Évaluation du BH et de l’ET des recouvrements monocouches avec NPS

Performance des recouvrements monocouches avec NPS

L’efficacité de la NPS couplée à un recouvrement monocouche à réduire la génération du DMA a été démontrée par des travaux de terrain et de laboratoire, et les paramètres influençant son efficacité sont les suivants :

• Les propriétés hydrogéotechniques des résidus : pour maintenir les résidus situés audessus de la nappe saturés en eau, on utilise la notion de la remontée capillaire. Celleci dépend de la porosité du matériau de la zone non saturée et donc de sa granulométrie ; en effet, plus la granulométrie du sol est fine, plus la taille des pores est petite et donc plus la hauteur de remontée capillaire est grande (Hillel, 1998). Par ailleurs, une granulométrie fine implique une faible conductivité hydraulique saturée et une plus grande capacité de rétention capillaire, ce qui lui permet de conserver un degré de saturation plus élevé. Par contre, lorsque le matériau est grossier, il tend à se désaturer rapidement (Cosset & Aubertin, 2010) et donc à favoriser l’infiltration de l’eau vers les résidus, mais permettent de limiter l’évaporation en raison des effets de barrière capillaire. En général, une meilleure efficacité de la technique est obtenue pour des résidus ayant une granulométrie fine, et donc une faible conductivité hydraulique saturée et une pression d’entrée de l’air (AEV – pression à partir de laquelle le matériel commence à se dé-saturer) élevée. En général, la fraction fine des résidus miniers possèdent des propriétés hydriques (ksat, AEV) favorables pour la rétention d’eau par capillarité (Dagenais, 2005) et donc pour la conception de la technique de la NPS.

• La profondeur de la nappe dans les rejets a une influence majeure sur le profil des teneurs en eau et sur la capacité du recouvrement à agir comme barrière à l’oxygène (Dagenais et al., 2006). En présence d’une nappe profonde, les rejets se désaturent facilement alors qu’avec une nappe suffisamment élevée, ils peuvent rester saturés. Le niveau phréatique peut être contrôlé en limitant 1’écoulement latéral de 1’eau souterraine, en modifiant le bilan hydrique du parc à résidus ou en augmentant la capacité de rétention d’eau des rejets situés au-dessus de la nappe phréatique (Orava et al., 1997). Ainsi, Ouangrawa et al. (2007) a montré que l’évolution du pH et des concentrations en sulfates et en métaux est fonction du degré de saturation des rejets. Plus la nappe est profonde, plus le risque d’oxydation des rejets est élevé. Afin de garder les résidus saturés par capillarité, la profondeur de la nappe doit être inférieure à ½ de l’AEV des résidus (Orava et al., 1997). Plus précisément, la profondeur de la nappe doit être inférieure à moins de 0,5 fois l’AEV du rejet afin de conserver les résidus miniers saturés (Demers et al., 2013 ; Ouangrawa et al., 2007). Pour les résidus oxydés, ce critère n’est pas suffisant pour assurer l’efficacité de la méthode à empêcher la génération du DMA (Pabst et al., 2017).

• La densité des résidus : des rejets plus denses présentant une faible porosité et une AEV élevée restent saturés plus longtemps (Ouangrawa et al., 2007).

• La minéralogie et la composition chimique du recouvrement ont peu d’influence sur l’efficacité de la technique lorsque les degrés de saturation restent élevés (Sr > 85 à 90%) (Ouangrawa et al., 2007). Si le recouvrement monocouche est constitué de résidus peu sulfureux, et le niveau de la nappe phréatique est bien contrôlé, la diffusion de l’oxygène peut être limitée, empêchant ainsi la génération du DMA (Ouangrawa et al., 2007).

