Analyse probabiliste de la formation d’un lac en fosse à ciel ouvert de mine en condition climatique semi-aride et étude des incidences environnementales

Darankoum, Hâdé Jules Wendkouni (2024). Analyse probabiliste de la formation d’un lac en fosse à ciel ouvert de mine en condition climatique semi-aride et étude des incidences environnementales. (Thèse de doctorat). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1612

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Résumé

La création de grands vides résiduels est très courante dans les exploitations minières à ciel ouvert. Ces vides sont parfois abandonnés ou restaurés par inondation. Conformément à des réglementations de plus en plus strictes, les compagnies minières sont tenues de réhabiliter les sites miniers en tenant compte de la préservation de l’environnement et des écosystèmes. La formation de lacs en fosses de mines à ciel ouvert représente une stratégie de restauration fréquemment employée dans l’industrie minière. Cette approche vise à contrôler la génération de drainage minier acide (DMA) en limitant l’exposition des parois rocheuses des fosses à l’oxygène de l’air et au ruissellement, réduisant ainsi l’oxydation des minéraux sulfureux. Ces lacs peuvent également servir de zones pour le dépôt subaquatique des rejets miniers. Dans des conditions appropriées de qualité de l’eau, ils peuvent être exploités en tant que réservoirs d’eau pour divers usages. La viabilité de la formation d’un lacs en fosses de mines à ciel ouvert dépend de plusieurs facteurs, incluant la disponibilité de la ressource en eau, la qualité attendue de l’eau et les possibles impacts sur l’environnement local, tous évalués au préalable.
L’étude a porté sur la fosse principale d’une mine située dans la zone sahélienne du Burkina Faso. La région connaît un climat sec marqué par une évapotranspiration élevée avec un rayonnement solaire mensuel moyen de 2060 joules/cm2 et des précipitations d’environ 600 mm/an, caractérisées par des variations spatio-temporelles notables. Les pluies se manifestent principalement sous forme d’orages de fin mai à septembre. Les eaux souterraines, mobilisées par le biais de forages et de puits, jouent un rôle crucial dans la satisfaction des besoins en eau des ménages et du bétail dans la région.

Les impacts du rétablissement progressif sur les pentes des parois rocheuses constituent des préoccupations lors de la formation du lacs en fosses de mines à ciel ouvert. L’évaluation de ces impacts a nécessité l’utilisation d’un modèle numérique à éléments finis avec le logiciel ABAQUS. La remontée de la nappe phréatique s’accompagne d’une diminution de la succion matricielle et d’une augmentation progressive des déplacements résultants et horizontaux au fil du temps. Par conséquent, cette dynamique induit une réduction de la résistance au cisaillement de la masse rocheuse in situ, ce qui entraîne des instabilités dans la pente. Aussi la disponibilité de la ressource en eau ainsi que la qualité de l’eau qui s’y formera et d’éventuels impacts sur le milieu environnant ont été évalués. Le processus d’évaluation comprend la construction de modèles d’eau souterraine basés sur trois modèles analytiques, une évaluation du bilan hydrique, et l’utilisation d’un modèle de bilan massique pour évaluer la qualité de l’eau du lac. Pour ces analyses, le logiciel GoldSim a été utilisé pour créer des modèles de simulation de type Monte-Carlo, intégrant des aspects probabilistes. Une analyse de sensibilité a été réalisée, en effectuant plusieurs réalisations avec des paramètres d’entrée stochastiques échantillonnés de manière aléatoire à chaque pas de temps, pour comparer trois modèles d’eau souterraine et évaluer leurs performances. Les mesures d’évaluation comprenaient le coefficient de corrélation (R), le coefficient de détermination (R2), l’écart-type (σ) et la mesure d’importance (p-value). Les modèles de Vandersluis et de Kruseman fournissent des résultats étroitement alignés, affichant des erreurs relatives (ER) comprises entre 0,05% et 0,30%. En revanche, le modèle fondé sur Marinelli et Niccoli présentait des erreurs relatives de 0,31% à 31,75%. Les coefficients de détermination sont respectivement de 0,998, 0,998 et 0,960. Les résultats de l’analyse soulignent la sensibilité de la composante eau souterraine à la fois à la conductivité hydraulique et à la recharge. De plus, l’eau souterraine et les apports de ruissellement ont été identifiés comme les composantes ayant le plus d’impact sur le bilan hydrique du lac, surtout dans le contexte semi-aride du site.

Dans des conditions naturelles, l’altitude du lac devrait se stabiliser entre 238 et 242 m, atteignant un équilibre relatif après 160 ans avec 75% de la capacité de stockage de la fosse inexploitée. L’étude indique qu’un lac de type terminal se formerait naturellement, mais la qualité de l’eau se dégraderait au fil du temps. Divers scénarii d’apports d’eau du cours d’eau environnant suggèrent qu’un pompage inférieur à 1,5% du débit, en tenant compte du débit environnemental, serait optimal. Au-delà de cette valeur, plus de 50% des situations probables pourraient entraîner l’infiltration des eaux du lac vers le milieu environnant. Les concentrations prédites de certains paramètres tels que l’arsenic sont significativement plus élevées que les normes, ce qui pourrait empêcher et limiter l’utilisation pour certains usages. Les conditions géologiques, la forte évaporation et la courte saison pluvieuse justifieraient la mauvaise qualité et la dégradation temporelle qui en résulte. Afin d’éviter très souvent la formation d’eau de mauvaise qualité liée au développement d’un lac de mine, l’option combinée du remblayage et de la formation du lac est très souvent recommandée.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Thèse de doctorat)
Directeur de mémoire/thèse:	Belem, Tikou
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Mbonimpa, Mamert
Informations complémentaires:	Institution en extension : Université du Québec à Chicoutimi
Mots-clés libres:	bilan hydrique, contamination, environnement, géochimie, GoldSim, lac de mines, modélisation, Monte-Carlo, prédiction, qualité de l’eau, simulation probabiliste, stabilité de pentes
Divisions:	Génie > Doctorat en ingénierie
Date de dépôt:	22 nov. 2024 15:35
Dernière modification:	26 nov. 2024 16:35
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1612

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