Étude expérimentale du comportement géochimique de résidus miniers hautement sulfureux sous un recouvrement en eau

La technique de recouvrement en eau peut être utilisée avec succès pour limiter le drainage
\nminier acide (DMA). Les travaux effectués sur cette technique ont abordé plusieurs aspects,
\ndont les facteurs qui influencent l'efficacité du recouvrement en eau. Ces facteurs incluent le
\ntransport de l'oxygène dissous (OD) jusqu'aux résidus miniers, l'érosion et la remise en
\nsuspension des résidus ainsi que l'impact de ces deux facteurs sur la qualité des eaux du
\nrecouvrement. Dans ces travaux, le flux diffusif d'OD à l'interface eau-résidus est souvent
\nquantifié à l'aide de la première loi de Fick appliquée sur le profil vertical d'OD mesuré dans
\nles résidus. Très peu d'études déterminent le coefficient du taux de réaction des résidus Kr,
\nqui est pourtant un paramètre très important impliqué (avec le coefficient de diffusion de OD
\ndans les résidus Dw qui peut être estimé avec précision) dans l'estimation du profil vertical en
\nrésolvant la 2e Loi de Fick. La connaissance de Kr (et Dw) peut permettre de réaliser des
\nsimulations pour étudier différents scénarios dans la phase préliminaire d'un projet de
\ndéposition subaquatique. L'érosion et la remise en suspension a été largement étudiée dans la
\nlittérature. Cependant, très peu d'études ont examiné les sites naturels de petite superficie.
\nAussi, dans la plupart des sites étudiés, les résidus entreposés sous l'eau étaient relativement
\npeu sulfureux. L'objectif principal de ce projet est d'étudier le comportement physique et
\nchimique des résidus hautement sulfureux placés sous un recouvrement en eau par déposition
\nsubaquatique. Plus spécifiquement, cette étude vise à : 1) développer une procédure pour une
\nquantification directe de la réactivité des résidus miniers fortement sulfureux sous l'eau au
\nlaboratoire en déterminant le coefficient du taux de réaction Kr; 2) étudier l'évolution
\ngéochimique de couvertures aqueuses placées au-dessus de résidus très riches en sulfures
\n(plus de 80% de pyrite) soumis à différentes conditions hydrodynamiques au laboratoire; 3)
\nétudier la stabilité chimique et physique de résidus miniers hautement sulfureux stockés sous
\nune couverture aqueuse de petite superficie (7, 7 ha), soit le site de Don Rouyn.
\nPour atteindre le premier objectif, des essais en cellule ont été réalisés au laboratoire sur deux
\ntypes de résidus miniers submergés sous une couche d'eau maintenue à une concentration
\nconstante d'OD. Le premier résidu, TA1, est composé de 83% de pyrite et le second, TA2, de
\n2,8% de pyrite. La concentration d'OD a été mesurée à différentes profondeurs sous et audessus
\nde l'interface eau-résidus, avec un espacement de 1 mm, à l'aide d'une mini-électrode.
\nLes résultats ont montré que l'état d'équilibre est très vite atteint. Une couche limite diffusive
\na été observée sur les profils verticaux d'OD mesurés. Le code POLLUTEv6 a été utilisé en
\ncondition stationnaire pour analyser les profils d'OD, afin de calculer les valeurs spécifiques
\nde Kr, pour lesquels les profils de concentration d'OD calculés correspondent à ceux mesurés.
\nLes valeurs Kr d'environ 80 j-1 et 6,5 j-1 ont été obtenues respectivement pour les résidus TA1
\net TA2. La valeur de Kr pour les résidus TA1 a été comparée à celle calculée à partir du taux
\nde production de sulfate obtenu dans les tests de flacons agités. Les résultats indiquent que Kr
\nobtenu par la procédure proposée est inférieur à Kr calculé à partir des flacons agités. Les flux
\nd'OD en condition stationnaire à l'interface eau-résidus ont ensuite été calculés à l'aide de
\nPOLLUTEv6. Pour les conditions testées, le flux OD variait entre 608 et 758 mgO2/m2/j pour
\nles résidus TAI et à partir de 177 à 221 mgO2/m2/j pour les résidus TA2. Enfin, l'impact d'une couche de protection d'un matériau inerte sur les résidus a été étudié. Pour les résidus
\nminiers hautement sulfureux TA1, une couche de protection de 5 cm seulement fournit un
\nflux OD consommé par les résidus d'environ 13 mgO2/m2/j, soit une réduction du flux
\nd'environ 98% (comparativement à un flux de 608 mg O2/m2/j sans couche de protection).
