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Évaluation des impacts du dénoyage des mines sur l'hydrogéochimie des tourbières et des aquifères superficiels

Marwa Kraouaia

Masters thesis (2020)

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Cite this document: Kraouaia, M. (2020). Évaluation des impacts du dénoyage des mines sur l'hydrogéochimie des tourbières et des aquifères superficiels (Masters thesis, Polytechnique Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/5463/
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Abstract

Résumé L’industrie minière représente un élément central de l’économie de l’Abitibi-Témiscamingue. Il s’agit d’une région où plus de 70% de la population dépend de l’eau souterraine pour son approvisionnement en eau potable et où plus de 20% du territoire est couvert par des milieux humides (principalement des tourbières) à grande valeur écologique. Or, à ce jour, les impacts du dénoyage minier sur les aquifères et les tourbières demeurent mal compris. Cela représente une entrave majeure à la protection des aquifères et milieux humides et un enjeu de taille pour une région minière. S’inscrivant dans ce contexte, la présente étude vise à développer des approches permettant d’évaluer l’impact du dénoyage des mines sur l’hydrogéochimie des aquifères et des tourbières, dans le contexte hydrogéologique de l’Abitibi-Témiscamingue. Le site ciblé est celui du projet de mine à ciel ouvert Akasaba Ouest de Mines Agnico Eagle, situé dans le bassin versant de la rivière Bourlamaque, au sud-est du de la ville de Val-d’Or. Les travaux de terrain réalisés ont inclus l’installation de six grappes de piézomètres dans une tourbière située à proximité immédiate de la future fosse. Les charges hydrauliques ont été monitorées selon un pas de temps horaire depuis l’installation des piézomètres à l’automne 2018. Des analyses chimiques (paramètres in situ, éléments majeurs, éléments traces et ultra-traces, carbone organique et inorganique dissous, nutriments, isotopes stables de la molécule d’eau) ont été menées sur 47 échantillons d'eau prélevés dans les différentes grappes de piézomètres durant l'été et l'automne 2019. Les données recueillies ont été utilisées pour développer un modèle d'écoulement et de transport de masse dans SEEP/W et CTRAN/W. Les modèles ont d’abord été calibrés pour représenter les conditions actuelles (en régime permanent et transitoire). Ils ont subséquemment été employés pour développer des scénarios visant à prédire les impacts de dénoyage des mines sur l'hydrogéochimie des tourbières. Les données de terrain ont révélé l’existence d’inversions dans les gradients hydrauliques verticaux au sein de la tourbe, vraisemblablement en raison d’un déphasage temporel dans les variations de charge hydraulique dans la tourbe et l’aquifère inorganique sous-jacent. Les données géochimiques associées à des traceurs jugés conservateurs (Cl; δ2H-δ18O) et à un traceur jugé non conservateur (Mn dissous) ont permis de mettre en lumière l’effet (1) d’un processus de mélange dispersif qui tend à homogénéiser la composition chimique du système tourbeux et (2) de processus d’oxydoréduction qui tendent à impartir une stratification chimique dans le système. Les résultats issus des simulations fournissent des bases théoriques et quantitatives permettant de mieux comprendre l'écoulement des eaux souterraines et les processus de transport de masse dans la tourbe, pour des conditions naturelles et sous l'influence de dénoyage des mines. Pour les conditions naturelles, les simulations montrent des charges hydrauliques plus élevées au printemps, vraisemblablement en réponse à la fonte des neiges qui recharge le système d'eau souterraine, et des charges hydrauliques qui diminuent graduellement lors de l'été, en réponse à l’évapotranspiration et à la décharge d’eau aux marges de la tourbière. Toujours pour les conditions naturelles, les simulations de transport de masse suggèrent que le transport vertical de solutés conservateurs depuis la surface de l’acrotelme vers la base du catotelme est plus efficace que le transport en sens inverse (ascendant). Les simulations permettent aussi de documenter la migration différentielle de solutés caractérisés par différentes valeurs de coefficient de distribution (Kd) au sein de la tourbe. Quatre scénarios ont été développés afin de simuler l’impact des phases initiales du dénoyage d’une mine sur les processus d’écoulement et de transport de masse dans un système aquifère-tourbière. Ces simulations ont révélé que l’impact du dénoyage sur le système tourbeux s’accentue significativement lorsque l’aquifère granulaire sous-jacent