Climat tempéré

À l’aide de recouvrements en sol, il est possible de limiter la migration de l’oxygène vers les résidus. Cela demande des matériaux fins ou qui consomment l’oxygène (Bussière et al., 2005). Selon Bussière et al. (2005), les sols, les matériaux synthétiques tels que les géomembranes et des combinaisons de ces matériaux peuvent être utilisés dans les recouvrements jouant le rôle de barrière à l’oxygène. Quant aux recouvrements qui consomment l’oxygène, les matériaux les plus adaptés sont les matériaux organiques ainsi que des résidus miniers légèrement sulfureux mais non générateurs de DMA. De manière plus spécifique, les recouvrements en sol les plus couramment utilisés pour le contrôle du flux d’oxygène sont les recouvrements monocouches avec nappe phréatique surélevée et les couvertures avec effets de barrière capillaire (CEBC) (Aubertin et al., 2002b; Bussière et al., 2002; Bussière et al., 2005; Martel et al., 2015)

Les recouvrements monocouches avec nappe phréatique surélevée (NPS) visent à garder un degré de saturation (Sr) élevé dans les résidus et par la même occasion, à réduire le coefficient de diffusion De (voir Fig. 2-6) (Ouangrawa, 2007; Demers, 2008; Pabst, 2011). Le principe de la NPS est

schématisé dans la Figure 2-10. Il consiste à créer des conditions qui gardent la nappe d’eau à une profondeur telle que les résidus dans la zone vadose restent proche de la saturation. Pour cela, l’épaisseur des résidus au-dessus de la nappe phréatique devrait correspondre à la frange capillaire qui reste saturée. Théoriquement, la nappe phréatique doit être à une profondeur h < a dans les

résidus, où a est la pression d’entrée d’air des résidus. Cependant, l’efficacité du recouvrement

frange capillaire et son intégrité est difficicle à maintenir dans le temps (Demers, 2008; Pabst, 2011).

Figure 2-10: Principe de la nappe phréatique surélevée (Mbonimpa, communication personnelle février 2015)

Figure 2-11: Modèle conceptuel d’un recouvrement monocouche avec nappe phréatique surélevée (Aubertin et al., 1999)

Une couche de protection (ou monocouche) peut être placée sur les résidus pour éviter l’évaporation de l’eau des résidus. La Figure 2-11 représente le modèle conceptuel proposé par Aubertin et al. (1999) pour un recouvrement monocouche avec nappe phréatique surélevée. Des résultats d’études ont confirmé qu’un recouvrement monocouche constitué de résidus peu

sulfureux avec contrôle de la nappe phréatique peut réduire la migration de l’oxygène et limiter la génération du drainage minier acide (DMA) (Demers et al., 2009). Cela est dû au fait que les minéraux sulfureux présents dans les recouvrements vont consommer une partie de l’oxygène et que le recouvrement va empêcher la migration de l’oxygène qui n’aura pas été consommé. Les CEBC qui sont des recouvrements multicouches, pour leur part, fonctionnent sur le principe des effets de barrière capillaire. La Figure 2-12 est un exemple typique d’une CEBC idéale. Aubertin et al. (2002a) donnent une description des différentes couches d’une CEBC typique. La couche superficielle qui est une couche de surface sert à séparer les couches sous-jacentes du terrain avoisinant et à réduire effet des fluctuations de température et d'humidité dans la barrière ; elle doit résister à l’érosion (eau et vent) mais nécessite un entretien minimal. La couche de protection permet d’empêcher que les racines, les animaux et insectes ne parviennent jusqu'aux matériaux sous-jacents, à minimiser les risques d'intrusions humaines à travers la barrière, à emprisonner provisoirement l'eau d'infiltration jusqu'à ce que celle-ci soit retirée par évapotranspiration et à protéger les matériaux situés en-dessous contre les effets des cycles de mouillage-séchage (assèchement) et de gel-dégel. La couche drainante permet de contrôler le débit d'infiltration dans couche inférieure, de diminuer les pressions interstitielles dans le recouvrement tout en augmentant sa stabilité, de contrôler les écoulements dans les couches supérieures pour augmenter l’infiltration ou le stockage d'eau, de favoriser les écoulements latéraux (couche inclinée, pente minimale de 2 à 5 %) plutôt que verticaux, de réduire les remontées capillaires et l’assèchement de la couche sous- jacente avec les propriétés appropriées. Pour finir, elle doit avoir une conductivité hydraulique suffisamment élevée (ksat de 10-3 à 10-1 cm/s) pour marquer le contraste avec celle de la couche

inférieure. La couche de faible perméabilité joue le rôle de véritable barrière hydrogéologique dans le système de recouvrement dont la principale fonction est de minimiser les infiltrations d'eau et la migration des gaz. La valeur de ksat de cette couche doit être faible (< 10-6 cm/s). La couche de

support sert de socle physique à la couche à faible perméabilité, empêche la remontée capillaire d’un lixiviat contaminé vers la couche de faible perméabilité, favorise la rétention d’eau dans la couche à faible perméabilité et requiert des caractéristiques adéquates quant à certaines propriétés comme la déformabilité, la capacité portante et la rétention d’eau (doit demeurer sec).

Figure 2-12: Configuration idéalisée d’une CEBC (Aubertin et al., 1995)

Dans un écoulement non saturé, les effets de barrière capillaire peuvent être créés en plaçant un matériau fin sur un matériau grossier (Bussière, 1999; Aubertin et al., 2002b). Ainsi, compte tenu du fait que la conductivité hydraulique non saturé (Ku) du matériau grossier (de la couche de

support dans ce cas) devient nettement inférieure à celle du matériau de la couche de faible perméabilité (Ku-grossier << Ku-fin) à partir d’une certaine valeur de succion lors du drainage des deux

matériaux, seulement une petite partie de l’eau interstitielle du matériau fin qui atteint l’interface est transmise au matériau grossier sous-jacent. Ce phénomène est appelé effet de barrière capillaire (Bussière, 1999; Aubertin et al., 2002b). D’autre part, lorsque les capacités de rétentions d’eau des matériaux grossiers de la couche drainante et des matériaux fins de la couche de faible perméabilité sont bien marquées, cela crée l’effet de barrière capillaire des deux (2) côtés de la couche de faible perméabilité (Bussière, 1999; Aubertin et al., 2002b). Les effets de barrière capillaire permettent de maintenir un haut degré de saturation dans la couche de faible perméabilité du recouvrement, ce qui permet de réduire le coefficient De et donc les flux d’oxygène qui peuvent atteindre les