Qu’est-ce que le drainage minier acide?
Le drainage minier acide est l’écoulement d’eaux acides causé par l’interaction de l’eau avec des roches riches en minéraux sulfurés. Le drainage minier est généralement le sous-produit d’activités industrielles, notamment de chantiers de construction, de lotissements, de couloirs de transport et de mines de charbon et de métaux.
Le drainage minier acide peut avoir des effets négatifs sur l’environnement et sur la santé des personnes et des animaux. Les macroinvertébrés aquatiques et les poissons des masses d’eau touchées par le drainage minier acide voient leur nombre et leur biodiversité compromis. Très peu de formes de vie organiques possèdent une résistance naturelle aux eaux acides.
La principale pratique pour déterminer la plausibilité du drainage minier acide dans les opérations minières consiste à effectuer une évaluation géochimique de la composition chimique des matériaux miniers au cours des premières étapes du projet.
Une évaluation géochimique visant à déterminer les risques de drainage minier acide comprend les étapes suivantes:
- L’échantillonnage du sol et des minéraux
- La réalisation de tests géochimiques statiques, tels que la comptabilité acide-base ou la spéciation du soufre
- La réalisation de tests géochimiques cinétiques, notamment des tests de consommation d’oxygène
- La création de modèles d’oxydation, de génération de polluants et de rejet
- La création de modèles de composition
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Quelle est la cause du drainage minier acide?
Le drainage minier acide se produit généralement lorsque des sulfures métalliques entrent en contact avec l’oxygène de l’atmosphère et un plan d’eau. Comme l’exploitation minière met au jour des minéraux étrangers à la surface, elle peut être une source primaire de drainage minier acide. Certaines bactéries peuvent devenir un catalyseur majeur dans ce processus.
Dans le cas de la pyrite, un minéral généralement responsable du drainage minier acide, les deux processus suivants sont impliqués dans la génération d’acide:
- L’oxydation du sulfure en sulfate
- L’oxydation du fer ferreux en fer ferrique, suivie de la précipitation de l’oxyde ferrique
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Comment commence le drainage minier acide?
La principale source de drainage minier acide est causée par l’eau des bassins de résidus miniers, l’humectation des routes, les effluents des mines et les précipitations qui mettent l’eau en contact avec les roches abondantes en minéraux sulfurés du site.
Une autre source est constituée par les émissions incontrôlées de poussières en suspension dans l’air provenant des résidus miniers, des piles de déchets, des routes et des concasseurs. Les poussières en suspension dans l’air peuvent parcourir de longues distances et déposer des couches de sédiments dans le sol et les masses d’eau, provoquant ainsi un drainage minier acide à proximité et polluant le sol et l’eau des zones environnantes jusqu’à quelques kilomètres de la source.
Une fois que l’eau devient un drainage acide, elle doit être traitée avant d’être renvoyée dans le plan d’eau. Afin de réduire la zone touchée par le drainage acide, il est important de stabiliser les matériaux miniers en suspension dans l’air pour éviter le drainage acide, de mettre en place un traitement actif et passif approprié et d’éviter le déversement du drainage acide dans les plans d’eau.
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Que peut contenir le drainage minier acide?
Le drainage minier acide peut contenir de grandes quantités de métaux toxiques. Les minéraux les plus courants dans les drainages miniers acides sont le fer (Fe), le cuivre (Cu), le zinc (Zn), le manganèse (Mn), l’arsenic (As), le cadmium (Cd) et le plomb (Pb). En outre, le drainage minier acide peut également devenir le terrain de reproduction de plusieurs types de champignons et de bactéries.
Les eaux acides qui circulent librement dans l’environnement vont réagir chimiquement avec d’autres minéraux présents naturellement dans les roches. Cette réaction dissout une série de métaux et de sels qui sont ensuite transportés par le flux d’eau. C’est pourquoi les effets négatifs du drainage minier acide s’aggravent à mesure qu’il n’est pas traité correctement.
Si le drainage minier acide entre en contact avec de l’eau douce ou des minéraux neutralisants, les ions de fer(III) solubles précipitent sous forme d’hydroxyde de fer(III). Cela crée un solide jaune-orange qui teinte l’eau, connu familièrement sous le nom de yellow boy.
La récupération de l’eau potable et des minéraux précieux provenant du drainage minier acide devrait être une préoccupation majeure de tous les professionnels de l’industrie qui sont en contact avec ce phénomène. Les recherches sur les méthodes de traitement du drainage minier acide se sont développées au cours des dernières décennies et de nouvelles stratégies sont constamment élaborées pour le prévenir et le résoudre.
