Le présent rapport étaye les résultats de la deuxième partie d'un projet de recherche qui a été
financé conjointement par Noranda Inc. et le Programme de neutralisation des eaux de drainage
dans l'environnement minier (NEDEM). La première partie du projet a fait l'objet d'un rapport
particulier intitulé Hydrogéochimie des stériles oxydés du site Stratmat, au Nouveau-Brunswick,
publié en parallèle avec ce rapport (NEDEM 2.36.2a). Le projet avait pour principal objectif de
permettre aux participants de mieux comprendre les interactions géochimiques et hydrologiques
entre les stériles partiellement oxydés et l'eau, et d'améliorer leurs capacités et techniques de
prévision du drainage acide dans les haldes de stériles.

L'objectif de cette phase de la recherche était de comprendre l'hydrologie et le transport des
solutés dans les haldes de stériles pendant les épisodes d'infiltration et de drainage dues aux
précipitations. D'importants essais en colonnes ont été menés en vue de réaliser cet objectif.
Trois colonnes d'un diamètre de 1,2 m et d'une hauteur de 2 m, contenant jusqu'à 3,7 t de
stériles partiellement oxydés du site Stratmat ont été soumises à dix reprises à des simulations
de pluie. La partie inférieure de chaque colonne était divisée en partitions drainantes. Pendant et
après chaque simulation de pluie, le volume et la chimie de l'eau de drainage se trouvant dans
chacune des partitions ont fait l'objet de contrôles distincts.

Sur le plan de la géochimie, les résultats des essais suggèrent que les concentrations de Ca, Pb,
et Al contenues dans le drainage sont contrôlées par la solubilité du gypse, de l'anglésite et de la
jurbanite, respectivement, à l'inverse des concentrations de Zn, Fe, et SO42- qui ne sont pas
soumises à un tel contrôle. Pour ce qui est de la dilution, on propose une hypothèse qui
permettrait d'expliquer les variations de concentrations de Zn et de SO42-. Selon cette
hypothèse, les variations des concentrations et du pH résultent des dilutions successives et/ou
du mélange de l'eau interstitielle originale diluée à diverses étapes qui est contrôlée par
l'oxydo-réduction et la précipitation des minéraux. Tout le zinc soluble semble provenir de l'eau
interstitielle et non de la dissolution des minéraux secondaires. Le chargement de zinc dans le
drainage est fonction du transfert de masse qui se produit pendant les processus de dilution et de
mixage.

Sur le plan de l'hydrologie, les essais ont démontré que la formation de rigoles est un
phénomène omniprésent dans les haldes de stériles étudiées. D'importants cheminements
préférentiels représentant < 5 % de la zone totale de drainage entraînent de 20 à 30 % de la
quantité totale d'eau de drainage. Des cheminements préférentiels intermédiaires représentant
~20 % de la zone de drainage constituent ~ 40 % du débit total. Environ 50 % de la zone de
drainage a un écoulement propre ou des écoulements matriciels constituant ~30 à 40 % du débit
total. Enfin, ~30 % de la partie inférieure de la colonne n'intercepte aucun écoulement. La
formation de cheminements préférentiels est plus accentuée dans les étapes préliminaires du
drainage et tend à s'atténuer au fur et à mesure que le processus de drainage se poursuit. La
stabilité des cheminements préférentiels subit l'impact de variables associées aux propriétés du
lit de roches et aux caractéristiques de la pluie simulée.

Pour ce qui est du transport des solutés, le bilan massique Zn indique que l'efficacité de
l'élimination du Zn contenu dans l'eau interstitielle est aussi efficace que celle d'un bon système
mixte. Bien que le mécanisme qui donne lieu à cette observation ne soit pas clair, il semble peu
probable que le transport des solutés résulte de l'écoulement de l'eau interstitielle. Il n'existe
aucun lien simple entre les concentrations de solutés et le taux d'écoulement de l'eau de
drainage. Un modèle conceptuel dentritique-réticulé de la formation des cheminements
préférentiels, conçu en fonction des observations expérimentales, est proposé.

Les analyses statistiques suggèrent que la densité de l'écoulement et le chargement de zinc
peuvent être décrits de façon appropriée comme une distribution lognormale tandis que les
concentrations de Zn sont distribuées normallement.

Les principaux défis en ce qui concerne la modélisation de l'écoulement et du transport des
solutés sont la formation de cheminements préférentiels et les interactions entre les écoulements
et les processus géochimiques. Dans cette étude, l'écoulement dans les roches poreuses diffère
de l'écoulement dans un milieu de roches où se forment des cheminements préférentiels en
raison de ses propriétés hydrauliques. De plus, cinq structures de base de la composante des
haldes de stériles sont déterminées. Chaque structure de base possède des caractéristiques
particulières et devrait être modélisée en utilisant des approches différentes. Les auteurs passent
en revue les éléments qui affectent l'écoulement de l'eau et les éléments qui contribuent à
l'hétérogénéité de l'écoulement. Une représentation mathématique du phénomène de la
formation de cheminements préférentiels est élaborée et peut être associée aux liens statistiques
entre les concentrations de solutés et au taux d'écoulement pour modéliser le transport des
solutés dans les haldes de stériles.

Le modèle d'onde cinématique, recommandé lors d'une étude antérieure de NEDEM, a été
appliqué aux données expérimentales. Le modèle n'a pas réussi à prévoir adéquatement les
caractéristiques des eaux de drainage liéés à la formation de cheminements préférentiels dans
les haldes de stériles. Il a surestimé l'importance du débit du cheminement préférentiel principal
au détriment des cheminements préférentiels secondaires. Le manque d'applicabilité provient
vraisemblablement du fait que le modèle d'onde cinématique empêche la fusion et la division
des cheminements dans les haldes de stériles. Il est possible que le modèle convienne mieux
dans le cas de stériles plus grossiers.

Des recherches fondamentales plus poussées et des études de cas sont requises pour améliorer
nos connaissances en matière de l'écoulement et du transport des solutés dans les haldes de
stériles afin que nous puissions éventuellement modéliser, de façon fiable, les concentrations et
les chargements dans le drainage.