Comportement hydrogéotechnique de parcs à résidus miniers filtrés en conditions nordiques

1. Projet

L’industrie minière fait face à plusieurs défis hydrogéotechniques associés à l’entreposage des résidus miniers. Pour réduire les risques associés à la stabilité physique des ouvrages, on propose de plus en plus de réduire la quantité d’eau avant la déposition en filtrant les résidus. En parallèle, la tendance actuelle veut qu’un nombre croissant de projets miniers se développent dans les hautes latitudes du
Canada et du Québec en particulier. Ainsi, il devient impératif de développer les connaissances reliées au comportement hydrogéotechnique des aires d’entreposage des résidus miniers filtrés situés en conditions nordiques.

Objectif

L’objectif principal du projet est de comprendre le comportement thermohydrogéotechnique du parc à résidus miniers filtrés de Mine Raglan. Le parc à résidus miniers filtrés de Mine Raglan offre une opportunité unique d’apprendre sur le comportement thermohydrogéotechnique de ce type d’empilement, puisque Mine Raglan a été l’une des premières mines à l’échelle mondiale en 1997 à se tourner vers cette technologie. Pour atteindre l’objectif principal du projet, les propriétés physiques, hydrogéologiques, thermiques et mécaniques des résidus miniers filtrés de la mine Raglan seront d’abord évaluées au laboratoire. Ensuite, des outils d’auscultation seront utilisés afin de quantifier l’ampleur et l’évolution dans le temps des déformations à la surface et dans la structure d’entreposage des résidus filtrés de Raglan. Dans un troisième temps, le comportement thermique, hydrogéologique et mécanique de l’aire d’entreposage des résidus filtrés de la mine Raglan sera analysé à l’aide de modélisations numériques afin d’interpréter les observations sur le terrain et d’identifier les principaux facteurs d’influence sur les déformations à long terme. La dernière étape consistera à proposer des lignes directrices pour la conception de recouvrements miniers enconditions nordiques afin de prendre en compte des déformations à long terme dans le choix du mode de restauration.

Résultats attendus et retombées escomptées

Les principales retombées attendues de l’étude sont :

1. Une amélioration des connaissances actuelles des propriétés des résidus miniers filtrés à l’état gelé et non gelé;
2. Une augmentation du niveau de compréhension des mécanismes à l’origine des déformations à court et long terme dans les aires de stockage des résidus miniers filtrés et;
3. Des propositions pratiques et une approche méthodologique pour l’intégration des déformations dans la conception des parcs à résidus filtrés et des méthodes de recouvrement.

Les développements scientifiques tirés de cette étude seront applicables aux autres sites (comme ceux d’AEM, également partenaire du projet) utilisant la technique des résidus filtrés en climat froid. Les résultats qui seront tirés de cette étude pourraient avoir un impact sur la façon de gérer les aires de stockage des rejets filtrés et de les restaurer.

2. Équipe de recherche

Équipe de recherche

3. Appel de propositions

Le projet est d’une durée de 3 ans et le montant total octroyé est de 300 000 $.

4. Résumé et rapport de recherche

L’industrie minière fait face à plusieurs défis hydrogéotechniques associés à l’entreposage des résidus miniers. Pour réduire les risques associés à la stabilité physique des ouvrages, il est de plus en plus proposé de réduire la quantité d’eau avant la déposition en filtrant les résidus. En parallèle, la tendance actuelle veut qu’un nombre croissant de projets miniers se développent dans les hautes latitudes du Canada et du Québec en particulier. Ainsi, il devient impératif de développer les connaissances reliées au comportement hydrogéotechnique des aires d’entreposage des résidus miniers filtrés situés en conditions nordiques. L’objectif principal du projet visait à comprendre le comportement thermo-hydrogéotechnique du parc à résidus miniers filtrés de Mine Raglan. Afin d’atteindre l’objectif principal, ce projet a été divisé en quatre objectifs spécifiques (OS). L’OS1 visait à caractériser au laboratoire les propriétés physiques, hydrogéologiques, thermiques et mécaniques de résidus miniers filtrés gelés et non gelés. Ensuite, l’OS2 visait à quantifier l’ampleur et l’évolution dans le temps des déformations de l’aire d’entreposage en utilisant différents instruments et outils d’auscultation. Basé sur les résultats de suivi du comportement in situ et des propriétés déterminées au laboratoire, l’OS3 consistait à prédire à l’aide d’outils numériques le comportement thermo-hydro-mécanique de la structure d’entreposage. Finalement, l’OS4 propose des lignes directrices pour la conception de recouvrements miniers en conditions nordiques afin de prendre en compte des déformations à long terme dans le choix du mode de restauration. L’ensemble de ces OS ont été réalisés via trois projets étudiants, soit un stagiaire postdoctoral et deux personnes étudiantes au niveau du doctorat. Un appareil de mesure du fluage des résidus miniers gelés a d’abord été conçu et utilisé pour évaluer le comportement en fluage des résidus miniers filtrés gelés de la mine Raglan. Les résultats montrent que les résidus saturés montrent des résistances au fluage à court et long terme plus importantes que les résidus non saturés. Plusieurs essais de compression uniaxiale à température contrôlés ont aussi été réalisés sur des échantillons de résidus miniers gelés et à des degrés de saturation variables afin de déterminer leur résistance mécanique et contextualiser le comportement en fluage. Des lois de comportement de fluage des résidus filtrés gelés ont été développées basés sur ces résultats. Le suivi des instruments installés sur le parc à résidus a permis de déterminer que le comportement thermique est en cours de stabilisation et que les mouvements de sol sont légers. Les mouvements observés sont essentiellement associés aux cycles de gel-dégel saisonniers qui atteignent les résidus. Une approche de suivi des déformations de la surface de l’aire de stockage par relevés satellitaires a aussi été utilisée. Pour ce faire, une méthodologie de traitement des données satellitaires spécifiquement adaptée aux conditions de pergélisol a été développée. Les résultats des analyses des données disponibles ont montré que, globalement, les déformations de la surface de l’aire de stockage sont très faibles. Finalement, un modèle thermique calibré aux données de terrain a été développé et optimisé pour décrire l’évolution du comportement thermique de l’aire de stockage. Ces données serviront de base pour un couplage avec le comportement mécanique de l’ouvrage. Les travaux réalisés ont permis de statuer sur l’état des déformations à la surface de l’aire de stockage de Mine Raglan ainsi que de développer des méthodes de télédétection et de laboratoire (fluage) originales. Les données de laboratoires représentent les premières données de fluage disponibles pour des résidus miniers filtrés gelés. Ultimement, les connaissances développées dans ce projet seront applicables à l’ensemble des sites miniers avec résidus filtrés situés en conditions de pergélisol continu.

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