Effets des conditions climatiques et de la déposition sur le comportement hydrogeochimique des résidus filtrés réactifs

Les opérations minières génèrent d'importantes quantités de résidus qui doivent être entreposés en surface. Cependant les aires d'entreposage conventionnelles présentent de nombreux risques géotechniques et les ruptures de digues restent fréquentes. La densification des résidus miniers, et plus particulièrement l'utilisation de résidus filtrés, constitue une alternative de gestion de plus en plus considérée par les minières. En effet, la filtration comporte de nombreux avantages et contribue notamment à limiter les risques d'instabilités géotechniques, et à minimiser la nécessité de construire des digues et des bassins de décantation. Cependant, les résidus filtrés sont généralement aussi déposés à des degrés de saturation inférieurs à 80%. Dans ces conditions, ils sont susceptibles, s'ils contiennent des minéraux sulfureux, de s'oxyder et de générer du drainage minier acide (DMA). L'objectif de ce projet de recherche consistait à évaluer l'effet des conditions climatiques et de la déposition sur la génération de DMA dans les parcs à résidus filtrés. De façon plus spécifique, les objectifs du projet visaient à : 1) caractériser le comportement hydrogéologiques et géochimique de résidus filtrés réactifs ; 2) déterminer le degré de saturation critique à partir duquel s'amorce la génération de DMA ; 3) évaluer l'effet de l'épaisseur des couches de déposition sur le comportement hydrogéochimique des résidus filtrés réactifs et (4) tester différentes approches de suivi de la teneur en eau volumique (TEV) au sein des résidus filtrés. Pour atteindre ces objectifs, un mélange de résidus filtrés provenant la mine LaRonde a été testé. Après la caractérisation des propriétés physiques, chimiques, minéralogiques et hydrogéologiques des résidus, des essais en colonnes instrumentées et des essais en cellules humides ont été réalisés au laboratoire. Quatre colonnes instrumentées d'épaisseurs comprises entre 15 cm et 60 cm ont été montées. Les résidus ont été compactés en couches successives de 7,5 cm à une porosité similaire à celle attendue sur le terrain, et instrumentés de sondes de teneur en eau et de sondes de succion. Les 4 colonnes ont par la suite été installées sur des balances afin de suivre le bilan d'eau au cours de l'essai. Un total de 7 cycles de mouillage-séchage ont été réalisés. Le pH, la conductivité électrique et les concentrations en sulfates et autres éléments chimiques ont été mesurés. Des essais cinétiques en cellules humides ont également été réalisés. Une épaisseur de 5 cm de résidus a été compactée dans chacune des quatre cellules humides et chacune d'elle a été maintenue à un degré de saturation de 70%, 80%, 90% et 100%. Plusieurs rinçages ont été effectués et les lixiviats recueillis ont été analysés afin de suivre l'évolution du pH, de la conductivité électrique, des sulfates et d'autres éléments chimiques au cours du temps. Les cellules humides ont ainsi été suivies pendant une durée totale de 160 jours. Les résultats de ces investigations de laboratoire ont montré que la désaturation par drainage se produisait principalement au cours des 24 à 36 premières heures suivant l'épaisseur de la couche de résidus. Par la suite, la désaturation des résidus était due principalement à l'évaporation. Une augmentation de l'épaisseur des résidus contribuait à minimiser l'infiltration profonde (drainage) mais favorisait l'évaporation. L'ajout d'une couche supplémentaire de résidus tendait à protéger les couches sous-jacentes mais était elle-même fortement influencée par la variation des conditions climatiques. Le comportement hydrogéologique des résidus filtrés observé au laboratoire a par la suite été confirmé au moyen de simulations numériques 1D réalisées avec SEEP/W. Les modèles ont été extrapolés à des conditions de terrain et ont montré que le comportement hydrogéologique des résidus filtrés était fortement influencé par les conditions climatiques et que l'ajout de couches successives de résidus tendait à limiter l'évaporation. Toutefois les degrés de saturation en surface dépassaient rarement 90%. Les essais cinétiques ont montré que le maintien des résidus à un degré de saturation supérieur à 90% permettait de limiter la génération de DMA contrairement aux résidus maintenus à un degré de saturation inferieurs à 90% pour lesquels la génération de DMA débutait après 56 jours d'exposition. Cette étude a montré que la génération d'acide dans les parcs à résidus filtrés réactifs pouvait être contrôlée grâce au maintien d'un degré de saturation au-dessus de 90%. L'impact des conditions climatiques sur le degré de saturation des résidus en surface était ainsi primordial, mais il semblait difficile de compter sur les précipitations seules pour maintenir un degré de saturation élevé. L'ajout régulier de résidus en surface (au moins tous les mois d'après cette étude) permettrait ainsi de prévenir la génération de DMA, même dans le cas où ceux-ci ne se re-satureraient pas suffisamment. Les résultats de cette étude devraient être utiles pour orienter les opérateurs dans la planification de la déposition de résidus filtrés réactifs. Ces recommandations devraient cependant être confirmées, notamment à l'échelle du terrain et au moyen de simulations numériques de transport réactif, afin de proposer des solutions de gestion et de déposition des résidus filtrés réactifs plus générales et mieux adaptées au contexte de changements climatiques.