 à 465 nous avons :

· 1 Coude de 45°, K=0,19 ;

· 1 Vanne K = 0,12;

· 1 Crépine K=0,25.

Pour :

· Coude de 45° = 0,19

· 1 Vanne K = 0,12

· crépine : K= 0,25

Nous pouvons ainsi déduire les pertes de charges totales dans la conduite d'aspiration :

?h_{????????????????????} = ÓÄh?? = Äh?????? + Ó Äh?????? =0,005+0,003+0,0077+0,010 = 0,028 m

IV.5.1.4. Détermination du diamètre des conduites

D = 0,28 m

Va =Vr = 0,80 m/S

IV.5.1.5. Calcul des pertes de charges dans les conduites

a) Les pertes de charges linéaires seront :

b) Les pertes de charges locales seront :

A ce niveau 505 à 465 nous avons :

· 2 Coudes de 90° ;

· 3 Coude de 45° ;

· 2 Vannes ;

· 1 Clapet anti - retour ;

· 1 Crépine.

Pour :

2 coude de 90° : K= 1,5 ;

3 Coude de 45° K= 0,19

2 Vannes K = 0,12

crépine : K= 0,25

Nous pouvons ainsi déduire les pertes de charges totales dans la conduite au refoulement :

?h_refoulement = ÓÄh?? = Äh?????? + Ó Äh?????? =0,38+0,097+0,018+0,008 +0,008 = 0,511 m

?h_T=?h_{????????????????????}+?h_Refoulement=0,028+0,427 =0,455

REFOULEMENT
Valeur de D normaliser(Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes de 90°	Ähloc coudes de 45°	ÄH Vannes	ÄH Clapets	ÄH Crepines	ÄH Refoulement
6	0.152	420	2.2	0.26	6.40	0.000001	975196.6	Turbulant	0.20	19.62	100	0.031	42.451	6.261	1.1896	0.5009	0.543	0.5217	51.467
8	0.203	430	2.2	0.26	3.69	0.000001	748811.7	Turbulant	0.15	19.62	110	0.031	11.615	2.076	0.3945	0.1661	0.180	0.1730	14.605
10	0.254	440	2.2	0.27	2.41	0.000001	612980.7	Turbulant	0.12	19.62	120	0.031	4.347	0.891	0.1692	0.0712	0.077	0.0742	5.630
14	0.356	450	2.2	0.27	1.26	0.000001	447794.3	Turbulant	0.08	19.62	130	0.031	0.916	0.242	0.0461	0.0194	0.021	0.0202	1.265
18	0.457	460	2.2	0.27	0.80	0.000001	356024.1	Turbulant	0.07	19.62	140	0.031	0.293	0.093	0.0176	0.0074	0.008	0.0077	0.427
24	0.610	470	2.2	0.27	0.45	0.000001	272822.9	Turbulant	0.05	19.62	150	0.031	0.078	0.031	0.0058	0.0025	0.003	0.0026	0.122
32	0.813	480	2.2	0.28	0.26	0.000001	208970.7	Turbulant	0.04	19.62	160	0.031	0.021	0.010	0.0019	0.0008	0.001	0.0008	0.035

Tableau IV.2 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel

Tableau IV.2 : Calcul des pertes de charge en aspiration avec Excel

ASPIRATION
Valeur de D normaliser(Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes	ÄH Vannes	ÄH Crepines	ÄH Aspiration
6	0.152	420	2.2	0.26	6.40	0.000001	975196.6	Turbulant	0.20	19.62	1	0.031	0.425	0.3965	0.2504	0.5217	1.593
8	0.203	430	2.2	0.26	3.69	0.000001	748811.7	Turbulant	0.15	19.62	2	0.031	0.211	0.1315	0.0831	0.1730	0.599
10	0.254	440	2.2	0.27	2.41	0.000001	612980.7	Turbulant	0.12	19.62	3	0.031	0.109	0.0564	0.0356	0.0742	0.275
14	0.356	450	2.2	0.27	1.26	0.000001	447794.3	Turbulant	0.08	19.62	4	0.031	0.028	0.0154	0.0097	0.0202	0.073
18	0.457	460	2.2	0.27	0.80	0.000001	356024.1	Turbulant	0.07	19.62	5	0.031	0.010	0.0059	0.0037	0.0077	0.028
24	0.610	470	2.2	0.27	0.45	0.000001	272822.9	Turbulant	0.05	19.62	6	0.031	0.003	0.0019	0.0012	0.0026	0.009

· Hauteur manométrique

Une pompe doit être calculée pour vaincre non seulement une différence de hauteur entre, la cote d'aspiration et le, lieu de refoulement, mais également les pertes de charge l'installation. Cette hauteur et généralement définie par l'expression suivante :

Hm=Hg+

· Hm = Hauteur manométrique ;

· Hg= Hauteur géométrique ;

· = Pertes de charge

IV.5.2. Détermination de point du fonctionnement

IV.5.2.1. Caractéristiques d'installations

Pour tracer notre courbe d'installation, nous exploitons la relation d'équivalence existant entre le rapport des pertes de charge et le rapport de débit. Sachant que pour une même conduite, les pertes de charge sont proportionnelles au carré des débits.

La courbe d'installation est obtenue en faisant varier chaque fois le débit par étranglement de la vanne. Elle est bien donnée par la formule suivante

Hm= Hg+

· ??: le débit nominal de la pompe.

A l'aide de la table EXCEL nous obtenons les résultats ci- dessous, à partir desquels nous pouvons tracer la courbe caractéristique de l'installation d'exhaure.

Retenons à ce niveau que nous allons tracer notre courbe de l'installation sur le même graphique de la courbe caractéristique de pompes ayant la hauteur de refoulement maximale de 40,4 m. Le point de croisement de la courbe caractéristique de pompes et la courbe de l'installation sera le point de fonctionnement.

Tableau IV.3: donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau

Q	Caractéristique Pompe	Caractéristique Réseau
0	180	40
90	200	41,00
180	200	44
270	190	49
360	180	55,3
450	160	65,47
540	130	76,68
630	100	89,92
720	60	105,2
810	30	122,5

Lepointdefonctionnementsurcetronçonestdonnésurlegraphiqueci- après :

Figure IV-1: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 505 à 465

IV.5.3. Dimensionnement du circuit d'exhaure secondaire au niveau 505L jusqu'au niveau 345

Nous allons illustrer les calculs de dimensionnement pour le circuit d'exhaure du niveau 505 jusqu'au niveau 345avec 2 pompes HLP. Nous présenterons les résultats de dimensionnement du circuit sous forme d'un tableau obtenu dans un tableur EXCEL.

IV.5.3.1 Détermination du diamètre des conduites

A noter que sur le puisard 21, le débit d'entrée a dépassé celui pompé de 73m3/h, qui débordent, sur ce nous proposons de remplacer la pompe HPL1 d'un débit de 200 m³/h par une pompe HPL d'un débit de 440 m³/h

Par la relation [IV.8], le diamètre de la conduite se déduit comme suit :

Il existe des valeurs normalisées pour les diamètres pour lesquels les valeurs obtenues après calcul doivent être reportées (6'', 8'',10'',14'',18'',24'' et 32'').

Dans notre cas nous avons pris les diamètres standardsutilisé à KAMOTO qui correspond à 18 pouces soit 0,457m.

IV.5.3.2Détermination de la hauteur géométrique

Avec la hauteur géométrique (??_?? ou ?H) qui est donnée par la relation :

?H = Z₂ - Z₁

Avec :

· ??₂ : Niveau 505;

· ??₁ : Niveau 345.

On aura :

IV.5.3.3 Calcul des pertes de charges dans les conduites

1) Tuyauterie à l'aspiration

La conduite d'aspiration a une longueur de 5m, nous déterminons les pertes de charges par la relation[IV.10]. Le nombre de Reynold définit le type d'écoulement, il est donné par :

On constate que le nombre de Reynold ???? est supérieur à 2300 (????> 2300), ce qui correspond à un régime turbulent rugueux. Dans le cas de la rugosité relative des conduites « R » partant de la relation [IV.12], sera donc de :

La rugosité R de conduite neuves en acier est égale à 0,065 (d'après aide-mémoire d'hydraulique) le diagramme de Moody, donne les valeurs des coefficients des pertes de charge de conduites en fonction de rugosité R, du diamètre D, et du nombre de Reynold Re. Grace au diagramme de Moody nous avons pour Re = 510817 et R = 0,065, ë = 0,029.

A) Les pertes de charges linéaires seront:

B) Les pertes de charges locales seront:

A ce niveau 505 à 345 nous avons :

· 2 Coudes de 90° ;

· 1 Vannes ;

· 1 Crépine.

