Un projet a été entrepris en juillet 1990 dans le cadre du programme NEDEM
(Neutralisation des eaux de drainage dans l'environnement minier) pour évaluer le
rendement de recouvrements pour les sites de résidus miniers. Ce projet était
co-financé par Noranda Inc., le Centre canadien de technologie des minéraux et de
l'énergie (CANMET) et le Centre des recherches minérales (CRM) du ministère de
l'Énergie et des Ressources du Québec.

L'objectif principal du projet était de concevoir, d' aménager et d'évaluer un
recouvrement géologique et un recouvrement d'une membrane de plastique
(géomembrane) qui permettraient de réduire la production d'acide dans les parcs à
résidus miniers réactifs. L'évaluation a été effectuée à l'aide d'emplacements d'essai
à la mine fermée de Waite Amulet et de colonnes d'essai en laboratoire au Centre
de technologie Noranda (CTN), ainsi que d'études par l'université McGill et l'École
Polytechnique de Montréal. En particulier, le Centre de Recherches Géotechniques
de l'Université McGill a fait la caractérisation géotechnique des recouvrements et
des résidus miniers tels que la granulométrie, les paramètres de compaction et de
drainage ainsi que des études sur les effets des cycles de gel-dégel sur les
recouvrements incluant la géomembrane HDPE. L'École Polytechnique de
Montréal a été mandatée pour mesurer les propriétés hydrauliques des résidus et
faire la modélisation des écoulements afin de confirmer l'équilibre hydraulique des
résidus recouverts et non recouverts. Le département des sciences géologiques de l'
Université McGill a étudié les effets possibles de l'oxydation des sulfures sur les
gaz sulfureux tels que le COS, le CS2, et le SO2.

Le recouvrement géologique était composée d'une couche d'argile silteuse
compactée d'une épaisseur de 60 cm, placée entre deux couches de sable de 30 cm
chacune. Une couche f1nale de 10 cm de gravier fut placée sur le dessus pour
minimiser l'érosion. Ces épaisseurs ont été choisies afin de réduire au minimum le
flux d'oxygène prévu et d' assurer un facteur de sécurité suffisant pour minimiser
l'effet de conditions climatiques adverses comme le cycle de gel-dégel. Le
recouvrement a été conçu en fonction des résultats d'une étude en laboratoire
antérieure qui avait conclu que ce recouvrement composite réduirait
considérablement le drainage acide pour une longue période de temps. La couche
de sable supérieure était composée d'un sable fin pour minimiser l'évaporation de
l'eau de la couche d'argile sous-jacente presque saturée. Le sable de la couche
inférieure, plus grossier, a drainé l'eau à un niveau de saturation résiduelle (teneur
en eau minimum sous une pression négative élevée) et ainsi prévenu un drainage
important de l'eau renfermée dans l'argile. À une pression négative élevée, la
conductivité hydraulique (ou perméabilité) du sable fin et du sable grossier sont
faibles (même plus faibles que la conductivité hydraulique de l'argile saturée), ce
qui minimise la migration de l'eau vers le haut et vers le bas. De plus, le sable fin
de la couche supérieure réduit l'écoulement, augmente la rétention de l'eau et
permet à une plus grande quantité d'eau de s'infiltrer dans l'argile.

La géomembrane était un recouvrement de polyéthylène haute densité de 80 mils
(2 mm) placé entre une couche supérieure de sable fin et une couche inférieure de
sable grossier.

Quatre emplacements d'essai ont été aménagés à Waite Amulet: deux avec un
recouvrement composite, un avec géomembrane et un sans recouvrement (pour
fins de contrôle). Des instruments ont été installés à chaque emplacement pour
mesurer les concentrations d'oxygène gazeux, la teneur en eau, la pression
négative, la température et la qualité de l'eau interstitielle à diverses profondeurs.
De plus, un bassin collecteur (lysimètre) rempli de résidus non oxydés a été installé
sous chaque recouvrement pour mesurer la quantité et la qualité de l'eau percolée.

