CHAPITRE 2 REVUE DE LITTERATURE
2.5 Technique de la nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche
2.5.4 Synthèse des travaux de recherche
Différents types de travaux de laboratoire, de modélisation numérique et de terrain ont été réalisés sur la technique de la nappe phréatique surélevée avec ou sans recouvrement monocouche depuis le début des années 2000. Le tableau 2.1 présente une synthèse de ces différents travaux comprenant les configurations testées et les principaux résultats obtenus.
Tableau 2.1 : Synthèse des travaux de recherche récents effectués sur la méthode de restauration (adapté de Ethier, 2018)
Site
minier Paramètres d’influence évalués Résultats clés Types de travaux Auteurs
Detour Lake, ON RM- Épaisseur, type et % sulfures 1,8 m – Résidus désulfurés– 0,5-1%S
- Niveau phréatique : contrôle principal sur le flux d’oxygène - Granulométrie des résidus et du recouvrement : influence de l’une par rapport à l’autre, le RM se comportera alors comme une barrière à l’oxygène ou à l’évaporation
Restauration d’une partie du parc à résidus Dobchuk (2002), Dobchuk et al. (2013) RM - Épaisseur et type 1,8 m – Résidus
désulfurés Modélisation numérique 1D
(x4) SoilCover RM et Résidus -
Granulométrie Fin ou grossier
Niveau phréatique* +1 m ou -4 m
Lorraine, QC
RM - Épaisseur et type 50-51 cm - Sable
- Niveau phréatique : influence importante
- Contenu en sulfures : influence importante
- Épaisseur du recouvrement : influence importante
- Granulométrie des résidus et du recouvrement : influence importante Essais en colonnes (x4) Dagenais (2005), Dagenais et al. (2006; 2001; 2002; 2011) Résidus - % sulfures 0,21%S
Résidus - Épaisseur 40-42 cm – Lorraine Niveau phréatique* -0,7 ou -1,4 m (0,5ψ
90-ψ90) Aldermac,
QC
RM - Épaisseur et type 7,5 cm – Sable
Essais en colonnes (x2) Résidus - Épaisseur 60 cm – Aldermac
Résidus - % sulfures 25,2%S Niveau phréatique* -25 cm Solbec- Cupra/ Manitou, QC
RM - Épaisseur et type 44-46 cm – Sable
Essais en colonnes (x4) RM - % sulfures 9,06%S Résidus - Épaisseur 44-47 cm Niveau phréatique* -0,95 ou -1,9 m (0,5ψ 90-ψ90) Les 3 types de résidus utilisés en colonnes RM - Épaisseur Variable ou 30 cm Modélisation numérique 1D (x14) SoilCover RM et Résidus - Granulométrie
Idem colonnes, fin ou grossier
Taux d’évaporation Variable ou 7,8 mm/j Niveau phréatique* 0 m, -3 m
Travaux de terrain, essais en laboratoire et modélisation numérique
RM : Recouvrement monocouche
Tableau 2.1 (suite) : Synthèse des travaux de recherche récents effectués sur la méthode de restauration (adapté de Ethier, 2018)
Site
minier Paramètres d’influence évalués Résultats clés Types de travaux Auteur
Louvicourt et Sigma, QC Résidus - Épaisseur et type 15 cm - Louvicourt (L), Sigma (S) ou mélange (M)
- Niveau phréatique : Profondeur optimale ≤ 1/2PEA
- Composition minéralogique des résidus : effet non significatif lorsque Sr>90%
Essais en petites colonnes (x15) Ouangrawa (2007), Ouangrawa et al. (2006, 2009, 2010) Résidus - % pyrite 4 % (S), 15% (M) ou 40% (L) Niveau phréatique* - 15 cm, -228 cm RM - Épaisseur et type 20 cm - Sable
Essais en grandes colonnes (x3)
Résidus - Épaisseur
et type 1,2-1,6 m – L ou M
Résidus - % pyrite 15% (M) - 40% (L) Niveau phréatique* - 55 cm, -175 cm
Idem que les colonnes expérimentales Modélisation numérique