Pour :

Coude de 90° : K= 1,5

Vannes K = 0,12

crépine : K= 0,25

Nous pouvons ainsi déduire les pertes de charges totales dans la conduite d'aspiration :

?h_{????????????????????} = ÓÄh?? = Äh?????? + Ó Äh?????? = 0,020+0,012+0,0076+0,015+= 0,056 m

Tableau IV.4 : Calcul des pertes de charge à l'aspiration avec Excel

ASPIRATION
Valeur de D normaliser(Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes	ÄH Vannes	ÄH Crepines	ÄH Aspiration
6	0,152	620	2,2	0,32	9,45	0,000001	1439576	Turbulant	0,1969	19,62	1	0,029	0,865	0,8641	0,5457	1,1369	3,412
8	0,203	630	2,2	0,32	5,40	0,000001	1097096	Turbulant	0,1476	19,62	2	0,029	0,424	0,2823	0,1783	0,3714	1,256
10	0,254	640	2,2	0,32	3,51	0,000001	891608,3	Turbulant	0,1181	19,62	3	0,029	0,215	0,1193	0,0754	0,1570	0,567
14	0,356	650	2,2	0,32	1,82	0,000001	646814,1	Turbulant	0,0844	19,62	4	0,029	0,055	0,0320	0,0202	0,0422	0,149
18	0,457	660	2,2	0,33	1,12	0,000001	510817,3	Turbulant	0,0656	19,62	5	0,029	0,020	0,0121	0,0076	0,0159	0,056
24	0,610	670	2,2	0,33	0,64	0,000001	388917,7	Turbulant	0,0492	19,62	6	0,029	0,006	0,0039	0,0025	0,0052	0,018
32	0,813	680	2,2	0,33	0,36	0,000001	296041,8	Turbulant	0,0369	19,62	7	0,029	0,002	0,0013	0,0008	0,0017	0,005

· Tuyauterie au refoulement :

Les pertes de charges linéaires seront :

Les pertes de charges locales seront :

A ce niveau 505 à 345 nous avons :

· 5 Coudes de 90° ;

· 4 Coude de 45° ;

· 2 Vannes ;

· 1 Clapet anti - retour ;

· 2 Crépine.

Pour :

5 coude de 90° : K= 1,5 ;

4 Coude de 45° = 0,19

1 Vannes K = 0,12

2 crépine : K= 0,25

1 Clapet anti - retour

Nous pouvons ainsi déduire les pertes de charges totales dans la conduite d'aspiration :

?hrefoulement = ÓÄh?? = Äh?????? + Ó Äh?????? =8,47+0,47+0,48+0,015+0,017+0,031= 9,064 m

Les pertes de charges totales de l'installation valent :

????????? = 0,056 +9,064 = 9,12 m

Tableau IV.5 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel

REFOULEMENT
Valeur de D normaliser(Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes de 90°	Ähloc coudes de 45°	ÄH Vannes	ÄH Clapets	ÄH Crepines	ÄH Refoulement
6	0,152	620	2,2	0,3158	9,45	0,000001	1439576	Turbulant	0,20	19,62	1600	0,029	1384,628	34,108	3,4563	1,0915	1,182	2,2739	1426,741
8	0,203	630	2,2	0,3183	5,40	0,000001	1097096	Turbulant	0,15	19,62	1700	0,029	360,468	11,143	1,1292	0,3566	0,386	0,7429	374,226
10	0,254	640	2,2	0,3208	3,51	0,000001	891608,3	Turbulant	0,12	19,62	1800	0,029	129,068	4,710	0,4773	0,1507	0,163	0,3140	134,884
14	0,356	650	2,2	0,3233	1,82	0,000001	646814,1	Turbulant	0,08	19,62	1900	0,029	26,129	1,265	0,1282	0,0405	0,044	0,0843	27,691
18	0,457	660	2,2	0,3258	1,12	0,000001	510817,3	Turbulant	0,07	19,62	2100	0,029	8,475	0,477	0,0484	0,0153	0,017	0,0318	9,064
24	0,610	670	2,2	0,3283	0,64	0,000001	388917,7	Turbulant	0,05	19,62	2200	0,029	2,171	0,156	0,0158	0,0050	0,005	0,0104	2,363
32	0,813	680	2,2	0,3307	0,36	0,000001	296041,8	Turbulant	0,04	19,62	2300	0,029	0,555	0,051	0,0051	0,0016	0,002	0,0034	0,617

· Hauteur manométrique

Une pompe doit être calculée pour vaincre non seulement une différence de hauteur entre, la cote d'aspiration et le, lieu de refoulement, mais également les pertes de charge l'installation. Cette hauteur et généralement définie par l'expression suivante :

Hm=Hg+

· Hm = Hauteur manométrique ;

· Hg= Hauteur géométrique ;

· = Pertes de charge

IV.5.4. Détermination de point du fonctionnement

IV.5.4.1. Caractéristiques d'installations

Pour tracer notre courbe d'installation, nous exploitons la relation d'équivalence existant entre le rapport des pertes de charge et le rapport de débit. Sachant que pour une même conduite, les pertes de charge sont proportionnelles au carré des débits.

La courbe d'installation est obtenue en faisant varier chaque fois le débit par étranglement de la vanne. Elle est bien donnée par la formule suivante

Hm= Hg+

· ??: le débit nominal de la pompe.

A l'aide de la table EXCEL nous obtenons les résultats ci- dessous, à partir desquels nous pouvons tracer la courbe caractéristique de l'installation d'exhaure.

Retenons que nous allons tracer notre courbe de l'installation sur le même graphique de la courbe caractéristique de pompes ayant la hauteur de refoulement maximale de 169, 12 m. Le point de croisement de la courbe caractéristique de pompes et la courbe de l'installation sera le point de fonctionnement.

Tableau IV.6: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau

Q	Caractersitique Pompe	Caractersitique Reseau
0	180	160
130	200	160,0366933
260	200	160,5428005
390	190	161,0638889
520	180	162,1712018
650	160	164,2555556
780	130	164,8852041
910	100	166,2747732
1040	60	167,8380385
1170	30	169,575

Lepointdefonctionnementsurcetronçonestdonnésurlegraphiqueci- après :

Figure IV-2: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 505 à 345

IV.5.5. Dimensionnement du circuit d'exhaure secondaire au niveau 465 à 345

IV.5.5.1 Détermination du diamètre des conduites

Calcul du diamètre de la conduite :

· Q = 1658 m ³/h

· V = 2,2 m/s

Calcul de la vitesse :

IV.5.5.2Détermination de la hauteur géométrique

Avec la hauteur géométrique (??_?? ou ?H) qui est donnée par la relation :

?H = Z₂ - Z₁

Avec :

· ??₂ : Niveau 369 ;

· ??₁ : Niveau 345.

Or

??₂ = ?? et ??₁ = ?? On aura :

Hg = 465 - 345 = 120 m

Hg = 120 m

IV.5.5.3 Calcul des pertes de charges dans les conduites

Tuyauterie à l'aspiration

La conduite d'aspiration a une longueur de 5m, nous déterminons les pertes de charges par la relation[IV.10]. Le nombre de Reynold définit le type d'écoulement, il est donné par :

On constate que le nombre de Reynold ???? est supérieur à 2300 (????> 2300), ce qui correspond à un régime turbulent rugueux. Dans le cas de la rugosité relative des conduites « R » partant de la relation [IV.12], sera donc de :

La rugosité R de conduite neuves en acier est égale à 0,05 (d'après aide-mémoire d'hydraulique) le diagramme de Moody, donne les valeurs des coefficients des pertes de charge de conduites en fonction de rugosité R, du diamètre D, et du nombre de Reynold Re. Grace au diagramme de Moody nous avons pour Re = 213267 et R = 0,05, ë = 0,01.

· Les pertes de charges linéaires seront:

· Les pertes de charges locales seront:

A ce niveau 465 à 345 nous avons :

· 2 Coudes de 90° ;

· 2 Vannes ;

· 2 Crépine.

Pour :

· 2 coude de 90° : K= 1,5 ;

· 2 Vannes K = 0,12

· 2 crépine : K= 0,25

Nous pouvons ainsi déduire les pertes de charges totales dans la conduite d'aspiration :

?h_{????????????????????} = ÓÄh?? = Äh?????? + Ó Äh?????? =0.176+1.20+0.0964+0.2008 = 1,677 m

ASPIRATION
Valeur de D normaliser(Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes	ÄH Vannes	ÄH Crepines	ÄH Aspiration
6	0.152	553	2.2	0.30	8.42	0.000001	1283234.854	Turbulant	0.1969	19.62	1	0.04	0.948	10.84	0.8673	1.8068	14.463
8	0.203	737	2.2	0.34	6.32	0.000001	1283234.854	Turbulant	0.1476	19.62	2	0.04	0.800	6.10	0.4878	1.0163	8.402
10	0.254	921	2.2	0.38	5.05	0.000001	1283080.061	Turbulant	0.1181	19.62	3	0.04	0.614	3.90	0.3121	0.6503	5.479
14	0.356	1290	2.2	0.46	3.61	0.000001	1283677.12	Turbulant	0.0844	19.62	4	0.04	0.299	1.99	0.1594	0.3321	2.783
18	0.457	1658	2.2	0.52	2.81	0.000001	1283234.854	Turbulant	0.0656	19.62	5	0.04	0.176	1.20	0.0964	0.2008	1.677
24	0.610	2211	2.2	0.60	2.11	0.000001	1283428.345	Turbulant	0.0492	19.62	6	0.04	0.089	0.68	0.0542	0.1130	0.934
32	0.813	2948	2.2	0.69	1.58	0.000001	1283428.345	Turbulant	0.0369	19.62	7	0.04	0.044	0.38	0.0305	0.0635	0.519

Tableau IV.7 : Calcul des pertes de charge à l'aspiration avec Excel

Tuyauterie de refoulement

· Les pertes de charges linéaires seront :

· Les pertes de charges locales seront :

A ce niveau nous avons :

· 5 Coudes de 90° ;

· 3 Coude de 45° ;

· 2 Vannes ;

· 2 Clapet anti - retour ;

· 2 Crépine.

