Étude expérimentale des propriétés hydrogéologiques des roches stériles à une échelle intermédiaire de laboratoire

RÉSUMÉ: Les grandes quantités de stériles miniers générées annuellement par l'industrie minière représentent des risques pour l'environnement. Le stockage des roches stériles dans les haldes peut conduire à de graves problèmes causés par le drainage minier acide (DMA) ou le drainage neutre contaminé (DNC). Par conséquent, des études systématiques sur les stériles miniers sont nécessaires afin d'élaborer des méthodes de stockage écologiques et sécuritaires. Le projet de recherche présenté dans ce mémoire avait pour objectif d'étudier les principales caractéristiques hydrogéologiques de stériles miniers à partir d'une approche expérimentale à l'échelle intermédiaire en laboratoire. Le but spécifique du projet était la détermination de la conductivité hydraulique saturée des échantillons de roches stériles et de leur courbe de rétention d'eau. On a aussi évalué l'effet du déplacement des particules fines, lors de l'écoulement de l'eau, sur les propriétés hydriques des stériles. Les essais ont été réalisés sur les échantillons prélevés sur une des haldes à stériles de la mine Lac Tio (RTFT, Havre-Saint-Pierre, Québec). Selon le système unifié (ou ASTM) de classification des sols, les échantillons testés (diamètre ≤ 50 mm) correspondent à un sable bien gradué (SW), avec diverses proportions de particules fines, de gravier et de cailloux. Les propriétés hydrogéologiques de ces stériles ont été déterminées à l'aide d'essais de perméabilité, de traceur, d'infiltration et de rétention d'eau dans des grandes colonnes instrumentées. Ces essais ont été menés sur des échantillons (spécimens) dont la granulométrie a été tronquée à des dimensions présélectionnées (de 5 à 50 mm). Les résultats des essais en colonne ont montré que la conductivité hydraulique saturée des stériles, mesurée en laboratoire à échelle intermédiaire, est peu influencée par la présence de différents pourcentages de graviers et de cailloux. La valeur de ksat des stériles varie autour de 10-1 cm/s pour les diverses fractions granulométriques testées. Les valeurs obtenues expérimentalement ont aussi montré qu'à l'échelle du laboratoire, la conductivité hydraulique saturée des stériles n'est pas influencée significativement par la migration des particules, qui se produit surtout pour des gradients hydrauliques élevés (i ≥ 2-3). ABSTRACT: The mining industry produces large quantities of waste rock which are usually stored in piles on the surface. Waste rocks often contain reactive minerals that may give rise to a contaminated effluent. It is essential to define the hydrogeological properties of these wastes to assess the environmental risks associated with surface disposal. The main purpose of this project was to assess the hydrogeological properties of waste rocks by means of intermediate scale laboratory tests. More specifically, the project aimed to determine the saturated hydraulic conductivity (ksat) and the water retention curve (WRC) of waste rock samples. The effect of fine particles displacement that may occur when water percolates through widely graded materials was also evaluated. The tests were conducted on samples taken from one of the waste rock piles at the Lac Tio mine (RTFT, Havre-Saint-Pierre, Quebec). The samples (diameter ≤ 50 mm) correspond to widely graded sand with diverse proportions of fine particles, gravel and pebbles. The hydrogeological properties of the waste rocks were determined by means of permeability, tracer, infiltration and drainage tests in large instrumented columns. The tests were conducted on samples having a particle size that was truncated to the preselected maximum sizes (from 5 to 50 mm). The results of the tests showed that the saturated hydraulic conductivity ksat of the waste rocks, measured in the laboratory, is not significantly influenced by the presence of various percentages of gravels and pebbles. The value of ksat varies around 10-1 cm/s for the samples with different particle size distributions. At the laboratory scale, the experimental values of ksat is not significantly influenced by the movement of fine particles, which often occurs at high hydraulic gradients (i = 2-3). The comparison of the test results with ksat values obtained from predictive models showed significant differences; the measured values are much larger than the latter. The saturated hydraulic conductivity of waste rocks seems to be controlled by a system of interconnected macropores, which act as preferential water flow paths. The presence of such preferential paths in the waste rocks was partially confirmed by the results of tracer and infiltration tests. Alternative models are proposed to predict the value of ksat for these waste rocks