Étude du comportement physique et hydrogéochimique d'un dépôt de résidus miniers en pâte dans des conditions de surface = Study of the Physical and Hydrogeochemical behaviour of surface paste disposal

L’industrie minière génère chaque année une importante quantité de rejets solides que l’on peut classer en deux principales catégories : (i) les stériles : fragments de roche de granulométrie assez grossière et (ii) les rejets de concentrateur : minerai très finement broyé dont on a extrait les substances à intérêt économique. Une partie des rejets de concentrateur est retourné sous terre sous forme de remblais miniers (hydraulique ou en pâte) et une autre partie est stockée en surface dans des parcs à résidus. Ces parcs à résidus, souvent ceinturés d’importantes digues, sont des ouvrages difficiles à gérer et coûteux à restaurer; ils sont à la base de nombreuses catastrophes (on dénombre a peu près deux ruptures de digues de parcs à résidus par an dans le monde). Par ailleurs, le principal problème environnemental lié à l’exploitation minière et particulièrement à la gestion des rejets est le drainage minier acide (DMA). Il se produit quand des minéraux sulfureux sont exposés à l’eau et à l’air. L’oxydation libère alors de l’acidité dans le milieu favorisant ainsi la mise en solution de certains contaminants comme des métaux lourds. Les résidus épaissis en pâte sont obtenus en épaississant des rejets de concentrateur jusqu'à la densité voulue (en général plus de 80% par masse de solide), puis en les mélangeant avec de l’eau et un liant. Après le mélange des divers ingrédients, on obtient un matériau ayant la consistance d’une pâte et qui peut être transporté par pompage ou par gravité à l’aide d’un réseau de tuyauterie. Depuis une vingtaine d’années, ils étaient principalement utilisés pour remblayer les chantiers souterrains (remblais miniers en pâte cimentés). Mais, pour remplacer les parcs à résidus « traditionnels » et mieux gérer le DMA certaines exploitations minières utilisent cette méthode pour l’entreposage en surface (dépôt de pâte en surface ou DPS). Le but de ce travail était d’étudier le comportement environnemental de résidus sulfureux stockés en utilisant la méthode des DPS. Plus particulièrement nous avons cherché à améliorer les propriétés de la pâte en ajoutant de faibles quantités de ciment. Pour cela nous avons réalisé des essais en colonnes, nous avons utilisé un model physique instrumenté et utilisé des outils de modélisation numérique. Les résultats montrent principalement que l’ajout de ciment peut fortement améliorer les propriétés environnementales de résidus sulfureux, cependant une mauvaise utilisation du ciment peut avoir l’effet inverse. Des tests en colonnes (préparées avec des résidus très générateurs d’acide contenant 54% de pyrite) ont montré que l’intercalation de couches contenant 2% de ciment entre des couches non cimentées permettait d’améliorer de manière significative le comportement environnemental du dépôt. L’ajout de couches contenant 1% de ciment donnait de plus mauvais résultats que la configuration sans ciment. Ce travail a aussi permis de mettre en évidence l’impact important des différentes discontinuités (fractures de dessiccation, interfaces entre les couches et fracturations secondaires liée à l’attaque sulfatique). Ces différentes discontinuités peuvent créer un réseau d’oxydation et d’infiltration préférentiel favorisant la formation du DMA