Pour :

· 5 coude de 90° : K= 1,5 ;

· 3 Coude de 45° = 0,19

· 2 Vannes K = 0,12

ï crépine : K= 0,25

· 2 Clapet anti - retour 

Nous pouvons ainsi déduire les pertes de charges totales dans la conduite d'aspiration :

?h_{????????????????????} = ÓÄh?? = Äh?????? + ÓÄh?????? = 70.256+4.818+0.1927 +1.2206+0.2008+0.209= 76.90 m

Calcul de la perte de charge totale :

????????? =1.677 + 76.90=78,57 m

Tableau IV.8 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel

REFOULEMENT
Valeur de D normaliser(Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes de 90°	Ähloc coudes de 45°	ÄH Vannes	ÄH Clapets	ÄH Crepines	ÄH Refoulement
6	0.152	553	2.2	0.2982	8.43	0.000001	1284008.82	Turbulant	0.20	19.62	1600	0.04	1519.365	43.416	10.9987	1.7366	1.881	1.8090	1579.21
8	0.203	737	2.2	0.3443	6.32	0.000001	1283428.35	Turbulant	0.15	19.62	1700	0.04	680.428	24.399	6.1812	0.9760	1.057	1.0166	714.06
10	0.254	921	2.2	0.3849	5.05	0.000001	1283080.06	Turbulant	0.12	19.62	1800	0.4	3686.717	15.607	3.9538	0.6243	0.676	0.6503	3708.23
14	0.356	1290	2.2	0.4555	3.61	0.000001	1283677.12	Turbulant	0.08	19.62	1900	0.04	141.952	7.970	2.0191	0.3188	0.345	0.3321	152.94
18	0.457	1658	2.2	0.5164	2.81	0.000001	1283234.85	Turbulant	0.07	19.62	2000	0.04	70.256	4.818	1.2206	0.1927	0.209	0.2008	76.90
24	0.610	2211	2.2	0.5963	2.11	0.000001	1283428.35	Turbulant	0.05	19.62	2100	0.04	31.131	2.711	0.6868	0.1084	0.117	0.1130	34.87
32	0.813	2948	2.2	0.6886	1.58	0.000001	1283428.35	Turbulant	0.04	19.62	2200	0.04	13.75	1.52	0.386	0.061	0.066	0.063	15.86

· Hauteur manométrique

Une pompe doit être calculée pour vaincre non seulement une différence de hauteur entre, la cote d'aspiration et le, lieu de refoulement, mais également les pertes de charge l'installation. Cette hauteur et généralement définie par l'expression suivante :

· Hm = Hauteur manométrique ;

· Hg= Hauteur géométrique ;

· = Pertes de charge

Hm =120+78,57 m =198,57 m

IV.5.6. Détermination de point du fonctionnement

IV.5.6.1. Caractéristiques d'installations

Pour tracer notre courbe d'installation, nous exploitons la relation d'équivalence existant entre le rapport des pertes de charge et le rapport de débit. Sachant que pour une même conduite, les pertes de charge sont proportionnelles au carré des débits.

La courbe d'installation est obtenue en faisant varier chaque fois le débit par étranglement de la vanne. Elle est bien donnée par la formule suivante

· ??: le débit nominal de la pompe.

A l'aide de la table excel nous obtenons les résultats ci- dessous, à partir desquels nous pouvons tracer la courbe caractéristique de l'installation d'exhaure.

Retenons que nous allons tracer notre courbe de l'installation sur le même graphique de la courbe caractéristique de pompes ayant la hauteur de refoulement maximale de 198,57 m. Le point de croisement de la courbe caractéristique de pompes et la courbe de l'installation sera le point de fonctionnement.

Tableau IV.6: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau

Q	Caractéristique Pompe	Caractéristique Réseau	Rendement pompe
0	500	199	0
700	480	225,9929209	40
900	460	270,6138718	62
1100	440	337,2698601	74
1300	420	430,3678934	80
1500	400	554,3149792	79
1700	380	713,5181249	76
1900	360	912,384338	82
2100	340	1155,320626	75

Lepointdefonctionnementsurcetronçonestdonnésurlegraphiqueci- après :

Figure IV-3: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 465 à 345

Tableau IV.7: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau

Q	Caractéristique Pompe	Caractéristique Réseau	Rendement de la pompe
0	180	40	0
90	200	41,00	40
180	200	44	62
270	190	49	74
360	180	55,3	80
450	160	65,47	79
540	130	76,68	76
630	100	89,92	82
720	60	105,2	75
810	30	122,5	77

Lepointdefonctionnementsurcetronçonestdonnésurlegraphiqueci- après :

Figure IV-4: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 465 à 345

IV.5.7. Dimensionnement du circuit d'exhaure primaire au niveau 369 à la surface

IV.5.3.1 Détermination du diamètre des conduites

Calcul du diamètre de la conduite :

· Q =1057 m ³/h

· V = 2,2 m/s

Calcul de la vitesse :

IV.5.7.2Détermination de la hauteur géométrique

Avec

la hauteur géométrique (??_??ou ?H) qui est donnée par la relation :

?H = Z2 - Z1

Avec :

· ??₂ : Niveau 369 ;

· ??₁ : Niveau 0.

Or

??₂ = ?? et ??₁ = ?? On aura :

Hg = 369 m

IV.5.7.3 Calcul des pertes de charges dans les conduites

· Tuyauterie à l'aspiration

La conduite d'aspiration a une longueur de 2000 m, nous déterminons les pertes de charges par les relations ci-après. Le nombre de Reynold définit le type d'écoulement, il est donné par :

On constate que le nombre de Reynold ???? est supérieur à 2300 (????> 2300), ce qui correspond à un régime turbulent rugueux. Dans le cas de la rugosité relative des conduites « R » sera donc de :

La rugosité R de conduite neuves en acier est égale à 0,065 (d'après aide-mémoire d'hydraulique) le diagramme de Moody, donne les valeurs des coefficients des pertes de charge de conduites en fonction de rugosité R, du diamètre D, et du nombre de Reynold Re. Grace au diagramme de Mopdy nous avons pour Re = 822600 et R = 0,065, ë = 0,011.

Les pertes de charges linéaires seront:

Les pertes de charges locales seront :

A ce niveau nous avons :

· 2 Coudes de 90° ;

· 2 Coude de 45° ;

· 2 Vannes K=1,5 ;

· 2 Crépine K=0,25.

Pour :

· 2 coude de 90° : K= 1,5 ;

· 2 Coude de 45° = 0,19

· 2 Vannes K = 0,12

· 2 crépine : K= 0,25

?h_{????????????????????} = ÓÄh?? = Äh?????? + ÓÄh?????? = 0.137 +0,49+ 0.062+0.0392+0.0816 =0,809m

ASPIRATION
Valeur de D normaliser(Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes ade 45°	Ähloc coudes ade 90°	ÄH Vannes	ÄH Crepines	ÄH Aspiration
6	0.152	352	2.2	0.24	5.4	0.000001	817308	Turbulant	0.1969	19.62	24	0.016	3.694	0.557	4.40	0.3518	0.7329	9.733
8	0.203	470	2.2	0.27	4.0	0.000001	818469	Turbulant	0.1476	19.62	24	0.016	1.563	0.314	2.48	0.1985	0.4135	4.970
10	0.254	587	2.2	0.31	3.2	0.000001	817772	Turbulant	0.1181	19.62	24	0.016	0.799	0.201	1.58	0.1268	0.2642	2.975
14	0.356	822	2.2	0.36	2.3	0.000001	817971	Turbulant	0.0844	19.62	24	0.016	0.291	0.102	0.81	0.0647	0.1348	1.402
18	0.457	1057	2.2	0.41	1.8	0.000001	818082	Turbulant	0.0656	19.62	24	0.016	0.137	0.062	0.49	0.0392	0.0816	0.809
24	0.610	1409	2.2	0.48	1.3	0.000001	817888	Turbulant	0.0492	19.62	24	0.016	0.058	0.035	0.28	0.0220	0.0459	0.436
32	0.813	1879	2.2	0.55	1.0	0.000001	818033	Turbulant	0.0369	19.62	24	0.016	0.024	0.020	0.15	0.0124	0.0258	0.237

Tableau IV.8: Calcul des pertes de charge à l'aspiration avec Excel

· Tuyauterie de refoulement

Les pertes de charges linéaires seront:

Les pertes de charges locales seront :

A ce niveau nous avons :

· 7 Coudes de 90° ;

· 2 Coude de 45° ;

· 4 Vannes ;

· 2 Clapet anti - retour ;

· 2 Crépine.

