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Évaluation de couvertures isolantes avec effets de barrière capillaire faites de résidus désulfurés afin de contrôler le drainage minier acide en condition nordique

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Lessard, Fannie (2018). Évaluation de couvertures isolantes avec effets de barrière capillaire faites de résidus désulfurés afin de contrôler le drainage minier acide en condition nordique. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Génie minéral, 191 p.

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Résumé

Les innovations dans les technologies minières permettent maintenant l'accès à des gisements de minerai auparavant inaccessibles situés dans des régions nordiques éloignées. Comme les mines localisées dans les secteurs plus au sud, ces opérations produisent des déchets solides, tels que des résidus et des stériles qui sont stockés à la surface dans des aires d'accumulation de rejets. La remise en état des sites miniers est une préoccupation majeure pour les sociétés minières, en particulier lorsque les résidus miniers sont potentiellement générateurs de drainage minier contaminé (drainage minier acide DMA ou drainage neutre contaminé DNC). Pour les sites miniers du Nord, des facteurs tels que les changements climatiques, la présence de pergélisol, l'éloignement, la disponibilité de matériaux et les conditions climatiques extrêmes peuvent rendre la conception et la construction de scénarios de restauration encore plus difficiles et coûteux (Hayley, 201 0). Par conséquent, il est nécessaire de concevoir et de développer des approches de restaurations spécifiques à ces conditions. Cette étude porte sur l'évaluation de l'efficacité d'une Couverture Isolante avec Effets de Barrière Capillaire (CIEBC), constituée de résidus désulfurés de la mine Raglan (région du Nunavik, Québec), à limiter la migration de l'oxygène dans des conditions nordiques. Cette alternative consiste à utiliser une CIEBC qui, dans des conditions nordiques, auraient deux fonctions principales: i) maintenir les résidus dans un état gelé et non réactifs; ii) empêcher les flux d'oxygène d'atteindre des résidus potentiellement acidogènes s'ils sont dégelés et réactifs (Boulanger-Martel et al., 2015, 2016). Ce type de couverture nécessite l'utilisation d'un matériau à grains fins, typiquement silteux (Bussière et al., 2007). Cependant, dans les environnements nordiques, ces matériaux ne sont pas toujours disponibles à proximité du site minier. Ainsi, le procédé de désulfuration des résidus devient une option intéressante parce qu'il peut être utilisé pour transformer les résidus potentiellement réactifs en matériaux de recouvrement pour la remise en état des sites miniers (Benzaazoua et al., 2000; Bussière et al., 2004). De plus, la présence de minéraux sulfurés résiduels peut avoir l'avantage de réduire davantage les flux d'oxygène à travers la CIEBC (au moins à court terme) car ils consomment de l'oxygène (Bussière et al., 2004; Demers et al., 2008). Dans ce contexte, les objectifs spécifiques de cette étude consistent à: i) caractériser les propriétés hydrogéologiques et thermiques des résidus désulfurés testés; ii) évaluer, en utilisant des essais en colonne, le comportement hydrogéologique et thermique de CIEBC constituées de résidus désulfurés à deux niveaux, avant et après les cycles de Gel/Dégel (G/D); et iii) évaluer la capacité des CIEBC à contrôler la migration de l'oxygène avant et après les cycles G/D. L'évaluation de la performance des couvertures testées présentée dans cette étude vise à évaluer le scénario le plus défavorable où une décongélation complète des Couches de Rétention d'Humidité (CRH) se produit et la réactivité des résidus atteint un maximum (c'est-à-dire une température correspondant à une valeur chaude pour le site minier Raglan). L'étude comprend une caractérisation détaillée des matériaux de recouvrement et la construction de deux colonnes instrumentées dans une chambre à environnement contrôlé. Les deux CIEBC ont une configuration similaire mais se distinguent par la concentration en soufre dans le résidu désulfuré utilisé comme CRH. Les essais en colonne ont démontré que les effets de barrière capillaire induisaient un haut degré de saturation permanent (> 85%) dans la CRH faite de résidus désulfurés. Ce haut degré de saturation a empêché la migration de l'oxygène; les flux d'oxygène estimés et prédits traversant la CRH étant inférieurs à 5,5xl0·3 mol/m2/jour pour les deux colonnes. La colonne contenant les résidus désulfurés ayant la teneur en sulfure la plus élevée était légèrement plus efficace pour contrôler le flux d'oxygène en raison de la plus grande consommation d'oxygène par les sulfures résiduels. Les résultats ont également montré que les cycles de G/D n'ont pas affecté de façon significative les propriétés hydrogéologiques des résidus désulfurés, indiquant une stabilité dans la performance à long terme de la couverture. Des résultats complémentaires, soit des mesures directes de teneur en eau volumique et de succion au démantèlement, ont montré respectivement que l'intervalle des valeurs mesurées de teneur en eau volumique (8w) dans la CRH est très proche de la saturation (0,30>8w>0,38) et que les valeurs de succion (IJI) sont inférieures à la pression d'entrée d'air ('Va) du résidu désulfuré ce qui témoigne d'une CIEBC efficace. Ces valeurs mesurées ont une bonne correspondance avec celles obtenues à l'aide des équipements dans les colonnes. Les paramètres mesurés dans les eaux d'exfiltrations respectent les limites de la Directive 019 (D019) en termes de concentrations autorisées au point de rejet de l'effluent final à l'exception de quelques mesures de la concentration en Zn dans la colonne 2. Ces valeurs légèrement supérieures à celle de la D019 (1 mg/!) concordent avec une concentration en soufre supérieure dans la CRH de la colonne 2. Ces travaux ont permis de proposer une option intéressante pour rendre plus efficace les recouvrements utilisés pour restaurer les parcs à résidus en conditions nordiques comme celui de la Mine Raglan. Cette nouvelle technique est plus robuste parce qu'elle combine le contrôle de la température et de la migration de l'oxygène. De plus, la nouvelle approche qui consiste à réutiliser des rejets miniers dans la restauration de sites miniers en climat nordiques devient très attrayante, surtout lorsque peu de matériaux meubles naturels ayant de bonnes propriétés se trouvent à proximité du site à restaurer.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Bussière, Bruno
Co-directeurs de mémoire/thèse: Côté, Jean et Benzaazoua, Moustafa
Mots-clés libres: minier; barrière capillaire; résidus; contrôle
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en sciences appliquées
Date de dépôt: 25 mai 2018 13:01
Dernière modification: 25 mai 2018 13:02
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/763

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