Géochimie, deuxième partie : Prévision et prévention du lessivage des métaux et du drainage rocheux acide

Si les incidences sur l’environnement peuvent être dévastatrices, très coûteuses et difficiles à assainir, une approche scientifique et multidisciplinaire peut être utilisée pour prédire le lessivage des métaux et le drainage rocheux acide. Grâce à des prévisions efficaces, des solutions peuvent être élaborées pour gérer et prévenir le lessivage des métaux et le drainage rocheux acide, protégeant ainsi l’environnement et permettant aux sociétés minières d’économiser plusieurs millions de dollars en matière de responsabilité environnementale.

La figure 1 présente un résumé des méthodes et techniques d’analyse couramment utilisées pour prédire le lessivage des métaux et le drainage rocheux acide. Ces méthodes et techniques prévisionnelles peuvent être classées selon les catégories suivantes :

• Essais statiques
• Essais cinétiques
• Modèles prévisionnels
• Revue itérative des données

Les essais statiques sont utilisés pour quantifier les paramètres géochimiques fondamentaux (c’est-à-dire la concentration en métaux, la minéralogie, le risque de production d’acide, etc.). Ces essais constituent une excellente première étape pour évaluer le risque de lessivage des métaux et de drainage rocheux acide en raison de l’abondance de données, d’une période d’essai relativement courte et de coûts relativement faibles. Toutefois, si les essais statiques sont indispensables, ils ne fournissent aucune information relative au taux de réaction d’altération, qui détermine le risque réel de lessivage des métaux et de drainage rocheux acide sur le terrain.

• Détermination du potentiel acidogène – Analyses et calculs utilisés pour évaluer le risque de production d’acide à partir de l’oxydation des minéraux sulfurés. Le test de détermination du potentiel acidogène quantifie le potentiel acidogène (PA) et le potentiel de neutralisation (PN) d’un échantillon de matériau. Selon la détermination du PA et du PN, un échantillon est classé comme potentiellement générateur d’acide (PGA) ou non générateur d’acide (NGA).

• Analyse chimique globale – Analyse élémentaire servant à examiner les échantillons pour vérifier la présence d’un enrichissement substantiel en métaux ou en éléments particuliers au moyen d’une analyse comparative avec les concentrations de fond (c’est-à-dire les valeurs moyennes de clarke).

• Extraction par agitation en flacon – Méthode d’essai de solubilité consistant à agiter un matériau solide avec de l’eau pendant une durée donnée. Cette méthode est utilisée pour déterminer la concentration de métaux et d’éléments stockée dans l’eau extraite.

• Analyse minéralogique – Différentes techniques analytiques comme la diffraction des rayons X de Rietveld (XRD) et l’évaluation quantitative des matériaux par microscopie électronique à balayage (QEMSCAN) sont utilisées pour quantifier les minéraux contribuant au potentiel acidogène, au potentiel neutralisant et aux éléments préoccupants. Ces techniques peuvent également donner un aperçu de la taille et de la forme des grains minéraux ainsi que de la surface d’exposition (réactivité).

Les essais cinétiques sont utilisés pour quantifier le taux de lessivage des métaux, la production d’acide et le potentiel de neutralisation. Ces essais permettent de mieux comprendre le taux des réactions naturelles d’altération, donnant lieu à des prévisions plus précises du risque de lessivage des métaux et de drainage rocheux acide pour un lieu donné. Les taux obtenus à partir des essais cinétiques constituent également des données essentielles pour les modèles prévisionnels de la qualité de l’eau d’un site, obligatoires pour obtenir les permis. Les essais cinétiques sont souvent longs à effectuer (de plusieurs semaines à plusieurs années), car l’équilibre chimique doit être atteint pour quantifier avec précision le taux de réaction.

• Essais en cellule d’humidité – Essais à l’échelle du laboratoire utilisés pour simuler et quantifier le taux de réaction de lixiviation des stériles ou des résidus dans des conditions d’altération atmosphérique.

• Essais de lixiviation en colonne – Essais à l’échelle du laboratoire utilisés pour simuler et quantifier les taux de lixiviation des stériles ou des résidus recouverts ou immergés.

• Essais en barils sur le terrain – Comme pour les essais en cellule d’humidité, dans les essais en barils sur le terrain, les taux de réaction sont simulés et quantifiés dans des conditions d’altération atmosphérique. Cependant, ces essais sont utilisés directement sur le site de préparation de la mine avec de grandes quantités de matériau (des centaines de kilogrammes) par échantillon, et les conditions climatiques naturelles permettent d’obtenir des prévisions plus réalistes.

• Modélisation géochimique – Les modèles prévisionnels établis à l’aide de logiciels (p. ex., PHREEQC) réunissent la thermodynamique chimique et les résultats expérimentaux afin de mieux comprendre les interactions entre les minéraux et l’eau dans les environnements aqueux. Par exemple, la modélisation peut être utilisée pour simuler les conditions physico-chimiques (température, pH, conditions d’oxydoréduction, composition chimique, etc.), afin d’évaluer la stabilité et la dissolution des minéraux générateurs d’acide dans les déchets miniers.

• Suivi des données sur place – La collecte et l’analyse régulières des données pendant l’exploitation de la mine fournissent une rétroaction itérative et valident les prévisions initiales du lessivage des métaux et du drainage rocheux acide. Cette mesure permet de déterminer rapidement si une nouvelle conception technique est nécessaire.

Des prévisions efficaces en matière de lessivage des métaux et de drainage rocheux acide passent par l’intégration de la géochimie dans la conception d’un plan d’exploitation minière dès les phases d’exploration avancée, ainsi que par le maintien de pratiques géochimiques jusqu’aux phases de fermeture de la mine. Les prévisions aident à orienter la conception technique de la gestion des déchets miniers et de l’eau, car elles prennent en compte le risque de non-conformité environnementale et fournissent un aperçu de l’analyse coûts/avantages de la conception.

Comme nous l’avons vu, plusieurs outils sont disponibles pour faciliter les prévisions de lessivage des métaux et de drainage rocheux acide. Cependant, une approche bien équilibrée grâce à des essais statiques, des essais cinétiques et des modèles prévisionnels est nécessaire pour assurer la fiabilité des prévisions. En outre, la rétroaction itérative provenant de la surveillance sur place tout au long de l’exploitation de la mine valide les prévisions et permet de déterminer rapidement si la conception doit être modifiée.

Cet article de blogue a été écrit en collaboration avec Neal Sullivan