CHAPITRE 5 ANALYSE ET DISCUSSION DES RÉSULTATS
5.3 Temps critique d’entrée d’air (t cr–AE )
Lors du retrait, le temps correspondant au début de la désaturation du matériau (à wAEV) est
n place pourrait se produire, ce qui permettrait de prendre des précautions à et effet si l’on veut éviter cette désaturation qui pourrait engendrer à son tour la génération du
la teneur en eau obtenue lors du processus e dessiccation est une teneur en eau uniforme (vue la petite taille de l’échantillon).
appelé (dans cette étude) temps critique d’entrée d’air dans ce matériau (tcr–AE). Ce paramètre est d’une grande importance lorsqu’on veut caractériser le début de la désaturation des résidus miniers initialement saturés. Il peut servir à évaluer le moment à partir duquel la désaturation des résidus miniers mis e
c
drainage minier acide (DMA).
Ce temps peut être évalué expérimentalement (ou par des modèles numériques comme on le verra plus loin). La section qui suit présente la procédure adoptée dans cette étude pour la détermination expérimentale du temps critique d’entrée d’air dans un matériau.
5.3.1 Détermination expérimentale
Le temps requis pour l’entrée d’air dans un matériau est évalué ici à partir de la courbe teneur en eau w versus temps t (figure 5.13). On considère que
d
Figure 5.13 Détermination expérimentale du temps critique d’entrée d’air à partir de l’évolution de la teneur en eau w en fonction du temps t (résidus Bulyanhulu)
Une façon pratique pour déterminer le temps critique d’entrée d’air dans le matériau tcr-AE est d’utiliser une équation de régression polynomiale, comme présenté sur la figure 5.13. Dans cette
) est évalué à 3.7 jours. Il faut toutefois noter que ce temps est
l’échantillon est épais, plus le matériau se désature lentement et plus le temps critique d’entrée d’air sera grand.
aux d’évaporation n’est pas le même en tout
d’éviter la iniers. Cette désaturation est liée aux conditions d’exposition. Dans les sections qui suivent, ce temps tcr–AE déterminé ici de manière expérimentale sera comparé avec celui obtenu grâce à des simulations numériques afin de pouvoir évaluer la capacité du modèle à reproduire les résultats expérimentaux.
Sur le graphique teneur en eau w versus temps t (figure 5.13), on observe aussi que le temps nécessaire pour compléter le processus de dessiccation est à peu près de 17 jours. Cette durée sera considérée lors des simulations numériques.
Si l’échantillon est plus épais et présente une certaine variation de teneur en eau w avec la
a surface).
équation, la teneur en eau d’entrée d’air dans le matériau wAEV est connue (sa détermination a été présentée au chapitre 4). Le temps correspondant à cette teneur en eau, ou temps critique d’entrée d’air tcr–AE, est donc facile à déterminer.
Pour les résultats obtenus avec les résidus Bulyanhulu, le temps nécessaire pour l’entrée d’air dans le matériau (wAEV ≈ 21.9%
fonction :
- de l’épaisseur de l’échantillon car les allures des courbes temps t versus teneur en eau w ne sont pas les mêmes (comme cela a été démontré au chapitre 4). Plus
- des conditions d’expérimentation car le t
temps; il est lié à plusieurs facteurs externes. De même, si le drainage intervient, l’allure de la courbe temps t versus teneur en eau w va se présenter différemment.
Ce temps critique peut servir à prévenir l’entrée d’air dans la couche de matériau, afin désaturation des résidus m
profondeur, la détermination du temps critique devrait se baser sur l’évolution de la teneur en eau w dans la couche superficielle (car l’air entre dans le matériau par l
Degré de saturation et indice des vides versus temps
La figure 5.14 présente les valeurs mesurées de l’indice des vides et du degré de saturation en fonction du temps pour les résidus provenant de la mine Bulyanhulu (échantillon de 36 mm d’épaisseur). Ces résultats confirment que le temps nécessaire pour l’entrée d’air dans le matériau est d’environ 3.7 jours. L’Indice des vides final du matériau ef peut aussi être évalué sur cette
gure à 0.61.
