Caractérisation physique des résidus miniers et du liant

La phase d’optimisation des recettes de remblai dépend de la connaissance des propriétés physiques des composantes de celui-ci. Si les propriétés géotechniques de base telles que la teneur en eau massique, la densité des grains solides et le poids volumique humide sont connues, les autres paramètres décrivant l’état physique du matériau tels que le pourcentage solide, la densité sèche, l’indice de vide, la porosité, le degré de saturation, etc. peuvent être déduits des relations existantes. La connaissance de la distribution granulométrique des résidus miniers constitue un autre paramètre indispensable qui influence les propriétés rhéologiques et mécaniques des RPCs. Ainsi, la caractérisation des résidus miniers ayant fait l’objet de cette étude a consisté à la détermination de la teneur en eau massique, de la densité des grains solides et de la distribution granulométrique. 3.2.2.1 Teneur en eau massique initiale des résidus

La détermination de la teneur en eau au laboratoire a été réalisée conformément à la norme ASTM D 2216. À l’aide d’une balance de précision, une masse de résidus (environ 100 g) a été pesée et séchée dans une étuve à 60 °C (pour éviter d’altérer la nature chimique du résidu). Les résidus placés dans l’étuve étaient pesés à des intervalles de temps réguliers pour déterminer la perte d’eau

par différence des masses de résidus avant et après chaque intervalle de séchage. Une variation de perte d’eau quasiment nulle était considérée comme indicateur de la fin de l’opération de séchage. La teneur en eau massique initiale et le pourcentage solide massique ont été alors respectivement calculés selon les relations [2-4] et [2-7].

3.2.2.2 Densité des grains solides

La procédure de détermination de la densité spécifique des grains solides (s) est régie par la norme

ASTM D5550. Dans le cadre de ce travail, c’est le pycnomètre à hélium de marque AccuPyc 1330 de Micromeritics (voir la Figure 3.3) qui a été utilisé pour déterminer cette densité des résidus.

Figure 3.3 : Pycnomètre à hélium de marque AccuPyc 1330 de Micrométrics utilisé dans ce projet Le principe consiste à mesurer le volume du gaz hélium, noté dans l’équation [3.1] par V2 (m3), à

la pression, notée par P2 (kPa), diffusant à travers les vides d’une masse 𝑀𝑠 (kg) de l’échantillon sec sous l’effet de la pression appliquée, notée P1 (kPa). Au laboratoire, un volume inconnu, noté

V1 (𝑚3) du gaz hélium à la pression P1 d’environ 145 kPa est injecté dans l’échantillon de résidus

placé dans un cylindre porte-échantillon de volume connu, noté Vc (m3), jusqu’à la saturation de ce

dernier par l’hélium. Le volume V1 (m3), qui représente le volume des vides contenus dans les pores

de l’échantillon, est déterminé à l’aide de la loi de Boyle-Mariotte sur les gaz parfaits (Ratisbonne- Zafimahova 2013):

(𝑃₁− 𝑃𝑎)𝑉₁ = (𝑃₂ − 𝑃𝑎) 𝑉₂ [3-1]

Connaissant 𝑉c, le volume des grains solides du résidu 𝑉𝑠 (𝑚3) peut alors être déduit comme suit :

𝑉𝑠 = 𝑉𝑐 − 𝑉1 [3-2]

Finalement, la densité spécifique des grains solides s est calculée par l’expression [2-6]; et la

densité relative des grains solides DR peut alors être déterminée à l’aide de l’équation [2-5].

Les valeurs de la densité relative des grains solides DR, de la teneur en eau initiale w et le

pourcentage solide Cw des deux résidus sont consignées dans le tableau 3.1. Ce tableau donne aussi

la densité relative des grains solides du liant utilisé.

