7.1 Conclusions
La restauration de parc à résidus miniers est en enjeu environnemental majeur, particulièrement pour les sites ayant des problématiques de génération de drainage minier acide. C’est pourquoi des études sur l’efficacité des méthodes de restauration sont nécessaires. Dans le cadre de ce projet de recherche, la performance des recouvrements isolants partiels de 0,4 m et de 1,2 m construits sur le parc à résidus de Mine Raglan pour le contrôle de la réactivité des résidus miniers a été évaluée in situ. Plus spécifiquement, une caractérisation des propriétés thermique, hydrogéologique et géochimique des résidus miniers et du matériau de recouvrement a été menée. Ensuite, la réactivité des résidus miniers a été étudiée in situ, avec un intérêt particulier sur l’effet de la température. Finalement, on a étudié en détails les profils de température et de teneur en eau volumique non gelée des recouvrements isolants partiels (0,4 m et 1,2 m) et l’effet de ces recouvrements sur la réactivité des résidus miniers.
Les travaux de caractérisation ont montré que les échantillons de résidus miniers et de matériau de recouvrement de Mine Raglan correspondent respectivement à un silt de faible plasticité (ML) et à un gravier bien étalé (GW). Le principal minéral sulfureux dans les résidus miniers est la pyrrhotite avec une teneur variant entre 10% et 18,7% dans les échantillons, ce qui en fait un résidu avec un potentiel de génération d’acide. La conductivité hydraulique saturée est de 3,5 x 10-5 cm/s et de 2,6 x 10-1 cm/s pour les résidus et pour le gravier respectivement. La pression d’entrée d’air (ψa) pour le matériau de recouvrement est de 5 cm et la valeur résiduelle (ψr) est de
70 cm pour une teneur en eau à la saturation (θs) de 0,38 et une teneur en eau résiduelle (θr) de
0,02. Pour les résidus, ψa varie entre 260 et 300 cm et ψr entre 10 000 cm et 16 000 cm pour des
valeurs de θs et θr variant entre 0,04 et 0,06 selon l’essai. Une conductivité thermique des résidus
variant entre 0,25 et 1,44 W/m°C et 0,25 et 2,24 W/m°C est obtenue pour l’état non gelé et gelé et pour des valeurs de degré de saturation entre 0 et 94%. Pour le gravier, une conductivité thermique non gelés variant entre 0,68 et 2,10 W/m°C pour 4 < Sr < 57% a été trouvée alors que
pour l’état gelé, les valeurs obtenues sont entre 1,17 et 2,22 W/m°C pour 19 < Sr < 57%. La
réactivité des résidus est maximale (1073 moles·m-2·an-1) pour Sr = 50 % et diminue
Une campagne de terrain a permis d’installer des sondes de température, de teneur en eau volumique et de succion à la surface des résidus et dans les recouvrements isolants partiels de 0,4 m et 1,2 m du parc à résidus de Mine Raglan. En parallèle, la réactivité des résidus miniers avec et sans recouvrements isolants partiels a été mesurée avec le test de consommation d’oxygène. Il a été possible de mener des tests de consommation d’oxygène sous le recouvrement isolant in situ sur une période d’une année. La technique de tests de consommation d’oxygène sous recouvrement isolant et la technique du test de consommation d’oxygène modifié ont bien fonctionné et ont permis d’obtenir des mesures de flux d’oxygène pour les résidus sous les recouvrements de 0,4 m et de 1,2 m.
Les résultats de la présente étude montrent que les résidus entreposés dans le parc à résidus miniers de Mine Raglan sont dans des conditions favorables à leur oxydation. Un degré de saturation à 5 cm de profondeur sous la surface des résidus variant entre 40% et 60% est mesuré pour l’ensemble des stations étudiées ce qui signifie que l’oxygène peut migrer à travers les résidus et provoquer leur oxydation. Les mesures de flux d’oxygène sur la période de juillet 2011 à juillet 2012 sur les résidus recouverts et non recouverts corroborent ces résultats.
Un effet de la température sur les flux d’oxygène a été observé. Un flux d’oxygène de 1073 moles·m-2·an-1 a été mesuré en laboratoire à 21°C pour un degré de saturation de 51%. Sur le terrain, le flux d’oxygène maximal mesuré est de 544 moles∙m-2∙an-1
pour les résidus non recouverts, pour une température des résidus de 12,8°C et un degré de saturation Sr de 53%.
Lorsque la température des résidus diminue à des valeurs inférieures à -2°C, le flux d’oxygène mesuré est inférieur à 28 moles∙m-2∙an-1 et il est habituellement inférieur à 15 moles∙m-2∙an-1 pour une température de -5,7°C. Basé sur ces résultats, on suggère que la température cible pour le cas de Mine Raglan soit entre -2°C et -6°. Il a été montré que la loi d’Arrhénius représente assez bien l’effet de la température sur la réactivité pour une énergie d’activation entre 60 et 124 kJ/mole. Une énergie d’activation de 124 moles·m-2
·an-1 semble plus appropriée pour une température inférieure à 0°C. La réactivité des résidus varie aussi de façon importante selon l’emplacement dans le parc à résidus miniers. Cette variation serait causée par une combinaison de facteurs, dont la variation de l’état physique du sol (compactage, teneur en eau volumique, granulométrie, etc.), la composition des résidus miniers (% sulfures) dans le parc à résidus, la distribution de la température des résidus dans l’année et l’âge des résidus.