\nPour atteindre le deuxième objectif, des essais en colonnes ont été réalisés au laboratoire. Des
\nrésidus (avec plus de 80% de pyrite) ont été placés dans des colonnes et recouverts avec de
\nl'eau déionisée. Les conditions hydrodynamiques appliquées comprenaient des couvertures
\nd'eau stagnante, stagnante avec une infiltration intermittente descendante, agitée en continu
\navec faible remise en suspension des résidus et agitée en permanence avec forte remise en
\nsuspension des résidus. Une couverture d'eau agitée en continu avec une couche de sable (20
\ncm) placée au-dessus des résidus a également été étudiée. Pour chaque colonne, des
\néchantillons d'eau de couverture et interstitielle ont été analysés mensuellement pour
\ndéterminer les changements dans les paramètres physico-chimiques et géochimiques sur une
\npériode de suivi allant de 338 à 840 jours. Pour les couvertures d'eau au repos, les résultats
\nindiquent que le pH est resté proche de la neutralité et que les concentrations de métaux
\ndissous (Cu, Fe, Ni, Pb et Zn) ont été généralement faibles par rapport aux colonnes avec
\nremise en suspension. L'ajout d'une couche de matériau inerte empêche de manière
\nsignificative les résidus sulfurés de s'oxyder. Les résultats ont aussi montré que le Zn dissous
\nest le principal métal ayant la concentration la plus élevée dans toutes les colonnes (à
\nl'exception évidemment du Fe), bien que les résidus étudiés ne contenaient que 0,38% de Zn
\nprésents sous les formes de sphalérite libre, attachée à la pyrite et incluse dans la pyrite.
\nEnfin pour atteindre le troisième objectif, des mesures in situ ont été effectuées durant l'été et
\nl'automne de 2008, 2009 et 2010 au site de déposition subaquatique Don Rouyn. Ce site est
\nune ancienne carrière dont la fosse a été utilisée pour une déposition subaquatique des
\nrésidus. Ces travaux ont consisté à : 1) échantillonner et caractériser les résidus; 2) vérifier la
\nvariation de la qualité des eaux de la couverture aqueuse, de l'effluent final et des eaux
\nsouterraines autour de la fosse; 3) déterminer le gradient hydraulique de l'écoulement entre
\nl'eau du recouvrement et l'eau souterraine par comparaison des niveaux d'eau dans la fosse et
\ndans les piézomètres autour de la fosse; et 4) étudier l'érosion et la remise en suspension des
\nrésidus miniers sous l'eau par mesures ponctuelles et en continu de matières en suspension
\n(lVOES). Les résultats obtenus montrent que la qualité des eaux de la couverture aqueuse, de
\nl'effluent fmal et des eaux souterraines est conforme aux réglementations canadienne et
\nquébécoise. Les concentrations de MES mesurés durant un été sont également dans les
\nlimites réglementaires. Aucune corrélation n'a été trouvée entre les MES et les vitesses du
\nvent. Bien que les calculs théoriques indiquent une vitesse critique du vent d'au moins 10 m/s
\npour amorcer la remise en suspension des résidus, des sédiments en suspension ont été
\nobservés pour des vitesses de vent de loin <10 m/s.
\nCette étude a permis d'approfondir la compréhension sur le comportement géochimique de
\nrésidus miniers hautement sulfureux en condition submergée. Les tests au laboratoire ont
\npermis de développer une méthode permettant d'évaluer le coefficient du taux de réaction des
\nrésidus submergés. La disponibilité de cette propriété donne une flexibilité pour simuler les
\nflux d'oxygène dissous consommés par les résidus pour diverses configurations de
\nrecouvrements en eau lors du design préliminaire. Ils ont également permis de montrer l'impact de conditions hydrodynamiques diverses et l'ajout de couche de matériau inerte sur
\nla qualité des couvertures d'eau placées au-dessus de résidus très sulfureux. La remise en
\nsuspension devrait être contrôlée par la mise en place d'une couche de matériaux inertes. Les
\nmesures directes sur le terrain ont permis de montrer que la théorie sur les conditions
\nhydrodynamiques de remise en suspension des résidus miniers sous l'eau pouvait ne pas
\ns'appliquer dans certaines conditions, comme pour le site Don Rouyn. Les outils développés
\nseront utiles pour les utilisateurs potentiels (compagnies minières, firmes de génie-conseil,
\nservices gouvernementaux).

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