CHAPITRE 4 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX ET DONNÉES DE TERRAIN
4.4 Propriétés hydrogéologiques des résidus
4.4.1 Conductivité hydraulique saturée
Deux essais de perméabilité en cellules triaxiales (tests A et B) ont été réalisés selon la méthode C de la norme ASTM D5084-16a sur des éprouvettes avec deux indices des vides différents (eA = 0,66, eB = 0,53). Le degré de saturation Sr des deux éprouvettes était supérieur à 99 % (section 3.1.3). Des valeurs de conductivité hydraulique de 1×10-5 et 3×10-5 cm/s ont été mesurées pour des indices des vides de 0,53 et 0,66, respectivement (figure 4.21).
Les conductivités hydrauliques mesurées au laboratoire ont été comparées avec les conductivités hydrauliques saturées estimées à l’aide des modèles de prédiction de Kozeny-Carman (équation 2.3; Chapuis et Aubertin, 2003) et Kozeny-Carman Modifié (équation 2.6; Mbonimpa et al., 2002). Les résultats obtenus expérimentalement se situent entre les résultats prédits avec les deux modèles mais sont un peu plus proches des résultats estimés avec le modèle de Kozeny-Carman Modifié (figure 4.21).
Les conductivités hydrauliques saturées mesurées ici ont aussi été comparées avec les valeurs rapportées par L. Bolduc (2012) et Saleh-Mbemba (2016) suite à des essais de perméabilité à charge variable en cellule triaxiale à parois flexibles (méthode C, ASTM D5084-16a) sur des résidus de la mine CM prélevés en 2012 (figure 4.21). Les valeurs rapportées par L. Bolduc (2012) et Saleh-Mbemba (2016), mesurées à des indices des vides allant de 0,66 à 0,91, varient entre 1×10-5 et 9×10-5 cm/s. La conductivité hydraulique mesurée par L. Bolduc (2012) est inférieure à celle obtenue dans la présente étude; celle mesurée par Saleh-Mbemba (2016) est sensiblement la même que celle obtenue dans la présente étude pour un même indice des vides (p. ex. e ≈ 0,66). Les valeurs de ksat mesurées en laboratoire ont aussi été comparées avec les valeurs de ksat estimées à partir des valeurs de cv (obtenus par les méthodes de Taylor et de Casagrande) et des coefficients de changement de volume mv [kPa-1], selon l’équation 2.30 (voir la section 4.2.5 pour un résumé des valeurs estimées de ksat selon cette méthode un exemple de calcul). Ces valeurs de conductivités hydrauliques estimées sont dans le même ordre de grandeur et généralement plus faible que les valeurs obtenues en laboratoire. Cette différence peut être expliquée par le fait qu’il est difficile d’obtenir de bonnes valeurs de ksat selon les valeurs de cv.
Figure 4.21: Valeurs expérimentales de la conductivité hydraulique saturée, ksat (cm/s) des résidus miniers selon leur indice des vides, e, et comparaison avec les résultats de laboratoire de Saleh- Mbemba (2016) et de L. Bolduc (2012), avec les modèles prédictifs de Kozeny-Carman (Chapuis et Aubertin, 2003) et Kozeny-Carman Modifié (Mbonimpa et al., 2002) et avec les conductivités hydrauliques estimées à partir des valeurs de cv.
4.4.2 Courbes de rétention d’eau (CRE)
Les points expérimentaux de la courbe de rétention d’eau ont été obtenus à partir de deux essais en cellule de type Tempe et de deux essais en cellule de pression (pressure plate) (norme ASTM D6836-02; section 3.1.4). La teneur en eau massique initiale, w0, des essais Tempe A et B étaient respectivement de 23 et 24%; leur porosité, n, 0,41 et 0,39 et leur degré de saturation initial, Sr, de 90 et 103%. Les degrés de saturations supérieurs à 100% (en apparence) sont dus aux incertitudes sur les mesures de laboratoire (pour la taille des éprouvettes).