Min3P
Doyon, QC
RM - Épaisseur et type
0,5-1 m de Résidus
désulfurés Doyon - Niveau phréatique : influence principale - Contenu en sulfures : réduction des flux d’oxygène à la base du RM à court terme lorsque celle-ci contient une faible teneur en sulfures
- Épaisseur du recouvrement : influence secondaire
- Conditions climatiques
Essais en colonnes (x11) Demers (2008), Demers et al. (2007, 2008, 2009) RM - % sulfures 0,25-1,25%S Résidus – Épaisseur et type 30 cm – Doyon Résidus - %sulfures 2-4%S Niveau phréatique* 0 m, -1,3 m
RM - % sulfures 0,3, 0,6 ou 0,8%S Modélisation numérique
1D (x15) Vadose/W
RM - Épaisseur 0,5, 0,75 ou 1 m
Niveau phréatique* 0,-0,75 et -1,5 m
Essais en laboratoire et modélisation numérique
RM : Recouvrement monocouche
Tableau 2.1 (suite) : Synthèse des travaux de recherche récents effectués sur la méthode de restauration (adapté de Ethier, 2018)
Site
minier Paramètres d’influence évalués Résultats clés Types de travaux Auteur
Selbaie, QC
Résidus – Épaisseur et type
50 cm – Selbaie peu
ou visiblement oxydés - Contenu en sulfures des résidus - Niveau phréatique : influence sur la saturation des résidus
- Épaisseur du recouvrement : pas d’effet significatif
- Granulométrie du recouvrement : impact significatif
- Conditions climatiques
Essais en petites colonnes (x2) Cosset (2009), Cosset et al. (2010) RM - Épaisseur et
type 30 cm - Moraine Essais en grandes colonnes
(x2) Résidus - Épaisseur et type 1,7 m - Selbaie peu ou visiblement oxydés RM - Épaisseur 0,3, 1 ou 2 m Modélisation numérique 1D (x13) SEEP/W RM - Granulométrie très fine, fine,
moyenne, grossière Niveau phréatique* -1 à -15 m Goldex, Manitou et Selbaie, QC RM - Épaisseur et
type 30-40 cm – Goldex - Résidus oxydés ou non oxydés :
influence de la pré-oxydation sur l’efficacité de la méthode de restauration à contrôler le DMA - Niveau phréatique : Influence primordiale
- Épaisseur du recouvrement : mince = peu d’efficacité épais = moins sensible aux variations climatiques
- Granulométrie du recouvrement et des résidus : pas d’influence de la granulométrie des résidus - Conditions climatiques
Essais en grandes colonnes (x4) Pabst (2011), Pabst et al. (2010, 2011a, 2011b, 2014, 2017a, 2017b) Résidus - Épaisseur et type 1,7 m - Manitou ou Selbaie oxydé ou non oxydé
RM - Épaisseur et
type 30-40 cm - Goldex
Essais en petites colonnes (x4)
Résidus - Épaisseur et type
34,1 - 36,5 cm - Manitou ou Selbaie oxydé ou non oxydé
RM - Épaisseur 1 à 4 m Modélisation numérique 1D Vadose/W Niveau phréatique* -1 à -6 m Niveau phréatique* -1 à -6 m Modélisation numérique 1D Min3P
Essais en laboratoire et modélisation numérique
RM : Recouvrement monocouche
Tableau 2.1 (suite) : Synthèse des travaux de recherche récents effectués sur la méthode de restauration (adapté de Ethier, 2018)
Site
minier Paramètres d’influence évalués Résultats clés Types de travaux Auteur
Goldex et Manitou, QC
RM - Épaisseur et type
0,5-1m de résidus
Manitou oxydé - Granulométrie (résidus et recouvrement)
- Contenu en sulfures des résidus - Épaisseur du recouvrement - Résidus oxydés ou non oxydés
Essais en colonnes (x13) Bussière et al. (2008, 2009, 2011, 2012), Demers et al. (2013) Résidus - % sulfures 5,8-15,4%S Niveau phréatique* 0, -0,5 et -1,9 m Doyon- Westwood, QC RM- Épaisseur et type 0,5 ou 1 m - Résidus Goldex 0,15 m - Graviers - Épaisseur du recouvrement - Présence d’une barrière à l’évaporation
