Les exploitations minières et leurs usines de traitement produisent des déchets nocifs pour l'environnement tant au niveau de l'air, du sol que de l'eau. Ces contaminants proviennent de plusieurs sources et sont dommageables à plusieurs niveaux, dont la production d'eau rendue acide par l'oxydation des minéraux sulfureux. Cette eau acide est reconnue comme étant un des problèmes environnementaux majeurs de l'industrie minière. Le DMA est une source de pollution acide et métallique pour les milieux aquatiques et les aquifères. Ils sont capables, pour les cas les plus sévères, de libérer plusieurs tonnes de composés métalliques toxiques par jour dans le système hydrographique. Dans l’intégralité de ce travail, vous allez découvrir de quoi un drainage minier acide s’agit-il, et comment le surveiller.

1. Faculté de Technologie
Département des Mines et Géologie
Exposé
Présenté par :
Adel FILALI
Thème :
Monitoring

2. Liste des Figures I
Liste des Tableaux I
Introduction II
CHAPITRE I : Généralités sur le DMA 1
I.1. Définitions 1
I.2. Sources du phénomène 1
I.3. Effluents de l'industrie minière et le DMA 1
I.4. Conséquences du DMA sur l'environnement 4
Chapitre II : Surveillance du DMA 5
II.1. Coûts reliés au DMA 5
II.2. Méthodes les plus courantes du traitement du DMA 5
II.2.1. Barrière perméable réactive (BPR) 6
II.2.2. BPR à base de boues rouges 10
Conclusion III
Références bibliographiques IV

3. I
Liste des Figures
Figure 1 : Barrière perméable réactive.
Figure 2 : BPR en mur continu.
Figure 3 : BPR «Funnel and Gate».
Liste des Tableaux
Tableau 1 : Type de drainage minier.
Tableau 2 : Principaux sulfures métalliques.
Tableau 3 : Quelques réactions d'oxydation de sulfures.
Tableau 4 : Comparaison entre l'eau de DMA et l'eau potable.
Tableau 5 : Mesures de contrôle de production du DMA.
Tableau 6 : Conditions d'utilisation d'une BPR.
Tableau 7 : Coûts typiques pour une BPR.

4. II
Introduction
Les exploitations minières et leurs usines de traitement produisent des déchets nocifs
pour l'environnement tant au niveau de l'air, du sol que de l'eau. Ces contaminants proviennent
de plusieurs sources et sont dommageables à plusieurs niveaux, dont la production d'eau rendue
acide par l'oxydation des minéraux sulfureux. Cette eau acide est reconnue comme étant un des
problèmes environnementaux majeurs de l'industrie minière.
Dans l’intégralité de ce travail, nous allons découvrir de quoi un drainage minier acide
s’agit-il, et comment le surveiller.

5. 1
Chapitre I : Généralités sur le DMA
I.1. Définition
Un drainage minier acide (DMA) ou encore " drainage rocheux acide " (DRA) est une
solution minérale acide qui s'écoule régulièrement en conséquence d'une mine.
I.2. Sources du phénomène
Le drainage minier acide (DMA) ainsi que le drainage rocheux acide (DRA) peuvent
provenir de diverses sources d'exploitation telles que les exploitations d'or, d'argent, de cuivre,
de nickel, de zinc, de plomb, de charbon et même de gisements d'uranium.
Ces minéraux sont la plupart du temps présents sous forme de sulfures comme par
exemple la chalcopyrite (CuFeSz) pour le cuivre, la sphalerite pour le zinc (ZnS) et la galène
pour le plomb (PbS). De plus, ces gisements sont souvent associés à des minéraux sulfureux
réactifs tels que la pyrite (FeSs) et/ou la pyrrhotite (FenSn). Lorsque ces derniers sont mis en
contact avec l'eau et l'air, ils forment des ions qui acidifient l'eau au point de la rendre nocive
pour l'environnement récepteur.
De plus, la baisse de pH occasionnée par cette production d'acidité favorise la
dissolution de métaux lourds comme le fer (Fe), le plomb (Pb), le mercure (Hg), le cadmium
(Cd) et l'arsenic (As).
I.3. Effluents de l'industrie minière et le DMA
On peut classifier les effluents de l'industrie minérale en quatre catégories : le drainage minier
acide, le drainage minier alcalin, le drainage minier neutre et le drainage minier peu
problématique. Le tableau 1 résume ces catégories.
Tableau 1 : Type de drainage minier.

