Principe de la couverture à effet de barrière capillaire (CEBC)

Un moyen très efficace pour contrôler le DMA consiste à limiter l’apport en oxygène à la réaction d’oxydation des sulfures à l’aide d’une CEBC. Pour ce faire, la CEBC doit maintenir une de ses couches (appelée couche de rétention d’humidité, CRH) à un degré de saturation (Sr) élevé, ce qui réduit les flux d’oxygène de l’atmosphère jusqu’aux résidus miniers. Cette approche de restauration des parcs à résidus miniers s’est avérée très efficace en climat humide (e.g. Bussière et al., 2003, 2006, 2007; Dagenais, 2005; Dagenais et al., 2006). La figure 2.2 représente la configuration typique d’une CEBC constituée de 5 couches distinctes (Aubertin et al., 2002).

Figure 2.3: Configuration typique d’une CEBC (tirée d’Aubertin et al., 2002)

Étant donné que la génération ainsi que la vitesse de production du DMA sont fonction de la disponibilité de l’oxygène dans les pores des résidus, la diffusion de l’oxygène est un facteur important à considérer dans la performance d’un recouvrement de type CEBC. L’apport (ou le flux) en oxygène de l’atmosphère vers les résidus réactifs dépend principalement de la valeur de Sr de la CRH. La raison de l’utilisation d’un matériau à granulométrie fine et inerte est qu’il est capable de retenir dans ses pores une bonne quantité d’eau dans des conditions climatiques humides, i.e. lorsque les précipitations sont significativement supérieures à l’évapo-transpiration. L’efficacité de cette couche peut être améliorée avec l’ajout de couches à grains plus grossiers (couches de bris capillaire) qui permet le maintient d’un haut degré de saturation grâce au contraste des propriétés hydrogéologiques entre les différents matériaux (e.g. Rasmuson et Eriksson, 1986;

Collin et Rasmuson, 1988; Nicholson et al., 1989; Fayer et al., 1992; Aubertin et al., 1993, 1995; Bussière et al., 2004). On considère habituellement qu’un degré de saturation de la CRH supérieur à 85% permet de réduire suffisament le flux d’oxygène à travers la CEBC pour empêcher la formation de DMA (e.g. Yanful, 1993; Aubertin et al., 1999). Les principales propriétés hydrogéologiques considérées pour valider que le contraste hydrogéologique est suffisant pour créer des effets de barrière capillaire efficaces sont basées sur la courbe de rétention d’eau (CRE) et la fonction de perméabilité (relation entre la conductivité hydraulique et la succion, k-ψ). Selon Morel-Seytoux (1992), plus les CRE sont différentes entre la CRH et la couche de bris de capillaire (ou, dit autrement, plus le contraste hydrogéologique est grand), moins il y aura transfert d’eau. Ce contraste permet de générer l’effet de barrière capillaire recherché dans une CEBC qui permet de maintenir une valeur élevée de Sr dans la CRH et de limiter la migration de l’oxygène atmosphérique vers les résidus problématiques.

La diffusion de l’oxygène dans les pores remplis d’eau est significativement plus lente que dans les pores remplis d’air. Ainsi, l’insertion d’une couche à fort potentiel de rétention d’eau dans la CEBC réduit considérablement le flux d’oxygène en raison de la faible solubilité de l’oxygène dans l’eau (Nicholson et al., 1989; Yanful, 1993; Mbonimpa et al., 2003, 2008, 2011; Aachib et al., 2004; Gosselin et al., 2007). À partir de calculs empiriques basés sur le transport diffusif et la consommation en oxygène (calculs qui ont été validés par des mesures réelles en laboratoire et sur le terrain), il est possible de dire que l’utilisation d’une CEBC bien conçue peut réduire jusqu’à quatre ordres de grandeur le flux d’oxygène et la génération de DMA (Mbonimpa et al., 2003). Il est également bon de noter qu’on retrouve dans la littérature certaines valeurs minimales (ou critères cibles) de flux d’oxygène à atteindre pour contrôler le DMA; la valeur maximale la plus fréquemment proposée est d’environ à 5x10-3 mol/m2/jour ou 2 moles/m²/an (e.g. Bussière, 1999; Nastev et Aubertin, 2000; Dagenais, 2005).

Les matériaux utiles pour la conception du recouvrement de type CEBC sont des matériaux naturels de type sable et gravier pour les couches de bris capillaire et silt et argile à faible plasticité pour la CRH (Aubertin et al. 1995). Cependant, la grande quantité de matériaux naturels essentiels à la construction d’une CEBC entraîne des coûts importants et requiert l’exploitation de bancs d’emprunts (augmentation de l’empreinte écologique) qui devront être restaurés à leur tour. C’est

pourquoi des matériaux miniers sont de plus en plus proposés comme composantes des recouvrements de type CEBC; les stériles miniers (tamisés ou concassés) ont un bon potentiel pour être utilisés comme couches de bris capillaire (Pabst, 2011; Kalonji, 2016; Kalonji et al., 2017) alors que les résidus miniers à faibles teneurs en sulfure sont des matériaux intéressants pour la CRH (Aubertin et al., 1995; Bussière et al., 1995, 2004, 2007). Si des résidus miniers naturellement faibles en sulfures ne sont pas disponibles à proximité, l’utilisation de résidus désulfurés devient une solution intéressante. La désulfuration environnementale est un procédé qui permet de séparer la portion problématique des résidus minier (les sulfures) par un procédé de concentration et de séparation minéralurgiques (Benzaazoua et al., 1998, 1999, 2000; Bussière et al., 1998, 2002, 2004; Mermillod-Blondin, 2005). Ainsi, la portion non génératrice de DMA générée durant le processus de désulfuration peut être utilisée comme CRH dans un CEBC (Bussière et al., 1995, 1998, 2004). De plus, la présence de sulfures résiduels dans la CRH peut améliorer l’efficacité de la CEBC à réduire les flux d’oxygène vers les résidus réactifs par la consommation de l’oxygène (Mbonimpa et al., 2003; Bussière et al., 2004; Demers, 2008). Mais, il est essentiel de vérifier pour chaque cas que le matériel désulfuré utilisé demeure non générateur de contaminants en effectuant divers tests cinétiques.

Finalement, il est important de souligner que les CEBC n’ont toujours pas été appliquées à grande échelle en climat nordique. Ce type de recouvrement est présentement à l’étude en cellule expérimentale de terrain au site de la mine Raglan.

2.3

Études utilisant des résidus miniers comme matériaux de recouvrement