Étude expérimentale des propriétés géotechniques d'un remblai hydraulique en lien avec la ségrégation des particules

Par ses activités, l'industrie minière génère des quantités considérables de rejets solides sous formes des résidus miniers et des roches stériles qui, une fois entreposés en surface, peuvent engendrer des problèmes géotechniques, environnementaux et de paysage. L'adoption du remblayage dans les méthodes de minage en souterrain demeure l'une des mesures permettant d'annihiler en partie ces problèmes. Par cette pratique, l'industrie minière retourne dans les chantiers souterrains une grande partie de ces rejets solides. Plusieurs types de remblais sont ainsi utilisés: le remblai en pâte, le remblai rocheux et le remblai hydraulique. Le remblai hydraulique a été le premier type de remblai utilisé dans les mines souterraines. En raison de son faible coût et de sa simplicité de préparation, il reste encore un des plus utilisés de nos jours dans les mines en souterrain au Canada, en Australie, en Chine et ailleurs dans le monde.Composé de sable et/ou de résidus miniers classifiés, le remblai hydraulique possède généralement une conductivité hydraulique élevée. Il peut se consolider rapidement une fois déposé dans le chantier. Cependant, cette propriété hydraulique positive peut mener à des conséquences négatives sur les propriétés mécaniques. L'écoulement d'eau rapide associé avec le drainage et la consolidation rapides du remblai peut entrainer le mouvement et la migration des particules fines. Ce phénomène est connu et appelé la ségrégation. La ségrégation des particules du remblai dans le chantier entraine une hétérogénéité des propriétés géotechniques. Cette imprévue peut mener à une augmentation des risques d'instabilité de remblai et de dilution du minerai lors de l'extraction des chantiers secondaires. Beaucoup d'études ont été apportées en considérant l'intégration d'adjuvants dans le mélange de remblai hydraulique pour diminuer le degré de ségrégation. Peu d'études portent sur la description de la ségrégation ainsi que sur la variation spatiale des propriétés géotechniques associée à la ségrégation des remblais déposés dans les chantiers. L'objectif de ce projet de recherche consiste donc à mieux comprendre les mécanismes de ségrégation et évaluer quantitativement la variation spatiale des propriétés géotechniques d'un remblai hydraulique en lien avec la ségrégation du remblai. Pour atteindre cet objectif, un remblai hydraulique a été fabriqué par le mélange entre un résidu minier et un sable classifié. Plusieurs essais ont été menés sur des échantillons préparés dans des colonnes de hauteurs variables. Le drainage à la base n'est pas permis. La résistance en compression uniaxiale, la granulométrie, la porosité et la masse volumique ont été mesurées le long de la hauteur des différentes colonnes. Des expressions ont été proposées pour décrire quantitativement le degré de ségrégation d'un matériau. Cette étude a permis de mettre en évidence deux mécanismes de ségrégation qui interviennent lors de la déposition et durant la consolidation du remblai hydraulique. La sédimentation rapide des grains grossiers (classification) engendre un drainage ascendant, qui entraine la migration des particules fines vers le haut à travers les pores des strates lâches (diffusion) du remblai hydraulique et facilite la ségrégation par fluidisation des particules. Ces mécanismes engendrent une stratification du remblai hydraulique. Les matériaux fins riches en liant, soit du ciment Portland, occupent les couches supérieures tandis que les matériaux grossiers dépourvus de particules fines remplissent les couches inférieures. Cette hétérogénéité des matériaux entraine une variation de la porosité, de la densité et de la résistance mécanique du remblai dans les colonnes. Quoique de matériaux plus fins, de porosité plus grande et de densité plus faible, les couches au sommet présentent des résistances mécaniques plus élevées en raison de leur teneur plus élevée en ciment par rapport aux couches inférieures dans les colonnes. Les comparaisons entre les résistances mécaniques obtenues avec des échantillons préparés en dimension standard et celles obtenues avec des échantillons préparés dans des colonnes de différentes hauteurs démontrent que la résistance mécanique d'un remblai hydraulique déposé dans un chantier avec une barricade étanche peut être sous-estimée au sommet et surestimé à la base par les résultats obtenus avec des échantillons standard. Plus de travaux sont nécessaires en considérant différentes conditions de drainage à la base et en utilisant des recettes différentes en variant la granulométrie, le pourcentage de solides, le teneur en ciment et en considérant différentes périodes de repos.