Principaux défis techniques reliés à la restauration des sites miniers abandonnés générateurs de DMA. Bruno Bussière, Professeur, UQAT

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1 Principaux défis techniques reliés à la restauration des sites miniers abandonnés générateurs de DMA Bruno Bussière, Professeur, UQAT 1

2 Plan de la présentation Introduction Impacts environnementaux causés par le DMA Méthodes de restauration des aires d entreposage abandonnées Conclusion et travaux de la CRC sur la restauration des sites miniers abandonnés 2

3 Introduction 3 Question: qu est-ce qu un site abandonné? Débat sur la définition: Site minier inactif, orphelin, abandonné, rétrocédé, délaissé, fermé, etc. «A mine is considered abandoned if there are no identifiable (et solvable?) owners or operators for the facilities, or if the facilities are reverted to governemental ownership» (MMSD, 2002) Différentes composantes: aires d accumulation de rejets, le ouvertures, les bâtiment, etc.

4 Introduction 4 Problématique d envergure internationale (MMSD, 2002): USA: sites abandonnés dans 32 états! Suède: > 1000 Irlande: 128 Le nombre de site par pays est fonction de la définition utilisée Au Québec, on estime à environ 100 sites abandonnés (aires d accumulation de rejets; Cyr 2005) 15 sites ont des impacts significatifs sur l environnement (Cal Data, 2005)

5 Introduction Les sites abandonnés les plus problématiques: Manitou (près de Val-d Or) et Aldermac (près d Arnfield) 5

6 Introduction Exemple de sites abandonnés Boliviens 6 Bois, 2004

7 Plan de la présentation Introduction Impacts environnementaux causés par le DMA Méthodes de restauration des aires d entreposage abandonnées Conclusion et travaux de la CRC sur la restauration des sites miniers abandonnés 7

8 Impacts environnementaux - DMA 8 Qu est-ce qui fait qu un site minier abandonné peut avoir des effets significatifs sur l environnement? Problèmes de stabilité physique (pas abordé ici) Problèmes de stabilité chimique: drainage minier acide (DMA) et le drainage minier neutre (DMN) Qu est-ce que le DMA et le DMN? Drainages miniers contaminés par des phénomènes géochimiques naturels réactions entre certains minéraux des rejets et leur environnement

9 Impacts environnementaux - DMA Problème de stabilité physique et chimique 9

10 Impacts environnementaux - DMA Qu est-ce que le drainage minier acide? 10 On retrouve fréquemment dans le minerai des mines des minéraux sulfureux Aubertin et al., 2002

11 Impacts environnementaux - DMA Qu est-ce que le drainage minier acide? Chalcopyrite Pyrrhotite Pyrrhotite oxydée 11

12 Impacts environnementaux - DMA 12 O 2 + H 2 O + sulfures = contamination Parfois avec acide Parfois sans acide Lorsque le ph est bas: oxydation par le fer ferrique Minéral Réaction Oxydation par l oxygène Pyrrhotite Fe 1-x S+(2-x/2)O 2 +xh 2 O (1-x)Fe 2+ SO xH + [5] Sphalérite ZnS + 2O 2 Zn 2+ + SO 4 2- [6] Chalcopyrite CuFeS 2 +4O 2 Cu 2+ +Fe 2+ +2SO 4 2- [7] Galène PbS + 2O 2 Pb 2+ + SO 4 2- Arsénopyrite 2 FeAsS + 13/2 O H 2 O 2 (SO 4 ) (AsO 4 ) H Fe 2+ [8] Oxydation par le fer ferrique Pyrrhotite Fe 1-x S+(8-2x)Fe 3+ +4H 2 O (9-3x)Fe 2+ +SO H + [9] Sphalérite ZnS+8Fe 3+ +4H 2 O Zn 2+ +8Fe 2+ +SO H + [10] Chalcopyrite CuFeS Fe 3+ +8H 2 O Cu Fe 2+ +2SO H + [11] Galène PbS+8Fe 3+ +4H 2 O Zn 2+ +8Fe 2+ +SO H + [12] Arsénopyrite FeAsS + 11 Fe H 2 O H 3 AsO 3 + SO H Fe 2+ [13] Bussière et al., 1998

13 Impacts environnementaux - DMA Bref, lorsque le ph est bas, pas besoin d oxygène pour générer du DMA, jusqu à épuisement du fer ferrique 13 Aubertin et al., 2002

14 Impacts environnementaux - DMA Un autre phénomène intervient dans la génération de DMA: l effet bactériologique Les bactéries ont la capacité d oxyder le fer ferreux en fer ferrique Fe /4O 2 + H + Fe /2H 2 O (considérée comme la réaction limitatrice) Lorsque le ph est bas, le Fe 3+ va oxyder directement la pyrite - FeS Fe H 2 O 15Fe SO H + Ces bactéries (il en existe toute une panoplie) sont omniprésentes dans les sites abandonnés avec sulfures 14

15 Impacts environnementaux - DMA La qualité chimique de l eau sera également influencée par les autres minéraux contenus dans les rejets (ex. carbonates et silicates) 15 Aubertin et al., 2002