- Niveau phréatique
- Suivi 2015 à octobre 2017 : teneur en eau volumique, succion, débit, analyses géochimiques des lixiviats Cellules de terrain (x3) Rey et al. (2016, 2017) Résidus - Épaisseur et type 1 m - Doyon
Niveau phréatique* -1 et -2 m (0,5PEA- 1PEA)
RM - Épaisseur et type
0,5-1 m de résidus Westwood ou
Goldex - Composition et épaisseur du
recouvrement - Niveau phréatique Essais en colonnes (x12) RM - % souffre 0,13-0,17 %S Résidus – Épaisseur, type, % souffre 30 cm - Doyon - 4,34%S Niveau phréatique* 0, -1 et -2 m
Travaux de terrain, essais en laboratoire et modélisation numérique
RM : Recouvrement monocouche
Tableau 2.1 (suite) : Synthèse des travaux de recherche récents effectués sur la méthode de restauration (adapté de Ethier, 2018)
Site
minier Paramètres d’influence évalués Résultats clés
Types de
travaux Auteur
Manitou et Goldex, QC
RM- Épaisseur et type 1,2-2,1 m - Résidus Goldex
- Suivi aout 2012 à aout 2015 : - 13 stations de mesures : niveau piézométrique, teneur en eau
volumique, succion, concentration d’O2 gazeux dans les pores
- Essai de consommation d’oxygène : 3x en 2015 et 2x en 2017 – 4 stations (1, 4, 2, 5) Restauration du parc à résidus #2 Ethier (2018), Éthier et al. (2013, 2014, 2016, 2018) Résidus - Épaisseur et type 0,8-2,1 m - Manitou RM – Épaisseur et type 1,18, 1,30 et 1,55 m –
Résidus Goldex - Estimation du coefficient du taux de
réaction Kr dans les résidus Goldex et Manitou Modèle 1D Vadose/W Résidus – Épaisseur et type 1 m - Manitou RM – Épaisseur 1,2 m à 2,1 m
- Calibration basée sur le suivi des niveaux piézométriques
- Influence des changements climatiques simplifiés sur le niveau phréatique Modèle 3D du parc à résidus #2 de Manitou GOCAD et HydroGeoSphere RM - Granulométrie
Calibrée à partir des données expérimentales des résidus Goldex : dense, lâche, fin grossier Résidus – Épaisseur et type 0,8-2,1 m - Manitou Conditions climatiques Climat normal ou changement climatique simplifié RM et Résidus -
Granulométrie Fin ou grossier
Niveau phréatique* -2.2 m
Conditions climatiques
Prédictions climatiques selon MCG (RCP6.0 et RCP8.5)
Travaux de terrain, essais en laboratoire et modélisation numérique
RM : Recouvrement monocouche
Tableau 2.1 (suite) : Synthèse des travaux de recherche récents effectués sur la méthode de restauration (adapté de Ethier, 2018)
Site
minier Paramètres d’influence évalués Résultats clés
Types de travaux Auteur Detour Lake, ON RM - Épaisseur et type 1,8 m – Résidus
désulfurés - RM grossier : Efficacité à limiter le flux d’oxygène varie en fonction de la granulométrie des résidus sous-jacents. Performance peu affectée par les changements climatiques
- RM fin : Grande sensibilité aux changements climatiques. Évaporation plus importante Modèle 1D Vadose/W Ahmad (2018) RM et Résidus -
Granulométrie Fin ou grossier
Niveau phréatique* -2.2 m
Conditions climatiques
Prédictions climatiques selon MCG (RCP6.0 et RCP8.5)
Travaux de terrain, essais en laboratoire et modélisation numérique
RM : Recouvrement monocouche
Ces différentes études ont permis de synthétiser les paramètres clés qui régissent l’efficacité de la méthode de restauration et sont présentés au tableau 2.2.
