Effet des changements climatiques sur la stabilité géotechnique d'un parc à résidus

L'industrie minière génère annuellement d'importants volumes de résidus miniers qui sont généralement entreposés dans des bassins ceinturés par des digues appelés parcs à résidus. La stabilité de ces parcs est une priorité pour les compagnies minières en raison des conséquences graves causées par une rupture. L'une des causes principales de rupture est les conditions climatiques extrêmes. En raison de leur très longue durée de vie, les parcs à résidus sont soumis à des fluctuations climatiques importantes notamment en lien avec les changements climatiques. Ce projet de recherche s'inscrit dans une plus vaste étude visant à proposer une nouvelle approche méthodologique visant à intégrer les changements climatiques dès la phase de conception des infrastructures minières (digues, recouvrements et ouvrage de gestion d'eau de surface). Des simulations numériques en 2D ont été réalisées avec les logiciels SEEP/W et SLOPE/W de la suite GeoStudio sur deux modèles géométriques simplifiés (actuel et final), inspirés du parc à résidus de la mine Canadian Malartic dans le secteur de la digue centrale et les comportements simulés ont été comparés pour les climats actuels et futurs. Les variables climatiques (précipitations, température, humidité relative et vent) ont été appliquées comme conditions frontière à la surface du parc pour la période actuelle et les horizons 2050 et 2080. L'impact de différentes propriétés des résidus miniers (résidus densifiés et non consolidés) et de diverses intensités de précipitations a été évalué. Cette étude inclut également une analyse probabiliste réalisée avec la méthode de Monte-Carlo. L'impact du coefficient de variation et de la distribution normale des paramètres a été étudié afin d'évaluer leur influence sur la valeur du facteur de sécurité moyen, la probabilité de rupture et l'indice de fiabilité. Le comportement simulé des deux modèles simplifiés de parc à résidus indique que les changements climatiques projetés dans la région de l'Abitibi pourraient avoir un impact négatif sur la stabilité géotechnique des ouvrages. L'augmentation de la quantité d'eau de pluie sur le site en raison de périodes de précipitation plus intenses, plus longues et plus fréquentes, aurait tendance à générer des pressions interstitielles plus élevées dans le parc en particulier pour la géométrie finale prévue à la fermeture. Les résultats numériques indiquent également que : la stabilité du modèle du parc inspiré de la mine Canadian Malartic est particulièrement affectée par la configuration géométrique (nombre de rehaussements et épaisseur des résidus entreposés). la prise en compte des propriétés géotechniques des résidus non consolidés (angle de frottement interne et cohésion) entreposés dans le parc, a une influence marquée sur les pressions interstitielles et la stabilité du parc pour des ruptures globale et locale ②. La présence d'une couche d'argile sous les résidus et la berme de départ entraine une réduction du facteur de sécurité des trois types de ruptures considérés Le facteur de sécurité semble diminuer progressivement après des PMP de printemps pour des climats actuel et futurs.

Abstract

The mining industry produces every year large volumes of tailings. These tailings are generally stored in large ponds and retained by dikes. Tailings impoundment stability is a major issue for mining companies. One of the main cause for dam failure is extreme weather conditions. Because of their long lifespans, tailings impoundments are submitted to important climatic fluctuations especially with climate change. This project is part of a broader research program which aims to develop a new design methodology to integrate climate change during the design phase of mining infrastructures (dams, covers and surface water management systems). Numerical simulations (2D) were carried out using SEEP/W and SLOPE/W (GEO-SLOPE 2018) for two different simplified models (current geometry and geometry at closure) inspired by the central dike at the Canadian Malartic mine. Simulated hydrogeotechnical behaviors were compared for future climate predictions. Climatic variables (precipitation, temperature, relative humidity and wind) were applied as boundary conditions to the model for the current period and for the 2050 and 2080 horizon. The behaviour of various scenarios including different tailings properties and various rainfall intensities were evaluated. Probabilistic analyses with the Monte Carlo method were also conducted in this research project. The impact of the coefficient of variation and the normal distribution of parameters was evaluated, and their influence on the mean value of the safety factor, the probability of failure and the reliability index. The simulated behavior of the two tailings impoundments (simplified models) indicates that the expected climate change in Abitibi region may have a negative impact on the dam geotechnical stability. The increase of rainwater infiltration (because of more intense, longer and more frequent precipitation periods) would tend to generate higher pore pressures in the tailings impoundment, especially for the final geometry at closure. The numerical results also indicate that : the stability of the tailings impoundment (inspired by the Canadian Malartic mine) can be particularly affected by the geometric configuration (thickness of tailings);imposing the geotechnical properties of the unconsolidated tailings (internal friction angle and cohesion) stored in the tailings impoundment, has a marked influence on the pore pressures and the stability of the dyke for global and local failures ②; the presence of a layer of clay under the tailings leads to a reduction of the safety factor of the local ang global failures considered;the safety factor appears to be gradually decreasing after spring PMPs from current and future climates.