Pour :

· 7 coude de 90° : K= 1,5 ;

· 2 Coude de 45° = 0,19

· 4 Vannes K = 0,12

· 2 crépine : K= 0,25

· 2 Clapet anti - retour

?htot=0,809+7.97= 8,77m

Tableau IV.9 : Calcul des pertes de charge au refoulement avec Excel

REFOULEMENT
Valeur de D normaliser (Pouce)	valeur normaliser D (m)	debit (Q)	vitesse V	Diametre D	Vitesse	Viscosite cinematique	Nombre de Renold Re	regime	Rigosite	2g	longueur	ë(abaque)	Ählin	Ähloc coudes de 90°	Ähloc coudes de 45°	ÄH Vannes	ÄH Clapets	ÄH Crepines	ÄH Refoulement
6	0.152	352	2.2	0.2379	5.36	0.000001	817307.603	Turbulant	0.20	19.62	700	0.016	107.730	10.994	1.9496	0.7036	0.762	0.7329	122.87
8	0.203	737	2.2	0.3443	6.32	0.000001	1283428.345	Turbulant	0.15	19.62	800	0.016	128.081	15.250	2.7043	0.9760	1.057	1.0166	149.08
10	0.254	587	2.2	0.3073	3.22	0.000001	817771.9823	Turbulant	0.12	19.62	900	0.016	29.952	3.962	0.7027	0.2536	0.275	0.2642	35.41
14	0.356	822	2.2	0.3636	2.30	0.000001	817971.002	Turbulant	0.08	19.62	1000	0.016	12.134	2.023	0.3587	0.1294	0.140	0.1348	14.92
18	0.457	1057	2.2	0.4123	1.8	0.000001	818081.5685	Turbulant	0.07	19.62	1100	0.016	6.282	1.224	0.062	0.078	0.085	0.082	7.97
24	0.610	1409	2.2	0.4761	1.34	0.000001	817888.0772	Turbulant	0.05	19.62	1200	0.016	2.890	0.688	0.1220	0.0440	0.048	0.0459	3.84
32	0.813	1879	2.2	0.5498	1.01	0.000001	818033.1957	Turbulant	0.04	19.62	1300	0.016	1.321	0.387	0.0687	0.0248	0.027	0.0258	1.85

IV.5.7.5 Hauteur manométrique

Une pompe doit être calculée pour vaincre non seulement une différence de hauteur entre, la cote d'aspiration et le, lieu de refoulement, mais également les pertes de charge l'installation. Cette hauteur et généralement définie par l'expression suivante :

· Hm = Hauteur manométrique ;

· Hg= Hauteur géométrique ;

· = Pertes de charge

IV.5.8 Détermination de point du fonctionnement

IV.5.8.1 Caractéristiques d'installations

Pour tracer notre courbe d'installation, nous exploitons la relation d'équivalence existant entre le rapport des pertes de charge et le rapport de débit. Sachant que pour une même conduite, les pertes de charge sont proportionnelles au carré des débits.

La courbe d'installation est obtenue en faisant varier chaque fois le débit par étranglement de la vanne. Elle est bien donnée par la formule suivante

· ??: le débit nominal de la pompe.

A l'aide de la table excel nous obtenons les résultats ci- dessous, à partir desquels nous pouvons tracer la courbe caractéristique de l'installation d'exhaure.

Retenons qu'à ce niveau nous allons tracer notre courbe de l'installation sur le même graphique de la courbe caractéristique de pompes ayant la hauteur de refoulement maximale de 377,7 m. Le point de croisement de la courbe caractéristique de pompes et la courbe de l'installation sera le point de fonctionnement.

Tableau IV.10: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau

Q	Caractéristique Pompe	Caractéristique Réseau
0	1101	369
300	1085	373.65
600	1075	387.6
900	1060	410.849
1200	1045	443.399
1500	1031	485.249
1800	1020	536.398
2100	1000	596.847
2400	980	666.596
2700	960	745.645
3000	940	833.994
3300	919	931.643
3600	880	1038.59
3900	840	1154.84
4200	810	1280.39

Lepointdefonctionnementsurcetronçonestdonnésurlegraphiqueci- après :

Figure IV-5: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 369 à surface

Tableau IV.11: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau

Q	Caractéristique Pompe	Caractéristique Réseau
0	1002	369
500	985	382.567
1000	950	423.268
1500	920	491.104
2000	860	586.074
2500	800	708.178
3000	740	857.416
3500	710	1033.79
4000	675	1237.3
4500	652	1467.94

Lepointdefonctionnementsurcetronçonestdonnésurlegraphiqueci- après :

Figure IV-6: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 369 à surface

Tableau IV.12: Tableau donnant la courbe d'installation de la pompe et du réseau

Q	Caractéristique Pompe	Caractéristique Réseau
0	850	369
300	820	382.367
600	795	422.467
900	761	489.302
1200	725	582.87
1500	698	703.172
1800	650	850.207
2100	605	1023.98
2400	560	1224.48
2700	520	1451.72

Lepointdefonctionnementsurcetronçonestdonnésurlegraphiqueci- après :

Figure IV-7: Courbes caractéristiques de l'installation d'exhaure au niveau 369 à surface

IV.6 EVALUATION DES PUISSANCES ET CONSOMMATION D'ENERGIE ELECTRIQUE

Nous calculons la puissance hydraulique ??????, la puissance effective ou absorbée de la pompe ????????, la puissance mécanique du moteur d'entrainement ???? et la Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement é. De cette dernière nous pouvons ressortir la consommation en énergie électrique du circuit d'exhaure 505 jusqu'à la surface c'est-à-dire le point 0.

IV.6.1 Niveau 505 jusqu'à 465

· Puissance hydraulique

Elle est obtenue à partir de la relation IV.3

· Puissance effective ou absorbée de la pompe ????????

Partant de la relation IV.4, nous pouvons calculer la puissance effective de la pompe :

Avec

· ???? : le rendement de la pompe à lire sur les abaques

· Puissance mécanique du moteur d'entrainement ????

Nous la calculons à partir de la relation IV.5

Avec

· ???? : le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90

· Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement é??

Elle se déduit par la relation IV.6

Avec

· é : le rendement électrique, il est généralement égal à 0,90

· Calcul de la consommation d'énergie électrique W

Avec

· h : les heures de marche des pompes par jour. Elle se déduit par la relation IV.7

h?? = 19.71h

IV.6.2 Niveau 505 jusqu'à 345

· Puissance hydraulique

· Puissance effective ou absorbée de la pompe ????????

Avec

· ???? : le rendement de la pompe à lire sur les abaques

· Puissance mécanique du moteur d'entrainement ????

Avec

· ???? : le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90

· Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement ??é??

Avec

· é : le rendement électrique, il est généralement égal à 0,90

· Calcul de la consommation d'énergie électrique W

Avec

· h : les heures de marche des pompes par jour.

h?? = 19.71h

IV.6.3 Niveau 465 jusqu'à 345

IV.6.3.1 Pour la pompe flowserve

· Puissance hydraulique

· Puissance effective ou absorbée de la pompe ????????

Avec

· ???? : le rendement de la pompe à lire sur les abaques

· Puissance mécanique du moteur d'entrainement ????

Avec

· ???? : le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90

· Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement ??é??

Avec

· é : le rendement électrique, il est généralement égal à 0,95

· Calcul de la consommation d'énergie électrique W

Avec

· h : les heures de marche des pompes par jour.

h?? = 19.71h

IV.6.3.2 Pour la pompe HPL

· Puissance hydraulique

· Puissance effective ou absorbée de la pompe ????????

Avec :

· ???? : le rendement de la pompe à lire sur les abaques

· Puissance mécanique du moteur d'entrainement ??

Avec :

· ???? : le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90

· Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement ??é??

· nel :le rendement électrique, il est généralement égal à 0,90

· Calcul de la consommation d'énergie électrique W

Avec h : les heures de marche des pompes par jour.

h?? = 19.71h

IV.6.4 Niveau 369 jusqu'à surface

IV.6.4.1 Pour la pompe flowserve

· Puissance hydraulique

· Puissance effective ou absorbée de la pompe ????????

Avec :

· ???? : le rendement de la pompe à lire sur les abaques

· Puissance mécanique du moteur d'entrainement ????

Avec :

· ???? : le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90

· Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement ??é??

Avec :

· é : le rendement électrique, il est généralement égal à 0,95

· Calcul de la consommation d'énergie électrique W

Avec :

· h : les heures de marche des pompes par jour.

h?? = 19.71h

IV.6.4.2 Pour la pompe griffo

· Puissance hydraulique

· Puissance effective ou absorbée de la pompe ????????

Avec :

· ???? : le rendement de la pompe à lire sur les abaques

· Puissance mécanique du moteur d'entrainement ????

Avec

· ???? : le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90

· Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement ??é??

Avec

· é : le rendement électrique, il est généralement égal à 0,90

· Calcul de la consommation d'énergie électrique W

Avec

· h : les heures de marche des pompes par jour.

h?? = 19.71h

IV.6.4.2 Pour la pompe acec

· Puissance hydraulique

· Puissance effective ou absorbée de la pompe ????????

Avec

· ???? : le rendement de la pompe à lire sur les abaques

· Puissance mécanique du moteur d'entrainement ????

Avec

· ???? : le rendement mécanique, il est compris entre 0,85 et 0,90

· Puissance électrique à fournir au moteur d'entrainement Pé??

Avec

· é : le rendement électrique, il est généralement égal à 0,85

· Calcul de la consommation d'énergie électrique W

Avec h : les heures de marche des pompes par jour.

h?? = 19.71h

La consommation en énergie électrique mensuelle de l'installation d'exhaure peut donc se déduire :

W= 218120,63+383971,97+369229,16+632216,55+207371,37+326527,2 +54375,78 = 2191812,66 KWh/mois

IV.7 SIMULATION AVEC LE LOGICIEL PIPE FLOW EXPERT

IV.7.1 Introduction

Pipe flow expert est une application logiciel qui fonctionne sur le système d'exploitation Microsoft Windows.

Il est utilisé dans plus de 100 pays a travers le monde pour modéliser des systèmes de canalisations ou mes débits, les pertes de charges, les pertes de pression, et le besoin de pompage du système doivent être calculer.

IV.7.2 Fonctionnement du logiciel

Pipe flow expert est conçu pour aider les ingénieurs aujourd'hui à analyser et à résoudre une large gamme de problèmes hydrauliques ou les débits, les pertes de pressions et le besoin de pompage dans un réseau de canalisations doivent être détermines.

