Dans ce rapport, les auteurs présentent les principaux résultats d'une étude sur le
comportement de couvertures avec effets de barrières capillaires (CEBC) visant à
réduire la production d'eaux de drainage minier acides (DMA). Une des
particularités des systèmes de recouvrement multicouche étudiés réside dans le fait
qu'une des couches était constituée de résidus miniers (ou rejets de concentrateur)
non générateurs de DMA. De cette façon, on peut tirer profit de l'abondance
relative de tels rejets dans les régions minières, et utiliser leurs caractéristiques
avantageuses pour constituer des barrières de recouvrement à la fois efficaces et
relativement économiques.

Le rapport débute par un rappel des résultats obtenus lors de la phase I de ces
travaux, qui ont été réalisés entre 1991 et 1995 (Rapport projet NEDEM/MEND
2.22.2a). Cette étude portait notamment sur la caractérisation des propriétés
hydro-géotechniques des rejets de concentrateurs et sur l'élaboration d'un protocole
expérimental de laboratoire pour évaluer le comportement de CEBC dans
lesquelles la couche à forte rétention capillaire était constituée de résidus miniers
non réactifs (ou non générateurs d'acide). Les résultats obtenus ont permis de
démontrer que, lorsqu'utilisés dans des CEBC conçues correctement, les rejets non
réactifs permettent de créer une barrière à l'oxygène qui réduit considérablement
l'oxydation des minéraux sulfureux présents dans les rejets réactifs situés sous la
couverture multicouche. Cela découle du phénomène de barrière capillaire qui
permet à un matériau à granulométrie fine placé sur un matériau à texture plus
grossière de retenir une grande partie de l'humidité qui s'infiltre à partir de la
surface et de garder cette eau dans le système poreux pratiquement en permanence.
Cette couche peut donc avoir un degré de saturation élevé, ce qui réduit
considérablement le flux d'oxygène qui circule par diffusion moléculaire, puisque
ce flux est beaucoup plus faible dans les pores remplis d'eau que dans ceux remplis
d'air.

La phase II du projet, qui est l'objet principal du présent rapport, porte sur une
évaluation des performances de CEBC construites avec des rejets miniers non
réactifs, à partir d'essais de terrain réalisés sur des cellules expérimentales à une
échelle intermédiaire. Ces cellules, construites durant l'été 1995, avaient pour
objectif principal de permettre aux auteurs d'étudier les divers phénomènes
associés au comportement des CEBC dans un cadre plus réaliste, d'un point de vue
de la géométrie et des conditions d'exposition. En parallèle avec ce travail de
terrain, une étude de laboratoire inspirée des travaux de la phase I a aussi été
réalisée. Cette étude de laboratoire, dont les résultats préliminaires ont été
présentés dans le rapport NEDEM/MEND 2.22.2b, incluait une caractérisation des
propriétés des divers matériaux utilisés sur le terrain, ainsi que des essais en
colonne pour évaluer le comportement hydrique de recouvrements multicouches et
leur performance face à l'oxydation des rejets réactifs potentiellement générateurs
de DMA. Les principaux détails de cette étude sont présentés au chapitre 3, avec
des informations complémentaires incluses dans des documents annexes cités en
références. Outre la détermination des propriétés hydro-géotechniques des divers
matériaux de recouvrement, comprenant des rejets miniers non réactifs provenant
du site de la mine Sigma, un sol silteux de la région de Val-d'Or, et un mélange
rejets miniers et bentonite, la recherche a aussi porté sur l'évaluation des diverses
CEBC par le biais d'essais en colonne. Cinq des couvertures utilisées ont été
constituées de façon identique à celles construites sur le terrain, et deux autres
recouvrements ont été faits avec des rejets placés dans un état plus lâche
représentant une déposition hydraulique (sans densification mécanique). Ces essais
en colonnes, qui ont duré près de deux ans, ont permis de confirmer l'efficacité de
systèmes de recouvrement bien conçus, par le biais d'un suivi des caractéristiques
géochimiques du lixiviat récupéré au fil des 20 cycles (et plus) d'infiltration et de
drainage. Ils ont aussi permis de valider des modèles constitutifs et numériques qui
permettent de prédire leur comportement et leur performance. Les divers matériaux
et les diverses configurations utilisées ont également rendu possible la
comparaison de différents scénarios de façon à mieux percevoir l'influence des
divers facteurs sur la performance de CEBC. L'ensemble des résultats obtenus
démontrent clairement l'efficacité des divers systèmes, même si certains se sont
mieux comportés que d'autres à cet égard.