pondant à l’entrée d’air dans le matériau, t < tcr–AE). Rodriguez (2006) et Péron et al. fi
Ces résultats confirment aussi que la quasi-totalité du retrait des résidus miniers a lieu lorsque le matériau est encore saturé (i.e. succion plus petite que l’AEV, Ψ < ΨAEV, ou temps plus petit que celui corres
(2006) ont fait la même observation durant leurs investigations sur des rejets métallurgiques et sur des matériaux silteux respectivement.
Figure 5.14 Évolution du degré de saturation et de l’indice des vides avec le temps (résidu Bulyanhulu)
Lorsqu’on observe les résultats de la figure 5.14, on remarque que le temps critique d’entrée d’air dans le matériau, là où le degré de saturation s’écarte de la ligne de 100%, correspond pratiquement avec le moment où le matériau atteint son indice des vides final (ef = 0.61).
Pareils types de résultats peuvent être utilisés pour prédire l’évolution du degré de saturation, afin
5.3.2 Relation entre épaisseur de l’échantillon et le temps critique
entrée d’air dans des couches beaucoup plus épaisses seurs beaucoup plus grandes que celles considérées en laboratoire) pour des conditions ’expérimentation identiques. Les essais ont été réalisés sur des échantillons ayant 5 épaisseurs différentes (12, 24, 36, 48 et 60 mm). La figure 5.15 montre la relation entre l’épaisseur des échantillons et le temps critique d’entrée d’air; le coefficient de corrélation entre les deux variables y est également indiqué.
de prévenir l’entrée de l’oxygène dans les résidus réactifs (génération d’acide). En ce sens, des simulations numériques peuvent aider à compléter cette analyse et étendre les résultats à une représentation des conditions in situ (voir section 5.4).
d’entrée d’air
D’autres essais expérimentaux ont été réalisés afin d’évaluer la relation entre le temps critique d’entrée d’air et l’épaisseur de l’échantillon. Ces tests ont été faits pour pouvoir évaluer la possibilité de prédire le temps critique d’
(épais d
Figure 5.15 Temps critique d’entrée d’air vs épaisseur échantillon (résultats expérimentaux sur le résidu Bulyanhulu)
Sur cette figure, on peut voir que plus l’épaisseur de l’échantillon h augmente, plus le temps critique d’entrée d’air dans le matériau tcr–AE augmente. On peut également voir que la corrélation (R2 = 0.99) entre les deux variables est pratiquement parfaite, ce qui indique que pour cette gamme d’épaisseurs, le temps critique d’entrée d’air dans le matériau tcr–AE varie linéairement par pport à l’épaisseur de l’échantillon h. Nous n’avons pu évaluer cette relation pour des épaisseurs beaucoup plus grandes.
ci-dessus, et ensuite à étendre l’investigation à des épaisseurs beaucoup plus grandes qui
lations numériques ont été réalisés comme complément à ’étude expérimentale. Ces simulations ont été réalisées dans le but de reproduire les essais expérimentaux réalisés en laboratoire sur des échantillons de 36 mm d’épaisseur. La comparaison des résultats des simulations numériques avec les résultats expérimentaux sert à évaluer la représentativité du modèle numérique choisi, et aussi à évaluer notre capacité à prédire la réponse du matériau. Ceci inclut le temps critique d’entrée d’air dans le matériau pour des conditions climatiques données et pour des épaisseurs de couches beaucoup plus grandes (représentation des conditions in situ).
5.4.2 Approche de la modélisation
Les simulations numériques du processus d’assèchement des échantillons des résidus Bulyanhulu testés ont été menées en utilisant le code d’éléments finis Vadose /W (Geoslope International Ltd,
de tenir c ion qui est le processus à la base de la perte en eau des échantillons ra
Les simulations numériques à venir serviront à reproduire les résultats expérimentaux présentés
pourraient représenter les conditions in situ.