6. 2
Le drainage minier qui nous intéresse dans le cadre de ce travail est le drainage minier
acide. Les autres types des effluents ne seront pas abordés.
Le DMA résulte de l'oxydation au contact avec l'eau et l'air des minéraux sulfureux que
l'on retrouve associés au minerai de valeur. Le DMA se produit au cours de l'exploitation mais
surtout après lorsque l'on dispose le stérile minier et les résidus dans des parcs exposés à l'air
libre et aux précipitations. Les eaux de drainage ont pour caractéristiques un faible pH, des
concentrations élevées en métaux lourds et en sulfates solubles, une grande concentration en
solides dissous et l'absence relative de matière organique. Les eaux acides, si elles ne sont pas
traitées, peuvent contaminer les eaux de surface, les écoulements souterrains et même la nappe
phréatique rendant ainsi l'eau toxique pour la flore, la faune et l'être humain.
Le tableau 2 présente les principaux sulfures métalliques exploités ainsi que leur
classement selon leur réactivité. La réactivité se définie comme étant la capacité d'un sulfure à
réagir chimiquement dans un milieu riche en oxygène. Cette capacité de réaction dépend du
mode de formation du sulfure. Ce qui explique que chaque sulfure a un degré de réactivité qui
lui ait propre. Un sulfure ayant un degré 1 de réactivité, s'oxydera plus facilement au contact de
l'air qu'un sulfure ayant un degré de réactivité de 9. Notons que la réactivité est fonction de
plusieurs critères tels que la forme cristalline des sulfures ou encore de la granulométrie. Par
exemple, une granulométrie plus fine augmentera la surface disponible pour l'oxydation du
sulfure ce qui favorisera la production de DMA.
Tableau 2 : Principaux sulfures métalliques.
De tous ces sulfures métalliques, la pyrite est celle qui est la plus abondante et celle qui
cause le plus de problèmes. Les réactions d'oxydation de la pyrite qui sont en cause sont les
suivantes :

7. 3
Tout d'abord, il y a l'oxydation de la pyrite au contact avec l'eau et l'oxygène de l'air
FeS2 + 7/2 O2 + H2O = Fe2+
+ 2So4
2+
+ 2H+
(Equation 1)
Ensuite, l'oxydation indirecte qui met enjeu le O2 comme oxydant.
Fe2+
+ 1/4 O2 + H+
= Fe2+
+ I/2H2O (Equation 2)
Si le pH est suffisamment élevé, le fer ferrique peut précipiter sous forme d'hydroxyde.
Fe3+
+ 3H2O = Fe(oH)3 + 3H+
(Equation 3)
Mais dans le cas où le pH est très bas (< 3), il viendra oxyder le S2
à so4
2-
FeS2 + 14 Fe3+
+ 8 H2O = 15Fe2+
+ 2So4
2-
+ 16H+
(Equation 4)
L'équation globale où l'on peut observer la production d'un hydroxyde et de l'acide
sulfurique est :
FeSi + 15/4 O2 + 7/2 H2O = Fe(oH)3 + 2H2SO4 (Equation 5)
Le tableau 3 présente quelques-unes des équations d'oxydation pour trois des principaux
sulfures métalliques :
Tableau 3 : Quelques réactions d'oxydation de sulfures.
Le DMA génère donc de l'acide sulfurique (H2SO4) qui acidifie l'eau et met en solution
les métaux. 11 fonctionne donc comme une boucle sans fin à moins de lui enlever un de ses
réactifs soit l'oxygène, l'eau ou le sulfure lui-même. Dans le processus de production de DMA,
certains types de bactéries acidophiles comme la thiobacillus-ferrooxidans et la thiobacillus-
thiooxidans jouent un rôle primordial.