subit une dépressurisation. Les simulations montrent que les processus de transport de mase sont également significativement affectés dans ce contexte. Ultimement, les connaissances issues de la présente étude permettront de mieux évaluer et contrôler les impacts du dénoyage minier sur les tourbières et les écosystèmes associés. ---------- Abstract The mining industry is a key component of the economy in Abitibi-Témiscamingue. This is an area where more than 70% of the population relies on groundwater for drinking water supply and where more than 20% of the territory is covered by wetlands (mainly peatlands) of great ecological value. However, to date, the impacts of mine dewatering on aquifers and wetlands remain poorly understood. This represents a major obstacle to the protection of aquifers and wetlands and an important challenge for a mining region. Fitting in this context, this study focuses on the development of approaches to assess the impact of mine dewatering on the hydrogeochemistry of aquifers and peatlands, in the hydrogeological context of the Abitibi-Témiscamingue region. The target site is that of the Akasaba West open pit mine project of Agnico Eagle Mines, located in the Bourlamaque River watershed, southeast of the city of Val-d´Or. The fieldwork carried out included the installation of six piezometers clusters in a peatland located in the immediate vicinity of the future mine pit. The hydraulic heads have been monitored according to an hourly time step since the installation of the piezometers in the fall of 2018. Chemical analyzes (in situ parameters, major elements, trace and ultra-trace elements, dissolved organic and inorganic carbon, nutrients, stable isotopes of the water molecule) were conducted on 47 water samples collected in the different piezometers clusters during the summer and fall of 2019. The data were used to develop a flow and mass transport model in SEEP/W and CTRAN/W. The models were first calibrated to represent current conditions (in steady and transient states). They were subsequently used to develop scenarios aimed at predicting the impacts of mine dewatering on the hydrogeochemistry of peatlands. Field data revealed the existence of inversions in the vertical hydraulic gradients within the peat, presumably due to a time lag in the hydraulic heads variations in the peat and in the underlying inorganic aquifer. The geochemical data associated with tracers considered to be conservative (Cl; δ2H-δ18O) and to a tracer considered to be non-conservative (dissolved Mn) made it possible to highlight the effect (1) of a dispersive mixing process which tends to homogenize the chemical composition of the peat system and (2) of redox processes which tend to impart chemical stratification in the system. The results from the simulations provide theoretical and quantitative bases to better understand groundwater flow and mass transport processes in peat, for natural conditions and under the influence of mine dewatering. For natural conditions, the simulations show higher hydraulic heads in the spring, presumably in response to snowmelt that recharges the groundwater system, and hydraulic heads that gradually decrease in the summer, in response to the evapotranspiration and water discharge at the margins of the peatland. Under natural conditions, mass transport simulations suggest that vertical transport of conservative solutes from the acrotelm surface to the base of the catotelm is more efficient than upward transport (from the base of the catotelm towards the surface of the acrotelm). The simulations also allow for documenting the differential migration of solutes characterized by different values of distribution coefficient (Kd) within the peat. Four scenarios were developed to simulate the impact of the initial phases of mine dewatering on the flow and mass transport processes in an aquifer-peat system. These simulations revealed that the impact of dewatering on the peat system significantly increases when the underlying granular aquifer undergoes depressurization. The simulations further reveal that mass transport processes are also affected in this context. Ultimately, the knowledge from this study will provide tools to better assess and control the impacts of mine dewatering on peatlands and associated ecosystems.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département des génies civil, géologique et des mines
Academic/Research Directors: Éric Rosa and Vincent Cloutier
Date Deposited: 05 May 2021 10:50
Last Modified: 05 May 2022 01:15
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/5463/

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