La congélation des sols basée sur les énergies renouvelables comme solution d'adaptation pour une exploitation minière durable dans le Nord sous un climat changeant

1. Résumé du projet

La moitié des mines en production au Québec (13 sur 25) sont situées au nord du 49^e degré de latitude. Dans ces régions, le pergélisol recouvre plus de 50% des terres, ce qui est un paramètre clé pour l’exploitation et le développement minier. Le pergélisol dans le nord du Québec soutient les infrastructures des mines, comme les routes, les chemins de fer et les aéroports, améliore la stabilité des pentes et empêche l’infiltration des eaux souterraines dans les tas de résidus et la zone de travail.
En raison des changements climatiques et du réchauffement planétaire, le pergélisol dans la province de Québec dégèle depuis 50 ans. Certaines études suggèrent que cette situation tendra à s’intensifier au cours des prochaines décennies.

Objectifs

Des résultats préliminaires récents montrent qu’une forte dégradation du pergélisol près de la surface est projetée, ce qui aura des effets néfastes sur les communautés nordiques, les écosystèmes et les systèmes d’ingénierie. L’humidité du sol diminuera brusquement en quelques mois, ce qui créera une infiltration importante. Cela a le potentiel d’affecter la stabilité des pentes des parois de la fosse, des résidus et des structures de rétention d’eau. Cela peut également influer sur la conception de la mine souterraine et les portées ouvertes autorisées pour la récupération des piliers. Ceux-ci représentent un sérieux défi pour les opérations minières et ont également des implications pour la fermeture de la mine et les considérations environnementales. Ces systèmes reposaient sur la stabilité du pergélisol pendant la construction; les changements peuvent donc conduire à des échecs catastrophiques s’ils ne sont pas gérés de manière adéquate.

McGill, en collaboration avec ArcelorMittal et UdeS, propriétaire des plus grandes mines de minerai de fer du nord du Québec, propose de développer une solution d’adaptation à la fonte du pergélisol due aux changements climatiques. Dans un premier temps, un modèle climatique à haute résolution sera développé pour évaluer la vulnérabilité des mines du nord du Québec aux changements climatiques.

Résultats attendus et retombées escomptées

La solution proposée consiste à utiliser la congélation artificielle du sol (CAS) pour maintenir le pergélisol. Le système CAS associé, cependant, doit fonctionner en continu pour maintenir le pergélisol pendant des années entières, ce qui nécessite un apport énergétique intense et conduit à d’immenses coûts d’exploitation et de maintenance – sans parler d’une grande empreinte carbone! Le projet de recherche proposé est stratégiquement conçu pour résoudre ce problème. Un thermosiphon couplé à un stockage d’énergie froide par les matériaux à changement de phase sera développé et évalué pour extraire et stocker l’énergie « froide » en hiver via le CAS. Cette solution d’adaptation renouvelable pour l’exploitation minière dans le Nord (pergélisol) s’inscrit dans l’objectif à long terme du Plan Nord-du-Québec pour l’extraction minière durable et la protection de l’environnement.

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 $.