Influence de la végétalisation sur le bilan hydrique d'un recouvrement barrière à l'oxygène utilisé pour contrôler le drainage minier acide

« RÉSUMÉ : Les recouvrements avec nappe phréatique surélevée (NPS) font partie des diverses méthodes développées ces dernières décennies pour contrôler le drainage minier acide associé aux installations de stockage de résidus miniers. L’efficacité et le bilan hydrique de ces systèmes de recouvrement sont étroitement liés. La végétation est connue comme un élément interférant sur le bilan hydrique des recouvrements en influençant des processus tels que l’évapotranspiration et la rétention d’humidité dans les matériaux du recouvrement, en pompant l’eau à travers les racines et en modifiant les propriétés des matériaux colonisés. La présente étude visait à évaluer l’impact de la colonisation racinaire de deux types de végétation (plantes herbacées et ligneuses) sur le bilan hydrique et les propriétés hydrogéologiques de différentes configurations de recouvrement NPS dans un contexte de climat humide. L'étude a été réalisée à l'aide de six cellules expérimentales de type lysimètres volumiques en forme de pyramides tronquées inversées, avec une couche de 1 m de résidu générateur d'acide au fond, recouverte d'une couche de 0,5 m d'épaisseur de résidus silteux désulfurés comme couche de barrière à l’oxygène (couche fonctionnelle), puis d’une couche de mort-terrain non argileux à grains fins de 0,3 m d'épaisseur en surface. Le premier objectif était d'évaluer l'effet de différents types de végétation et de l’ajout de couches de matériaux supplémentaires sur le bilan hydrique de ce système de recouvrement pendant la saison de croissance. À cette fin, le bilan hydrique a été mesuré sur cinq cellules, incluant une cellule témoin sans végétation, et quatre cellules végétalisées (une avec herbacées agronomiques et trois avec saule à croissance rapide). Parmi les trois cellules plantées de saules, deux comportaient une couche supplémentaire (sable ou boues de traitement des eaux acides – HDS) entre mort-terrain et résidus désulfurés. Les données hydrogéologiques (teneur en eau et succion dans les couches, position de la nappe phréatique dans les cellules) et les données de précipitations ont été collectées au cours de trois saisons de croissance successives après la végétalisation (c.a.d. 2019, 2020 et 2021). L’évolution de la végétation aérienne et souterraine a également été surveillée. Il a été constaté que pour tous les scénarios testés, l’évapotranspiration était la principale composante du bilan hydrique, avec une part de 79 à 98 % des précipitations cumulées. La végétation herbacée s'est avérée fournir une option plus sûre pour la performance du recouvrement que la végétation ligneuse, gardant les résidus Goldex plus saturés pendant toute la période d'étude (le degré de saturation moyen, 0.6<Sr<1) et la nappe phréatique plus haut dans la cellule (principalement dans la couche de résidus Goldex). Cependant, en présence de saules, la nappe phréatique se trouvait la plupart du temps dans la couche de résidus réactifs Doyon et le Sr dans la couche de résidus Goldex variait entre 0.4-0.9. L'augmentation de l'épaisseur du système de recouvrement en ajoutant une couche de boues HDS à grains fins au-dessus de la couche fonctionnelle a stimulé la croissance des saules, abaissé la position de la nappe phréatique ainsi que le Sr dans les résidus Goldex. L'ajout d'une couche de bris capillaire à grains grossiers a augmenté la part de percolation.»

Abstract

« ABSTRACT : Covers with an elevated water table (EWT) are among the various reclamation methods developed in recent years devoted to control acid mine drainage from tailings storage facilities. The efficiency and the water balance of these cover systems are closely interrelated. Vegetation is known as an interfering component on the water balance of covers by influencing processes such as evapotranspiration and soil moisture retention in the cover by pumping water through the roots and modifying the properties of the colonized material. The present study aimed to evaluate the impact of root colonization of two types of vegetation (seeded herbaceous and planted willows) on the water balance and the hydrogeological properties of a EWT cover in context of a humid climate. The study was carried out using six experimental cells in form of inverse truncated pyramidal lysimeters with a basic design of 1 m of acid-generating residue at the bottom, covered with a 0.5 m-thick layer of desulphurized silty residue as the functional layer of the cover and covered with 0.3 m-thick fine-grained non-clayey overburden. One of the main objectives was to evaluate the effect of different types of vegetation and additional layers on the water balance of this type of cover. For this purpose, water balance was measured for five cells including the control cell with an overburden top layer, and the remaining four vegetated cells. Hydrogeological (moisture content and suction in layers, water table positions in cells), and precipitation data collected throughout three successive growing seasons after revegetation (i.e. 2019, 2020, and 2021). Above- and below-ground vegetation developments were also monitored. It was found that for all tested scenarios, the evapotranspiration was the main water balance component with 79–98% share of the total precipitated water. Herbaceous vegetation was found to provide much safer support for the cover performance than woody vegetation, keeping the Goldex tailings more saturated during the whole study period (the mean degree of saturation, 0.6<Sr<1) and the water table higher in the cell (mainly in the Goldex tailings layer). However, in the presence of willows, the water table was mostly in the Doyon reactive tailings layer and the Sr in the Goldex tailings layer varied between 0.4-0.9. Elevating the thickness of the layer above the functional layer by adding a layer of fine-grained HDS sludge, stimulated willow growth, lowered the water table position as well as the Sr in the Goldex tailings. Adding a coarse-grained capillary break layer increased the share of percolation. The study also aimed at investigating any possible link between root characteristics and hydrogeological properties of the cover layer. The four-year field investigation for this purpose was conducted using all six experimental cells. Consecutive and undisturbed cores were collected from the cover’s functional layer in 2020 and 2021, respectively. Root parameters, such as root length density, and hydrogeological properties were measured on the core samples to assess the possible relationships between the two categories of variables. Root observation trenches were also cut in each cell to better analyze the root density and occurrence profiles. Within the period of the study, both herbaceous and woody vegetation roots mostly colonized the top overburden layer of the cell (>86% visible roots) and barely occupied the functional layer of the reclamation cover (less than 10% visible roots). The observed maximum desorption rates for the functional layer were lower than the predicted values, which could be a short-term effect of the fine roots. At the end of the four-year study period, the hydrogeological behavior of the functional layer in all cells with/without vegetation/additional soil layers were found to be similar with no significant impact of roots on the main hydrogeological variables controlling the cover’s efficiency.»