8. 4
I.4. Conséquences du DMA sur l'environnement
Comme mentionné plus tôt, le DMA a pour principales conséquences de diminuer le
pH de l'eau, favoriser l'augmentation de la concentration en métaux lourds et en sulfates
solubles, favoriser la dissolution des solides et de rendre inexistante la présence de matières
organiques.
Le tableau 4 établit la différence entre des eaux de drainage minier acides analysées
dans le cadre de cette maîtrise et un cours d'eau propre à la consommation humaine.
Tableau 4 : Comparaison entre l'eau de DMA et l'eau potable.
Les métaux lourds du tableau 4, lorsqu'ils sont dissous, se retrouvent dans les eaux de
surface, les eaux souterraines et même dans la nappe phréatique, les contaminants et les rendant
dangereuses pour l'environnement. Les métaux ainsi solubilisés peuvent être traînés sur de
grandes distances. Même si parfois les eaux acides peuvent être neutralisées dans des milieux
alcalins, elles peuvent reprendre leurs propriétés aussitôt que les caractéristiques du sol
changent.
Les plantes qui se nourrissent de l'eau et des nutriments du sol deviennent saturées en
métaux lourds. Avec le temps, le sol devient infertile et les plantes ont de plus en plus de
difficulté à croître et elles peuvent contaminer les organismes qui s'en nourrissent. De plus, les
métaux lourds dégradent la flore aquatique et par le fait même la vie aquatique.
Pour ce qui est des animaux et des hommes, leur santé peut être atteinte par le DMA.
En effet, les eaux de drainage sont riches en métaux lourds. Les hommes et les animaux qui en
boivent peuvent en être contaminés. On parle de bioaccumulation dans l'organisme de plusieurs
espèces. Un autre effet du DMA est la dégradation esthétique d'un cours d'eau ou d'un territoire.
Dans un tel cas, il est impossible à l'être humain d'exploiter ce territoire contaminé sans risque
pour sa santé.

9. 5
Chapitre II : Surveillance du DMA
II.1. Coûts reliés au DMA
On rapporte dans la littérature qu'en 1990, on répertoriait au Canada 1,9 milliards de
tonnes de rejets potentiellement producteurs d'acide provenant des usines de traitement et 740
millions de tonnes de roches stériles ayant un potentiel générateur d'acide. Pour sécuriser tous
ces sites, il en coûterait de 3 à 5 milliards de dollars ($CAN) pour le Canada et plus de 100
milliards de dollars ($US) à l'échelle mondiale ce qui représente des coûts très élevés que les
gouvernements et les exploitants devraient débourser.
II.2. Méthodes les plus courantes du traitement du DMA
Etant donné l'importance des coûts engendrés par le DMA, il est plus avantageux pour
les compagnies aux prises avec ce problème, de le traiter au fur et à mesure plutôt qu'à la fin de
l'exploitation car à cette étape, les dommages à l'environnement sont souvent très avancés et
difficiles à contrer. Certaines compagnies ont même opté pour un contrôle préventif du DMA
ce qui permet encore une fois de réduire les coûts.
Le but des méthodes utilisées dans l'industrie pour contrer ce problème est de réduire la
disponibilité d'un ou de plusieurs des trois éléments suivants : l'oxygène, l'eau ou les sulfures.
Une fois que l'on a isolé un ou des éléments, le DMA est ralenti de façon considérable et même
parfois complètement arrêté. Le tableau 5 présente les différentes mesures de contrôle de
production du DMA.
Tableau 5 : Mesures de contrôle de production du DMA.

