Analyse de l'effet d'inclusions drainantes sur la consolidation de sols fins et de résidus miniers

Des grandes quantités de rejets sont générées par l'industrie minière. Deux principaux types de rejets solides sont entreposés à la surface : les roches stériles qui sont entreposées sous forme d'empilements, appelés haldes à stériles, et les résidus miniers qui sont stockés dans des parcs à résidus ceinturés par des digues de retenues. Dans ce dernier cas, plusieurs ruptures de digues ont été enregistrées au cours des dernières décennies. Ces ruptures peuvent être causées par divers phénomènes, incluant une liquéfaction des résidus, un débordement en crête ou une fuite d'eau excessive produisant une brèche. Ces déversements de résidus ont causé des pertes de vie ainsi que des dommages significatifs à l'environnement et aux infrastructures de surface. Les résidus de mines en roches dures ont une faible cohésion, avec une granulométrie dominée par la fraction silteuse. Le transport hydraulique et le dépôt de ces résidus induisent un état lâche, avec des pressions interstitielles élevées et une faible résistance aux chargements statique et cyclique. La consolidation naturelle des résidus sous leur propre poids est un long processus (qui peut s'étaler sur des années). Cette phase peut être accélérée en utilisant des inclusions drainantes faites de roches stériles. Cette technique de contrôle consistant à disposer de la roche stérile dans les parcs à résidus miniers a été proposée par Aubertin et al. (2002b). Les inclusions drainantes offrent un chemin de drainage préférentiel pour la dissipation des pressions d'eau en excès puisque leur conductivité hydraulique est plus de 100 fois supérieure à celle des résidus, en raison de la granulométrie grossière et très étalée des roches stériles. Ces dernières peuvent être disposées de façon à créer des structures continues ou des amoncèlements isolés dans le bassin, afin d'augmenter la résistance des résidus, accélérer leur vitesse de consolidation et limiter les effets de la liquéfaction.

Abstract

Large quantity of waste materials is generated by the mining industry. Two main types of solid wastes are stored on the surface: waste rocks which are stored in the form of stacks), called waste rock piles, and milling wastes which are stored in tailings impoundments retained by dykes. In this last case, there have been several failures of tailings impoundments over the last few decades due to various phenomena, including liquefaction of the retained tailings, water overtopping the crest, or an excessive water seepage producing a breach. The resulting flows of tailings have resulted in losses of life as well as significant damage to the environment and surface infrastructures. Mining of hard rock ore deposits produces low plasticity, cohesionless tailings with a grain size distribution dominated by the silty fraction. The deposition of these tailings as a slurry induces a loose state, with high pore-water pressures and low resistance to static and cyclic loadings. Due to the high fines content, the self-weight consolidation of these deposits is a long process (lasting years). This process can be accelerated through the use of drainage inclusions made of waste rock. This co-disposal technique consisting of placing waste rock in tailings impoundments prior to and during tailings deposition was proposed by Aubertin et al. (2002b). Such pervious inclusions offer preferential drainage pathways to dissipate the excess pore water pressure inside the impoundment, as their saturated hydraulic conductivity is more than 100 times higher than that of tailings due to their coarser grain size. The waste rock are placed to create continuous inclusions or isolated heaps within the impoundment, that would increase the mechanical strength of the tailings, accelerate their consolidation and counteract the effects of tailings liquefaction.