Plusieursc ontratsd e rechercheo nt été négociésd ej uillet 1990à avril 1993e ntre le Centre de
recherchesm inérales(C RM) du ministèred e IlÉnergiee t desR essourceds u Québec,l’ Université
McGill et l’École Polytechniquec oncernanlta participationa u projet desr ecouvrementsd e Waite
Amulet. Parmil es autresp artenaireste chniquese t tkanciers qui participenta u projet, mentionnons
notammentl e Centre de technologieN oranda( CTN), au nom de NorandaM ineralsI nc. et le
Centrec anadiend e technologied esm inérauxe t de l’énergie( CANMET). La gestiong lobaled u
projet a été assuréep ar le CTN. Le projet a été réaliséd ansl e cadred u programmeN EDEM
(Neutralisationd ese auxd e drainaged ansl ’environnemenmt inier).L ’objectif principald u projet
était de concevoir,a ménageer t évalueru n recouvremengt éologiquee t un recouvremenct onstitué
d’une membraned e plastique( géomembraneq) ui permettraientd e réduirel a productiond ’acide
dans les parc à résidus miniers réactifs.
Les contratse ntrel e CRM et lesu niversitésv isaientà assurerle bon déroulemendt e certains
aspectste chniquesp articuliersd est ravaux définisd ansl e projet. Il a été demandén otammenta u
Centre de recherchesg éotechnique(sC RG) de l’UniversitéM cGill de déflnir la caractérisation
géotechniqued esm atériauxd e couverturee t desr ésiduse n vue de leur conceptione t de leur
aménagemenptr éalableL. es paramètresà mesurerc omprenaiennto tammentl a granulométriel,e s
paramètresd e compactione t de drainagea, insiq ue lesp ropriétésd e rétention.L e mandatd u CRG
s’estp rolongép endantle s deuxièmee t troisièmea nnéesd u projet en vue de procéderà une
évaluationd ese ffets du gel et du dégels ur les caractéristiquedse la conductivitéh ydrauliquee t de
la rétention d’humidité, de l’effet de la lixiviation des effluents acides sur la stabilité des matériaux
de couverturee t de la stabilitéà long terme d’un recouvremendt e polyéthylèneh auted ensité.
Le Groupeg éotechniqued e l’ÉcoleP olytechniquea été mandatép our mesurerl esp ropriétés
hydrauliquesd esr ésidusn on recouvertse t réaliserl a modélisationd esé coulementsa fin de vérifier
le bilan hydrique des résidus recouverts et non recouverts.
Le départemendt es sciencesg éologiquesd e l’UniversitéM cGill a étudiél ese ffets possiblesd e
l’oxydation des sulfures sur les gaz sulfkreux tels que le COS, le CS2 et le SO,.
Les étudesr éaliséesp ar le CRG ont permisd e déterminerq ue le sol d’argilev arvéee mployé
commec ouverturei mperméabled ansl e recouvremenct ompositeé tait constituéd e particulesd ont
la distributiong ranulométriqueé tait d’environ8 0 % d’argilee t 20 % de silt. Les paramètresd e
compaction,o btenusd e la compactionP roctor modifiée,é taientd e 23,5 % pour la teneuro ptimale
en humiditée t de 1,66M g/m3 pour la massev olumîques èchem aximaleL. es donnéesre lativesà la
rétention d’humidité ont indiqué que l’argile peut supporter des pertes importantes d’humidité et
demeurers aturéeà desp ressionsn égativesp ouvantc orrespondreà 10 m d’eau.
