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Étude des propriétés hydrogéotechniques des mélanges sols-boues utilisables comme matériaux fins d'une couverture avec effets de barrière capillaire

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Kanteye, Ousseynou (2019). Étude des propriétés hydrogéotechniques des mélanges sols-boues utilisables comme matériaux fins d'une couverture avec effets de barrière capillaire. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Génies, 196 p.

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Résumé

Le traitement actif du drainage minier acide (DMA) à l’aide de la chaux génère des quantités de boues considérables qui sont généralement stockées dans des bassins de décantation. Dans l’optique de réduire les couts liés au stockage, ainsi que leur impact environnemental, la valorisation pourrait devenir une avenue importante pour la gestion de ces boues. En climat humide, la restauration des sites miniers problématiques peut recourir à divers types de recouvrement, incluant les couvertures avec effets de barrière capillaire (CEBC), généralement constituées en sols naturels. Toutefois, ces types de recouvrement nécessitent l’utilisation d’un matériau fin pour la construction de la couche de rétention d’eau. Lorsque les matériaux fins requis ne sont pas disponibles dans les environs des sites à restaurer, des mélanges sols-boues (MSBs) pourraient être utilisés. L’utilisation des MSBs comme composante d’une CEBC visant à contrôler la production du drainage minier acide permettrait, d’une part, de réduire l’impact environnemental des boues et limiter leur coût de gestion, et d’autre part, de favoriser l’acceptabilité sociale des projets miniers en réduisant l’utilisation de sols naturels et les distances de transport des matériaux d’emprunt. Ainsi, l’objectif principal de ce projet est d’évaluer le potentiel de valorisation des boues de traitement du DMA pour produire des mélanges de sols granulaires et de boues (MSB) ayant les caractéristiques hydrogéotechniques requises d’une couche de rétention d’humidité d’une CEBC, tout en optimisant la quantité de boues. Spécifiquement, les objectifs du projet consistaient à : 1) caractériser, au laboratoire, les propriétés géotechniques et hydrogéotechniques (retrait libre, Proctor, conductivité hydraulique saturée et courbe de rétention d’eau) de différents MSBs obtenus à partir de deux types de sols granulaires (till et sable) et de deux types de boues des sites de Westwood et de Waite-Amulet en faisant varier la teneur en boues β (= masse de boue humide / masse de sol humide) dans le mélange ; 2) étudier l’impact de l’ajout de la chaux, dont l’objectif est de réduire la teneur en eau très élevée des MSBs, sur certaines propriétés hydrogéotechniques, notamment la conductivité hydraulique saturée et les propriétés de compactage des MSBs ; 3) discuter, selon les propriétés hydrogéotechniques, l’utilisation potentielle des MSBs, obtenus à l’aide des deux types de sols et des deux types de boues, comme couche de matériaux fins d’une CEBC. Pour y parvenir, après les caractérisations physique, chimique et minéralogique des sols et des boues, le till ainsi que le sable ont été mélangés avec les deux types de boues à des teneurs en boues β de 30, 40 et de 50%. Les mélanges ont été préparés en considérant une teneur en eau de 3,5%, pour le sable, et de 7,5%, pour le till ; tandis que les teneurs en eau des boues étaient, principalement, de 175% et de 200% respectivement pour les boues de Westwood et pour celles de Waite-Amulet. Pour l’étude de l’impact de la chaux sur les propriétés des MSBs, des teneurs en chaux vive (masse de chaux / masse de mélange humide) de 0 à 10% ont été utilisées sur les MSBs contenant une teneur en boues de 30%. Les résultats de cette étude indiquent des valeurs de conductivités hydrauliques saturées ksat de l’ordre de 10-6 cm/s pour le till et les mélanges de till et de boues. Les valeurs de ksat augmentent légèrement lorsque β passe de 30 à 50%. La pression d’entrée d’air (AEV) passe de 60 kPa pour le till seul à environ 58 kPa et 40 kPa, respectivement, pour les mélanges till-boues Westwood et till- boues Waite Amulet avec β = 30%. Sur la base d’une comparaison à celles des matériaux habituellement utilisés dans des couches de rétention d’eau de CEBC existantes et efficaces, ces valeurs de ksat et d’AEV confirment le potentiel des mélanges de till et de boues à être utilisés comme couche de rétention d’eau d’une CEBC. Malgré les AEV entre 30 kPa et 39 kPa, les mélanges de sable et de boues présentent toujours des valeurs de conductivités hydrauliques saturées ksat de l’ordre de 10-4 cm/s quand β est de 30%. Ces valeurs de ksat diminuent légèrement quand β augmente de 30 à 50%. Cependant, l’augmentation de la quantité de boues dans les MSBs produit des mélanges peu compactables (teneur en eau largement supérieure à la teneur en eau optimale et densité sèche inférieur à l’optimum Proctor). Les résultats de l’amendement à la chaux des MSBs indiquent que la teneur en eau des mélanges diminue lorsque la teneur en chaux augmente pendant un temps de cure donné. Cette réduction de la teneur en eau s’accompagne d’une augmentation de la densité sèche après compactage. Néanmoins, la densité sèche des mélanges traités à la chaux reste inférieure à la densité sèche optimale des mélanges non traités comme déterminée avec les essais Proctor. Les conductivités hydrauliques saturées des mélanges de sable et de boues contenant 2 à 6% de chaux diminuent de 3 ordres de grandeurs (autour de 10-7 cm/s) par rapport aux mélanges non traités ( autour de 10-4 cm/s) tandis que celles des mélanges de till et de boues avec et sans chaux restent dans le même ordre de grandeur (autour de 10-6 cm/s). Au vu de ces résultats de recherche, cette étude confirme que les mélanges de sols et de boues ont un bon potentiel comme couche de rétention d’eau dans un recouvrement de type CEBC. Sachant que cette étude n’est qu’une étape d’un processus de validation de l’utilisation des mélanges sols-boues comme composante d’une CEBC, et d’optimisation de la quantité de boues dans les MSBs, nous recommandons que les travaux de recherche se poursuivent pour étudier davantage le comportement des MSBs dans des scénarios de restauration à l’échelle de laboratoire et de terrain.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Mbonimpa, Mamert
Co-directeurs de mémoire/thèse: Belem, Tikou
Mots-clés libres: Boues de traitement du drainage minier acide, mélanges sols-boues, amendement à la chaux, propriétés hydrogéotechniques, couverture avec effets de barrière capillaire (CEBC)
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en sciences appliquées
Date de dépôt: 17 juin 2019 17:16
Dernière modification: 17 juin 2019 17:16
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/817

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