Les remblais cimentés en pâtes

Le remblayage souterrain est devenu une pratique courante pour de nombreuses mines modernes à travers le monde. Le remblai en pâte, en plus de permettre d’enfouir des tonnages importants de résidus problématiques s’ils étaient stockés en surface, constitue un élément structural favorisant la stabilité des vides (Benzaazoua et al., 2003). L’utilisation du remblai minier dans l’industrie minière est devenue une technique très largement pratiquée dans les mines modernes à travers la planète et, particulièrement, au Québec. Le remblai minier cimenté en pâte (RMCP) est un mélange de résidus miniers fins provenant des concentrateurs issus d’une filtration du résidu final, d’un liant hydraulique composé d’un ou de plusieurs agents liants, dans une proportion allant de 3 à 7% et, enfin d’eau, pour atteindre la consistance désirée. Le remblai en pâte souterrain joue un rôle important dans les mines souterraines.

En effet, il permet d’assurer la stabilité des chantiers et une extraction plus complète du minerai. Il constitue aussi une technologie novatrice de gestion des résidus miniers. En effet, il peut permettre de stocker sous terre jusqu’à 50% des résidus miniers potentiellement polluants pour l’environnement (Benzaazoua et al., 2004). Le remblayage en pâte représente également une méthode efficace de gestion des résidus sulfureux, à fort potentiel de génération d’acide. Il permet d’enfouir d’importants tonnages de rejets de concentrateur et ainsi de réduire le volume de rejets problématiques stockés en surface. Les réactions d’hydratation du liant hydraulique dans le remblai en pâte entraînent la formation de minéraux primaires et secondaires (selon la chimie des intrants de base) qui modifient la structure interne de la matrice du remblai. L’évolution de la microstructure dans le temps implique, par le fait même, un changement des propriétés hydrogéotechniques du remblai. Un aspect essentiel à considérer pour une utilisation efficace des RMCP, est l’évolution des propriétés hydriques, incluant les courbes de rétention d’eau (CRE) (Godbout et al., 2004).

Les propriétés mécaniques du remblai en pâte dépendent des caractéristiques physiques, chimiques et minéralogiques des résidus miniers de base, de l’eau de gâchage et du type de liant utilisé et sa proportion. Par ailleurs, la performance mécanique du remblai en pâte est fortement liée à la présence ou non de sulfates dans le mélange. Le sulfate agit de deux manières, d’une part il peut entraîner une inhibition des réactions à l’origine du phénomène de cimentation et, d’autre part, il pourrait conduire à une altération chimique et/ou une attaque sulfatique conduisant à une chute progressive de la résistance mécanique à long terme du remblai en pâte (Benzaazoua et al., 2003).

Godbout et al. (2004) ont étudié l’évolution des propriétés de rétention d’eau et de conductivité hydraulique à saturation des remblais miniers cimentés en pâte durant le curage. Le remblai en pâte consiste en un mélange de rejets de concentrateur sulfureux, de 4.5% de liant formé de ciment Portland type 10 et de laitier de haut foumeau et d’eau de mélange. Ces auteurs ont montré que les courbes de rétention d’eau (CRE) du RMCP évoluent avec le temps de curage. La pression d’entrée d’air à court terme augmente tandis que la pente de la CRE s’adoucit. De plus, par des simulations numériques, ils ont montré que lorsqu’une fonction hydrique évolutive est utilisée, les teneurs en eau volumiques peuvent demeurer élevées sur l’ensemble du chantier simulé.

Benzaazoua et al. (2004) ont étudié expérimentalement l’influence de différents paramètres et des principaux composants (résidu, ciment, eau, etc.) du remblai et du facteur temps sur sa résistance mécanique. Leurs principaux résultats sont les suivants : - la granulométrie du résidu minier de départ joue un rôle essentiel sur la résistance mécanique des remblais en pâte, plus particulièrement sur le degré de consolidation des remblais. Le remblai cimenté présente une résistance optimale pour des valeurs de D10,

D50 et D90 comprises respectivement entre 2 et 3 microns, 12 et 32 microns et 115 et 190

microns. Les remblais fabriqués avec des résidus moyens à grossiers offrent de plus grande résistance.

- une augmentation de la densité des grains (à partir de 3.2 g/cm3) se traduit généralement par une augmentation de la résistance mécanique du remblai. Ceci est attribuable au fait qu’une densité plus élevée se traduit aussi par une consommation volumique en liant plus élevée.

- après un temps de cure de 120 jours, on peut dans certains cas observer une chute de la résistance mécanique des remblais fabriqués avec des résidus riches en sulfures.

- une augmentation de la proportion du liant conduit à une augmentation de la résistance du remblai. La chimie du liant a un effet significatif sur la résistance du remblai.

- la composition chimique de l’eau de gâchage (particulièrement sa teneur en sulfate) influence la résistance mécanique des remblais. Lorsque les sulfates se forment dans une matrice où l’indice des vides est assez grand par rapport à la quantité de sulfate présente dans le remblai, les sulfates participeraient à la cimentation. Cette dernière se traduit par une augmentation de la cohésion du remblai et, par conséquent, de sa résistance mécanique.

Benzaazoua et al. (2004) ont aussi effectué des modélisations basées sur la technique des surfaces pour prédire la résistance mécanique du remblai, son affaissement, son pourcentage de solide et du coût de la quantité de ciment utilisés ainsi que l’influence de divers paramètres sur sa résistance mécanique. Les résultats des modélisations sont en concordance avec les résultats expérimentaux.

Ouellet et al. (2004) ont aussi étudié l’effet du type de liant et de la chimie de l’eau de mélange sur l’évolution de la microstructure des remblais en pâtes cimentés. Leurs principaux résultats sont les suivants :

- la porosité totale reste autour de 44% pour tous les temps de curage et le diamètre total diminue avec le temps pour tous les mélanges, indiquant une faible diminution de la taille des pores,

- pour toutes les périodes de cure et pour les eaux étudiées, l’eau sulfatée contribue à un raffinement de la porosité et à l’augmentation de la résistance mécanique des remblais en pâtes,

- le type de liant affecte la taille des pores et les valeurs de la résistance mécanique, une évolution de la taille des pores inférieure à 0.1 microns est corrélée avec l’évolution de la résistance mécanique.

CHAPITRE 3 : VALIDATION ET UTILISATION PRÉLIMINAIRE DU CODE HYDROGEOSPHERE