On a étudiéd eux casd ’hydraulicitéd ansl e cadred esé tudese n laboratoirep ortant sur le cycleg eldégeld
e l’argile.D ans le premierc as,o n utilisaitu ne chargeh ydrauliquep ositived ansl e but
d’évaluerl esd ommagesc ausésp ar l’eau à la couvertured ’argilee t, dansl e secondc as,u ne charge
hydrauliquen égativep our simulerl es conditionss ur le terrain à l’automne.L es résultatso nt
indiquéq uel ’intégrité de la couvertured ’argileé tait davantageré duite( l’augmentationd e la
conductivitéh ydrauliqueK, , était plus grande)d ansl e casd e la chargeh ydrauliquep ositive.U ne
augmentationm aximaled ’environs5 00 fois a été observéep our K (en effet, la valeur de K est
passéed e 1 X 10-’c m/s à 5 X 10” cm/s) aprèsu n cycled e gel-dégel.C e phénomènes ’expliquep ar
1) l’agrégationd e particulesd ’argile;2 ) lesi nteractionsc himiquese ntre les solutionsa cides
produitese t lesm étauxl ourds présentsd ansl esr ésiduse t le fluide interstitield e résidenced ans
l’argile, causanut ne réductiond e l’épaisseudr e la couched oublee t une augmentationd e la
tendanceà la floculationd esp articulesd ’argile( ce qui entrameu ne augmentationd e la
perméabilité)3; ) la réductiond u pouvoirt ampon de l’argile causéep ar un pH moins élevé.L a
valeurK demeuree ssentiellemencto nstantep endantle sc yclesd e gel-dégesl ubséquentsD. ans le
casd ’une chargeh ydrauliquen égative,l’ intégrité de l’argile n’a été réduiteq ue légèremen(t la
valeur de K a augmentéd e seulemen5t fois) d’un apportl imité en eaup endantle gel; 2) du
nombrel imité d’interactionsc himiquesC. ependantl,e nombred e cationsd e résidenced u fluide
interstitield ansl ’argile a diminuép ar suite de la lixiviation.L ’épaisseurd e la couched oublea
augmentéto ut commel a tendanceà la dispersiond e l’argile, qui à sont our diiue la perméabilité
de la couvertured ’argile.N éanmoinsl,a chargeh ydrauliquen égativee mployéed ansl ’étude était
beaucoupp lus grandeq ue la chargeh ydrauliquen égativep our la pressionà l’entréed ’air de
l’argileo btenuel ors dese xpériencesu r less olsf aisanti nterveniru ne pressionn égative.D onc,
l’argilen ’était pas saturée.L es résultatsl aissentc roire quel a chargeh ydrauliquep ositive
s’appliqueraimt ieux aux conditionss ur le terrain. Ainsi,i l faudrait surveillerla structure physique
de la couche d’argile.
Dans la dernièrep artie de son contrat, le CRG devaité valuerl a compatibilitéd u recouvremendt e
polyéthylèneh auted ensitéd e 80 mils avecl esc yclesd e gel-dégeel t avecl e lixiviat acidifié.O n a
observéa ucunc hangemendt ansl esp ropriétésp hysiqueso u chimiquesd u polyéthylèneh aute
densitéd ansl e cadred e l’échéanciedr ese xpériencesL.e s caractéristiqued u drainaged e l’argile
étaientl argementin fluencéesp ar la lixiviatione t lesc yclesd e gel-dégel,e n raisond e l’agrégation
et, par conséquentd, ’un rajustemenitm portant dese spacesin terstitiels.L orsquel e sol argileuxa
été assujettià la lixiviation,l a perméabilitéà l’air a diminuéd e 10 à 100 fois et les concentrations
d’oxygèneo nt baisséà près de zéro. On supposeq ue la diiérence de teneure n oxygènee ntrel es
échantillonss aturésd ’eaud istilléee t les échantillonsa turésd e lixiviat acided épendp robablement
de la différenced e solubilitéd e l’oxygèned ansl es deuxl iquides.
Les résultatso btenuse n laboratoireà l’ÉcoleP olytechniqueo nt indiquéq ue la granulométriee t les
propriétésh ydrauliquesd esr ésidusd e Waite Amuletv arient considérablemensut r de courtes
distancesD. ans la partie centraled u parc à résidus,le sd ensitéss e situaiente ntre 3,21, à une
profondeur de 4,90 rn, et 355, à une profondeur de 560 m. La taille moyenne des particules est
représentépea r Dm( taille desp articulesp our laquellela granulométried e 10 % desr ésiduse st plus
fine) est d’environ0 ,Ol mm. Dans cette zone,l esr ésiduss ont constituésd e limon sableuxa, vecl a
taille desp articulesd ’argilen on plastiquesq ui varie entre 2 % et 10 %.
