Développement d'approches géophysiques et de cartographie par drone pour l'évaluation des discontinuités structurales dans les aquifères de roc fracturée

Les bassins à résidus peuvent constituer une source de contamination pour les eaux de surface et les aquifères. L’évaluation des voies potentielles de migration des contaminants dans les zones environnantes des bassins de résidus est primordiale. Cependant, évaluer les chemins d’écoulement des contaminants à travers du roc fracturé est un défi majeur en raison du manque de méthodes permettant d’analyser l’architecture et la connectivité des discontinuités structurales. Dans cette étude, le parc à résidus du site Quémont-2, une propriété de Glencore Fonderie Horne situé à Rouyn-Noranda, est ciblé. Ce parc à résidus, couvrant une superficie de 102 ha, a été utilisé successivement pour le dépôt de résidus sulfureux, de scories et de boues d’UTAF (unité de traitement d’acide faible) au fil des années et a atteint sa capacité d’accumulation maximale. Pour évaluer l’architecture des discontinuités structurales en périphérie du parc à résidus, des approches géophysiques non invasives ont été déployées en parallèle à la cartographie d’affleurements et à la collecte d’images par drone. La cartographie manuelle et par drone a permis de collecter des données détaillées sur les fractures présentes dans la zone d’étude, révélant leur distribution spatiale et leur orientation en couplant avec le graphique 3D des plans d’intersections. Les profils de résistivité électrique ont fourni des informations précieuses sur la structure du sous-sol, tandis que les profils de géoradar (GPR) ont détecté les réflexions d’ondes électromagnétiques provenant des fractures. La combinaison des méthodes précitées a permis de caractériser les réseaux de fractures de l’aquifère rocheux et de déterminer les milieux hétérogènes fracturés où les écoulements sont fortement chenalisés. L’intégration de ces méthodes permettra d’évaluer la connectivité hydraulique entre le parc à résidus et l’aquifère rocheux fracturé, ainsi que la présence potentielle des chemins d’écoulement préférentielles pouvant entraîner la migration des polluants vers le lac Dufault, qui alimente l’aqueduc de la ville de Rouyn-Noranda. En complément de ces approches, les simulations numériques ont été réalisées en employant les composantes SEEP/W et CTRAN/W du Geoslope 2021.3. Différents scénarios prenant en compte la densité et l’orientation des fractures ont été étudiés pour mieux comprendre l’écoulement des eaux souterraines. Les simulations ont permis d’évaluer la migration des contaminants dans le site Quémont-2 à travers les fractures. Les résultats de cette étude ont permis de caractériser les réseaux de fractures de l’aquifère rocheux et de déterminer les zones où les écoulements sont fortement chenalisés. L’intégration des données de cartographie, de résistivité électrique, de GPR et de simulation d’écoulement a permis d’évaluer la connectivité hydraulique dans les affleurements rocheux fracturés. De plus, ces résultats ont souligné l’importance des intersections de fractures dans le transport des contaminants, en mettant en évidence les chemins d’écoulement préférentiels susceptibles de conduire une migration des polluants vers le lac Dufault. Cette étude fournit donc une compréhension approfondie des interactions hydrogéologiques et géologiques des substrats rocheux fracturés du parc à résidus Quémont-2. Les résultats de cette étude contribuent à optimiser les stratégies de restauration et de prévention de la contamination des eaux dans les bassins à résidus miniers. Mots clés : substrat rocheux fracturé, eau souterraine, résidus miniers, cartographie manuelle, cartographie par drone, géophysique, résistivité électrique, Géoradar GPR, graphique 3D, modèle numérique, modèle de transport, fracture.

Abstract

Tailings ponds can be a source of contamination for surface water and aquifers. Assessment of potential contaminant migration pathways in areas surrounding tailings ponds is thus critical. However, assessing contaminant flow paths through fractured rock is a major challenge due to the lack of methods for analyzing the architecture and connectivity of structural discontinuities. This study focuses on the tailings facility at the Quémont-2 site in Rouyn-Noranda, owned by Glencore Fonderie Horne. This tailings facility, covering an area of 102 ha, has been used successively to deposit sulphide tailings, slag and weak acid treatment plant sludge over the years, and has reached its maximum accumulation capacity. To assess the architecture of structural discontinuities around the periphery of the tailings pond, non-invasive geophysical approaches were deployed in parallel with outcrop mapping and drone image collection. Manual and drone mapping provided detailed data on the fractures present in the study area, revealing their spatial distribution and orientation by coupling with 3D graphics of intersection planes. Electrical resistivity profiles provided valuable information on the subsurface structure, whereas ground-penetrating radar (GPR) profiles detected electromagnetic wave reflections from fractures. The combination of the above methods has enabled us to characterize the fracture network of the rock aquifer and identify fractured heterogeneous environments where flows are highly channeled. The integration to these methods will allow for assessing the hydraulic connectivity between the tailings facility and the fractured bedrock aquifer, as well as the potential presence of preferential flow paths that could lead to the migration of pollutants towards Lac Dufault, which supplies drinking water to the city of Rouyn- Noranda. To complement these approaches, numerical simulations were carried out using the SEEP/W and CTRAN/W components of Geoslope 2021.3. Different scenarios considering fracture density and orientation were studied to better understand groundwater flow. The simulations provided a better understanding of fracture flow and the migration of contaminants in the Quémont-2 site. The results of this study were used to characterize the fracture networks in the bedrock aquifer, and to identify areas where flow is highly channelled. The integration of mapping, electrical resistivity, GPR and flow simulation data enabled us to assess hydraulic connectivity in fractured rock outcrops. In addition, these results highlighted the importance of fracture intersections in contaminant transport, emphasizing the preferential flow paths likely to drive pollutant migration into Lac Dufault. This study therefore provides an in-depth understanding of the hydrogeological and geological interactions of fractured bedrock at the Quémont-2 tailings facility. The results of this study will help optimize strategies for remediation and prevention of water contamination in tailings ponds.