Instrumentation de la halde expérimentale

Des capteurs de teneur en eau volumique, de température, de conductivité électrique et de succion ont été installés dans la CCE, dans les stériles et dans le sable des lysimètres à la base de la halde expérimentale. L’épaisseur théorique des matériaux de la CCE a été utilisée pour analyser les résultats des sondes puisque la profondeur des sondes n’était pas connue précisément. Ces épaisseurs sont respectivement de 0,3 m pour le stérile concassé et de 0,7 m pour le sable. La figure 3.1 détaille le type et la position des sondes. Les capteurs sont installés le long d’un axe vertical à partir du centre de chaque lysimètre. Les sondes de mesure de la teneur en eau volumique, de la température et de la conductivité électrique (GS3; Decagon Devices Inc., 2017a) sont situées au bas de la couche de roches stériles concassées (z = 0,25 m), dans le haut (z = 0,5 m) et le bas (z = 0,8 m) de la couche de sable de la CCE et dans le haut des stériles à 0,1 m et 0,3 m sous l’interface avec le sable. Les sondes de succion (MPS-2; Decagon Devices Inc., 2017b) sont situées de part et d’autre de l’interface entre le sable CCE et les stériles à des profondeurs de 0,9 m et 1,1 m sous la surface de la halde. Deux autres sondes GS3 et deux autres sondes MPS-2 ont été installées de façon décentrée au bas dans chaque lysimètre. Chaque sonde

s’est vu attribuer un nom correspondant au matériau dans lequel elle est installée combiné au numéro du lysimètre au-dessus duquel elle est située (figure 3.2).

Des électrodes (destinées à des investigations géophysiques) et un système de détection de la teneur en eau par fibre optique (DTS) ont aussi été installés dans la halde expérimentale, mais ces mesures ne font pas partie de cette étude (Martin et al., 2017). Les informations à ce sujet sont présentées par Dimech (2018) et Wu et al. (2018).

Figure 3.1 Vue en coupe de la halde expérimentale avec la position des sondes GS3 et MPS-2 pour chacun des six lysimètres (pas à l’échelle).

Figure 3.2 Identification des sondes GS3 installées sur la halde expérimentale de la mine du Lac Tio. AC : Roches stériles concassées, SW : sable, WR : stériles, -H : haut de la couche et -b : bas de la couche.

Teneurs en eau volumique

La teneur en eau volumique, la conductivité électrique et la température dans la CCE (sable et stériles d’anorthosite concassée), dans les stériles et dans les lysimètres ont été mesurées au moyen de sonde GS3 (Decagon Devices Inc., 2017a). La fréquence des mesures variait de 1 à 15 minutes durant les essais d’infiltration à grande échelle et de 1 à 4 heures le reste de l’année. Les teneurs en eau ont été suivies de novembre 2015 à septembre 2017. Une relation entre la permittivité diélectrique du milieu et la TEV a été établie par Topp et al. (1980). La précision des mesures de TEV est de l’ordre de ± 0,03 et celle des mesures de température de ±1°C (Decagon Devices Inc., 2017a). La précision des mesures peut être affectée par plusieurs facteurs comme la quantité d’argile et de matière organique, la minéralogie, la porosité, le poids volumique ou le contenu en sels solubles (Bouksila et al, 2008). Une calibration spécifique des sondes pour chaque matériau étudié est donc généralement recommandée (Decagon Devices Inc., 2017a). La calibration des sondes au laboratoire (selon la méthode proposée par le fabriquant; Annexe A) réalisée dans le cadre de ce projet n’a cependant pas été jugée satisfaisante pour les mesures in situ, et une calibration de terrain (lorsque applicable) a donc été préférée.

Les résultats de mesure des sondes de TEV installées dans la couche de sable de la halde expérimentale ont été comparés aux mesures réalisées à proximité et aux mêmes moments avec un nucléodensimètre (Bréard Lanoix, 2017). Cette dernière méthode utilise la radioactivité (bombardements de neutrons) pour mesurer la teneur en eau massique et la porosité du matériau (ASTM 6938, 2017). Le nucléodensimètre est considéré parmi les techniques les plus précises pour mesurer la teneur en eau in situ (Susha Lekshmi et al., 2014). Les résultats obtenus avec le nucléodensimètre ont également été validés par des mesures directes de teneur en eau avec la technique du cône de sable (ASTM 1556/1556M, 2015) (Annexe B) et à l’aide d’autres approches directes et indirectes (mesures à l’anneau, sondes TDR (Soilmoisture Equipment Corp., Soilmoisture equipment, 1996), 5TM et EC5 (Metergroup, Meter Environment 2017). La figure 3.3 montre l’écart entre les valeurs obtenues avec les sondes GS3 et celles obtenues par le nucléodensimètre. Les deux lignes pointillées représentent la marge d’erreur usuelle des sondes de TEV (±0,03; Decagon Devices Inc., Decagon GS3 manual, 2017a). L’écart entre la tendance des valeurs de TEV des sondes et celle du nucléodensimètre était de 0,16. Cette valeur a donc été soustraite des TEV mesurées dans la couche de sable pour obtenir des valeurs corrigées (calibration de terrain; figure 3.3).

L’effet de la calibration sur la mesure des TEV dans la CCE est illustré à la figure 3.4 pour les TEV moyenne dans le haut et le bas de la couche de sable de la CCE (0,5 m et 0,8 m sous la surface de la halde) entre les mois de novembre 2015 et de juin 2016. Les TEV calibrées tendent vers 0 durant les mois d’hiver (janvier à mai), ce qui correspond bien aux valeurs attendues de teneur en eau non gelée pendant l’hiver (Température moyenne = -5°C).

Figure 3.4 Valeurs de TEV mesurées et calibrées dans le haut (SW-H) et le bas (SW-b) de la couche de sable de la CCE entre novembre 2015 et juillet 2017.

La méthode de calibration utilisée pour le sable de la CCE n’a cependant pas pu être utilisée pour la roche stérile concassée ou les stériles puisqu’aucune mesure au nucléodensimètre n’a pu être réalisée pour corriger les résultats des sondes GS3. Les mesures dans ces matériaux ont donc été utilisées sans calibration. Les résultats obtenus sont donc généralement supérieurs aux TEV attendues. Une calibration a été faite au laboratoire mais les résultats de cette calibration n’ont pas pu être appliqués aux données des sondes (Annexe A).

Mesure des débits

Les débits à la sortie de chaque lysimètre ont été enregistrés avec des débitmètres à auget pour lesquels chaque basculement correspondait à une valeur de l L. Le dispositif était relié à un module d’enregistrement qui permettait de mesurer les débits de sortie de façon continue. Ces instruments étaient installés chaque printemps et retirés l’automne. Des mesures manuelles des débits ont également été réalisées aux mois de juin, septembre et octobre 2017 au moyen d’un cylindre gradué, une à trois fois par jours, pour des volumes de l’ordre de 50 mL à 1700 mL. Mesure des succions

Les succions ont été mesurées in situ en continu au moyen de capteurs MPS-2 (Decagon Devices Inc., 2017b) (figure 3.1). La fréquence des enregistrements était les mêmes que pour les sondes de TEV (GS3). Ce type de sonde couvre une gamme de succion comprise entre 9 kPa et 100 000 kPa. La précision des mesures est de l’ordre ± (2 kPa + 25% de la mesure) (Decagon Devices Inc, 2017b).