Lors dese ssaisd e perméabilitée n laboratoiree t sur le terrain (Piézomètre)o, n a obtenud esv aleurs
de conductivitéh ydrauliques e situantd ansl ’intervalled e 1,3 à 2,0 x 10” cm/s pour lesr ésidus
situéss ousl ’emplacemendt ’essai.L ors dese ssaisd e perméabilités ur le terrain on a obtenud es
valeurs se situant dans l’intervalle de 1,0 à 3,0 x 10” crn/s pour l’argile servant de matériau de
couvertureà l’extérieur de l’emplacemendt ’essa(i ces essaisn ’étaientp asp ermisà l’emplacement
d’essai).
Les résultatsd ese ssaisd e chargeh ydrauliquev ariableo btenusà l’aide de six piézomètresp lacés
dansl a zone dese mplacementds’ essain diquentq ue deuxd ’entre eux subissaienutn e interruption
hydrauliquep; ar conséquentl,e sm esuresd e la charge,d u gradiente t desp aramètresd e qualitéd e
l’eau sont discutables.L ’installationd esq uatrea utresp iézomètresa été réaliséea vecs uccès.C es
piézomètresin diquaienut n suintemenvt ertical vers lesb asd ansl esr ésidusd ont le gradienté tait de
près de 12 %. Pour les autresp iézomètresà proximite de l’emplacemendt ’essai,la conductivité
hydrauliquee t l’interruptionh ydrauliquep ossiblen ’ont pasé té vérifiées. Toutefois,l esn iveaux
d’eauq u’ils indiquaiento nt servid ansl e cadred est ravaux informatisesd e la modélisationF. ait
intéressantp, lusieursp iézomètresin diquaienut ne inversiond u suintemenvt ertical (vers le haut,
puis vers le bas) entre mai et juin.
Au cours dest ravaux de modélisationd e l’écoulementl,’ ÉcoleP olytechniques ’est servied e deux
valeursd e conductivitéh ydrauliqued e 1W5e t de 10wc7m /s pour la couvertured ’argilee t de
courbesp roduitesp ar ordinateur( non mesuréesp) our ce qui est desp ropriétésn on saturéesd es
résiduse t de l’argile. La valeurK de 10mc5m /s a été mesuréeà l’extérieurd e l’emplacemendt ’essai
où l’argile avait été compactéee t laisséed élibérémenet xempted e couchep rotectrice( sablee t
gravier) pour évaluer les effets du gel et du dégel. La valeur initiale de K pour l’argile a été
mesuréeà 10-’ cm/s par le CTN à la fin de l’aménagementL. es mesuresp risess ur le terrain par le
CTN pendantl a deuxièmea nnéen ’indiquenta ucunc hangemendt e la valeurK pour l’argile
recouvertep ar 0,30 m de sablee t de gravier. Par conséquenti,l est possibleq ue le gel-dégeal it
augmentéla valeurK de l’argilen on recouverted e 100f ois sav aleur initialea prèsu n cycle
hivernal,d ’aprèsl es essaise n laboratoired u CRG.
Parmil es autresp aramètrese mployésd ansl a modélisationd e l’écoulementm, entionnons
notammentl’ infiltration efficaced e 200 mm/a (estimationsd u CTN) ou de 500 mm/a (estimations
de l’École Polytechnique)a, insiq u’unev aleur de Kn égaleà 6 x 104 ou à 2 x 10mc3m /s pour les
résidus. Le rapport anisotroped e la conductivitéh ydrauliquep our lesr ésidusa été employé
commev ariabled ansl e but de déterminerq uel rapport donnaitl esm eilleursr ésultatsc oncernant
lesv aleursd e la chargeh ydrauliquem esurées ousl ese mplacementds’ essai.