10. 6
Une fois que l'on a déterminé l'élément à isoler, il ne reste plus qu'à choisir la méthode
la plus efficace et souvent la moins dispendieuse pour traiter le DMA. Le choix d'une méthode
ou d'une combinaison de méthodes dépend des facteurs suivant :
- Le potentiel de génération acide et le potentiel de neutralisation acide des résidus
miniers ;
- La nature et les caractéristiques physiques des résidus ;
- Les conditions du terrain, le climat, la topographie ainsi que l'hydrologie des eaux de
surface et souterraines ;
- La durée d'efficacité requise de la mesure de contrôle ;
- La sensibilité du milieu récepteur face au DMA.
II.2.1. Barrière perméable réactive (BPR)
L'élaboration d'une barrière perméable réactive (BPR) est une méthode passive de
traitement du DMA passive. Les systèmes de traitement passifs font intervenir des processus
d'élimination chimique, biologique et physique qui existent à l'état naturel dans
l'environnement. Ils sont reconnus pour être des systèmes à faible coût de construction,
d'exploitation et d'entretien. De plus, on peut utiliser les traitements passifs dans des endroits
éloignés avec des besoins opérationnels restreints.
Une BPR n'est pas une méthode préventive puisqu'elle est utilisée seulement lorsque les
effluents sont contaminés par le DMA.
Le principal intérêt d'une BPR est qu'elle permet de réduire ou même d'éliminer en partie
les coûts de traitement en cours puisqu'elle utilise l'écoulement naturel de l'effluent contaminé
sans aucune source externe d'énergie. De plus, elle agit comme barrière pour les écoulements
souterrains contaminés. Tout comme les méthodes passives, une BPR permet d'immobiliser, de
contenir et de transformer sous des formes non toxiques les contaminants contenus dans les
eaux de DMA.
Les phénomènes en cause peuvent être un ou une combinaison de ces éléments :
adsorption, absorption, précipitation, réduction ou d'origine biologique.
En général, le traitement du DMA par BPR est relié à une augmentation du pH et/ou à
un processus chimique ou biologique induit par la précipitation des sulfures.
Le tableau 6 présente les cas où il est intéressant d'utiliser une BPR et ceux où il peut y
avoir des difficultés majeures à l'application de cette méthode de traitement.

11. 7
Tableau 6 : Conditions d'utilisation d'une BPR.
Figure 1 : Barrière perméable réactive.
Une BPR est construite en aval dans la direction du gradient hydraulique. On enlève
une partie du terrain que l'on remplace par du matériel réactif. La BPR forme ainsi un mur. Une
fois en place, le panache ou l'eau souterraine contaminée peut s'écouler à travers le mur et être
débarrassée de ses contaminants. La figure 1 montre une BPR et son fonctionnement.

12. 8
Les deux configurations de BPR les plus communes sont les BPR sous forme de mur
continu (continuous wall) et la BPR sous forme d'entonnoir et barrière (funnel and gate). Le
terme F&G sera utilisé ici pour la seconde configuration. La première configuration est
généralement la plus facile à installer et couvre entièrement le panache a traité. De plus, c'est
cette configuration qui a le moins d'impact sur l'écoulement naturel souterrain existant, Le mur
est réactif sur toute sa longueur. Cette approche est la plus sécuritaire et la moins sensible aux
défauts de caractérisation du site. Par contre, elle n'offre pas une garantie en terme de suivi de
performance et de maintenance du média réactif. La figure 2 représente une BPR en mur
continu.
Figure 2 : BPR en mur continu.
La seconde configuration soit la BPR F&G permet de retenir le panache contaminé à
l'intérieur de murs étanches et de le diriger vers une barrière qui contient le matériel réactif.
La figure 3 représente ce type de BPR. Les murs étanches qui servent à créer l'entonnoir
sont généralement constitués de résidus miniers non toxiques ou d'une membrane perméable.
Ils doivent être étanches et ne pas laisser passer le panache contaminé. La barrière est
généralement constituée d'un mélange de matériel réactif avec des matériaux disponibles sur
place tels que des résidus miniers. La longueur de ce système doit être assez importante pour
être en mesure de capter entièrement le panache contaminé.
Dans la littérature, il est mentionné que le ratio longueur de l'entonnoir/longueur de la
barrière est de six. On peut également retrouver certaines variantes à la barrière de type F«&G
comme l'ajout de drains qui permettent de collecter les écoulements contaminés qui sont plus
loin et de les rediriger vers l'entonnoir et la barrière.
On note que certaines barrières F&G possèdent un système de «cellules» contenant le
mélange de matériel réactif ce qui permet de changer le matériel devenu non réactif. Toutes les
variantes de ce type de configuration amènent des coûts supplémentaires et requièrent souvent
un système de pompage ce qui les rend moins avantageuses à utiliser.