Tableau 2.2 : Paramètres principaux influençant la performance de la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche
Paramètres clés Explication Études
Niveau de la nappe phréatique
L’efficacité de la technique augmente avec un niveau de la nappe phréatique plus haut.
Bussière et al. (2012; 2011), Cosset (2009), Cosset et al. (2010), Dagenais (2005), Dagenais et al. (2001; 2002; 2006; 2011) , Demers (2008), Demers et al. (2013), Dobchuk (2002), Dobchuk et al. (2013), Ethier (2018), Ouangrawa (2010) L’efficacité est optimale lorsque le niveau est supérieur ou
égal à l’interface entre les résidus et le recouvrement.
Demers (2008), Demers et al. (2013), Pabst (2011), Pabst et al. (2010, 2011a, 2011b, 2014, 2017a, 2017b) Le nouveau critère de design définit le niveau de la nappe
comme devant être inférieur ou égal à la moitié de la valeur de la pression d’entrée d’air des résidus (h≤0.5PEA).
Ouangrawa (2007)
Propriétés des matériaux
La granulométrie, l’indice des vides ainsi que les propriétés de rétention d’eau vont avoir un impact significatif sur la position de la nappe phréatique au sein des résidus. Dagenais (2005), Dobchuk et al. (2013), Ethier (2018), Éthier et al. (2013; 2018), Ouangrawa (2007), Pabst (2011)
Le contraste de granulométrie entre le recouvrement et les résidus va avoir un impact sur le comportement du recouvrement (barrière à l’évaporation ou à l’oxygène).
Cosset (2009)
Teneur en sulfures des résidus
Plus les résidus sont réactifs plus l’efficacité en sera affectée. Cependant, si les résidus demeurent proches de la saturation (Sr ≥ 90 %), cette influence ne s’exerce plus.
Dagenais (2005; 2006), Ouangrawa (2007; 2006)
Pré-oxydation des résidus
La présence de résidus préalablement oxydés peut impliquer la mise en place de critères plus sévères (niveau de la nappe, épaisseur du recouvrement) pour permettre à la technique d’être efficace. Cependant, les mécanismes d’oxydation secondaire peuvent se poursuivent pour continuer à produire du DMA.
Demers et al. (2013), Ethier (2018), Ethier et al. (2013), Pabst (2011)
Évaporation
Si le recouvrement monocouche ne limite pas suffisamment l’évaporation, celle-ci a un impact significatif sur l’efficacité de la méthode à limiter le flux d’oxygène vers les résidus.
Bussière et al. (2011), Dagenais (2005), Demers et al. (2013), Pabst (2011)
Épaisseur du recouvrement
L’augmentation de l’épaisseur du recouvrement améliore l’efficacité jusqu’à un certain point. Dépassé une certaine valeur, l’impact devient minime.
Cosset (2009), Demers (2008), Pabst (2011)
Teneur en sulfures du recouvrement
La présence d’une faible quantité de sulfures dans le recouvrement permet de diminuer le flux d’oxygène se rendant aux résidus.
Demers (2008), Sjoberg et al. (2001)
Tableau 2.2 (suite) : Paramètres principaux influençant la performance de la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche
Paramètres clés Explication Études
Périodes de sécheresses
La technique de restauration est sensible aux périodes de sécheresse qui peuvent provoquer une diminution du niveau de la nappe phréatique en dessous du critère de design.
Ethier et al. (2018)
Influence des changements climatiques
Le changement du régime de précipitations et de la durée/sévérité des périodes de sécheresses n’auront pas le même impact sur l’efficacité d’un recouvrement
monocouche selon sa granulométrie.
Ahmad (2018)