Les détails relatifs au travail de terrain sur les cellules expérimentales construites
in situ sont présentés au chapitre 4 du rapport. Les étapes ayant mené à la
conception, à la construction, à l'instrumentation, et au suivi du comportement des
diverses cellules sont expliquées et commentées. Ce travail de terrain a nécessité
un effort considérable et il a heureusement mené à l'obtention d'informations très
pertinentes et extrêmement encourageantes pour l'application de cette technologie à
grande échelle. Durant les 4 saisons de suivi (1995, 1996, 1997 et 1998), on a pu
suivre l'évolution des caractéristiques hydriques des matériaux et des systèmes
multicouches en mesurant la teneur en eau volumique et la succion matricielle dans
les couvertures. Ces valeurs mesurées ont ensuite été comparées avec des valeurs
prédites par des modèles numériques d'écoulement non saturé (en 1D, 2D, et 3D), à
partir de paramètres issus des essais de laboratoire. La bonne concordance entre les
résultats calculés et mesurés confirme la validité de l'approche utilisée pour la
conception des CEBC. Le lixiviat récupéré au bas de chaque cellule tout au long de
la période d'observation a été analysé, et les caractéristiques observées ont servi à
confirmer l'efficacité des couvertures. En ce sens, la cellule non couverte,
contenant les rejets réactifs exposés aux intempéries, a montré que les résidus
sulfureux s'oxydaient rapidement; elle générait une eau de drainage au pH acide
(entre 2 et 3) contenant de fortes concentrations en sulfates et en métaux lourds.
Par contre, les eaux récupérées au bas des cellules avec CEBC n'ont pas montré de
signes d'oxydation significatifs, et pour 4 des 5 couvertures, le pH de l'eau est
demeuré proche de la neutralité pendant toute la période d'observation. Même des
périodes de sécheresse (naturelle ou artificielle) n'ont pas occasionné de véritable
désaturation de la couche à forte rétention capillaire, de sorte que l'efficacité ne
s'en est jamais trouvée compromise. Ces mesures directes, combinées aux résultats
d'essais de laboratoire et de modélisations numériques, confirment les postulats à la
base de cette recherche : il est possible de concevoir des couvertures multicouches
construites avec des résidus miniers non réactifs qui sont très efficaces pour
empêcher la production de DMA.

Le dernier volet de cette étude a porté sur une analyse des aspects économiques
associés à la mise en oeuvre de la technique développée dans cette recherche. Au
chapitre 5, on présente un modèle de calcul et le chiffrier Excel qui le supporte.
Les composantes du modèle ECR (pour Évaluation des Coûts de Restauration) sont
expliquées et illustrées avec diverses figures tirées du chiffrier. Le modèle permet
de comparer les coûts reliés à l'application de diverses technologies de contrôle du
DMA, soient : le traitement chimique de l'eau acide, la mise en place d'un
recouvrement en eau (ennoiement de rejets), la construction d'une CEBC formée
de sols ou de rejets non réactifs, et la mise en place d'une CEBC construite avec
des rejets désulfurés. Trois cas types sont utilisés à titre comparatif afin d'illustrer
l'application du modèle. Ce modèle a été élaboré afin de fournir aux exploitants un
outil pour estimer, de façon préliminaire, les coûts de mise en oeuvre de ces
diverses technologies de contrôle du DMA, ce qui devrait les aider à choisir la
solution la plus avantageuse d'un point de vue économique, lorsque celle-ci est
acceptable d'un point de vue environnemental. On y démontre en outre que les
couvertures multicouches peuvent se révéler fort compétitives par rapport aux
autres approches lorsque leur conception est optimale.