Tableau 3.1 : Propriétés physiques des solides

Matériau DR (-) w (%) Cw (%)

Résidus Westwood 2,97 27,1 78,7

Résidus LaRonde 3,14 21,3 82,4

Liant (GU-Slag) 2,94 - -

L’analyse des résultats du tableau 3.1 montre que la filtration des résidus LaRonde a été plus avancée (Cw = 82,4%) que celle des résidus Westwood (Cw = 78,7%). On peut également y observer

que les grains solides composant les résidus LaRonde sont plus lourds (DR de 3,14)

comparativement de ceux des résidus Westwood (DR de 2,97). La densité des grains solides peut

avoir une influence directe sur le pourcentage solide dans la formulation des recettes de RPC pour une valeur des propriétés rhéologiques donnée.

3.2.2.3 Analyse granulométrique

En fonction de la taille des grains, on distingue différentes méthodes permettant de déterminer la distribution granulométrique. La norme ASTM C-136, recommandant l’usage des tamis, est souvent utilisée lorsqu’il s’agit des grossiers (d > 80 µm), comme les stériles. Par contre, pour les particules relativement fines comme les résidus miniers, c’est le granulomètre au laser qui est couramment employé. Dans le cadre du présent travail, c’est le granulomètre au laser de marque Mastersize 2000 Malvern (Malvern Instruments, 2007) (voir Figure 3.4) qui a été utilisé. Ce granulomètre est approprié pour les échantillons dont la taille des particules est comprise entre 0,058 µm et 878,7 µm. Le principe de cette technique consiste à mesurer la variation angulaire de l’intensité de la lumière diffusée au travers d’un fluide (généralement de l’eau) contenant les

résidus en suspension lorsqu’une source émet du faisceau laser. Les particules des résidus en suspension diffusent la lumière dont l'intensité est caractéristique de leurs tailles. Il existe des modèles mathématiques permettant de corréler la lumière diffusée et la taille des particules associées.

Au laboratoire, une petite masse de l’échantillon des résidus secs et homogénéisés, correspondant à une obscuration d’environ 15%, est mise en suspension dans l’eau. La suspension est ainsi entrainée vers les lentilles traversées par le faisceau laser. Une durée d’une à deux minutes est généralement suffisante pour obtenir les résultats, mais la mesure est réalisée en triplicata. Les résultats obtenus sont comparés et au besoin une moyenne est déterminée afin de réduire les écarts entre les résultats. La courbe granulométrique obtenue représente le pourcentage cumulé en volume des passants en fonction des mailles de grains.

Figure 3.4 : Granulomètre au laser de marque Mastersize 2000 Malvern utilisé dans ce projet La figure 3.5 présente les résultats de l’essai granulométrique sur les résidus étudiés. Le tableau 3.2 contient les paramètres caractéristiques des courbes granulométriques correspondantes incluant le coefficient d’uniformité CU, le coefficient de courbure CC et les fractions P80 µm, P20 µm, P2 µm

(passant au tamis de 80 µm, 20 µm, 2 µm respectivement). Dans ce tableau, Dx représente la taille

moyenne des grains correspondant à x % de passant en volume du matériau étudié; CD est le

Figure 3.5 : Distribution granulométrique (pourcentage volumique cumulé) des résidus LaRonde et Westwood

Tableau 3.2 : Caractéristiques granulométriques des résidus LaRonde et Westwood

Paramètres Unités Valeurs

LaRonde Westwood CU = D60/D10 (-) 8,9 6,4 Cc = D30²/(D60*D10) (-) 1,1 1,0 CD = (D90-D10)/D50 (-) 3,6 4.0 D10 (µm) 4,9 4,4 D20 (µm) 9,6 7,6 D30 (µm) 15,5 11,2 D40 (µm) 22,8 15,5 D50 (µm) 31,9 20,9 D60 (µm) 43,4 28.0 D70 (µm) 58,7 38.0 D80 (µm) 80,7 53,7 D90 (µm) 119,8 87,9 P2 µm (%) 3.2 3.1 P20 µm (%) 36.4 48.5 P80 µm (%) 79.7 88.4

Il ressort du tableau 3.2 que les deux résidus ont une granulométrie semi-étalée (CU compris entre

5 et 20). La classification ASTM Désignation D-2487, classifie ces résidus comme des silts. On peut également observer que le résidu Westwood (avec P80 µm ≃ 88 %) contient plus de particules