Caractérisation des résidus miniers

Les caractéristiques d’intérêt des résidus incluent la composition du solide et du lixiviat, la granulométrie, la teneur en eau et la densité de pulpe, l’indice des vides, la densité relative des grains, la masse volumique sèche maximale, les propriétés de consolidation et de perméabilité, les courbes de rétention d’eau et de retrait (e.g. Aubertin et al., 2002a ; Bussière, 2007).

Granulométrie, classification et surface spécifique

Les analyses granulométriques des échantillons de résidus ont été réalisées en laboratoire suivant les procédures décrites par la norme ASTM D422-63 (2007). Ces analyses incluent le tamisage pour les particules de taille retenus au tamis n°200 et le test à l’hydromètre ou sédimentométrie pour les particules passant au tamis n°200.

Les matériaux ont été transportés du site minier au laboratoire dans quatre barils (barils 1, 2, 3 et 4). Les résidus ont d’abord été homogénéisés dans chaque baril et ont fait l’objet d’une analyse granulométrique. Trois échantillons ont été prélevés dans chaque baril, ce qui a donné initialement 12 courbes granulométriques (présentées au chapitre 4). On a ensuite déterminé une courbe granulométrique moyenne pour chaque baril. Tous les résidus (des 4 barils) ont ensuite été mélangés et homogénéisés dans un grand contenant une première fois (1ère homogénéisation), puis une deuxième fois (2ème homogénéisation).

Les résultats des analyses granulométriques ont servi à la classification des résidus miniers. Le système de classification des sols unifié ("Unified Soil Classification System", USCS, ASTM D 2487) décrits dans Holtz & Kovacs, (1981) et McCarthy (2007) a été utilisé. Les résultats de l’analyse granulométrique ont aussi servi à estimer la valeur de la surface spécifique SS (ou Sm) des

matériaux testés selon l’approche proposée par Chapuis et Légaré (1992), présentée à l’annexe L ; celle-ci prend en compte la taille et la forme des particules pour estimer la valeur de SS (ou Sm) des

sols pulvérulents non plastiques.

Lors de nos essais, les limites d’Atterberg des résidus miniers se sont avérés difficiles à déterminer pour ce type de matériaux. On reviendra brièvement sur le sujet au chapitre 4.

Teneur en eau et indice des vides

Après homogénéisation, la teneur en eau massique des résidus provenant de la mine Canadian Malartic (CM) était de w = 75.3% en moyenne ; la densité de pulpe de P = 57.0%, ce qui équivaut à un indice des vides e de 2.07 et à une teneur en eau volumique θsat = porosité n = 0.67. Cette porosité n’est pas nécessairement représentative des conditions d’essais (ou in situ).

Dans le cadre de cette investigation, la plupart des essais ont été menés sur des résidus avec un indice des vides initial e0 = 1.19 ± 0.02 (ou w0 = 43.0% ± 0.5% ou P ≈ 70%). Ces valeurs

relativement élevées de e0 (et de w0) sont jugées représentatives des conditions en place, tout en

permettant de bien manipuler les résidus. Ces valeurs de w0 sont toutefois plus élevées que celles

proposées par Poncelet (2011), qui a montré que des teneurs en eau de l’ordre de 34-35% sont requises pour empêcher la ségrégation. D’autres valeurs de e0 et w0 seront aussi utilisées lors

d’autres essais aux fins de comparaison.

Densité relative des grains et masse volumique sèche maximale

Les valeurs de densité relative des grains (Dr) des résidus CM ont été obtenues suite aux tests au pycnomètre réalisés selon la norme ASTM D854 (2010). Quinze (15) essais ont été réalisés, soit 3 tests (comme le recommande la norme) pour les résidus de chacun des 4 barils reçus au laboratoire et 3 tests pour le mélange obtenu après avoir homogénéisé l’ensemble des résidus pour la deuxième fois. Lorsqu’on effectue les 3 essais nécessaires que recommande la norme pour un même échantillon de résidus, on prend soin de noter les valeurs de Dr max, Dr min ainsi que la différence entre ces deux valeurs de Dr afin de vérifier la conformité avec la norme.

Des essais de compactage ont été réalisés selon la norme de l'essai Proctor Modifié (ASTM D1557 – 12), afin de déterminer la relation entre la teneur en eau w et la masse volumique sèche du matériau ρd (ainsi que l’indice des vides à l’optimum eopt). Sept échantillons de résidus Malartic avec des teneurs en eau allant de 9.5% à 20.5% ont été utilisés.

Conductivité hydraulique saturée

La conductivité hydraulique saturée ksat des résidus a été principalement déterminée par des essais à charge variable effectués en cellule triaxiale selon la norme ASTM D5084-10. Quatre essais ont été effectués pour ces résidus.

À la fin de chaque essai, on prend soin de vérifier que le degré de saturation Sr correspondant au résultat obtenu (c’est-à-dire la conductivité hydraulique k) est de 100%. Si le degré de saturation

Sr correspondant est très inférieur à 100% (85% et en deca), la conductivité hydraulique k est corrigée suivant l’équation ci-dessous (Mualem, 1976) :

 _{ }

Avec Sr_r : degré de saturation à la teneur en eau résiduelle (Sr_r = Srés) ;

SS : degré de saturation à saturation totale (théoriquement SS = 100 % ou 1) ;

Sr : degré de saturation quelconque, correspondant à k mesurée et à corriger.

Les modèles prédictifs de Kozeny-Carman Modifié (KCM) (Mbonimpa et al., 2002) et de Kozeny- Carman (KC) (Chapuis & Aubertin, 2003), décrits dans la revue de littérature (section 2.5.5 et à l’annexe E) sont aussi utilisés pour estimer la valeur de la conductivité hydraulique saturée, ksat, aux fins de comparaison.

Courbes de rétention d’eau, courbes de retrait et conditions de fissuration des résidus

Les courbes de rétention d'eau (CRE) des résidus ont été déterminées au moyen de deux essais en cellule de pression ou "pressure plate" (normes ASTM D3152-72 et D6836-02). Pour la mesure du volume de l’échantillon qui varie durant l’essai, la procédure décrite par Saleh-Mbemba (2010) a été utilisée. Un autre essai de rétention d’eau a été effectué dans la cellule Tempe (norme ASTM D2325-68 et D3152-72) pour des fins de comparaison. L’essai de rétention en cellule Tempe a été réalisé avec une teneur en eau initiale w0 = 27.0 ± 0.5% (n = θS = 0.42 ± 0.01) et les essais en cellule

de pression avec une teneur en eau initiale w0 = 40.0 ± 0.5% (n = θS = 0.52 ± 0.01).

Les courbes de rétention d’eau ont également été estimées à l’aide de certains modèles présentés dans la revue de littérature (section 2.5.4) ou en annexe (D), dont :

- Le modèle descriptif de van Genuchten ;

- Le modèle prédictif de Kovacs Modifié ou MK, qui considère un indice des vides e constant ;

- Le modèle prédictif MKd de Mbonimpa et al. (2006) qui tient compte de la variation de l’indice des vides e pour les matériaux déformables ;

Deux essais de retrait ont été réalisés dans des moules de 200 mm de longueur, 30 mm de largeur et 36 mm de diamètre, suivant la procédure développée par Saleh-Mbemba (2010) pour obtenir la courbe de retrait. Les mêmes moules ont servi à réaliser deux essais de retrait contraint (avec une même teneur en eau initiale w0), suivant la procédure développée par Saleh-Mbemba (2010), afin

d’obtenir les conditions de fissuration de ces résidus.