16 Impacts environnementaux - DMA 16 Dans les sites abandonnés générateurs de DMA: Eaux interstitielles déjà très acides avec beaucoup de fer ferrrique en solution Bactéries bien implantées dans le milieu Pouvoir neutralisant consommé dans la partie réactive Précipités dans la zone active Aubertin et al., 2002

17 Impacts environnementaux - DMA 17 Quel genre d impacts environnementaux peut-on retrouver près d un site abandonné générateur de DMA? Ex. Aldermac (Bussière et al. 2000) 1,5 Mt, 52 ha, 20-30% py, 25% pyo, 1 à 4 m d épaisseur Qualité d eau à l effluent: 2<pH<3; 2<Cu<12 mg/l Volume d eau à l effluent: entre et m³/mois m³/an Charge: pour le Cu 550 à 4200 kg/an Le lac Arnoux est acide avec un ph de 3,9. Les rives du lac sont oxydées et on y détecte des concentrations de métaux lourds plus élevées que dans le lac Dasserat (Consor Inc. 1995)

18 Impacts environnementaux - DMA Site Aldermac (1999) 18

19 Plan de la présentation Introduction Impacts environnementaux causés par le DMA Méthodes de restauration des aires d entreposage abandonnées Conclusion et travaux de la CRC sur la restauration des sites miniers abandonnés 19

20 Restauration des sites abandonnés Quelles sont les approches de restauration disponibles? Pour les sites en opération, on utilise habituellement: Les recouvrements en eau (barrière à l oxygène; ex. Louvicourt) Les recouvrements en sol (barrière à l eau et/ou à l oxygène; ex. LTA, Bouchard-Hébert) 20

21 Restauration des sites abandonnés Ennoiement à Louvicourt (96 ha) 1m d eau par-dessus les rejets 2.5 km de digues 21 de Mine Louvicourt

22 Restauration des sites abandonnés Recouvrement en sol site LTA 22

23 Restauration des sites abandonnés Ces méthodes sont-elles applicables aux sites abandonnés? En partie Il y a des différences entre les 2 situations Sites en opération Sites abandonnés Eaux interstitielles contaminées Peu Fortement Présence de bactéries acidofiles Peu oui Infrastructures étanches Oui en général non 23 Présence de système de traitement d eau Oui non

24 Restauration des sites abandonnés Pour les sites abandonnés, il est important de neutraliser les eaux interstitielles (ex. Chaux, carbonates) Eh/ENH Fe3+ FeOH2+ Fe2+ H2O-O2 Objectif: faire précipiter le fer afin de réduire l oxydation par le Fe Fe(OH)3s -800 H2-H2O ph

25 Restauration des sites abandonnés Eaux contaminées: prennent des années à sortir q s h 0 q f v 25 Molson, 2005 charge hydraulique ligne d écoulement imperméable 100 m 10 m

26 Restauration des sites abandonnés 26 Pour les sites abandonnés, il est nécessaire de mettre un système de traitement de l eau le temps de la purge Traitement chimique ou passif ce dernier est préférable (moins d entretien, pas de grande quantité de boues, utilisation de phénomènes biologiques et chimiques «naturels») Plusieurs types: BSR, DAC, Traitement marécageux, combinaisons, mur réactif perméable (avec BSR et/ou calcaire)

27 Restauration des sites abandonnés Cependant, peu de travaux sur le traitement passif du DMA dans des contextes similaires au nôtre (climat humide et froid, teneurs élevé en métaux) travaux en cours Si l on réduit le volume d eau à traiter par la mise en place d un recouvrement: méthode très prometteuse 27

28 Restauration des sites abandonnés Site Lorraine 28

29 Plan de la présentation Introduction Impacts environnementaux causés par le DMA Méthodes de restauration des aires d entreposage abandonnées Conclusion et travaux de la CRC sur la restauration des sites miniers abandonnés 29

30 Conclusion et travaux de la CRC Présence de sulfures dans les rejets miniers peut entraîner la contamination des eaux de drainage par le DMA dans les sites miniers abandonnés Les sites générateurs de DMA peuvent être restaurés (au Québec: Lorraine, Poirier, Solbec-Cupra, et d autres) Des modification aux méthodes de restauration doivent être appliquées: Ajout de matière alcaline pour faire précipiter le fer S il y a écoulement des eaux: traitement des effluents contaminés 30

31 Conclusion et travaux de la CRC 31 Plusieurs phénomènes doivent être étudiés davantage pour optimiser la restauration des sites abandonnés: Les phénomènes d oxydation après recouvrement (oxydation chimique, biologique, électrochimique) Les mécanismes de traitement à l intérieur des systèmes de traitement passif (BSR, DAC) pour le DMA (et la toxicité de ces effluents traités) La pérennité des méthodes appliquées pour contrôler de DMA (ex. effets de la végétation à long terme sur les recouvrements en sol

32 Conclusion et travaux de la CRC La Chaire de recherche du Canada sur la restauration des sites miniers abandonnés vise à mieux comprendre les mécanismes de formation du DMA et du traitement passif de ce dernier afin de développer des scénarios de restauration adaptés aux sites abandonnés générateurs de DMA Site web: 32

33 33 Merci pour votre attention