Évaluation de la capacité des boues-scories du site Quemont 2 à contrôler l’infiltration d’eau au moyen d’un modèle physique au laboratoire et des simulations numériques

Otalora Vasquez, Nelcy Carolina (2024). Évaluation de la capacité des boues-scories du site Quemont 2 à contrôler l’infiltration d’eau au moyen d’un modèle physique au laboratoire et des simulations numériques. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1667

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Résumé

RÉSUMÉ

Cette étude a pour but d’évaluer la performance des boues-scories comme couche de contrôle des écoulements (CCE) en vue de contrôler l’infiltration d’eau vers les rejets réactifs sous-jacent au moyen d’un modèle physique et des simulations numériques. L'étude a été motivée par la nécessité de répondre aux défis environnementaux posés par la gestion des rejets miniers, notamment la production de drainage minier acide (DMA) et le besoin de pratiques de gestion durable. De façon plus spécifique, les objectifs du projet sont : (i) de construire un modèle physique au laboratoire d’une couche de CCE à base des rejets (boues-scories) du parc à résidus Quémont 2 afin d’évaluer sa performance comme une CCE ; (ii) d’évaluer l’impact de l’influence de la pente et de l’épaisseur de ladite CCE, ainsi que de l’intensité des précipitations sur la performance des boues-scories comme CCE à l’aide de la modélisation physique et des simulations numériques.

Un modèle physique de laboratoire a été construit et testé sous différentes diverses conditions. Ce modèle a été soumis à une série de différents scénarios, qui ont entraîné des changements au niveau de l’inclinaisons du modèle (2,5° et 5°), de l’épaisseur de la couche de boues-scorie (25 cm, 50 cm et 75 cm), ainsi qu’au niveau du taux de précipitations (46.8 mm/h et 60.6 mm/h). Ainsi, un total de 12 scénarios ont été testés.

Le dispositif expérimental a été instrumenté avec 12 sondes pour les mesures des teneurs en eau volumiques et 12 sondes pour les mesures de succions. Des mesures d’infiltration et de ruissellement ont également été effectuées. La méthodologie mise en oeuvre pour cette étude comprenait une caractérisation physique (granulométrique, densité relative des solides) et hydrogéologique (conductivité hydraulique saturée, courbe de rétention d´eau).

Les essais effectués au laboratoire ont montré que l’épaisseur de la couche de boues-scories a un impact direct sur la performance de la CCE : plus la couche est épaisse plus la déviation latérale est importante. Aussi, l’effet de l’augmentation de l’inclinaison du modèle physique (pente de la CCE) sur la capacité de déviation latérale de la CCE a également été mis en évidence. Il est intéressant de noter que durant les périodes de drainage sans précipitations (20 et 31 jours), la couche de boues-scories s’est maintenue à haut degré de saturation.

Des simulations numériques ont été réalisées dans le but de reproduire les essais expérimentaux à l’aide du code de calculs SEEP/W 2021. La comparaison entre les résultats expérimentaux et ceux des simulations numériques a montré que le modèle numérique simulé reproduisait d’une façon raisonnable le comportement global de la CCE.

ABSTRACT

This thesis aims to evaluate the performance of sludge-slag as a flow control layer (CCE), to control water infiltration using physical and numerical modeling. The study was motivated by the need to address environmental challenges posed by mine tailings management, including acid mine drainage (DMA) production and the need for sustainable management practices. More specifically, the project objectives are to: (i) construct a physical model in the laboratory of a discharge-based ECC layer (slurry-slag) to assess its performance as a ECC. (ii) Assess the impact of slope influence, layer thickness and rainfall on slurry-slag performance as an ECC using physical and numerical models.

A physical model in the laboratory was tested under different conditions: different inclinations (2.5° and 5°), different thicknesses of the sand layer (25, 50 and 75 cm) and different intensities of precipitation (46.8 mm/h and 60.6 mm/h).

A physical model in the laboratory was built and evaluated in the laboratory in various configurations. This model was subjected to a series of different scenarios, which resulted in changes in the 2.5° and 5° inclinations, different thicknesses of the slurry-slag layer (25 cm, 50 cm and 75 cm), and varying levels of precipitation intensity (46.8 mm/h and 60.6 mm/h), constituting a total of 12 distinct scenarios to model.

The experimental device was instrumented with 12 volume water content measuring probes and 12 probes. Measurements were also made to measure water infiltration and runoff. The methodology used for this study included physical (particle size, solids density) and hydrogeological (saturated hydraulic conductivity, water retention curve) characterization.

Laboratory tests have shown that the thickness of the slurry-slag layer has a direct impact on the performance of the CEC, the thicker the layer the greater the lateral deviation. Also, it has been shown that the increase in the inclination of the system has a major effect on the lateral deflection capacity of the ECC. It is interesting to note that in scenarios with periods without precipitation (20 and 31 days), the slurry-slag layer does not show a decrease in water content by volume, major or close to 85%. Because the performance of the capillary barrier cover (CEBC), is based on maintaining a degree of saturation (Sr) greater than 85% in one of the layers of the cover, called water retention layer, in order to limit the migration of oxygen to the reactive residues subunderlying.

Numerical simulations were performed in order to reproduce the experimental tests using SEEP/W 2021 code. Comparison of experimental and simulation results showed that the numerical model reasonably reproduces the overall behaviour of the CEC.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Maqsoud, Abdelkabir
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Belem, Tikou
Informations complémentaires:	Institution en extension : Polytechnique Montréal. / Ce mémoire contient un article publié dans une revue. Voici le lien vers la version officielle : l’article « Physical and Numerical Modeling of a Flow Control Layer Made with a Sludge and Slag Mixture for Use in Waste Rock Pile Reclamation » a été publié par MDPI dans la revue « Mining » en 2024 : https://doi.org/10.3390/mining4040047.
Mots-clés libres:	Couche de contrôle des écoulements (CCE), Drainage minier acide (DMA), Restauration de site minier, Modélisation physique, Modélisation numérique, Flow Control Layer (ECC), Acid Mine Drainage (DMA), Mine Site Restoration, Physical Modeling, Numerical Modeling
Divisions:	Mines et eaux souterraines > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt:	15 avr. 2025 15:23
Dernière modification:	15 avr. 2025 15:23
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1667

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