Prise en considération de la végétation dans l’évaluation du BH et de l’ET Après la restauration des parcs à résidus, la végétation peut s’y installer de façon naturelle ou par ensemencement. Étant dépendante de l’eau pour vivre et en permanente interaction avec le sol et l’atmosphère, cette végétation peut influencer le bilan hydrique des recouvrements mis en place et par la même occasion affecter leur performance. Cependant, les méthodes utilisées actuellement pour évaluer la performance des recouvrements monocouches n’intègrent pas l’effet de la végétation dans l’établissement du bilan hydrique, vu que ces études sont réalisées au début de l’installation des recouvrements et donc en absence de la végétation. Selon la littérature, aucun travail de recherche sur l’effet de la végétation n’a été réalisé pour les recouvrements monocouches avec NPS en climat tempéré, tel que celui du Québec. Dans l’optique où l’on suspecte que la végétation pourrait influencer la performance des recouvrements monocouches avec NPS, il est primordial de mieux comprendre son impact au niveau des différentes composantes du bilan hydrique, notamment l’évapotranspiration, afin de passer à une deuxième phase de validation du fonctionnement des recouvrements monocouches avec NPS à long terme. Pour cela, notre étude vise à mettre l’emphase sur l’évaluation du bilan hydrique à partir de mesures de terrain, et plus particulièrement l’évaluation de la composante de l’évapotranspiration en utilisant plusieurs méthodes. Cette étude vise d’une part à sélectionner la méthode la mieux adaptée pour l’évaluation de l’évapotranspiration du site à l’étude, et qui intègre la végétation, et d’autre part à évaluer l’impact de cette végétation sur la performance des recouvrements monocouches avec NPS.

Mouvements de l’eau à l’interface Sol-atmosphère : l’évaporation

L’évaporation est le passage de l’eau de l’état liquide à l’état gazeux. On parle d’évaporation au champ lorsque celle-ci se produit à partir du sol ou à partir d’une nappe d’eau libre. Pour comprendre le moteur de l’évaporation, considérons un compartiment fermé avec un volume donné d’eau (Figure 2-2). Les molécules d’eau sont en mouvement à cause de leur énergie cinétique. Pour rester cohérents, elles exercent des forces d’attraction. Pour qu’une molécule d’eau passe de la phase liquide à la phase gazeuse, elle a besoin d’une force qui doit être supérieure à celle exercée par les molécules qui l’entourent. Cette force provient de sa charge cinétique ; donc les molécules les plus énergétiques s’échappent en premier dans l’air. Lorsqu’il se produit un choc entre deux molécules d’eau, l’une d’entre elles reçoit de l’énergie cinétique de l’autre, elle acquiert donc assez d’énergie pour s’échapper vers l’atmosphère, l’eau commence à s’évaporer (Figure2-2a) et l’air se remplit en vapeur d’eau. L’évaporation se poursuit tant que l’énergie nécessaire est disponible jusqu’à ce que l’air devient saturé en vapeur d’eau ; dans ce cas il contient la quantité maximale de vapeur d’eau qu’il peut supporter. Lorsque l’état d’équilibre est atteint, quelques molécules d’eau commencent à se condenser et revenir à l’état liquide.

À ce stade, la vitesse de condensation est égale à la vitesse d’évaporation. La pression de vapeur (exprimée en kPa) est la pression exercée par les molécules de vapeur d’eau sur la surface de l’eau ; elle exprime la concentration des molécules d’eau dans la phase vapeur, tout comme la densité de vapeur (exprimée en g.m-3), qui est la masse de vapeur par unité de volume. Ainsi, lorsque la phase vapeur est saturée de molécules de vapeur d’eau et l’équilibre est atteint, on dit que le système est à sa pression de vapeur saturante. La pression de vapeur au-dessus d’une solution augmente avec la concentration en soluté de cette solution, d’après la loi de Raoult. La température influence également la pression de vapeur. Une augmentation de la température de l’eau apporte l’énergie nécessaire aux molécules pour s’échapper sous forme de vapeur. La proportion des molécules énergétiques augmente donc, le flux évaporatoire augmente et la concentration des molécules d’eau dans la phase vapeur augmente aussi jusqu’à atteindre l’équilibre de la pression de vapeur. Ainsi, des mouvements de transfert se produisent perpétuellement entre les deux milieux eau-atmosphère. La vitesse de transfert des molécules dans les deux sens est fonction de la concentration en vapeur d’eau de l’atmosphère. Cette concentration peut être exprimée en terme de (Hillel & De Backer, 1988):