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- Contrôle de la poussière et stabilisation du sol de la zone de travail de la mine
Le contrôle de la poussière et la stabilisation du sol peuvent réduire jusqu’à 95 % des matières en suspension dans l’air qui s’envolent et se déposent dans les plans d’eau et le sol. Par conséquent, pour prévenir efficacement le drainage acide, il est important de traiter les résidus miniers, les piles de déchets, les chemins de transport et les concasseurs.
- Remise en état du terrain contaminé
La remise en état est le processus de rétablissement des sols et de la végétation à l’intérieur et autour du site minier. Une méthode de remise en état très efficace consiste à utiliser de la chaux et d’autres matériaux capables de neutraliser l’acidité. En outre, la croissance de la végétation est favorisée par l’ajout d’une couverture de terre végétale ou d’une autre solution qui encourage le développement des plantes.
En modifiant la composition chimique des surfaces et en favorisant la croissance de la végétation, le matériau du sol peut être stabilisé. Ce processus permet de prévenir l’érosion et l’infiltration des eaux de surface. Une bonne approche d’intégration peut être reproduite dans de nombreux contextes et prend en compte de nombreuses variables, notamment le climat local et les précipitations.
Bien que cette méthode soit très efficace pour traiter le drainage minier acide, les coûts de mise en œuvre des solutions de remise en état, même les plus simples, peuvent être assez élevés. Des recherches sont actuellement menées pour créer des stratégies de remise en état plus rentables, notamment l’intégration de plantes résistantes aux matières génératrices d’acide et le développement de biosolides spécialisés.
- Traitement des sols contaminés
Au-delà de la menace de produire des eaux acides, les sols contaminés peuvent aussi être directement nocifs pour les plantes, les animaux et les individus. En raison d’un manque de connaissance de l’impact des métaux lourds sur la qualité de l’environnement, les sols peuvent être compromis et dangereux. Une approche directe pour traiter un sol compromis consiste à le déplacer vers un nouvel emplacement.
Le déplacement des sols est une procédure très coûteuse et controversée. Malheureusement, elle est parfois nécessaire pour prévenir d’autres dommages environnementaux. Au fur et à mesure que des recherches sont menées sur la manière dont les sols peuvent être traités, les approches futures permettront de mieux gérer les sols contaminés sur leur site d’origine.
- Traitement direct des eaux acides
Les eaux acides ou les eaux qui ont été contaminées par les déchets des mines de métaux peuvent voir leur acidité réduite lorsqu’elles sont traitées avec un matériau neutralisant, tel que la chaux. En interagissant avec le matériau, les métaux dissous à l’origine de la pollution de l’eau précipitent à partir de celui-ci. Il s’agit d’un processus de traitement actif qui nécessite la mise en place d’une installation de traitement pour être mis en œuvre.
Les installations de traitement des eaux ont l’inconvénient de produire de grandes quantités de boues comme sous-produit. Ces boues doivent à leur tour être éliminées de manière appropriée, ce qui entraîne des coûts et des difficultés spécifiques. Pour contourner ce problème, des mesures passives de traitement de l’eau peuvent être mises en œuvre au lieu de mesures actives.
- Zones humides
Les systèmes de traitement passif sous forme de zones humides peuvent être utilisés pour traiter les eaux contenant des métaux. Cette approche favorise le développement d’un habitat naturel souhaitable, ce qui est extrêmement bénéfique pour la faune locale. Toutefois, la création de zones humides perdra son efficacité si le volume et l’acidité de l’eau franchissent un certain seuil.
Certaines zones humides, dites aérobiques, sont créées en creusant des étangs peu profonds, d’une profondeur inférieure à un mètre. Certaines d’entre elles sont remplies jusqu’à un certain point de gravier calcaire ou de terre et peuvent être équipées ou non d’un revêtement. Ces zones humides accélèrent l’oxydation naturelle et la précipitation des métaux dans l’eau. Les zones humides aérobiques favorisent la production de métaux sulfurés, un processus qui réduit l’acidité en consommant du H+.
Les zones humides anaérobies, quant à elles, reposent sur des graviers calcaires et sont remplies de matières organiques. Les micro-organismes qui se répandent dans l’eau consomment de l’oxygène. Combiné à la percolation de l’eau à travers la matière organique, ce processus impulse la précipitation des minéraux sulfurés. Cette méthode de traitement du drainage minier repose sur le fait que l’environnement possède des conditions favorables à la croissance et à la subsistance des micro-organismes.