Six colonnes ont été installées en laboratoire pour simuler le comportement de
résidus recouverts et non recouverts. Le recouvrement était composé d'une couche
d'argile de 30 cm d’épaisseur placée entre deux couches de sable de 15 cm
d'épaisseur chacune. Les matériaux étaient semblables à ceux utilisés pour
l'aménagement des emplacements d'essai de Waite Amulet. Les résidus non oxydés
utilisés dans les essais en colonnes ont été obtenus dans la zone profonde et saturée
de l'extrémité sud de parc à résidus de Waite Amulet. Les résidus recouverts et non
recouverts ont été soumis à des cycles de mouillage et d'évaporation. La
concentration d'oxygène gazeux, la teneur en eau, la température et la qualité de
l'eau de drainage ont été mesurées périodiquement. Les résidus recouverts n'ont
produit aucune eau de drainage pendant le mouillage normal à cause de la faible
conductivité hydraulique de la couche d'argile compactée. La plus grande partie de
l'eau ajoutée s'est écoulée. Les résidus recouverts ont été périodiquement inondés
(en contournant le recouvrement) afin d'obtenir de l'eau de drainage pour évaluer la
quantité d'acide produit par l'oxydation des minéraux sulfureux. Les résidus non
oxydés ont également été inondés.

Les résultats des études en laboratoire, sur le terrain et par modélisation, ont
indiqué que le recouvrement géologique réduisait le flux d'oxygène dans les
résidus de 91 à 99%. Le même degré de réduction est obtenu pour l'eau de drainage
acide produite dans les résidus recouverts par rapport aux résidus non recouverts.
De plus, les mesures prises indiquent que la production d'acide diminue avec le
temps. Ceci s'explique probablement par la formation de solides inertes qui
réduisent la diffusion d'oxygène gazeux vers les minéraux sulfureux.

La modélisation hydrologique a indiqué que 4% environ de l'eau de pluie s'infiltre
dans le recouvrement. Les lysimètres ont indiqué une pénétration de 6%, ou 54 mm
par an, ce qui se traduit par une réduction de 80% de l'infiltration annuelle totale
dans les résidus recouverts par rapport aux résidus non recouverts.

Les effets du cycle de gel-dégel sur l'intégrité de la couche d'argile compactée ont
également été analysés. Les résultats révèlent que la plupart des effets négatifs se
produisent au cours des deux premiers cycles de gel-dégel. En laboratoire, les
conductivités hydrauliques ont augmenté de 10 à 100 fois après les deux premiers
cycles de gel-dégel et sont restées stables par la suite. Sur le terrain, la conductivité
hydraulique a été mesurée en 1991 et 1992. Les résultats indiquent une valeur de
~1.0 x 10-7 cm/s, ce qui est près de la valeur calculée. Ainsi, les résultats obtenus
sur le terrain et en laboratoire permettent de conclure que le cycle de gel-dégel n'a
pas eu d'effet adverse sur les recouvrements et qu'il ne devrait y avoir aucun effet
négatif futur.

La stabilité de la géomembrane a été évaluée en termes de drainage acide et de
résistance à la tension et aux cycles de gel-dégel. Une résistance à la tension de
~1,5 kN a été obtenue pour des échantillons neufs et des échantillons acidifiés (pH
3) de polyéthylène haute densité de 80 mils d'épaisseur. Une résistance semblable a
également été obtenue pour des échantillons soumis à des cycles de gel-dégel. Ces
résultats indiquent que la géomembrane devrait rester stable à long terme et que les
principaux risques de dommages possibles proviendraient de la machinerie, des
animaux fouisseurs et de la lumière du soleil.

Nous recommandons d'échantillonner et d'analyser les résidus de chaque lysimètre
pour déterminer la portée de l'oxydation. Cette étude comprendrait une analyse
détaillée de l'eau interstitielle ainsi qu'un examen minéralogique. Les bilans
hydrologiques des deux emplacements recouverts devraient être confirmés par de
nouvelles mesures à l'automne 1993. Les résultats présentés et discutés dans ce
rapport et ceux des mesures supplémentaires recommandées devraient être intégrés
aux protocoles de conception et d'aménagement de recouvrements géologiques qui
seront utilisés par des entreprises minières et des consultants. Un nouveau projet
devrait être entrepris pour analyser l'effet de la pénétration de racines dans les
recouvrements.