Le logiciel pipe flow expert permet de dessiner facilement un système de canalisation et d'analyser les performances du système lorsque le débit varie. Pipe flow expert calcule les conditions d'équilibre, de débit et de pression stables du système.

Il est utilisé pour concevoir des systèmes de canalisations économes en énergie. Le logiciel calcule les débits, les chutes de pression dans les canalisations et les performances des pompes. Il peut modéliser des systèmes de canalisations avec plusieurs points d'alimentations, de réservoirs de décharges, des composants, des vannes et plusieurs pompes en série ou en parallèle.

Les résultats obtenus comprennent :

· Débit dans chaque tuyau ;

· La vitesse du fluide ;

· Nombre de Reynolds ;

· Le facteur de friction ;

· Les pertes de charge ;

· Les pertes de pressions ;

· La pression à chaque noeud ;

· La hauteur de la pompe ;

· Le point de fonctionnement de la pompe ;

· Le NPSH, ...

IV.7.3 Insertion des donnees

1^er Etape : consiste à insérer ou à choisir le type et les caractéristiques du fluide utiliser fig. (IV.1).

Figure IV.1 Choix du type de fluide

2^er Etape : consiste à insérer ou à choisir le matériau, le diamètre et les caractéristiques de la conduite utiliser fig. (IV.2).

Figure IV.1 Choix du matériau des conduites

3^er Etape : consiste a choisir la vanne et a insérer les différentes caractéristiques de la vanne fig. (IV.3).

Figure IV.3 Choix de la vanne

4^er Etape : consiste à insérer ou à choisir les coudes (45° et 90°), la crépine et le clapet anti-retour ainsi que leurs les différentes les caractéristiques fig. (IV.4).

Figure IV.1 Choix des coudes, crépine et clapet anti-retour

5^er Etape : consiste à insérer ou à choisir la pompe ainsi que les différentes les caractéristiques (la courbe du réseau et la courbe la pompe, la vitesse de rotation, le débit, la hauteur manométrique, le rendement, le NPSH, ...) fig. (IV.5).

Figure IV.1 Choix du type de pompe

IV.7.4 Conception du système

Ce système est composé de  13 pompes, reparti comme suite : 

· Niveau 505 : 3 pompes HPL en bleu ;

· Niveau 465 : 1 pompe HPL(bleu) et 5 pompes Flowserve (rouge) ;

· Niveau 396 : 1 pompe Flowserse(rouge), 1 pompe ACEC(jaune), 1 pompe Diebolde(jaune) et pompe et 1 Griffo

· Niveau 505 au 465

· Niveau 369

· Tout le Système

IV.7.5 Apres simulation

Après simulation nous obtenons les résultats suivants 

Tableau IV.1. Résultat après simulation pour les fluides

FLUIDS
Zone	Fluid Name	Chemical Formula	Temperature°C	Pressure bar.g	Density kg/m	Centistokes	Centipoise	Vapour Pressure bar.a	State
1	Water	H2O	20	0	998	1	1,002	0,024	Liquid

Nous avons utilisé l'eau à une temperature de 20 , une pression de 0 bar et une densité de 998 Kg/m³

Tableau IV.2. Résultat après simulation pour les matériaux des conduites

Pipe Materials
Pipe Id	Pipe Name	Nominal Size	Material	Schedule	Roughness	Inner Diameter	Wall Thickness	Outer Diameter	Length	Weight	Internal Volume	Surface Area
				Class	mm	mm	mm	mm	m	kg (full length)	m	m²
1	P1	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	30	8,34	4,921	43,382
2	P2	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
3	P3	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	41	11,398	6,725	59,289
4	P4	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	40	11,12	6,561	57,843
5	P5	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	80	22,24	13,122	115,687
6	P6	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	20	5,56	3,281	28,922
7	P7	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
8	P8	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
9	P9	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	20	5,56	3,281	28,922
10	P10	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	30	8,34	4,921	43,382
11	P11	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	200	55,6	32,806	289,216
12	P12	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	300	83,4	49,209	433,824
13	P13	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
14	P14	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
15	P15	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
16	P16	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	300	83,4	49,209	433,824
17	P17	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
18	P18	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	30	8,34	4,921	43,382
19	P19	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
20	P20	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
21	P21	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	30	8,34	4,921	43,382
22	P22	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
23	P23	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
24	P24	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	30	8,34	4,921	43,382
25	P25	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	300	83,4	49,209	433,824
26	P26	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
27	P27	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
28	P28	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	20	5,56	3,281	28,922
29	P29	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	150	41,7	24,604	216,912
30	P30	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	150	41,7	24,604	216,912
31	P31	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
32	P32	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
33	P33	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	200	55,6	32,806	289,216
34	P34	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	400	111,2	65,612	578,433
35	P35	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
36	P36	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	500	139	82,015	723,041
37	P37	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	500	139	82,015	723,041
38	P38	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	300	83,4	49,209	433,824
39	P39	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	5	1,39	0,82	7,23
40	P40	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	300	83,4	49,209	433,824
41	P41	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	500	139	82,015	723,041
42	P42	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	600	166,8	98,418	867,649
43	P43	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	150	41,7	24,604	216,912
44	P44	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
45	P45	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	155	43,09	25,425	224,143
46	P46	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
47	P47	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	150	41,7	24,604	216,912
48	P48	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
49	P49	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	200	55,6	32,806	289,216
50	P50	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
51	P51	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	200	55,6	32,806	289,216
52	P52	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
53	P53	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
54	P54	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
55	P55	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
56	P56	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
57	P57	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,033	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
58	P58	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
59	P59	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
60	P60	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
61	P61	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
62	P62	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
63	P63	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
64	P64	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
65	P65	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
66	P66	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
67	P67	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
68	P68	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
69	P69	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
70	P70	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
71	P71	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	200	55,6	32,806	289,216
72	P72	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
73	P73	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	200	55,6	32,806	289,216
74	P74	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
75	P75	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
76	P76	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608
77	P77	450 mm	Aluminium	Sch. 5S	0,07	457	1,651	460,302	100	27,8	16,403	144,608

Pour les matériels des tuyaux nous avons utilisé 77 conduites en aluminum de differentes longueurs de diametres interieur de 457 mm soit 18pouces et 460 de diametres exterieur et nous pouvons voir pour chaque conduite la surface ainsi que le volume.

Tableau IV.2. Résultat après simulation pour les accessoires des conduites (Tuyauteries)

Pipe Fittings
Pipe Id	Pipe	Fitting Position	Description	Imperial Size	Metric Size	Database Ref	K Value	Quantity	K Total	Entry K Total
1	P1	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
1	P1	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
1	P1	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66
1	P1	End of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MB90	0,72	1	0,72	1,13
2	P2	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
3	P3	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
3	P3	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
3	P3	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66
3	P3	End of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MB90	0,72	1	0,72	1,13
4	P4	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
4	P4	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
4	P4	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
5	P5	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
5	P5	Start of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MB90	0,72	1	0,72
5	P5	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66
5	P5	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28	1,85
6	P6	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
6	P6	Start of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MB90	0,72	1	0,72	0,91
7	P7	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
8	P8	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
9	P9	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
10	P10	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
10	P10	End of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
11	P11	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
12	P12	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
12	P12	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
12	P12	End of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	0,47
13	P13	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
14	P14	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
15	P15	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
16	P16	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
16	P16	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
16	P16	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
17	P17	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
18	P18	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
18	P18	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
18	P18	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
19	P19	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
20	P20	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
21	P21	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
22	P22	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
23	P23	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
24	P24	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
25	P25	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
25	P25	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
25	P25	End of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	0,47
26	P26	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
27	P27	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
27	P27	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
27	P27	End of Pipe	Ball Valve Full Bore	18"	450 mm	BallFB	0,04	1	0,04	0,47
28	P28	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
29	P29	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
30	P30	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
31	P31	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
32	P32	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
33	P33	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
34	P34	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
35	P35	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
36	P36	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
36	P36	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
36	P36	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
37	P37	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
37	P37	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
37	P37	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
38	P38	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
38	P38	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
38	P38	End of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	0,47
39	P39	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
40	P40	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
41	P41	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
41	P41	Start of Pipe	Hinged Foot Valve with Strainer	18"	450 mm	Hinged	0,9	1	0,9
41	P41	End of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28	1,09
42	P42	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
42	P42	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
42	P42	End of Pipe	Hinged Foot Valve with Strainer	18"	450 mm	Hinged	0,9	1	0,9	0,47
43	P43	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
44	P44	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
45	P45	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
45	P45	End of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
46	P46	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
47	P47	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
47	P47	End of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28	0,19
48	P48	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	2	0,38
48	P48	Start of Pipe	Standard Bend	18"	450 mm	SB	0,36	1	0,36
48	P48	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
48	P48	End of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MB90	0,72	2	1,44	1,02
49	P49	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
50	P50	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
51	P51	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
52	P52	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
53	P53	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
54	P54	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
55	P55	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
56	P56	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
57	P57	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
57	P57	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
57	P57	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
58	P58	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
58	P58	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
58	P58	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
59	P59	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
60	P60	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
61	P61	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
62	P62	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
63	P63	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
63	P63	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
63	P63	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
64	P64	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
64	P64	Start of Pipe	Through Tee	18"	450 mm	TT	0,28	1	0,28
64	P64	Start of Pipe	Lift Check Valve Angled	18"	450 mm	AngleCh	0,66	1	0,66	1,13
65	P65	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
66	P66	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
66	P66	End of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	1	1,5	0,19
67	P67	Start of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	2	3
67	P67	End of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	3
68	P68	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
69	P69	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
69	P69	Start of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	3	4,5	4,69
70	P70	Start of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	1	1,5
70	P70	End of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	1,5
71	P71	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
71	P71	End of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	1	1,5	0,19
72	P72	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
72	P72	End of Pipe	Strainer	18"	450 mm	St	0,0077	1	0,0077	0,19
73	P73	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
73	P73	Start of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	1	1,5	1,69
74	P74	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
74	P74	Start of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	1	1,5	1,69
75	P75	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
76	P76	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19	0,19
77	P77	Start of Pipe	Mitre Bend 45 deg.	18"	450 mm	MB45	0,19	1	0,19
77	P77	Start of Pipe	Strainer	18"	450 mm	St	0,0077	1	0,0077
77	P77	End of Pipe	Mitre Bend 90 deg.	18"	450 mm	MMMB90	1,5	1	1,5

