Tests de lessivage acide de minerais d'uranium et modélisations géochimiques des réactions : application à la récupération minière in situ (ISR)

Co-encadrement de la thèse : Jean-Michel SchmittThe in situ Recovery (ISR) method consists of ore mining by in situ chemical leaching with acid or alkaline solutions. ISR takes place underground and is therefore limited to the analysis of the pumped solutions, hence ISR mine management is still empirical. Numerical modelling has been considered to achieve more efficient management of this process. Three different phenomena have to be taken into account for numerical simulations of uranium ISR mining: (1) geochemical reactions; (2) the kinetics of these reactions, and (3) hydrodynamic transport with respect to the reaction kinetics. Leaching tests have been conducted on ore samples from an uranium mine in Tortkuduk (Kazakhstan) where ISR is conducted by acid leaching. Two types of leaching experiments were performed: (1) tests in batch reactors; and (2) extraction in flow through columns. The assumptions deduced from the leaching tests were tested and validated by modelling the laboratory experiments with the numerical codes CHESS and HYTEC, both developed at the Géosciences research center of Mines ParisTech. A well-constrained 1D hydrogeochemical transport model of the ISR process at laboratory-scale was proposed. It enables to translate the chemical release sequence that is observed during experiments into a geochemical reaction sequence. It was possible to highlight the controlling factors of uranium dissolution, and the precipitation of secondary mineral phase in the deposit, as well as the determination of the relative importance of these factors.La récupération in situ (ISR) est une méthode d'exploitation minière qui consiste à extraire le minerai in situ par le biais de solutions d'attaque acides ou alcalines. Comme l'ISR a lieu en sous-sol, la gestion de l'ISR reste globalement empirique. La modélisation numérique de cette technique minière permettrait d'optimiser la conduite de ce type d'exploitation. Trois types de phénomènes doivent être pris en compte pour la modélisation de la lixiviation de l'uranium par ISR: (1) les réactions géochimiques; (2) les cinétiques de ces réactions et (3) l'influence du transport hydrodynamique sur ces réactions. Des tests de lessivage ont été menés sur des échantillons du site minier de Tortkuduk (Kazakhstan), où l'ISR de l'uranium est réalisée par voie acide. Deux types de tests de lessivage ont été menés en laboratoire : (1) des essais en batchs; (2) des essais sur colonnes. Les hypothèses concernant les mécanismes de lessivage ont été testées et validées en modélisant ces tests avec les codes de calcul CHESS et HYTEC, développés à Mines ParisTech. Un modèle 1D couplant géochimie et transport du procédé ISR à l'échelle du laboratoire a été proposé. Il permet de traduire la séquence des mises en solutions en une séquence de réactions géochimiques. Les facteurs contrôlant la dissolution de l'uranium et les précipitations secondaires ont été mis en évidence ainsi que leur importance relative