L’utilisation d’unev aleurK de 10mo5u 10-’c mk pour la couvertured ’argiled ansl e modèle
d’écoulemen(tÉ coleP olytechniquen) ’a pasm odiié de façon importantel ’infiltration verticale
d’eau dans les résidus, surtout en raison du fait que la majeure partie de l’eau semblait contourner
l’emplacemendt ’essai. Afin d’établiru ne concordance ntre lesv aleursh ydrauliquese nregistrées,
il a été nécessairde’ employeru n rapport anisotropeK n/Kv de 50 à 280 ayantu ne valeur moyenne
de 80. L’École Polytechniquea confirmél esr ésultatsd e sonm odèled ’écoulemenitn formatisée n
réalisantu ne étuded u bilanh ydriquem oyena nnueàl la verticalee t à l’horizontale. La valeur
anisotropem oyenned e 80 correspondà peu près à la valeur estiméed e 100 qui a été obtenued ans
une étudea ntérieured u CTN pour lesr ésiduss e trouvant à l’extrémité sudd u parc à résidus.
D’autres modèlesd ’écoulemenet ffectuésp ar le CTN (voir Volume 1) avaientu ne valeur de K de
10-’c rn/s pour la couvertured ’argile.I l a égalemenét tét enu compted esp ropriétésd esm atériaux
mesuréesp our les résiduse t l’argile et de la misee n placed u revêtemen(t géomembranes)u r les
pentesd e la couverture.L es résultatsd onnentd est aux d’infiltrationp lus réalistesq ui étaient
semblableàs ceux obtenusà l’aide desd onnéesd u lysimètre.
Les travaux de recherchee ffectuésp ar le Départemendt ess ciencesg éologiquesd e l’Université
M&il1 visaientà améliorerl a compréhensioqnu e nousa vonsd u rôle desg azs ulfureuxp endant
l’oxydationd esr ésiduss ulfurés.I ls consistaienàt prélevers ur le terrain desé chantillonsd e gaz
interstitielsd ansl esr ésidusà desf ins d’analysevsi sant à déterminerla teneure n CO, et en gaz
sulfureux( COS, CS,, H2Se t SO& On a supposéq u’on pourrait évaluerl ’efficacitéd es
recouvrementsd ansl a réductiond e l’oxydationd ess ulfùrese n examinanpt ériodiquemenlte s
concentrationds es gazi nterstitiels.L ’une desf onctionsd esr ecouvrementsc ompositesé tait de
servird e barrièrei mperméablea ux eauxd e précipitatione t, par conséquentd, e réduirel a
productiond ’eauxa cides.U ne analyseq uantitativev isantà déterminerla présenced e gaz
interstitielsé tait alorsc onsidéréeco mmep lus globalee t représentatived e l’étenduee t dest aux
d’oxydationd ess ulfures,d onc davantagere présentatived u rendemendt u recouvrementO. utre
l’analysed esg azi nterstitiels,o n a effectuéu ne évaluationr estreinted e l’évolutiong éochimique
desé chantillonsd ’eaup rélevésd ansl es emplacementds’ essari ecouvertse t non recouverts.
Lors de l’analysev isant à détecterl a présenced e gazs ulfureux,a ucunetr ace de H,S ni de SO, n’a
été trouvée.D es étudesr éaliséesa ntérieuremenpta r d’autresc hercheursa vaienti ndiquéq ue le SO,
n’était détectableq ue dansd esm inérauxs ulfurésc omplètemenst ecs.É tantd onnél a solubilité
relativementé levéed u H2Se t du SO, dansl ’eau et les conditionsr elativemenht umidesq ui
prévalent à Waite Amulet, on a conclu que tout H,S ou SO, produit par oxydation des sulfures sera
probablemendt issousd ansl ’eau.
L’analysev isant à déterminerla présenced esi sotopess tables6 nC et 6’*0 dansl e CO, et qui devait
déterminerla natured e la sourced e CO* n’a pasd onnéd e résultatsc oncluantsT. outefois,o n en a
déduitq ue les sourcesd e CO, pourraientc omprendre1 ) l’oxydationd e la matièreo rganique2, ) la
dissolutiond e minérauxd u grouped es carbonatesd ansl esr ésidus,3 ) la dissolutiond e minéraux
du grouped esc arbonatesd ansl a rochec alcairea joutésp endantl a restaurationd e la couverture
végétale et 4) l’air piégé.
