Évaluation de l'utilisation des mélanges till-boues de traitement du DMA comme couche de rétention d'humidité dans un recouvrement de type CEBC

Les sites miniers renfermant des rejets générateurs de drainage minier acide (DMA) doivent être restaurés afin de limiter leur impact à long terme sur l'environnement. Différentes techniques ont été conçues pour leur réhabilitation et qui visent à limiter le flux d'oxygène et/ou de l'eau vers les résidus réactifs. En climat humide, divers types de recouvrement peuvent être utilisés dans la restauration des parcs à résidus incluant les couvertures avec effets de barrière capillaire (CEBC). Des matériaux qui composent ces recouvrements peuvent être d'origine naturel (sable, silts) ou recyclés (résidus et stériles miniers) et nécessitent l'utilisation d'un matériau fin pour la construction de la couche de rétention d'eau. Par ailleurs, la neutralisation des eaux minières acides par la chaux génère des quantités de boues considérables qui sont généralement entreposées dans des bassins de décantations. Dans une perspective de développement durable (réutilisation des rejets miniers) et lorsque les matériaux fins requis ne sont pas disponibles aux alentours des sites miniers à restaurer, des mélanges sols-boues (MSBs) pourraient être utilisés comme composantes d'une CEBC visant à contrôler la génération de DMA et permettraient de réduire les coûts associés au transport et au stockage des boues, ainsi que l'impact ces derniers sur l'environnement. L'objectif principal de ce projet est d'évaluer le potentiel de valorisation des boues solides de traitement du DMA pour produire des mélanges de sols granulaires (ex. tills) et de boues ayant les caractéristiques chimiques et hydrogéotechniques requises pour jouer le rôle d'une couche de rétention d'humidité d'une CEBC. Pour atteindre cet objectif, des sous-objectifs (SO) ont été identifiés et consistaient à : • SO 1 : étudier le potentiel de lixiviation des mélanges till-boues (MTBs) à l'aide des essais cinétiques de lixiviation en colonnes pendant une année. Au total six mélanges till-boues avec des teneurs en boues : β de 10, 20 et 30% (β correspond à la masse de boues humides/masse de sol humide) et trois matériaux témoins (till, boues Westwood (ww) et boues Waite-Amuet (wa)) ont été utilisés. Ces colonnes ont été soumises à des cycles de mouillage et de drainage et les lixiviats récupérées après chaque cycle ont suivis et analysés pour suivre l'évolution du comportement hydrogéochimique de ces matériaux (pH, conductivité électrique, potentiel redox Eh, acidité, alcalinité, métaux dissous et sulfates); • OS2 : évaluer l'efficacité des mélanges et tester leurs capacités à jouer le rôle d'une couche de rétention d'humidité à l'échelle du laboratoire. Dans ces essais, des colonnes instrumentées simulant des recouvrements multicouches (CEBC) ont été soumises à des cycles de mouillage et de drainage. Les lixiviats récoltés, sont analysés de point de vue physico-chimique. Également des mesures de succion, des teneurs en eau volumiques et des concentrations d'oxygène ont été réalisées. • OS3 : en utilisant la modélisation numérique par SEEP/W (Geoslope Ltd, 2019), différents configurations de recouvrements CEBC à base des MTBs ont été simulées. Les résultats de cette étude montrent que : - la prédiction du potentiel de génération d'acidité (PGA) montre que les matériaux de base et les MTBs sont non générateurs d'acidité ; - pour l'ensemble des colonnes, le pH est neutre autour de 8 et la conductivité électrique varie entre 2 et 4 mS/cm, ce qui prouve que les lixiviats sont moins à moyennement chargés en ions ; - la concentration de Zn, de Fe et de Cu dans les lixiviats des colonnes instrumentées tend à diminuer progressivement et restent sous la limite de la directive 019. Cependant, dans la colonne des résidus ww (témoin), le Zn et Cu augmentent d'une façon significative dès le deuxième cycle et dépassent la limite la directive 019 (˃0,5 mg/l pour Zn et ˃0,3 mg/l pour Cu) indiquant ainsi la génération du drainage neutre contaminé ; - suite à la modélisation thermodynamique par Visual Minteq, des familles de minéraux secondaires peuvent se précipiter à savoir les oxydes et les hydorxydes d'Al (boehmite, gibbsite et diaspore), les sulfates (alunite et barite) et les oxydes de Fe et Cu (hercynite et ténorite). - les caractéristiques hydrogéotechniques (courbe de rétention d'humidité CRH et conductivité hydraulique saturée ksat) des MTBs placées dans les recouvrements ont été mesurés au laboratoire. Les valeurs de la pression d'entré d'air (AEV : air entry value) ont été déterminées à partir des CRE. Elles correspondent à 58 kPa pour le till, 20 kPa pour les MTBs wa de 10 et 20% de β, 18 kPa pour le MTB wa à 30% de β et 1,4 kPa pour le sable. Pour les MTBs ww (10, 20 et 30% de β), les AEV mesurées correspondent à 19, 20 et 32 kPa respectivement ; - pour les MTBs, ksat est de l'ordre de 10-6 cm/s alors qu'elle est de 10-3 cm/s pour le sable ; - les teneurs en eau volumiques (w) et les succions ont été mesurées au niveau des couches de rétention d'eau. Les succions varient entre 5 à 13 kPa en bas des couches de rétention d'humudité (CRH) des MTB wa et entre 15 à 17 kPa en haut de la même couche. Pour les MTB ww, les succions mesurées se situent entre 10 à 15 kPa et entre 13 à 17 kPa respectivement en bas et en haut de CRH. Les succions mesurées sont demeurées en dessous des AEV indiquant ainsi le maintien des CRH à un haut degré de saturation en eau; - la performance des MTBs a été également évaluée à l'aide du flux d'O2. Pour la colonne témoin (résidus), le flux d'O2 diminue avec le temps, il passe de 70 à 36 mol/m3/an pendant une durée de suivi de 180 jours. Ce flux a été réduit à des valeurs inférieures à 1 mol/m3/an au centre et en bas des CRH ; - le comportement hydrique des recouvrements a été simulé par SEEP/W et les résultats indiquent que la CRH a été maintenue à un degré de saturation supérieur à ˃86% même pour des conditions sans réalimentation pendant 60 jours. Suite à ces résultats obtenus, les MTBs testés pourraient être utilisés comme couche de rétention d'eau dans un recouvrement de type CEBC. Cependant, il est recommandé de tester le comportement des mélanges dans les CEBC à l'échelle de terrain en prenant en considération les conditions climatiques afin d'évaluer leur performance.