CHAPITRE 1 : INTRODUCTION
1.2 Méthodes de contrôle de la génération du DMA
1.2.3 Exclusion d’oxygène
L’exclusion de l’oxygène est considérée comme la méthode la plus efficace pour prévenir la génération du DMA dans les climats humides (SRK, 1989), tel que celui du Québec. Cette exclusion d’oxygène peut être réalisée à l’aide de recouvrements en eau et en sols.
i. Recouvrement en eau
La technique du recouvrement en eau exige des conditions climatiques humides continues. L’ennoiement maîtrisé des rejets potentiellement générateurs d’acide se fonde sur le fait que le coefficient de diffusion 𝐷𝑊0 de l’oxygène dans l’eau est environ 10 000 fois plus faible que ce même coefficient dans l’air. Cela réduit d’une façon importante la disponibilité de l’oxygène et empêche son contact avec les rejets sulfurés. Cette approche est considéré efficace à prévenir la production d’acide, sauf qu’il existe des facteurs qui peuvent limiter son application. Mentionnons à cet égard (Aubertin et al., 2002a, 2002b) :
• la disponibilité de l’eau afin de maintenir une couverture d’eau persistante et épaisse capable de limiter production d’acide à des niveaux négligeables;
• la construction des ouvrages pouvant résister aux événements extrêmes (séismes); • le suivi et l’entretien des ouvrages à long terme.
La performance d’un recouvrement en eau dépend de plusieurs processus interdépendants que Li et al. (1997) ont schématisé dans la figure 1.4.
Figure 1.4 : Processus affectant l’efficacité des recouvrements en eau (Aubertin et al., 2002b; inspiré de Li et al., 1997).
Les facteurs d’influence à prendre en compte lors du design du recouvrement en eau incluent le mouvement de l’eau (entrée d’eau extérieure et perte d’eau du recouvrement vers l’extérieur), le mécanisme de transport de l’oxygène, la remise en suspension des particules et le relargage des métaux dissous. Des détails sur l’impact de ces facteurs sont donnés dans la littérature (e.g., MEND 2001; Aubertin et al., 2002b).
ii. Recouvrement de matériaux poreux
Un recouvrement de matériaux poreux pouvant contrôler le mouvement des gaz et de l’eau est une technique de prévention de DMA. Ce recouvrement est constitué de un ou de plusieurs types de sols ou de matériaux géosynthétiques (Aubertin et al., 1995, 2002b). De telles barrières sont construites sur des parcs à rejets de concentrateurs, sur des haldes à stériles (SRK, 1991). Pour constituer les diverses couches d’un tel système de recouvrement, on fait appel à des matériaux géologiques (gravier, sable, silt, argile, pierre, concassée, etc.), synthétiques (géotextiles, géomembranes, bitumes, ciments, etc.) ou composites (géocomposites bentonitiques, etc.). Selon Aubertin et al. (1995, 2002a, 2002b), la configuration de la plupart des recouvrements visant à prévenir la production de DMA est la suivante (voir figure 1.5).
Figure 1.5 : Les cinq principales composantes d’un système de recouvrement (inspiré de Aubertin et al., 1995). E D C B A
Du haut vers le bas, le recouvrement est constitué des couches suivantes:
• Une couche superficielle A, de 10 à 20 cm d’épaisseur (dans quelques cas particuliers, elle peut varier entre 50 et 90 cm). Cette couche sert à séparer les couches sous-jacentes du milieu extérieur, à réduire les effets des fluctuations de température et d’humidité et résiste à l’érosion. Elle peut être composée de sols organiques, ainsi que des géosynthétiques ou des lits de graviers ou des enduits routiers.
• Une couche de protection B, dont l’épaisseur peut atteindre 1 m, qui peut servir à protéger les couches inférieures contre les racines des plantes et les animaux et contre les effets des cycles de mouillage-séchage et de gel-dégel, à minimiser les risques d’intrusions humaines à travers la barrière et à retenir ou stocker provisoirement une portion des eaux d’infiltration jusqu’à leur élimination par évapotranspiration
• Une couche drainante C, permettant de réduire le gradient hydraulique sur la couche sous- jacente, ce qui réduit le débit d’infiltration dans la couche D. Les matériaux constituant la couche C incluent les sols pulvérulents (tels que le sable et le gravier), des matériaux synthétiques (géotextile) ou des matériaux composites conçus pour des fins de drainage.
• Une couche D, d’une épaisseur de l’ordre de 50 à 100 cm, qui constitue la véritable barrière aux échanges entre les rejets et l’extérieur. Les principaux matériaux constituant cette couche sont principalement les sols fins (argiles, silt) dans les milieux humides. Dans les milieux arides où cette couche vise principalement à contrôler l’infiltration de l’eau, il est fréquent d’incorporer des matériaux géosynthétiques à cette couche.
• Une couche E sert de support pour les autres couches sus-jacentes. Son l’épaisseur peut être de 30 cm et plus. Elle empêche la remontée capillaire du lixiviat contaminé provenant des résidus. Les matériaux qui peuvent être utilisés pour construire cette couche sont principalement les sables ou les graviers avec une conductivité hydraulique saturée entre 10-3 et 10-1 cm/s.
Un des recouvrements multicouches utilisé pour contrôler la génération du DMA sur les parcs à résidus miniers en climat humide est la couverture à effets de barrière capillaire (CEBC). En climat humide, une telle couverture est généralement mise en place pour limiter la diffusion de l’oxygène jusqu’aux résidus réactifs et réduire ainsi l’oxydation des matériaux sulfureux et la production du DMA. Afin de limiter la migration d’oxygène, on doit favoriser un haut degré de saturation dans une des couches (généralement la couche D - voir Figure 1.5). En effet, la diffusion de l’oxygène à travers un sol varie selon le degré de saturation et la porosité du milieu. Pour un matériau à l’état sec, la diffusion se fait entièrement dans la phase gazeuse. Lorsque le contenu en eau augmente dans le milieu, la section directement disponible pour la diffusion libre du gaz est diminuée et par la suite le flux s’en trouve réduit. Plus de détails sont donnés à la section 2.2.
Une CEBC consiste essentiellement en la mise en place d’une couche de sol relativement fin sur un matériau plus grossier. La différence de propriétés hydrogéologiques non-saturées de ces couches superposées sert à empêcher la percolation de l'eau vers le bas à travers l'interface, car l'humidité est préférentiellement conservée dans les couches superficielles du sol. Le matériau grossier se désature plus vite et sa conductivité hydraulique non-saturée devient inférieure à celle de la couche fine sus-jacente. L’eau est ainsi bloquée à l’interface du matériau grossier et la couche fine garde un degré de saturation élevé. Ce sont les effets de barrière capillaire. Plus le contraste granulométrique entre les différents matériaux est grand, plus les effets de barrières capillaires sont marqués en général (Rasmuson et Erikson, 1986; Morel-Seytoux, 1992; Aubertin et al., 1995; Aachib, 1997; Bussière, 1999; Yang et al., 2004).
Les travaux réalisés dans le cadre de ce mémoire portent exclusivement sur l’évaluation de la performance d’une CEBC jouant le rôle de barrière à l’oxygène. Le site LTA a été retenu comme site d’étude.