Couverture avec effets de barrière capillaire

La figure 2.1 (a et b), présentés à la section 2.1.4, montre les CRE et les fonctions de conductivité hydrauliques typiques pour un silt et un sable. Tel que mentionné précédemment, un sol plus grossier comme le sable a un AEV plus faible qu’un sol plus fin comme le silt, c’est-à-dire qu’il commencera à se désaturer à des succions plus faibles

sable. Pour une succion faible, le sable a une conductivité hydraulique plus élevée que le silt, alors qu’à une succion élevée, le sable a une conductivité hydraulique plus faible que le silt. Cette différence de propriétés entre un sol plus grossier et un sol plus fin (comme un silt) peut créer un effet de barrière capillaire lorsque ces derniers sont placés l’un par- dessus l’autre.

Une barrière capillaire est composée d’une couche de matériel fin placée sur un matériel plus grossier au-dessus de la nappe phréatique. Lorsque deux matériaux sont initialement saturés et que l’on exerce un gradient vers le bas (ex. une nappe phréatique sous les deux matériaux), le matériel grossier au-dessous commence à se désaturer en premier, puisque l’AEV est plus petit. Lorsque sa teneur en eau volumique devient plus faible et que les succions augmentent, la conductivité hydraulique du matériel grossier devient plus faible. Le matériel grossier atteint sa teneur en eau volumique résiduelle avant que la succion n’atteigne l’AEV dans le matériel fin. Étant donné que la conductivité hydraulique à teneur en eau volumique résiduelle du matériel grossier est très faible, le matériel fin (couche de rétention d’eau) au-dessus demeure saturé. L’eau dans le matériel fin est retenue par les forces capillaires et ne se draine pas vers le bas en raison de la faible conductivité hydraulique du matériau grossier sous-jacent, ce qui forme la barrière capillaire. De plus, les succions qui augmentent normalement avec la distance de la nappe ne sont pas transmise dans le matériel grossier; la succion est donc près de 0kPa dans celui-ci. La succion à l’interface est transmise au matériel fin et elle augmente linéairement dans celui- ci (Akindunni et al., 1991, Aubertin et al., 1996)

Étant donné que la couche de matériel fin reste saturée et que l’oxygène diffuse jusqu’à quatre ordres de grandeur moins rapidement dans l’eau que dans l’air, la diffusion de l’oxygène à travers le matériau à granulométrie fine est ainsi limitée. Ces recouvrements sont donc utilisés comme barrière à l’oxygène visant à contrôler la génération d’acide provenant de rejets miniers. La quantité d’’oxygène disponible pour l’oxydation des sulfures dans les rejets situés sous les matériaux fins et grossiers est diminuée, ce qui limite la formation de drainage minier acide.

Ces dernières informations sont tirées de nombreuses études effectuées sur les CEBC depuis environ 30 ans, dont : Nicholson et al. (1989); Aachib et al. (1993); Aubertin et al. (1993, 1995, 1996, 1999); Zhan et al. (2001); Bussière (1999); Bussière et al. (2002, 2004, 2007); Mbonimpa et al. (2002a, 2003); Pabst (2011); Kalonji-Kabambi (2014) et Larochelle (2018).

Une CEBC efficace contient plusieurs couches dont les trois couches cœurs qui permettent de contrôler les flux d’oxygène (figure 2.4). Ces trois couches nécessaires aux effets de barrières capillaires sont la couche de matériel grossier au-dessus (couche drainante), la couche de support au-dessous (aussi appelée couche de bris capillaire) et la couche de rétention d’eau qui contrôle le mouvement des fluides au milieu (ou couche de rétention d’humidité ou de faible perméabilité).

Figure 2.4 : Configuration typique d’une CEBC (tirée de Aubertin et al. 2002a)

La couche de bris capillaire constituée de matériel grossier doit avoir une conductivité hydraulique saturée assez élevée pour créer un contraste de conductivité hydraulique avec la couche de matériel fin. La conductivité hydraulique saturée doit donc être généralement plus grande ou égale à 10-3 _{cm/s (Aubertin et al., 2002a, Aubertin et al., 2015). Elle peut}

être composée de sable, de gravier, de stériles concassés ou d’autre matériel grossier. Ces matériaux doivent supporter la ou les couches supérieures en plus des équipements qui circulent pour la mise en place du recouvrement (Aubertin et al., 2015). De plus, elle doit

capillaire est placée sur une halde à stériles, la couche de matériel grossier au bas pourrait s’avérer inutile puisque les stériles eux-mêmes pourraient servir de matériel grossier (Zhan et al. (2013b))

La couche de rétention d’eau peut être constituée de matériel fin tel qu’un silt, des résidus désulfurés ou des résidus peu ou pas générateur d’acide, de sable ou d’argiles peu plastiques. Il n’est pas recommandé d’utiliser des argiles à forte plasticité puisqu’elle pourrait voir leurs propriétés hydrogéologiques évoluer avec le temps (Bussière et al. 2007). L’épaisseur généralement utilisée pour cette couche est de 50 à 100 cm et la conductivité hydraulique visée est typiquement de 10-5 _{à 10}-7 _{cm/s (Aubertin et al., 2002a;}

Bussière et al, 2007, Aubertin et al., 2015).

La couche drainante au-dessus permet de protéger contre les agents extérieurs et à l’eau d’être drainée dans la couche de rétention d’eau. Elle doit permettre à l’eau de s’écouler et protéger la couche de rétention d’eau contre l’évaporation. Il pourrait y avoir plusieurs couches au-dessus de la couche drainante permettant ainsi une plus grande protection (Aubertin et al., 1995).

Bussière et al. (2004) et Demers (2008) ont démontré que lorsqu’un recouvrement contient une faible quantité de sulfure, celui-ci consomme de l’oxygène, et cela permet d’augmenter l’efficacité du recouvrement. La quantité de sulfure ne doit cependant pas être trop élevée pour que le recouvrement ne produise pas de génération d’acide. Cet aspect est traité dans la section 2.2.1.