Évaluation de la performance d'un système de recouvrement monocouche avec nappe surélevée pour la restauration d'un parc à résidus miniers abandonné

Ethier, Marie-Pier (2018). Évaluation de la performance d'un système de recouvrement monocouche avec nappe surélevée pour la restauration d'un parc à résidus miniers abandonné. (Thèse de doctorat). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/762

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Résumé

La production de drainage minier acide dans les parcs à résidus miniers abandonnés peut causer des dommages environnementaux sévères. Les résidus peuvent dans certains cas générer des contaminants pendant des centaines, voire des milliers d’années si aucune action n’est entreprise pour les contrôler. Des pH acides et des eaux très chargées en ions tels le fer, les sulfates et souvent d’autres métaux et métalloïdes sont retrouvés sur certains sites abandonnés ayant produit extensivement du drainage minier acide durant plusieurs décennies. Des mesures de restauration peuvent être appliquées pour contrôler la production de drainage minier acide, dont les principales sont l’implantation d’un recouvrement en eau, d’une nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche ou d’une couverture à effets de barrière capillaire.
Le site minier abandonné Manitou (1942-1979) possède un parc à résidus qui produit du drainage minier acide riche en sulfates, en fer et en zinc. La restauration des zones basses du site (d’épanchement) consiste à mettre en place une nappe phréatique surélevée combinée à une couverture monocouche constituée de résidus fins et non générateurs de drainage contaminé provenant de la mine Goldex. La performance de cette technique se base sur le maintien de la nappe phréatique près de la surface des résidus réactifs afin de conserver les résidus saturés et de restreindre l’apport d’oxygène qui alimente les réactions d’oxydation des sulfures. Cependant, plusieurs incertitudes sont liées à la performance de la restauration du site à limiter la production de contaminants en raison de l’émergence de la technique utilisée et de la production extensive de drainage minier acide s’étant produite sur le site durant une longue période de temps.
La présente étude consiste à évaluer la performance sur le terrain de la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche. On a vérifié à l’aide d’un modèle numérique l’effet de la variation de différents paramètres sur le comportement hydrogéologique du site en lien avec la performance de la technique de restauration. De plus, le comportement hydrogéologique et la migration de l’oxygène ont été évalués sur le terrain La qualité de l’eau a aussi été suivie sur le terrain et déterminer les principaux phénomènes géochimiques influençant la qualité de l’eau après la restauration. Les trois chapitres du corps de la thèse portent respectivement sur ces trois aspects.

Un modèle numérique représentatif du parc 2 du site Manitou a été développé. Ce modèle a été utilisé pour effectuer des simulations hydrogéologique du site. Le calage du modèle a été effectué avec les résultats de niveaux phréatiques mesurés sur trois ans à treize endroits sur le site. Les simulations ont permis d’évaluer l’effet de la variation de certaines propriétés des matériaux mesurées sur le terrain, telles la conductivité hydraulique saturée, la porosité et la distribution granulométrique. Des écarts entre les niveaux phréatiques simulés par rapport à ceux du scénario de base (qui représente les mesures terrain) ont été observés surtout dans les cas où les matériaux du recouvrement sont lâches ou grossiers. Des réponses à long terme des niveaux phréatiques ont aussi été simulées selon les données climatiques normales, en simulant des périodes de sécheresse récurrentes et selon les changements climatiques anticipés. Les mesures terrain et les résultats de simulation du climat normal montrent une zone à l’ouest du site avec des niveaux phréatiques pouvant être sous l’interface entre les résidus et le recouvrement en été. Cette zone est accrue lors de périodes de sécheresse et selon un scénario de changements climatiques simplifiés.
Le comportement hydrogéologique et de migration de l’oxygène a aussi été suivi sur le terrain d’août 2012 à août 2015. Treize stations instrumentées ont été mises en place avec de l’équipement pour mesurer le niveau phréatique, les teneurs en eau volumiques et les succions dans le recouvrement, les concentrations d’oxygène interstitiel à différentes profondeurs dans le recouvrement et la consommation d’oxygène. Les mesures de teneurs en eau, de succions et de niveaux piézométriques ont montré que les niveaux phréatiques varient saisonnièrement et se retrouvent souvent dans les résidus réactifs dans une zone à l’ouest du site en été. Les cinquante centimètres inférieurs du recouvrement demeurent cependant toujours près de la saturation en eau. La migration de l’oxygène a été évaluée par les mesures de concentrations d’oxygène interstitiel gazeux dans le recouvrement et les essais de consommation d’oxygène. Les flux d’oxygène atteignant les résidus Manitou ont été déterminés par des méthodes numériques et analytiques. Leur moyenne annuelle au cours de la période à l’étude est selon l’endroit sur le site de 3 × 10-6 à 2 g/m2/an. Ces valeurs sont au moins un ordre de grandeur inférieur aux critères généralement appliqués sur les parcs à résidus pour contrôler la production de drainage minier acide.
La qualité de l’eau interstitielle a aussi été suivie d’août 2012 à août 2015. Des pH près de la neutralité ont été mesurés, alors que des pH acides étaient observés avant les travaux de restauration. Les concentrations de cuivre sont aussi négligeables par rapport à des concentrations jusqu’à 235 mg/L mesurées avant les travaux de restauration. Cependant, les concentrations de fer demeurent élevées (majoritairement de 100 à 2000 mg/L) et stables, tandis que les concentrations de zinc sont aussi élevées (0,3 à 1650 mg/L) et présentent une lente décroissance. Cette diminution nulle ou faible des concentrations de fer et zinc peut être expliquée d’une part par la dissolution de minéraux secondaires, tels la jarosite et des oxyhydroxydes de fer, qui peuvent contenir du zinc en impureté et sont instables dans les conditions géochimiques au

parc 2 après les travaux de restauration. L’oxydation des sulfures par le fer ferrique et des interactions galvaniques peuvent aussi continuer à les dissoudre sans oxygène.
Ce projet a permis d’approfondir la compréhension de la technique de la nappe surélevée combinée à un recouvrement monocouche appliquée à grande échelle sur un parc à résidus abandonné. Il a été déterminé que la technique de restauration appliquée constitue une barrière à l’oxygène efficace. Les niveaux phréatiques mesurés étaient aussi toujours près ou supérieurs au niveau cible, qui est l’interface entre les résidus Manitou et le recouvrement. Une diminution des concentrations de fer et de zinc dans l’eau interstitielle est cependant requise afin d’atteindre les critères environnementaux à l’effluent. Les stratégies de restauration de sites contenant des résidus oxydés devraient prendre en compte le potentiel de solubilisation de minéraux secondaires et les réactions sans oxygène pouvant survenir avec les sulfures pour réduire la production de contaminants potentielle après les travaux de restauration.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Thèse de doctorat)
Directeur de mémoire/thèse:	Bussière, Brunon
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Aubertin, Michel et Broda, Stefan
Mots-clés libres:	Restauration, drainage minier acide, nappe phréatique surélevée, résidus oxydés, performance
Divisions:	Agriculture > Maîtrise sur mesure
Date de dépôt:	11 mai 2018 13:53
Dernière modification:	11 mai 2018 13:53
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/762

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