- Mesures préventives dans les mines abandonnées
De préférence, pendant la phase d’exploration de la construction d’une mine, les eaux acides ont été prises en compte. Des mesures préventives contre l’accumulation du drainage minier acide peuvent être prises avant le début des opérations minières. La même attention peut également être accordée aux mines abandonnées, qui peuvent causer des dommages importants à l’environnement si elles ne sont pas traitées correctement.
Les méthodes de traitement efficaces des mines abandonnées consistent à les remplir d’un matériau qui réduit considérablement les risques de développement du drainage minier acide. Une mine souterraine, par exemple, peut être remplie d’eau, ce qui empêche l’oxygène d’entrer en contact avec les métaux et de provoquer une oxydation. Les mines peuvent également être remplies d’un matériau alcalin.
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- Déplacement des déchets miniers
Cette méthode de traitement du drainage minier acide consiste à séparer les matériaux à l’origine de la pollution de l’eau. Des mesures doivent être prises pour s’assurer que les déchets ne sont pas mis en contact avec les eaux souterraines ou de surface. L’interaction entre les déchets et les sources d’eau peut être évitée en traitant et en recouvrant les déchets d’une couche de matériau imperméable.
- Contrôler les bactéries
Le drainage minier acide a un pH approximativement constant. Cet environnement est suffisamment stable pour permettre la formation de bactéries eucaryotes, de champignons, de levures et d’algues. Certains de ces organismes peuvent avoir un impact positif sur le traitement de l’eau, tandis que d’autres peuvent aggraver les dommages causés aux habitats naturels. Des bactéries comme le Ferroplasma acidiphilum, par exemple, peuvent facilement oxyder le fer ferreux, ce qui leur permet de survivre dans des environnements à très faible pH.
Les bactéries importantes pour les eaux acides sont connues sous le nom d’acidophiles. On peut trouver ces organismes dans la nature, dans les cheminées hydrothermales, comme dans le parc national de Yellowstone. Dans le même ordre d’idées, ils peuvent se développer dans des habitats bénéfiques à leur biologie, notamment dans les canalisations d’égouts et autres endroits où les métaux et l’eau interagissent. En favorisant l’oxydation de la pyrite et la formation d’acide sulfurique, les acidophiles sont une cause majeure de drainage minier acide.
L’application de bactéricides pour contrôler la croissance de ces bactéries est une solution majeure au drainage minier acide. Une autre approche consiste à utiliser les acidophiles en leur ajoutant des matières organiques pour leur fournir une source d’énergie alternative. Un procédé connu sous le nom de biolixiviation, qui utilise ces organismes pour améliorer les opérations minières, est actuellement en cours de développement.
- Détournement de sources d’eau
La déviation du courant d’eau est une méthode largement acceptée par les ingénieurs pour contrôler l’érosion, la sédimentation et d’autres problèmes qui proviennent du contact entre les masses d’eau naturelles et les métaux lourds. Les digues transversales, par exemple, peuvent être construites en utilisant une combinaison de matériaux de récupération et d’argile ou de limon fortement compacté. Les digues et autres structures de déviation des courants peuvent non seulement empêcher le drainage minier acide, mais aussi servir à recueillir l’excès d’eau pour une utilisation ultérieure.
Le coût de la mise en place d’une digue, d’un barrage, d’un piège à eau ou d’une structure similaire dépend largement de la taille de la masse d’eau qui doit être détournée. Les petites digues peuvent coûter moins de 10 000 $, tandis que les grandes nécessitent des millions de dollars pour être construites.
- Élimination des déchets sous l’eau
Étant donné que le drainage minier acide a besoin d’oxygène pour se produire, la restriction du flux d’oxygène vers les zones à risque peut empêcher efficacement son développement. La neutralisation des déchets acides en coupant la source d’oxygène peut être réalisée en éliminant les matières acides sous l’eau. La concentration d’oxygène dans l’eau est environ 25 000 fois inférieure à celle de l’air (source). La matière organique et les composés réduits consomment une grande partie de l’oxygène concentré sous l’eau.
L’eau créant une barrière naturelle entre les métaux et l’oxygène, le développement de conditions acides est freiné. Naturellement, l’élimination des déchets sous l’eau doit se faire avec les précautions appropriées.
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