Nous pouvons voir sur ce tableau les différents accessoires ou raccords de conduites pour les 77 pipes. Le nombres, la valeur de K pour les accessoires placer au début et à la fin de la conduite. coudes de 45° ou 90° degrés, les clapets et les crépines. Ainsi avons :

· Les coudes de 90° et 45° : 94 ;

· Les clapets anti-retours : 13 ;

· Les crépines : 22

Tableau IV.3. Résultat après simulation pour les vannes régulatrices du débit

FCV Results
Fluid Zone	Material	Inner Diameter mm	FCV Name	FCV Mass Flow kg/sec	FCV Vol Flow m/sec	FCV Loss m.hd	Calculated Cv	Calculated Kv
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 - 465 REF	1,1775	0,0012	1,498	12,82	11,09
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 - 345 REF	1,1775	0,0012	156,533	1,25	1,09
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 REF	1,1775	0,0012	200,041	1,11	0,96
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 REF	1,1775	0,0012	200,041	1,11	0,96
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 REF	1,1775	0,0012	200,041	1,11	0,96
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 REF	1,1775	0,0012	200,041	1,11	0,96
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 REF	1,1775	0,0012	200,043	1,11	0,96
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457	Vanne 505 REF	1,1775	0,0012	200,043	1,11	0,96
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457		1,1775	0,0012	72,491	1,84	1,59
Water (20°C at 0,0bar.g, density 998,000000 kg/m)	450 mm Aluminium Sch. 5S	457		1,1775	0,0012	72,491	1,84	1,59

Nous avons les resultats pour les 10 vannes régulations du débit, un débit massique de 1,117 Kg/sec et un débit volumetrique de 0,0012m³/sec . Nous avons differentes pertes de changes à differents endroits ou nous avons placer les vannes . Nous pouvons aussi constater la chute de pression pour le fluite et les débits à partir du coefficient CV ainsi que le coefficient KV qui indique le volume d'eau en m³/s.

Tableau IV.2. Résultat après simulation pour les différentes Pompes

Pump Results
Pipe Id	Pipe Name	Pump Name	Speed	Pref. Op From	Pref. Op To	Flow In/Out	Velocity	Suction Pressure	Discharge Pressure	Pump Head (+)	Pump NPSHr	Pump NPSHa	Pump Efficiency	Pump Power
			rpm	m/sec	m/sec	m/sec	m/sec	bar.g	bar.g	m.hd	m.hd (absolute)	m.hd (absolute)	Percentage	Kilowatts
1	P1	Pump HLP 1	1180	1,5759	1,9699	0,0012	0,007	0	33,4162	341,433	0,036	10,108	3,96	99,62
3	P3	Pump HLP 3	Set Flow Rate			0,1278	0,779	-0,0143	18,1136	185,223	Not known	9,962	Not known	Not Known
4	P4	Pump HLP 2	1475	0,5903	1,0962	0,0012	0,007	0	4,3551	44,498	0,033	10,108	46,14	1,1138
12	P12	Pump Flowserve	1180	1,5759	1,9699	0,0012	0,007	0,2936	33,7098	341,434	0,036	13,108	3,77	104,6546
14	P14	Pump Flowserve	1180	1,5759	1,9699	0,0012	0,007	0,2936	33,7098	341,434	0,036	13,108	3,77	104,6546
25	P25	Pump Flowserve	1180	1,5759	1,9699	0,0012	0,007	0,2936	33,7098	341,434	0,036	13,108	3,77	104,6546
36	P36	Pump flowserve	1180	1,5759	1,9699	0,0012	0,007	0,2936	33,7098	341,434	0,036	13,108	3,77	104,6546
37	P37	Pump HPL	1180	1,5759	1,9699	0,0012	0,007	0,2936	33,7098	341,434	0,036	13,108	3,77	104,6546
38	P38	Pump	1180	1,5759	1,9699	0,0012	0,007	0,2936	33,7098	341,434	0,036	13,108	3,77	104,6546
57	P57	Pump griffo	1180	1,5759	1,9699	0,0006	0,004	0	33,4219	341,492	0,018	10,108	3,75	52,5413
58	P58	Pump Diebold	1180	1,5759	1,9699	0,0006	0,004	0	33,4219	341,491	0,018	10,108	3,75	52,5421
63	P63	Pump Flowseve	1180	1,5759	1,9699	0,0006	0,004	0	33,4219	341,491	0,018	10,108	3,75	52,5539
64	P64	Ppump acec	1180	1,5759	1,9699	0,0006	0,004	0	33,4219	341,492	0,018	10,108	3,75	52,5403

Nous avons observé

· La vitesse de rotation des pompes de 1180 (tours par minutes),

· Le meilleur rendement varie entre 1.5757 m³/s à 1.9699 m³/s,

· Le débit à l'entrée et à la sortie des pompes est répertorier dans le tableau ci-haut à la colonne Flow In/Out;

· La vitesse est de répertorier dans le tableau ci-haut à la colonneVelocityen m/sec ;

· La pression à l'aspiration étant de 0.2936 bar et au refoulement 33.4219 bar ;

· La hauteur manométrique est répertoriée dans la colonne Pump Head (+) ;

· Les NPSHr et le NPSHa repertorier dans les colonnes Pump NPSHr et Pump NPSHapour les différentes pompes ;

· Les différents rendements des pompes nous le retrouvons dans la colonne Pump Efficiency ;

· La puissance a de l'arbre requise au point de fonctionnement.

IV.8. CONCLUSION PARTIELLE

Danc ce chapitre nous avons calculé le dimensionnement des circuits de l'exhaure secondaire et primaire caractérisé par la hauteur géométrique, le débit du fluide, la tuyauterie d'aspiration et de refoulement, les pertes des charges. La caractéristique de l'installation qui permet de faire le choix de la pompe qui donnerait les résultats escomptés (hauteur manométrique, débit, ...) dans les meilleures conditions de son fonctionnement. Nous avons choisi le logiciel PIPE FLOW EXPERT, qui nous a permis de concevoir et simuler le système d'exhaure

CHAPITRE V. ASPECTS ECONOMIQUES DE L'ETUDE

V.1. INTRODUCTION

La faisabilité de ce projet inclus un coût de toutes les opérations et du matériel à utiliser.

V.2. COMPOSANTES DU COUT DU PROJET D'EXHAURE

V.2.1. Composantesducoûtduprojetdenettoyage

a) Coûtsfixes

Ils'agitd'uncoûtquin'estpasaffectéparunequelconquevariationde la production.

Il constitue une charge à consentir même au cas où la production de la mine est nulle. Ce coût est composé des frais suivants :

· fraisd'acquisition du matériel d'installation du circuit d'exhaure(pompeplusmoteur,conduiteetaccessoiresd'installations);

· fraisd'acquisitiondesmatérielsélectrique;

· fraisdelamaind'oeuvre;

· fraisdestravauxminiers.

b) Coûtsvariables

Les coûts variables englobent tous les frais qui changent avec la productionoudescirconstancesparticulières.Ils'agitessentiellementdes fraisdûàlaconsommationd'énergieélectriqueetàl'entretien.

V.2.1.1 Déterminationdescoûtsfixes

Lesprixd'acquisitiondesmatérielsnécessairesauprojetd'exhaure, nous ont été fournis par le magasin de KCC. Ces prix nous permettrons de déterminerlesdifférentscoûtsd'acquisitiondesmatérielsàutiliser.

