Valorisation des roches stériles dans un recouvrement monocouche comme barrière à l'évaporation

RÉSUMÉ Un des objectifs de l’industrie minière est le développement des stratégies durables de gestion des rejets miniers. D’importants volumes de rejets miniers, représentant plusieurs milliards de tonnes à l’échelle mondiale, sont produits chaque année. La gestion de ces rejets miniers, comprenant les roches stériles et les résidus miniers, pose des défis environnementaux, particulièrement en matière de stabilité géochimique et géotechnique. Ces rejets peuvent contenir des minéraux sulfureux qui peuvent s’oxyder en contact de l’oxygène et l’eau, pouvant alors générer du drainage minier acide (DMA). La restauration de ces aires d’accumulation est nécessaire pour réduire les risques environnementaux associés à la génération du DMA. En milieu humide, la méthode de restauration considérée comme la plus efficace est la barrière à l’oxygène. Une approche prometteuse consiste à utiliser les roches stériles dans la méthode de la nappe phréatique surélevée combinée à une couverture monocouche (NPS-CM) comme couche de protection, ce qui permettrait de réduire les volumes des aires d’accumulation, de limiter l’impact sur l’environnement lié à l’extraction de matériaux naturels et de réduire les coûts économiques et écologiques associés au transport de ces matériaux. Cette approche pourrait être aisément adaptée à un recouvrement bicouche, qui comporterait une couche de matériau fin (barrière à l’oxygène). L’ajout d’une couche de protection permettrait de contrôler l’évaporation, durant les périodes de sécheresse, dont la fréquence augmentera en raison des changements climatiques. Cependant, l’utilisation des roches stériles dans les méthodes de restauration est souvent restreinte en raison de la disponibilité limitée de matériaux non réactifs. Particulièrement, la couche de protection est exposée aux conditions atmosphériques, c’est-à-dire à l’oxygène et l’eau. L’utilisation des roches stériles réactives était freinée jusqu’à maintenant en raison du risque de contamination des eaux de drainage associé à la présence de minéraux sulfureux qui peut mener à la génération de DMA. De plus, comme la restauration des haldes à stériles est souvent initiée à la fin des opérations, les roches stériles peuvent être également pré-oxydées. La présence de minéraux secondaires peut représenter un défi de valorisation de ces rejets comme couche de protection. Enfin, l’hétérogénéité des roches stériles, associée à la présence de la fraction fine, peut limiter l’efficacité de la méthode de la NPS-CM en raison des flux de remontées capillaires vers la surface et donc réduire l’efficacité de la barrière à l’évaporation. L’objectif général du projet de recherche est d’évaluer le potentiel de valorisation des roches stériles réactives et non réactives comme barrière à l’évaporation. Particulièrement, le comportement géochimique en fonction de la taille des particules de trois types de roches stériles réactives a été évalué dans le but de déterminer un diamètre de valorisation. Le comportement hydrogéologique d’une barrière à l’évaporation composée de roches stériles a également été évalué dans le but de déterminer l’impact de la fraction fine sur l’efficacité de la méthode en présence d’une nappe phréatique élevée. L’effet de la portion inférieure de la courbe de rétention d’eau des roches stériles a été analysé à l’aide d’un modèle numérique afin d’évaluer l’impact de la proportion de fractions fines sur les flux d’évaporation. Enfin, le dernier objectif de la thèse était d’évaluer à l’échelle du terrain la performance d’une barrière à l’évaporation composée de matériaux grossiers (sable et gravier) à maintenir la nappe phréatique élevée. Une approche expérimentale au laboratoire a été choisie pour évaluer le potentiel de valorisation des roches stériles, en utilisant trois types de roches stériles de manière à représenter l’hétérogénéité et la variabilité de ces matériaux. Les échantillons étudiés provenaient de trois sites miniers au Québec : la Mine Canadian Malartic, le Complexe LaRonde et la mine Westwood-Doyon. Les roches stériles ont été séparées et analysées, révélant, par exemple, une variabilité des concentrations de soufre total (%S) selon la fraction granulométrique. Des essais statiques et des essais cinétiques réalisés sur 5 fractions complémentaires et la fraction totale ont été effectués dans le but d’évaluer le comportement géochimique et la contribution de ces fractions à la réactivité globale des roches stériles. Un total de 18 essais en colonnes a été réalisé pour suivre l’évolution de la qualité de l’eau des différentes fractions et types de stériles, révélant que la fraction fine [0;1,00 mm] générait des taux de sulfates les plus élevés. Les taux de génération de sulfates ont diminué avec l’augmentation de la taille des particules: [0;1,00 mm] > [1,00;2,36 mm] > [2,36;3,35 mm] > [3,35;4,75 mm] > [4,75;37,5 mm]. L’étude a mis en évidence l’importance du tamisage des fractions [0;4,75 mm] des