Les études de cas

Cette section traite de deux études de cas documentées dans la littérature comme investigations in situ des propriétés des mélanges de résidus miniers et de roches stériles, paste rock, tel que rapporté dans les travaux par Wilson et al., (2006 et 2008).

2.4.1 Essais en méso-colonnes

La première investigation sur le terrain a été la construction de méso-colonnes à la mine Porgera en Papouasie-Nouvelle-Guinée en 2000. Au total, quatre méso-colonnes d’un mètre de diamètre par six mètres de haut ont été remplies par différents ratios de mélanges de roches stériles et de résidus miniers, avec une colonne contenant seulement des roches stériles non mélangées. Ces colonnes sont illustrées à la Figure 2-2 ci-dessous. Les colonnes ont été instrumentées afin de valider les performances au niveau de la compaction, la teneur en eau et la succion. Chaque colonne avait également un drain permettant de mesurer les débits d’eau dans le temps. Finalement, les colonnes ont été démantelées à la fin de l’expérience de 18 mois.

Figure 2-2 : Méso-colonnes à la mine Porgera (Wickland, 2006)

Le but premier de l’expérience des méso-colonnes était l’observation de la consolidation et du drainage du mélange après sa déposition, en plus de valider le maintien de conditions de saturation en eau des mélanges au-dessus de la nappe phréatique (condition vadose). Les résultats de l’essai

mélanges ont produit un matériau paste rock avec conductivité hydraulique et AEV similaire à celles des résidus consolidés. La consolidation observée était similaire à celle des roches stériles non mélangées, avec environ 1% de consolidation sur la hauteur de six mètres des colonnes. De plus, un des mélanges est demeuré saturé près 125 jours en condition de drainage. Les profils à la Figure 2-3 ci-dessous démontrent les variations de la pression de l’eau interstitielle (kPa) selon les colonnes. Les pressions mesurées varient en fonction de l’épaisseur de matériel saturé dans les colonnes; les plus faibles pressions mesurées dans la colonne ayant l’épaisseur de matériel saturé la plus petite (Wickland et Wilson, 2005).

Figure 2-3 : Profils de la variation de la pression interstitielle selon les colonnes (kPa) (Wickland et Wilson, 2005)

2.4.2 Essais en lysimètres in situ (INCO)

En octobre 2004, des mélanges de stériles, résidus, et scories de la mine Copper Cliff à Sudbury, ont été utilisés pour créer un nouveau matériel appelé « co-mix » (Wilson et al., 2006). Le but étant de créer un matériel avec les propriétés physiques et hydrogéologiques optimales afin d’être potentiellement utilisé dans un recouvrement sur un parc à résidus minier.

Les essais préliminaires en laboratoire ont cherché à trouver le mélange qui ressemble le plus aux propriétés du till d’Equity; till qui a servi au recouvrement de la mine Equity Silver en Colombie- Britannique. La comparaison des courbes de rétention d’eau des trois types de matériaux, tel que démontré dans la Figure 2-4, démontre que par sa granulométrie, les caractéristiques hydrauliques souhaitées sont fournies par le till d’Equity (Wilson et al., 2003).

Figure 2-4 : Profil granulométrique des matériaux ayant servi aux lysimètres d’INCO (Wilson, 2006)

Au total, cinq lysimètres de 15 mètres par 15 mètres, et 2,5 mètres de profondeur ont été construits sur le terrain tel qu’illustré sur la Figure 2-5. Une membrane en HDPE a été placée au fond avec une mise en place permettant un drainage vers le centre afin de collecter l’eau d’infiltration verticale. De plus, 1,5 mètre de résidus sableux grossiers générateurs acides ont été placés à la base de chacun des lysimètres. Les cinq configurations de matériaux ont ensuite été mis en place dans chacun des lysimètres.

Figure 2-5 : Séquence de construction des lysimètres d’INCO (Wilson et al., 2010)

L’objectif des lysimètres in situ était de mesurer l’infiltration nette ainsi que le taux de drainage pour chaque profil construit de différents ratios de « co-mix » à différentes épaisseurs. Aussi, l’évaluation de la capacité de rétention d’eau (saturation) pour minimiser la diffusion de l’oxygène a été évaluée. L’ajout de 1,5 % de bentonite avec compaction a également été testé sur un des profils.

L’année suivant la construction des lysimètres, INCO a fait l’ajout d’une couverture de sol (terre +silt) comme médium pour la végétation. Un hydro-ensemencement a ensuite été fait avec le mélange de semences normalement utilisé par INCO pour la restauration. Le suivi sur une période de deux ans (2005 et 2006) a permis d’observer que la couverture de « co-mix » réduit drastiquement la quantité d’infiltration verticale de l’eau à travers les différents profils testés. De plus, l’instrumentation en place a permis de démontrer que le « co-mix » demeurait hautement saturé en tout temps, avec une conductivité hydraulique similaire à celle des résidus miniers. La résistance aux changements de volume et à la dessiccation aide le matériel « co-mix » à être plus résistant que les matériaux argileux aux cycles de gel/dégel et de mouillage/séchage.

Dans la Figure 2-6 ci-dessus, pour la cellule témoin montre que la saturation dans la couche de résidus demeure en dessous des 60 % jusqu’à 1,5 m de profondeur (Wilson et al., 2006).

Figure 2-6 : Profil de saturation de la cellule témoin non recouverte de mélange « co-mix » (Wilson et al, 2006)

D’autre part, le profil d’une des cellules avec couverture (L2) présenté à la Figure 2-7 démontre que la saturation reste généralement supérieure à 80% dans la couverture d’un mètre du mélange de « co-mix » (Wilson et al., 2006). Cette saturation se rapproche de l’objectif visé en restauration de 85 %.

Figure 2-7: Profil de saturation de la cellule avec recouvrement L2 (Wilson et al., 2006) Les deux essais présentés, que ce soient les méso-colonnes et les cellules d’INCO, ont démontrés qu’un mélange paste rock ou « co-mix » pouvait limiter l’infiltration d’eau et maintenir des conditions saturées, proche de celle visée de 85%, afin d’être potentiellement utilisé comme matériau de recouvrement.