Coûtd'acquisitiondumatérield'exhaureetdenettoyage

TableauV-1 :Coutd'acquisitiondumatérield'exhaure

Matériels	Effectif	Prix Unitaire USD	Prix Global USD
HPL	4	85000	340000
FLOWSERVE	6	100000	600000
DIEBOLDE	1	1192275	1192275
GRIFO	1	120000	120000
ACCEC	1	330000	330000
Châssis, accouplement, Protège accouplement, mise en groupe	13	95000	95000
TOTAL			2677275

Il s'agit des conduites d'aspiration et refoulement installé pour le projet du redimensionnement d'un système d'exhaure

TableauV-2 :Coutd'acquisitiondes conduitesd'exhaure

Conduite		Cout
Longueur	Nombre	USD
20	499	474050

Il s'agit des coudes, vannes, crépines et clapets d'aspiration et refoulement installé pour le projet du redimensionnement d'un système d'exhaure

TableauV-3 :Coutd'acquisitions, autres matérielles d'exhaure

Matériel	Nombre	Cout
Coudes 90	25	8180,28
Coudes 45	15	4017,6
Vanne	16	25200
Crépine	12	106680
Clapet	8	56654,4

TableauV-4 :Cout fixe totald'acquisitiondumatérield'exhaure

Cout fixe (USD)
Conduites	474050
Coudes 90° et 45°	12197,88
Vannes	25200
Crépines	106680
Clapets	56654,4
Pompes	2677275
Total	3352057,28

V.2.1.2 Déterminationdescoutsvariables

a) Consommation d'énergie électrique

La détermination de ce coût est fonction de la tarification de la Société Nationale d'Electricité en ce qui concerne la consommation industrielle de l'énergie électrique. Ce tarif est . Nous présentons les résultats dans le tableau VI.4

Tableau V.5. Détermination des coûts des consommations électrique

Consommation énergie mensuelle (KWh/mois)	Tarification SNEL (USD/KWh)	Coût de la consommation mensuelle (USD/mois)	Coût de la consommation annuelle(USD/an)
	0,09	197263,1	2367158

b) Coût d'entretien

Le coût d'entretien est estimé à environ du coût d'acquisition du matériel [Kamulete, 2012]. Ces mesures sont aussi prises à KICC. Le coût d'entretien annuel est évalué à :

De ces deux considérations nous pouvons déduire :

c) Evaluation des frais généraux

Ces frais sont évalués à environ des frais variables, nous aurons donc :

Laconsommationdel'énergieélectriquedespompesestdonnéepar formule :

Avec :

· Pc : Consommation de la pompe

· Hm : Hauteur manométrique

· : Rendement du moteur

· : Rendement de la pompe

· g : Accélération de la pesanteur

· : Poids spécifique de l'eau

Tableau V.6 Composantes de la consommation en énergie électrique

		TYPE DE POMPE	Q(m3/H)	g(m2/s)	poid volu	h	np	nmot		PC
NIVEAU	SALLE
505	SUMP 21	HLP 1	440	9,81	1 154	160	0,75	0,95		1941,959
		HLP 2	460	9,81	1 154	40	0,79	0,95		1927,433
		HLP 3	220	9,81	1 154	160	0,74	0,95		984,1009
465	SALLE 1	HPL2	399	9,81	1 154	120	0,75	0,95		1761,004
		FLOWSERVE 3	206	9,81	1 154	120	0,73	0,97		914,8395
	SALLE 2	FLOWSERVE 1	248	9,81	1 154	120	0,77	0,97		1044,146
		FLOWSERVE 2	256	9,81	1 154	120	0,74	0,97		1121,524
		FLOWSERVE 3	286	9,81	1 154	120	0,72	0,97		1287,757
		FLOWSERVE 4	263	9,81	1 154	120	0,78	0,97		1093,104
369	SALLE 1	ACCEC 1	243	9,81	1 154	369	0,8	0,95		1005,460
		FLOWSERVE 2	40	9,81	1 154	369	0,75	0,97		172,9017
	SALLE 2	DIEBOLT 3	0	9,81	1 154	369	0	0,95		0
		GRIFFO	412	9,81	1 154	369	0,79	0,95		1726,310
TOTAL									14980,5435

d) Coûtdepompage

Lecoûtdepompageestdonnéparlaformule:

D'ou:

· Cp :Cout de pompage en unité de monnaie ;

· T :Temps de fonctionnement de la pompe ;

· Cw : Prix moyen du KWh électrique il vaut 0,09USD pour la société nationale d'électricité SNEL.

Annuellement il devient:

· Lecoûtdum³exhauré

Partant de la pompe installée, nous sommes arrivés à une capacité moyenne pompé de 1146,1 m³/h.Le coût du m3 exhauré par jour est de :1146,1 x 24 = 27506,4 m3/jourPour une année, nous aurons 27506,4 x 365=10039836 ??³/????Ainsi le m³ exhauré vaut :

Avec

CT : Cout lié à l'exhaure par an ;

Cexh : Cout m³ exhauré.

Ces chiffres expriment les coûts qui découlent des installations d'exhaure que nous proposons. Ceci constitue une charge à amputer sur les recettes d'exploitation.Il correspond à ce projet d'exhaure de KCC des charges d'amortissement annuelles ^{«   »} équivalents à :

Avec :

· : amortissement annuel des différents coûts ;

· : Amortissement annuel des différents frais.

Cette charge est repartie comme suit :

· Coûts fixes : ;

· Frais variables : ;

· Frais généraux .

V.3. Conclusion

Dans ce chapitre, consacré aux considérations économique de notre étude, nous avons évalué les coûts fixes, les frais variables et frais généraux, présentés sous-forme de charges d'amortissement annuelles. Ceux-ci interviennent dans la détermination du coût du mètre cube exhauré qui est le but même de ce chapitre.

Pour clôturer notre travail, nous avons procédé à une évaluation économique de notre projet. Le but de ce chapitre, a été de ressortir le coût du mètre cube exhauré. En effet, nous avons calculé tout d'abord le coût fixe qui est égale à ; le Frais variable est de ; Frais généraux sont de ; Amortissement annuelle est de ; Lecoûtdum³exhauré .

CONCLUSION GENERALE

Nous voici au terme de notre travail de fin d'études consacré au Redimensionnement d'un système d'exhaure, cas de la mine souterraine de KAMOTO, Ce mémoire est le fruit de la formation acquise tout au long de notre passage à la Faculté Polytechnique de l'Université de LIKASI. Dans notre approche, nous avons focalisé notre attention sur quelques mesures palliatives aux problèmes hydrogéologiques et hydrologiques de KCC. A ce titre, nous pensons qu'il pourra servir de guide pratique lors de l'exécution dudit projet.

Le gisement qui a fait l'objet de nos études est situé à KCC/KAMOTO. Il est exploité en souterraine, par la méthode de cut and fill, des chambres et piliers. L'approfondissement de la mine créé sur le plan technique des multiples problèmes. Il s'agit des problèmes de stabilité, et ceux d'évacuation des eaux. Dans ce site ces problèmes sont prioritaires.

Dans notre travail, nous nous sommes appesantis sur le système d'évacuation des eaux afin de rendre possible l'exploitation du gisement de KCC. La mise en oeuvre des systèmes d'exhaure efficace conditionne l'approfondissement de la dite mine.

En effet, partant des études lithologiques, hydrologiques et hydrogéologiques, nous avons successivement établi le bilan hydrologique du bassin versant qui contient la mine de KAMOTO. La pluviométrie moyenne annuelle est 1146,1 mm dont ruissellent. De ceci, il en ressort une infiltration efficace ou alimentation des aquifères de

La mine de KAMOTO est muni d'un système d'aquifère du type Karstique, qui veut dire que les nappes qui entourent son gisement ne sont pas des nappes phréatiques, ces sont plutôt des nappes dont les eaux circulent dans des chenaux et des cassures vers les ores bodies sous-jacents.

Il est actuellement entouré par 6 nappes aquifères d'eau qui sont situées à l'Ouest, à l'Est, au Sud, au Sud-Ouest, au Nord, ainsi qu'au Nord-Ouest. Connaissant la situation actuelle de l'exhaure, nous avons déterminé le circuit et les pompes nécessaires pour l'évacuation de ces débits ayant servi au dénoyage.

Techniquement, les mesures préconisées dans notre travail, nous pensons avoir atteint les finalités de cette étude et résolu ainsi les problèmes d'exhaure de la mine de KAMOTO au niveau 505 vers la surface. Les circuits d'exhaure de la mine de KAMOTO comprennent les voies que prennent toutes les eaux dans la mine jusqu'à les ramener à la surface. Nous avons bel et bien redimensionné ce circuit de la mine grâce à l'exhaure secondaire au niveau 465 y a deux salles des pompes (I et II) et primaire au niveau 369, qui procède également deux salles des pompes (I et II). Sur ce, nous avons trouvé les courbes caractéristiques du réseau pour chaque niveau enfin trouver les points de fonctionnement, et cela nous a bien permis de calculer la consommation en énergie électrique mensuelle de l'installation d'exhaure qui est égale à  2062399,17 KWh/mois.Ces mesures garantiront à l'exploitant des travaux dans un milieu pratiquement sec. Ceci permettra l'augmentation des coefficients d'utilisation des engins par la bonne tenue des pistes de roulage et par conséquent garantiront la production planifiée.

Pour clôturer notre travail, nous avons procédé à une évaluation économique de notre projet. Le but de ce chapitre, a été de ressortir le coût du mètre cube exhauré. En effet, nous avons calculé tout d'abord le coût fixe qui est égale à ; le Frais variable est de ; Frais généraux sont de ; Amortissement annuelle est de ; Lecoûtdum³exhauré

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

OUVRAGES

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NOTES DES COURS

3. BOKWALA Freddy, Exhaure, Collection Bokwala, Lubumbashi, 2010.

4. KAMPASHI MUTEBA Denis, Complément d'exploitation des mines àciel ouvert dans son module exhaure, premier grade, département des mines, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 2010.

5. KAMULETE MUDIANGA NSESU Pierre, Economie minière, deuxième grade, département des mines, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 2010.

6. LUKUMU MULAMBA Emmanuel, Hydraulique appliquée, deuxième graduat, département des mines, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 2010.

7. NGOIE NSENGA Dominique, Projet d'exploitation des mines souterraines, deuxième grade, département des mines, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 2011.

