Étude expérimentale des conditions physico-rhéologiques du phénomène de ségrégation lors du dépôt hydraulique des résidus miniers dans les parcs à résidus

Oumarou Danni, Saadou (2025). Étude expérimentale des conditions physico-rhéologiques du phénomène de ségrégation lors du dépôt hydraulique des résidus miniers dans les parcs à résidus. (Mémoire de maîtrise). Polytechnique Montréal. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1743

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Résumé

RÉSUMÉ

Cette recherche s’inscrit dans une démarche visant à caractériser expérimentalement la ségrégation granulométrique observée lors du dépôt hydraulique des résidus miniers en pulpe. L’approche adoptée combine l’analyse des propriétés physiques et rhéologiques des résidus, à la fois en conditions d’écoulement dans un parc à résidus et dans un canal d’écoulement expérimental.

Les essais rhéologiques réalisés sur les échantillons de résidus miniers ont mis en évidence un comportement non newtonien de type pseudo-plastique, marqué par un faible seuil de cisaillement correspondant à la contrainte minimale nécessaire pour initier le mouvement. Le modèle décrivant cet écoulement se situe entre les modèles de Herschel-Bulkley et de Bingham, traduisant une diminution progressive de la viscosité sous l’effet du taux de cisaillement appliqué.

Bien qu’aucune tendance claire ne se dégage de l’analyse des échantillons prélevés directement dans les résidus en écoulement au sein du parc à résidus, les observations issues des essais en canal, réalisés pour une concentration massique de 62% et une pente de 0,5%, confirment l’existence d’une ségrégation granulométrique progressive. L’écoulement, quasi laminaire et stable, favorise la séparation naturelle des particules selon leur taille et leur densité : les particules fines sont transportées vers l’aval, tandis que les particules plus grossières se déposent rapidement en amont. Cette dynamique induit une évolution marquée des propriétés physiques du dépôt, notamment des variations significatives de la granulométrie, de la concentration en solides et de la densité relative.

Ces modifications influencent directement les propriétés rhéologiques de la pulpe en aval, qui devient progressivement plus homogène, moins dense et moins visqueuse, avec une diminution notable du seuil de cisaillement. Un résultat déterminant concerne ainsi l’hétérogénéité spatiale des propriétés mesurées lors des essais en canal : la viscosité apparente et le seuil de cisaillement diminuent régulièrement avec la distance au point de déversement. Cette tendance est attribuée à la décantation rapide des particules grossières et denses en amont, entraînant une fluidification graduelle de la pulpe au cours de son écoulement.

Les résultats obtenus apportent un éclairage essentiel sur les mécanismes de ségrégation granulométrique en contexte réel et soulignent l’importance d’une maîtrise fine de ces phénomènes pour optimiser la gestion durable des résidus miniers, notamment dans la perspective du contrôle de la nappe phréatique surélevée (NPS) au sein des parcs à résidus.

ABSTRACT

This research aims to experimentally characterize the granulometric segregation observed during the hydraulic deposition of mine tailings in slurry form. The adopted approach combines the analysis of the physical and rheological properties of tailings under flow conditions, both within a tailings storage facility (TSF) and in an experimental flume.

Rheological tests conducted on tailings samples highlight a non-Newtonian, shear-thinning behavior characterized by the presence of a low shear yield stress, indicating the minimum stress required to initiate motion. The flow model falls between the Herschel–Bulkley and Bingham models, reflecting a progressive decrease in viscosity with increasing applied shear rate.

Although no clear trend emerges from the analysis of samples collected directly from flowing tailings within the TSF, observations from flume tests conducted at a solids mass concentration of 62% and a slope of 0.5% confirm the existence of progressive granulometric segregation. The flow, which is quasi-laminar and remarkably stable, promotes the natural separation of particles according to their size and density: finer particles are transported downstream, while coarser particles rapidly settle upstream. This process leads to a marked evolution of the physical properties of the deposit, including significant variations in particle size distribution, solids concentration, and relative density.

These changes directly affect the downstream rheological properties of the slurry, which becomes progressively more homogeneous, less dense, and less viscous, accompanied by a notable reduction in yield stress. A key finding concerns the spatial heterogeneity of the measured properties during the flume tests, as both apparent viscosity and yield stress decrease consistently with increasing distance from the discharge point. This trend is attributed to the rapid settling of coarse and dense particles upstream, resulting in a gradual fluidization of the slurry as it flows.

The results provide essential insight into the mechanisms governing granulometric segregation under realistic conditions and highlight the importance of accurately controlling these processes to optimize the sustainable management of mine tailings, particularly with respect to controlling the elevated water table with monolayer covers (EWT) within tailings storage facilities.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Belem, Tikou
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Mbonimpa, Mamert et Maqsoud, Abdelkabir
Informations complémentaires:	Institution en extension : Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue.
Mots-clés libres:	Résidus miniers, Ségrégation granulométrique, Rhéologie, Essai d'écoulement en canal, Tailings, Granulometric segregation, Rheology, Flume test
Divisions:	Mines et eaux souterraines > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt:	05 févr. 2026 20:59
Dernière modification:	05 févr. 2026 20:59
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1743

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