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Utilisation de stériles générateurs d'acide comme couche de bris capillaire dans une couverture avec effets de barrière capillaire

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Larochelle, Chloé G. (2019). Utilisation de stériles générateurs d'acide comme couche de bris capillaire dans une couverture avec effets de barrière capillaire. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Mines et environnement, 184 p.

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Résumé

L’industrie minière présente de nombreux défis liés à l’environnement et à la gestion des rejets miniers. Les stériles et résidus miniers entreposés en surface peuvent générer du drainage minier acide (DMA) s’ils contiennent des minéraux sulfureux qui entrent en contact avec l’eau et l’oxygène (Blowes et al. 2003). L’acidité ainsi libérée abaisse le pH du milieu environnant et favorise la mise en solution des métaux, ce qui contamine l’eau et les sols pour la faune et la flore avoisinantes (ex : Aguilar et al. 2004). La génération de DMA peut être contrôlée en mettant en place une couverture avec effets de barrière capillaire (CEBC). Ce type de recouvrement est basé sur le contraste entre un matériau fin (ex : résidu minier) constituant la couche de rétention d’humidité (CRH) et un matériau grossier (ex : stérile minier) utilisé pour construire la couche de bris capillaire sous-jacente (Bussière, 1999; Aubertin et al. 1995). L’objectif est de maintenir la CRH à un degré de saturation élevé, afin de limiter la migration de l’oxygène vers les couches inférieures. L’utilisation de matériaux miniers pour la construction d’une CEBC permet, entre autres, d’en réduire le coût et de valoriser les matériaux disponibles sur le site (Bussière et al. 2013). Dans une approche de gestion intégrée des rejets (Demers, 2008), cette étude propose d’utiliser des stériles réactifs comme couche de bris capillaire sous des résidus désulfurés. Ceci permettrait de réduire le volume des haldes à restaurer et de valoriser un matériau problématique. Les matériaux utilisés dans le cadre de cette étude (dont un stérile pré-oxydé et générateur d’acide) proviennent du site Westwood-Doyon de IAMGOLD, situé à 40 km à l’est de Rouyn-Noranda (Québec, Canada). Les matériaux ont été caractérisés pour obtenir leurs propriétés physiques, hydrogéologiques, chimiques et minéralogiques. Des essais en colonnes ont été montés au laboratoire afin d’évaluer quatre scénarios de recouvrement, dont trois présentaient une couche de bris capillaire faite de stériles générateurs d’acide. Ces essais ont également permis d’évaluer l’impact d’ajouter une couche de sable au-dessus du recouvrement pour contrôler l’évaporation et de doubler l’épaisseur de la CRH. La quatrième colonne contenait un stérile différent comme couche de bris capillaire, considéré comme non-générateur d’acide. Les colonnes ont été soumises à huit cycles de mouillage/drainage pour lesquels la qualité des lixiviats a été analysée. Des sondes de teneur en eau volumique et de succion ont permis de suivre le comportement hydrogéologique des colonnes et des septums ont permis l’échantillonnage de gaz dans la CRH afin de mesurer les flux d’oxygène. Les matériaux ont été testés séparément dans des colonnes de référence. vi Les résultats montrent que tous les recouvrements présentaient des lixiviats au pH près de la neutralité et contenant de faibles concentrations en métaux, alors que le stérile générateur seul générait une forte acidité, un pH de 2 et des concentrations élevées en métaux. Le suivi des teneurs en eau volumiques montre que les couches de rétention d’eau ont maintenu des degrés de saturation de plus de 85% pour presque toute la durée du test, tel que souhaité pour une CEBC efficace (Aubertin et al. 1995). Tous les recouvrements ont démontré un comportement géochimique similaire, qu’ils contiennent un stérile générateur d’acide ou non. Les colonnes avec une protection contre l’évaporation et une CRH plus épaisse ont présenté des teneurs en eau généralement plus élevées et plus stables dans la CRH. L’étude montre que l’intégration du stérile générateur dans un recouvrement sous une couche de résidus désulfurés permet de réduire sa génération de cuivre, zinc et fer de plus de 99%. Aucune différence significative n’a été observée dans le comportement géochimique en changeant le type de stérile dans la couche de bris capillaire. Une modélisation avec SEEP/W a été réalisée pour un des scénarios de recouvrement et supporte le comportement hydrogéologique observé expérimentalement. Une modélisation de l’équilibre thermodynamique des lixiviats avec Visual MINTEQ a aussi permis d’évaluer le potentiel de précipitation ou dissolution de divers minéraux. Pour les colonnes avec recouvrements, le modèle montre qu’il faut anticiper la précipitation de plusieurs oxydes et hydroxydes de fer, aluminium et magnésium, de même que certains sulfates comme le gypse et la jarosite. Les flux d’oxygène traversant la CRH ont été mesurés par la méthode du gradient (Elberling et al. 1994) et estimés avec l’équation analytique de Mbonimpa et al. (2003). Les flux obtenus expérimentalement sont de l’ordre de 10-1 à 10-4 mol/m2/an, ce qui respecte le critère de 1 mol/m2/an recommandé pour la conception d’une CEBC (Dagenais, 2005). Finalement, ce travail de recherche montre qu’il serait possible d’utiliser des stériles générateurs d’acide comme couche de bris capillaire dans une CEBC. Par contre, il est recommandé de réaliser des études plus poussées sur la géochimie du système et le comportement à long terme. Des cellules expérimentales de terrain permettraient également de vérifier que les recouvrements fonctionnent à plus grande échelle et dans des conditions climatiques réelles.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Bussière, Bruno
Co-directeurs de mémoire/thèse: Pabst, Thomas
Mots-clés libres: Drainage minier acide; restauration minière; CEBC; stériles réactifs; matériaux miniers
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt: 27 mai 2019 20:09
Dernière modification: 27 mai 2019 20:09
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/801

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