8. P.AGATI N.MATTERA, Cours mécanique appliquée, 1996.

9. CRISTOPHE ANCEY, Mécanique de fluide, école Polytechnique fédérale de LAUSANNE, 2014.

10. JEAN SINI, Mécanique de fluide, école d'ingénieur de France, 2006.

MEMOIRE ET THESE

11. KABWIKA KAPENDA, Automatisation du vannage de l'exhaure principale de la mine de Kamoto, Travail de Fin d'Etudes,Département

12. KALALA MUTOMBO, Avant-projet de désembuage de la reprise de la carrière de Kamoto-Est, Travail de Fin d'Etudes, Département des mines, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 9191.

13. KASOMB MUSANS, Etude de la rentabilité du remblayage des chambres du flanc Est de la mine de Kamoto, Travail de Fin d'Etudes, Département des mines, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 2003.

14. KATALAYI KANYINDA : Etude comparative de l'évacuation des boues au massif V par pelles - bennes et pompe TOYO à la minière de Bakwanga.

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16. M'BANZA TSHAMOLA, La section exhaure face aux interruptions d'eau dans la mine de Kamoto, ouvrage du département d'hydrogéologie dans la mine Kamoto, Kolwezi 2010.

17. MUKEBAYI MUKENDI, l'impact du remblayage hydraulique sur la production dans la mine souterraine de KAMOTO, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 2011.

18. MPOYO NKENDA MARC, Impact du remblayage hydraulique sur le système d'exhaure (KAMOTO)

19. SABWA MUDIMA HYANA, analyse économique du circuit d'exhaure de la mine à ciel ouvert de kinsevere centrale, Travail de Fin d'Etudes, Département des mines, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, inédit, Lubumbashi, 2011.

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21. ZEBIRI MOHAMED AMINE et SAADANE ABDE RAHIM, conception et dimensionnement d'un réseau d'assainissement de Draa Erich et la simulation à du logiciel Sewer Cad, Université Badji Mokhtar Annaba, 2019

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23. MUKAZ DINICK Yannick, Exhaure et ventilation du niveau 310 de la mine souterraine de KINSENDA.

WEBOGRAPHIE

24. Http// : www.grindex.com

25. Http// : www.toyo.com

Annexes

Annexe 1. Résultat après simulation pour des différents Noeuds

Node Results
Node Id	Node Type	Node	Elevation	Liquid Level	Surface Press.	Press. at Node	Head Press. at Node	Demand In (Mass)	Demand Out (Mass)	Demand In (Vol) @ Fluid Zone Density Downstream	Demand Out (Vol) @ Fluid Zone Density Downstrem	Total Flow In (Mass)	Total Flow Out (Mass)	Total Flow In (Vol) @ Fluid Zone Density Downstream	Total Flow Out (Vol) @ Fluid Zone Density Downstream
			m	m	bar.g	bar.g	m.hd Fluid	kg/sec	kg/sec	m/sec	m/sec	kg/sec	kg/sec	m/sec	m/sec
1	Tank	N1	0	0	0	0	0	N/A	N/A	N/A	N/A	0	129,8772	0	0,1301
2	Join Point	N2	0	N/A	N/A	33,4162	341,433	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
3	Join Point	N3	0	N/A	N/A	-0,0109	-0,111	0	0	0	0	127,5222	127,5222	0,1278	0,1278
4	Join Point	N4	0	N/A	N/A	18,1071	185,012	0	0	0	0	127,5222	127,5222	0,1278	0,1278
5	Join Point	N5	10	N/A	N/A	3,3764	44,498	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
6	Join Point	N6	45	N/A	N/A	-0,1957	43	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
7	Tank	N7	43	0	0	0	43	N/A	N/A	N/A	N/A	1,1775	7,0651	0,0012	0,0071
8	Join Point	N8	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
9	Join Point	N9	0	N/A	N/A	18,0963	184,9	0	0	0	0	128,6997	128,6997	0,129	0,129
10	Join Point	N10	5	N/A	N/A	17,6026	184,856	0	0	0	0	128,6997	128,6997	0,129	0,129
11	Join Point	N11	70	N/A	N/A	11,1955	184,391	0	0	0	0	4,71	4,71	0,0047	0,0047
12	Join Point	N12	40	N/A	N/A	14,1318	184,393	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
13	Join Point	N13	45	N/A	N/A	33,2205	384,433	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
14	Join Point	N14	40	N/A	N/A	33,7098	384,433	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
15	Join Point	N15	40	N/A	N/A	14,1318	184,393	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
16	Join Point	N16	41	N/A	N/A	0,1957	43	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
17	Join Point	N17	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
18	Join Point	N18	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
19	Join Point	N19	41	N/A	N/A	0,1957	43	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
20	Join Point	N20	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
21	Join Point	N21	40	N/A	N/A	33,7098	384,433	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
22	Join Point	N22	40	N/A	N/A	14,1318	184,393	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
23	Join Point	N23	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
24	Join Point	N24	45	N/A	N/A	33,2205	384,433	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
25	Join Point	N25	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	4,71	4,71	0,0047	0,0047
26	Join Point	N26	10	N/A	N/A	3,2297	43	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
27	Join Point	N27	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	4,71	4,71	0,0047	0,0047
28	Join Point	N28	50	N/A	N/A	13,1528	184,39	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
29	Join Point	N29	40	N/A	N/A	33,7098	384,434	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
30	Join Point	N30	40	N/A	N/A	33,7098	384,433	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
31	Join Point	N31	40	N/A	N/A	14,1318	184,393	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
32	Join Point	N32	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
33	Join Point	N33	50	N/A	N/A	13,153	184,392	0	0	0	0	4,71	4,71	0,0047	0,0047
34	Join Point	N34	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
35	Join Point	N35	40	N/A	N/A	0,2936	43	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
36	Join Point	N36	40	N/A	N/A	14,1318	184,393	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
37	Join Point	N37	60	N/A	N/A	12,174	184,39	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
38	Join Point	N38	160	N/A	N/A	2,4152	184,678	0	0	0	0	128,6997	128,6997	0,129	0,129
39	Join Point	N39	160	N/A	N/A	2,3981	184,502	0	0	0	0	128,6997	128,6997	0,129	0,129
40	Join Point	N40	160	N/A	N/A	2,3871	184,39	0	0	0	0	4,71	4,71	0,0047	0,0047
41	Join Point	N41	160	N/A	N/A	2,387	184,389	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
42	Join Point	N42	160	N/A	N/A	2,387	184,389	0	0	0	0	135,7648	135,7648	0,136	0,136
43	Join Point	N43	160	N/A	N/A	2,387	184,39	0	0	0	0	4,71	4,71	0,0047	0,0047
44	Tank	N44	184	0	0	0	184	N/A	N/A	N/A	N/A	135,7648	0	0,136	0
45	Join Point	N45	184	N/A	N/A	0	184	0	0	0	0	0	0	0	0
46	Join Point	N46	160	N/A	N/A	2,3689	184,205	0	0	0	0	135,7648	135,7648	0,136	0,136
47	Join Point	N47	184	N/A	N/A	0	184	0	0	0	0	0	0	0	0
48	Tank	N48	184	0	0	0	184	N/A	N/A	N/A	N/A	0	1,1775	0	0,0012
49	Join Point	N49	184	N/A	N/A	0	184	0	0	0	0	0,5887	0,5887	0,0006	0,0006
50	Join Point	N50	184	N/A	N/A	0	184	0	0	0	0	0,5888	0,5888	0,0006	0,0006
51	Join Point	N51	184	N/A	N/A	33,4219	525,491	0	0	0	0	0,5887	0,5887	0,0006	0,0006
52	Join Point	N52	184	N/A	N/A	33,4219	525,491	0	0	0	0	0,5888	0,5888	0,0006	0,0006
53	Join Point	N53	184	N/A	N/A	0	184	0	0	0	0	0	0	0	0
54	Tank	N54	184	0	0	0	184	N/A	N/A	N/A	N/A	0	1,1775	0	0,0012
55	Join Point	N55	184	N/A	N/A	0	184	0	0	0	0	0,5888	0,5888	0,0006	0,0006
56	Join Point	N56	184	N/A	N/A	0	184	0	0	0	0	0,5887	0,5887	0,0006	0,0006
57	Join Point	N57	184	N/A	N/A	33,4219	525,491	0	0	0	0	0,5888	0,5888	0,0006	0,0006
58	Join Point	N58	184	N/A	N/A	33,4219	525,491	0	0	0	0	0,5887	0,5887	0,0006	0,0006
59	Join Point	N59	184	N/A	N/A	33,4219	525,491	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
60	Join Point	N60	200	N/A	N/A	24,7613	453,001	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
61	Join Point	N61	200	N/A	N/A	24,7613	453,001	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
62	Join Point	N62	184	N/A	N/A	33,4219	525,491	0	0	0	0	1,1775	1,1775	0,0012	0,0012
63	Join Point	N63	300	N/A	N/A	14,9742	453	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
64	Join Point	N64	350	N/A	N/A	10,0807	453	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
65	Join Point	N65	200	N/A	N/A	24,7613	453,001	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
66	Join Point	N66	380	N/A	N/A	7,1446	453	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
67	Join Point	N67	420	N/A	N/A	3,2297	453	0	0	0	0	2,355	2,355	0,0024	0,0024
68	Tank	N68	453	0	0	0	453	N/A	N/A	N/A	N/A	2,355	0	0,0024	0