Un total de six et sept éprouvettes a été utilisé pour les essais en cellule pression (pressure plate) A et B. Les éprouvettes ont été déposées sous forme de pulpe. La teneur en eau massique initiale, w0, des essais au pressure plate A et B étaient de 37 et 36% et les degrés de saturation (calculés), Sr, de 101 et 113% respectivement (valeurs trop élevées dues aux mesures imprécises du volume des éprouvettes). La pulpe avait une porosité initiale, n, de 0,48 et 0,49 au moment de la déposition pour les essais A et B. La porosité finale de chacune des éprouvettes soumises à différentes succions variait entre 0,36 et 0,39 pour une moyenne de 0,38 et 0,39 pour les essais A et B (figure 4.23). La différence entre les porosités initiales et finales des différentes éprouvettes peut être expliquée par la compressibilité des résidus miniers. Aucun signe de dessication (fentes, retrait) n’a été observé dans les éprouvettes pendant les essais. Les teneurs en eau volumique, θ [m3/m3] et les degrés de saturation, Sr, mesurés pour chaque palier de succion, ψ [kPa] sont présentés à la figure 4.22.
Figure 4.22: (a) Valeurs expérimentales de la teneur en eau volumique, θ, et (b) du degré de saturation, Sr en fonction de la succion, ψ (kPa) pour les essais en cellule Tempe et en cellule de pression pour les résidus de la mine CM.
Figure 4.23: Valeurs expérimentales de la porosité, n, en fonction de la succion, ψ (kPa) pour les essais en cellule de pression (pressure plate) A et B.
La courbe de rétention d’eau, CRE, a été tracée à partir des données de l’essai en cellule Tempe B et des données des essais au pressure plate (A et B). Les données de la cellule Tempe A ont été écartées puisque l’échantillon n’était pas entièrement saturé initialement. Les valeurs expérimentales initiales de teneur en eau (pression nulle) des essais au pressures plate ont également été écartées, car elles correspondaient à une porosité plus élevée (porosité correspondant à une suspension) que celle du reste de l’essai (porosité de la pulpe de 0,48 et 0,49 contre 0,38 et 0,39 par la suite). La baisse de la teneur en eau initiale semble avoir été causée par la sédimentation de la pulpe et l’évaporation de l’eau et non par l’application d’une succion. Le modèle descriptif de Fredlund et Xing (1994) (équation 2.9) a été utilisé pour tracer la courbe de rétention d’eau après ajustement aux données expérimentales. La pression d’entrée d’air (AEV) ainsi obtenue est d’environ 50 kPa (les valeurs des paramètres de la CRE lissée sont présentées au tableau 4.9). La CRE mesurée (et lissée) est comparée avec la CRE prédite (modèle Kovacs Modifié, MK, équation 2.11; Aubertin et al., 2003), à la figure 4.24. L’AEV mesuré (~50 kPa) est dans l’intervalle attendu pour des résidus fins de type ML (10 à 70 kPa) (Bussière, 2007). L’AEV prédit par la méthode des tangentes avec le modèle MK est d’environ 25 kPa, ce qui est inférieur à l’AEV de la CRE lissée. À titre comparatif, des essais effectués à l’aide de la cellule de pression par Saleh-Mbemba (2016)
sur des résidus (plus fins) de la mine CM échantillonnés en 2012 ont donné un AEV d’environ 65 kPa, soit une valeur légèrement supérieure à cette obtenue dans la présente étude.
Figure 4.24: Teneurs en eau volumique, θ mesurées (points) en fonction de la succion, ψ (kPa), courbe de rétention d’eau lissée (modèle de Fredlund et Xing (1994) – trait plein) et courbe de rétention d’eau prédite (modèle MK (Aubertin et al., 2003) - pointillés) pour les résidus CM.
Tableau 4.8: Paramètres du modèle MK (Aubertin et al., 2003) (équation 2.11) pour les résidus CM. e (-) Ss (m2/kg) hco (cm) m (-) ac (-) ψr (kPa) ψn (kPa) ψ0 (kPa) AEV (kPa) 0,66 325,7 1399 0,0875 0,01 477 0,1 106 25
Tableau 4.9: Paramètres du modèle de Fredlund et Xing (1994) (équation 2.9) pour la CRE lissée des résidus CM. af (kPa) nf (-) mf (-) θr (-) AEV (kPa) θsat (-) mw (kPa-1) 30,4 20 0,214 0,173 52 0,391 3,75*10-4