13. 9
Figure 3 : BPR «Funnel and Gate».
Les coûts pour la construction d'une BPR sont variables tout dépendant de la
problématique du terrain et/ou du panache contaminé à traiter. Avant de construire une telle
installation, il faut faire une étude économique pour déterminer la faisabilité de cette méthode
et les coûts qu'elle peut engendrer. Le tableau 13 donne une idée générale des coûts d'installation
qui peuvent être reliés à une BPR pour divers matériaux. Les coûts de ce tableau sont en $ US
et ne comprennent pas le matériel réactif, la mobilisation ou la préparation du site.
Tableau 7 : Coûts typiques pour une BPR.

14. 10
II.2.2. BPR à base de boues rouges
On retrouve dans la littérature plusieurs études faites sur les BPR à base de boues rouges.
Contrairement au Bauxsol, les boues rouges sont utilisées directement sans traitement préalable.
Komnitsas et al, ont réalisé des études sur les BPR à base de boues rouges dans des colonnes
de plexiglas de 5 cm de diamètre pour 40 cm de hauteur alimentées avec des eaux contentant
de fortes quantités de métaux tel que le fer, l'aluminium, le zinc, la manganèse la cadmium, le
cuivre, le nickel et le cobalt. Il en est ressortit que les boues rouges permettent un traitement
efficace des effluents acides provenant de l'oxydation des sulfures.
On note que contrairement à la chaux, les boues rouges perdent leur pouvoir de
neutralisation de façon graduelle dans le temps et non de façon abrupte.
De plus, lorsque le pH est maintenu à des valeurs de 7 et plus, les auteurs ont noté que
les sulfates précipitent sous forme de gypse, le fer sous forme de goethite et ferrihydrite et
l'aluminium sous de boehmite et de gibbsite.
Selon les auteurs, les boues rouges présentent de meilleures capacités pour enlever les
métaux dans les eaux de DMA que la chaux mais que les deux substances permettent de façon
efficace le traitement des eaux ayant une forte teneur en métaux.

15. III
Conclusion
Le DMA est une source de pollution acide et métallique pour les milieux aquatiques et
les aquifères. Ils sont capables, pour les cas les plus sévères, de libérer plusieurs tonnes de
composés métalliques toxiques par jour dans le système hydrographique.
Pour cela, l’entreprise minière doit le surveiller avant qu’il ait contact avec
l’environnement.

16. IV
Références bibliographiques
► Aubertin M., Bussière B., Bernier L., Environnement et gestions des rejets miniers, Manuel
sur CD-ROM, Presses internationales Polytechniques, 2002.
►Munro Leon D, Clark Malcom W, McConchie D., A Bauxsol-based permeable reactive
barrier for the treatment of acid rock drainage, Mine water and the environment, 23, ppl 83-
194,2004.
►Arun R., Gavaskar, Design and construction for permeable reactive barriers, Journal of
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►US Département of defense, Permeable reactive wall remediation of chlorinated
hydrocarbons in groundwater, July 1999, ESTCP.
►Davies-Mc Conchie F., McConchie D., Clark M., Ryffel T., Caldicott W., Pope S.,
Bauxsof^ technology provides a new approach to the treatment and management of sulphide
mine tailings, waste rock and acid mine drainage, Virotec International.