Comportement hydro-bio-géo-chimique de systèmes passifs de traitement du drainage minier acide fortement contaminé en fer

Le drainage minier acide (DMA) fortement concentré en fer (>500 mg/L) est fréquemment \nretrouvé dans les mines en activité et fermées, qui exploitent ou ont exploité des gisements \nriches en sulfures de fer. Le traitement de ce type de DMA ce fait traditionnellement dans des \nusines utilisant des méthodes actives. Toutefois, pour les mines fermées ou abandonnées, la \nconstruction et le maintien d'usines de traitement ne constituent pas une solution \nenvironnementale acceptable à long terme. Les traitements passifs, peu demandant en \nmaintenance et en énergie, deviennent alors une alternative intéressante. De plus, les \nsystèmes de traitements passifs utilisent des matériaux naturels ou des déchets et permettent, \ndans plusieurs cas, d'atteindre une qualité d'eau comparable à celle que l'on retrouverait en \nsortie d'usine de traitement. \nToutefois, dans le cas où des drainages miniers acides fortement contaminés en fer sont \ntraités, les traitements passifs peuvent avoir des performances limitées. Des études récentes \nde Neculita (2008) et Potvin (2009) ont montré que les biofiltres passifs sulfato-réducteurs \n(BPSR) et les drains calcaires (oxiques ou anoxiques nommés DCO et DAC respectivement) \nne permettent pas de traiter efficacement des DMA ayant des concentrations en fer de plus de \n500 mg/L. Dans une de ces études, le biofiltre passif sulfato-réducteur s'est même colmaté à \ncause des précipités de fer. \nÉtant donné que l'utilisation seule de BPSR ou de drains calcaires ne permet pas d'atteindre \nun niveau de traitement acceptable, l'objectif principal de cette étude est donc de déterminer \nquelle serait la filière de traitement optimale afin de traiter un DMA fortement concentré en \nfer (autour de 4000 mg/L). L'objectif secondaire est aussi de transposer les résultats obtenus \nen laboratoire afin de construire une filière de traitement sur le terrain. Pour atteindre ces \nobjectifs, le travail de laboratoire a été divisé en trois grandes thématiques. Dans un premier \ntemps, les matériaux utilisés dans la filière de traitement (matériaux organiques et cendres de \nbois) ont été caractérisés de façon à connaître leurs propriétés physiques (capacité d'échange \ncationique, surface spécifique, densité, granulométrie, par exemple), chimiques (carbone \norganique total et azote total entre autres) et micro biologiques (dénombrement des bactéries \nsulfata-réductrices par exemple). Par la suite, des tests batch ont permis de déterminer leurs \ncapacités de sorption du fer et les cinétiques de sorption. La seconde partie consiste ensuite à \ndéterminer les efficacités de traitement des matériaux, ayant le plus grand potentiel selon les \ntests batch, dans des colonnes d'environ 10 L. Cette étape permet de comprendre l'efficacité \nde chaque type de traitement pris séparément. Le comportement hydraulique à long terme est \naussi évalué grâce à la mesure de la conductivité hydraulique saturée. Suite à ces résultats, \nune filière de traitement a été proposée. Dans la troisième et dernière étape de laboratoire, la \nfilière de traitement est testée dans un réacteur de 2m3. Ce dernier essai permet de valider la \nsolution testée en colonne pour traiter le DMA fortement chargé en fer. Les résultats du test \nen réacteur de 2m3 permettent également de concevoir la filière de traitement sur le terrain. \nLes essais en laboratoire ont permis de proposer une filière de traitement qui serait composée \nde trois parties. Premièrement, un biofiltre passif sulfato-réducteur (fumier de volaille, \ncopeaux et sciure de feuillus, compost végétal, sédiments, urée et 50% en masse de calcite \nfinement broyée) permettrait de neutraliser l'acidité et de retenir une partie des métaux \ndissous. La seconde section de traitement serait composée par des cendres de bois de \ncogénération en raison de leurs forts pouvoirs de sorption du fer. Enfin, un second biofiltre \npassif sulfato-réducteur serait placé en dernier afin d'agir comme étape de polissage et pour \néliminer les métaux résiduels. L'étude hydraulique a aussi montré que le système n'a pas vu \nsa conductivité hydraulique saturée réellement diminuer durant les essais en laboratoire. Ceci \ntend à démontrer que les phénomènes de colmatage seraient limités dans les conditions de \nlaboratoire. L'essai en réacteur de 2m3 permet aussi de valider la solution proposée dans les \nessais en colonne. Enfin, les résultats obtenus en laboratoire ont permis de construire une \nfilière de traitement de 160m3 environ (pour un temps de rétention hydraulique de 12 jours et \npour un traitement de 5 L/min) sur le site minier Lorraine (Témiscamingue, Québec) qui est \nun site minier restauré mais générateur d'un DMA riche en fer (2500 mg/L en octobre 2011). \nLe présent projet a donc permis d'approfondir les connaissances liées au traitement des DMA \nfortement concentrés en fer (>500 mg/L) avec des filières de traitement passif. De plus, \nl'utilisation des cendres de bois dans la filière de traitement est aussi un apport scientifique \nnon négligeable. Enfin, les connaissances et la méthodologie acquises lors de cette étude \nseront applicables à d'autres sites miniers abandonnés ou fermés.

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