Problématique et objectifs

1.5.1 Projet RNC/UQAT/ULAVAL/CRSNG

La RNCM, propriétaire du projet Dumont Nickel, va devoir gérer, comme décrit précédemment, une grande quantité de déchets solides se présentant sous deux principales formes : (i) les rejets d'usinageet (ii) les résidus utramafiques (stériles).

Une première évaluation, qualifie la génération de drainage minier acide (DMA) peu probable (Genivar 2009; Stavibel, 2010). D'autre part, la capacité de séquestration des résidus solides a été mise en évidence en laboratoire à l'aide de tests à l'eudiomètre (Pronost et al., 2010). La présence de minéraux alcalins, comme les carbonates, dans les résidus miniers peut aboutir à la formation de drainage minier neutre contaminé ou de drainage alcalin. Actuellement, le nombre d'études portant sur ces phénomènes est grandissant (Demers et al., 2013; Plante et al., 2010). Toutefois, le lien entre la séquestration du carbone et la mise en place de drainage contaminé reste peu documenté (Rollo et Jamienson, 2006). Ainsi, dans le but d'étudier, prévenir et anticiper le comportement des résidus miniers, un projet en partenariat entre deux universités, l'UQAT (Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue) et l'Université Laval (ULAVAL), le CRSNG et RCNM a été entrepris.

Le partenariat a pour but de caractériser le potentiel de séquestration de CO2 des résidus et

l'impact de ces phénomènes sur la qualité des eaux de drainage. Cette thèse s’intéresse plus particu- -lièrement aux processus liés à la réaction de minéralisation du carbone passive et à la quantification du carbone séquestré en milieu naturel, à l'échelle de cellules expérimentales. La capacité de séquestration des résidus miniers du PND a été caractérisée en laboratoire à teneur variable en CO2 (Assima et al., 2014c, 2014d, 2013a; Kandji et al., 2017b; Zarandi et al., 2017a,

2016). De plus, l'influence de plusieurs paramètres, tel que la température, la teneur en eau, l’intensité des précipitations, a été évaluée en laboratoire (Assima et al., 2014d, 2012b, Kandji et al., 2017c, 2015; Plante et al., 2014; Zarandi et al., 2017b, 2016). Toutefois, des expériences à échelle intermédiaire, en milieu naturel, sont nécessaires afin de mieux quantifier la capacité de séquestration et proposer des solutions innovantes pour maximiser la capacité de séquestration. Pour les besoins de ce projet, deux cellules expérimentales ont été construites et instrumentées. La première cellule (EC-1) contient 114 tonnes de résidus miniers ultramafique, qui ont été dynamités à l'Est du filon couche de Dumont (Figure 1.8). La seconde cellule (EC-2) est remplie par environ 2,3 m3 de résidus d'usinage soit environ 5 tonnes provenant d'une usine pilote. Le minerai utilisé

dans l'usine pilote provient de 3 forages dans la dunite serpentinisée (Figure 1.8). La problématique principale de cette étude est de comprendre les impacts de l'altération météorique sur résidus miniers du PDN, à l'échelle de parcelles expérimentales.

1.5.2 Objectifs spécifiques et organisation de la thèse

Dans le but de répondre à cette problématique, plusieurs objectifs spécifiques ont été déterminés:

- Décrire les processus mis en jeux lors de la minéralisation du carbone dans les résidus du PDN

- Développer un modèle conceptuel de la réaction de minéralisation du carbone, - Déterminer la capacité de séquestration en CO2 des résidus du PDN,

- Décrire les impacts de la minéralisation sur la qualité des eaux de drainages en condition naturelle,

- Réaliser une modélisation numérique de la séquestration du CO2 à l'échelle d'une parcelle

expérimentale afin de tester le modèle conceptuel.

Pour répondre aux différents objectifs, cette thèse est articulée en 5 chapitres. Le premier chapitre a pour but de mettre en contexte le projet de recherche et faire un état de l’art sur la minéralisation du carbone. Les chapitres 2 et 3 sont présentés sous la forme d’articles scientifiques.

Le chapitre 2 est un article publié dans l'International Journal of Greenhouse Gas Control. Dans un premier temps, les deux cellules expérimentales et l'instrumentation sont présentées. Ensuite, les résultats des analyses effectuées sur les deux cellules, entre juillet 2011 et novembre 2015, sont décrits. La concentration et la composition isotopique (13CVPDB) du CO2 gazeux dans les

deux cellules ainsi que la minéralogie, la teneur en carbone, et la composition isotopique des carbonates néoformés sont présentées dans ce chapitre. Enfin, en utilisant les résultats obtenus, la source du CO2 séquestré est identifiée et un modèle conceptuel de la minéralisation passive dans les

résidus du PDN est proposé.

Le chapitre 3 est un article qui sera soumis à Chemical Geology. Dans ce chapitre l'impact de l'altération météorique des résidus sur la qualité des eaux de lixiviations est discuté et la quantité de CO2 séquestré entre 2011 et 2015 est estimée. Premièrement, l'évolution de la géochimie des

2015, est présentée. Ensuite, les origines de l'évolution de la géochimie des lixiviats sont discutées. Les impacts de l'évolution de la géochimie, mais également des propriétés hydrogéologiques sur la précipitation des carbonates dans les deux cellules, sont présentés. Enfin, basé sur l'évolution de la teneur en carbone, une estimation de la quantité de CO2 séquestré dans la cellule EC-2 est proposée.

Le chapitre 4 est une présentation des principaux résultats obtenus au cours des modélisations numériques en 1D de la réaction de minéralisation. Afin de tester le modèle conceptuel de la réaction de minéralisation, celui-ci a était calibré en utilisant les différentes données récoltées au cours des 4 ans de suivi des cellules expérimentales. Enfin, une discussion autour des problèmes rencontrés, et des solutions envisagés, est présentée.

Enfin, le chapitre 5 présente les conclusions générales de ces travaux de doctorat et une série de propositions de travaux futurs.