L’étude s’est par la suite attardée au comportement thermo-hydrique des recouvrements isolants partiels de 0,4 m et 1,2 m et sur leur effet sur la réactivité des résidus miniers. Les recouvrements isolants partiels de 0,4 m et 1,2 m sont la majorité du temps non saturés (Sr < 40%), permettant
ainsi la diffusion de l’oxygène au travers du recouvrement vers les résidus miniers. Les recouvrements isolants partiels de 0,4 m et de 1,2 m permettent de diminuer la température maximale des résidus (-5 cm) à 7°C et 1,4°C pour le recouvrement de 0,4 m et de 1,2 m respectivement. La température maximale des résidus non recouverts mesurée est de 25,2°C. On observe également que l’ajout des recouvrements partiels de 0,4 m et 1,2 m retarde la période de gel des résidus à l’automne et le dégel au printemps par rapport aux résidus non recouverts. Les profils de température dans le recouvrement partiel de 1,2 m montrent qu’une couche active supérieure à la hauteur du recouvrement de 1,2 m est présente durant l’année, permettant le dégel des résidus durant la période estivale et donc l’oxydation des résidus miniers.
Par la suite, les résultats du comportement thermo-hydrique ont été analysés pour quantifier l’efficacité des recouvrements partiels à contrôler l’oxydation des résidus miniers et ce, par deux méthodes : la méthode par profil de température et la méthode par tests de consommation d’oxygène. La méthode par profil de température évalue l’efficacité des recouvrements en se basant sur deux critères différents : la durée de la période d’oxydation, considérant des températures cibles de -2°C et -6°C, et la durée de l’intensité maximale de la période d’oxydation, pour des critères de température de 1°C et 6°C (température au-dessus de laquelle l’oxydation des sulfures est importante). Selon la première approche, les recouvrements isolants partiels de 0,4 m et de 1,2 m ne permettent pas d’augmenter de façon significative la période où les résidus sont considérés comme non réactifs (i.e. température inférieure à -2 ou -6°C). Ils permettent par contre de réduire la durée des périodes où les résidus sont très réactifs (i.e. température supérieure à 1 ou 6°C; deuxième approche). Les résultats montrent qu’il y a un certain gain à recouvrir avec 1,2 m plutôt que 0,4 m au niveau de la diminution de la période où la réaction d’oxydation est grande.
L’efficacité des recouvrements partiels de 0,4 m et de 1,2 m a également été évaluée à partir de la moyenne annuelle de flux d’oxygène. L’efficacité moyenne (comparaison entre le flux d’oxygène avec et sans recouvrement) du recouvrement partiel de 1,2 m est de 65 ± 25%. Pour le recouvrement de 0,4 m, une efficacité moyenne de 52 ± 18% a été observée. Ainsi le recouvrement de 1,2 m est légèrement plus efficace pour limiter l’oxydation des résidus miniers
que celui de 0,4 m, basé sur cette méthode d’évaluation. Selon la période de l’année, le recouvrement n’aura pas la même efficacité. Les recouvrements de 0,4 m et de 1,2 m ont un effet bénéfique la majorité du temps, à l’exception d’une période entre la fin septembre et la mi- décembre pour le couvert de 1,2 m et de fin septembre 2011 à fin octobre 2011, où des flux d’oxygène sont mesurés sous les recouvrements alors que de plus faibles flux sont mesurés aux stations non recouvertes.
En complément, des informations sur les propriétés hydrogéologiques et thermiques des matériaux in situ ont pu être déterminées à partir des mesures de température, de teneur en eau volumique et de succion prises sur le terrain. Des teneurs en eau non gelées entre 0,01 et 0,08 et entre 0,02 et 0,04 pour des températures de -10°C ont été mesurées pour les résidus miniers et pour le gravier respectivement. Des courbes caractéristiques de gel tracées pour les résidus miniers et pour le gravier concordent assez bien avec les courbes de rétention d’eau mesurées en laboratoire pour des valeurs de succion supérieures à 1x103 cm. Cette méthode semble être une alternative intéressante pour déterminer la fin de la courbe de rétention d’eau et les valeurs de teneur en eau résiduelle. Les courbes de rétention de terrain concordent bien avec les courbes de laboratoire pour le gravier, mais concordent moins bien pour les résidus miniers. Une partie de la différence peut provenir des phénomènes d’hystérésis et de la précision de la sonde MPS-1.
7.2 Recommandations
Ce projet a permis d’étudier l’effet des recouvrements isolants partiels de 0,4 m et de 1,2 m sur la réactivité des résidus miniers de Mine Raglan sur une période d’une année. Ces résultats sont intéressants pour la gestion du plan de recouvrement progressif ainsi que pour la compréhension de l’efficacité du recouvrement final. Par contre, ces recouvrements ne sont pas le scénario de restauration finale de Mine Raglan. Il sera intéressant d’étudier l’efficacité du recouvrement isolant de 2,4 m construit dans la parcelle expérimentale à la Mine Raglan à partir des données de température, de succion, de teneur en eau volumique non gelée, de qualité d’eau ainsi que des résultats des tests de consommation d’oxygène. Une approche combinée d’évaluation de la performance avec les méthodes par tests de consommation d’oxygène et par profil de température pourrait être utilisée. Une modélisation thermo-hydrique du comportement des scénarios testés permettrait de valider les résultats obtenus sur le terrain. Une fois un modèle représentatif obtenu, ce dernier pourrait être utilisé comme outil prédictif afin d’inclure les scénarios de changements