roches stériles réactives fin de réduire les risques de DMA, particulièrement pour le cas des roches stériles de Malartic où la fraction [4,75;37,5 mm] montrait des taux de génération de contaminants plus faibles que l'échantillon total [0;37,5 mm]. Cependant, la complexité du comportement géochimique des stériles, influencée par des phénomènes tels que de précipitation/dissolution de minéraux secondaires, la distribution des minéraux sulfureux et neutralisants selon la granulométrie, l’altération avancée des roches stériles, remet en question l’hypothèse que la fraction grossière serait intrinsèquement associée à des charges de contaminants plus faibles. Ces résultats soulignent l’importance de réaliser les essais statiques et les essais cinétiques par fraction. Le potentiel d’utilisation des roches stériles comme couche de protection dans la méthode de la NPS-CM a ensuite été évalué à l’aide d’une approche expérimentale combinée à une approche numérique. Des essais au laboratoire ont été effectués afin de déterminer les propriétés hydrogéologiques des roches stériles et des résidus miniers. Ensuite, trois colonnes instrumentées ont été mises en place afin de simuler la NPS-CM au laboratoire afin d’en évaluer les flux d’évaporation. Trois fractions granulométriques ont été étudiées : la fraction totale F0 [0;37,5 mm], la fraction F5 [5;37,5 mm] et la fraction F10 [10;37,5 mm]. De manière générale, les modèles numériques ont bien représenté le comportement hydrogéologique des essais de laboratoire. La fraction totale montrait des teneurs en eau volumique plus élevées et un flux d’évaporation plus important que les fractions grossières, ce qui suggère une remontée capillaire dans la fraction fine des roches stériles étudiées. Le bris capillaire donc était moins efficace dans la fraction F0 que dans les fractions F5 et F10. Les modélisations à l’aide de courbe de rétention d’eau synthétique ont relevé l’impact de diverses proportions de fines sur les taux d’évaporation d’une NPS-CM. Enfin, l’efficacité de la couche de protection de méthode de la NPS-CM a été évaluée à l’échelle du terrain. Quatre stations d’instrumentations ont été mises en place afin de faire le suivi continu du niveau de la nappe phréatique et de l’évolution de la teneur en eau dans la couverture. L’année 2021 a enregistré des précipitations totales les plus faibles depuis 1994 et une période de sécheresse de 15 jours a été enregistrée. La nappe phréatique était maintenue au critère de design malgré d’importante fluctuation, ce qui suggère une résilience de la méthode. Cependant, les changements climatiques pourraient réduire l’efficacité de la méthode lors des périodes de sécheresse plus importantes. Finalement, ce projet de recherche montre qu’il serait possible de valoriser certains types de roches stériles réactives par la méthode de séparation granulométrique comme couche de protection. La présente étude souligne également l’effet de la fraction fine des roches stériles étudiées sur le bris capillaire, pouvant réduire l’efficacité de la barrière à l’évaporation. Cependant, l'utilisation de cette couche de protection formée de matériau grossier pour la NPS-CM présente l'avantage d'assurer une résilience face aux périodes de sécheresse, renforçant ainsi la viabilité de cette approche pour des applications à grande échelle. ABSTRACT One of the mining industry's objectives is to develop sustainable strategies for mine waste management. Large volumes of mine waste, representing several billion tonnes worldwide, are produced every year. Mine waste management, including waste rock and tailings, poses environmental challenges, particularly in terms of geochemical and geotechnical stability. These tailings can contain sulfide minerals that can oxidize in contact with oxygen and water, which can generate acid mine drainage (AMD). The reclamation of the storages areas of those mine wastes is necessary to reduce the environmental risks associated with the generation of AMD. In humid climate environments, the reclamation method considered to be the most effective is the oxygen barrier. One promising approach is to use waste rock for the reclamation method of the elevated water table combined with a monolayer cover (EWT-MC) as a protective layer, which would reduce the volumes of accumulation areas, limit the environmental impact associated with the extraction of natural materials and reduce the economic and ecological costs associated with transporting these materials. This approach could easily be adapted to a bilayer cover, which would include a layer of fine material (oxygen barrier). The addition of a protective layer would make it possible to control evaporation during periods of drought, which will become more frequent due to climate change. In particular, the reuse of waste rock, which represents large volumes of stockpiles, represents an opportunity for the sustainable management of mine waste. However, the reuse of waste rock in reclamation methods is

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.