Évaluation des échanges hydrogéochimiques entre un parc à résidus miniers et les aquifères périphériques

Les résidus miniers contiennent des contaminants potentiellement dangereux, pouvant s'infiltrer vers les aquifères environnants et provoquer ainsi la détérioration de la qualité des eaux à proximité. Cette étude vise à comprendre les interactions hydrogéochimiques entre le parc à résidus Quémont-2, les eaux de surface environnantes ainsi qu'un système local d'écoulement des eaux souterraines situé à proximité d'une prise d'eau municipale. Le site d'étude correspond au parc à résidus Quémont-2, propriété de Glencore Canada Corporation - Fonderie Horne (GCC-FH), situé à Rouyn-Noranda, Québec, Canada. Cette aire d'accumulation est située à moins de 1 km au sud-est du lac Dufault, qui est la principale prise d'eau de surface pour la Ville de Rouyn-Noranda. Ayant reçu plus de 7,6 Mt de résidus sulfureux, 14,2 Mt de scories et 1,1 Mt de boues d'UTAF depuis 1949, ce parc à résidus a atteint la quasi-totalité de sa capacité d'accumulation. Les objectifs spécifiques de ce projet correspondent à l'établissement d'un bilan hydrogéochimique du secteur du parc à résidus Quémont-2, ainsi que l'élaboration d'une modélisation du flux de transport des substances dissoutes depuis les aires d'accumulation de résidus vers les aquifères environnants et le lac Dufault. Les résultats sont appuyés par une modélisation inverse et le calcul des indices de saturation de certaines phases minérales. Dans ce cadre, deux campagnes d'échantillonnage ont été réalisées à l'automne 2019 et à la fin de l'été 2020, sur 23 sites d'échantillonnage incluant des puits crépinés au roc, des puits crépinés dans les résidus miniers, un puits crépiné dans l'argile, des échantillons d'eau de surface situés dans l'ancien parc et en périphérie du parc, l'eau de bassin de polissage interne, l'eau brute de la Ville de Rouyn-Noranda et l'eau du lac Dufault. Plusieurs approches ont été utilisées pour répondre aux objectifs du projet. Premièrement, une interprétation de l'hydrogéochimie du site combinant l'utilisation du diagramme de Piper, de diagrammes de Stiff, ainsi qu'une comparaison avec les critères pour les eaux souterraines et les eaux de surface, les concentrations en métaux et métalloïdes et la comparaison avec les résultats de travaux antérieurs réalisés en Abitibi-Témiscamingue. Par la suite, deux méthodes statistiques multivariées, la classification ascendante hiérarchique (CAH) et la carte thermique, ont été appliquées à l'ensemble des données afin de classer les différents types d'eau selon leur degré de contamination, et pour identifier les principaux processus géochimiques contrôlant la géochimie des eaux dans le secteur du parc à résidus Quémont-2. Les isotopes stables de l'eau (δ2H-δ18O) ont ensuite été utilisés pour le traçage des systèmes d'écoulement des eaux de surface et souterraines. Enfin, une modélisation du transport en phase dissoute par advection-dispersion a été élaborée à l'aide du module CTRAN/W de la suite Geoslope 2021, en se basant sur le modèle d'écoulement SEEP/W d'une coupe modélisée dans le cadre de travaux antérieurs. Une modélisation inverse et les indices de saturation de certaines phases minérales ont été calculés à l'aide du logiciel géochimique PHREEQC, afin d'appuyer l'interprétation des processus géochimiques identifiés sur le site. Les résultats des analyses géochimiques ont permis d'établir une classification des eaux selon leur degré de contamination. La caractérisation hydrogéochimique a permis de montrer que la contamination des eaux souterraines proviendrait principalement de l'infiltration des lixiviats vers le roc fracturé à travers les endroits où la couche d'argile est absente, ou vers le roc situé dans des bas topographiques en aval de l'écoulement. La contamination des eaux de surface situées sur l'ancien parc et en périphérie du parc proviendrait essentiellement de la résurgence des eaux souterraines à travers les pieds des digues. La similarité des signatures isotopiques de certains puits au roc contaminés et des résidus miniers permet de renforcer la source de la contamination des eaux souterraines. La majorité des échantillons d'eaux de surface prélevés sur l'ancien parc et en périphérie du parc est enrichie en isotopes lourds tout comme les eaux des résidus miniers, supportant l'hypothèse de la résurgence des eaux souterraines contaminées. Enfin, en se basant sur trois scénarios, la modélisation de transport en phase dissoute a permis de documenter la migration d'un élément conservateur depuis les résidus miniers vers les eaux souterraines et le lac Dufault et de simuler l'effet de l'augmentation de la conductivité hydraulique du roc fissuré et de la diminution de la recharge sur le transport de masse. Les résultats de la modélisation corroborent les résultats géochimiques, en montrant que la migration du soluté vers le roc superficiel est plus efficace dans les endroits où la couche d'argile est de faible épaisseur. De même, une grande quantité du contaminant fait résurgence en surface à travers les pieds des digues. La modélisation a montré aussi que le panache de contaminant n'atteint pas le lac Dufault dans le premier scénario. Toutefois, l'augmentation de la conductivité hydraulique du roc fissuré ou la diminution de la recharge permettent la progression du contaminant vers le lac Dufault après 120 ans et 1 440 ans pour le scénario 2 et 3, respectivement. Ultimement, les connaissances issues de cette étude permettent d'établir une évaluation quantitative des échanges hydrogéochimiques entre le parc à résidus minier Quémont-2, l'aquifère rocheux environnant et le lac Dufault. Les résultats de ce projet contribuent à optimiser le plan de restauration du parc, visant à minimiser les risques associés à la migration des éléments traces vers les récepteurs potentiels. Mots clés : Résidus miniers, éléments traces, interactions hydrogéochimiques, aquifères, transport de masse, méthodes statistiques multivariées, isotopes stables de l'eau.