L’accroissement des activités industrielles et les percées fulgurantes en technologies ces derniers siècles ont révolutionné bien de modes de vie (Freeman & Louçã, 2001; Kasa, 2009; Sterman, 2000). Cet état des choses a influencé par leurs besoins, bien de secteurs d’activités économiques. Nombre d’entre eux par leur utilisation des ressources naturelles ont suscité l’explosion partout dans le monde d’entreprises dans le domaine de la construction et des mines (Godrej & Forbes, 2012). Sachant qu’il existe deux (2) grandes pratiques d’extraction dans le monde (Lintukangasa, Suihkonena, Salomäkia, & Selonen, 2012), cette thèse va se limiter aux mines à ciel ouvert (MCO).

Un regard sur une telle mine dans son système d’implantation montre un système chargé d’interactions multiples entre les facteurs environnementaux et opérationnels organisés dans le but d’extraire les matières désirées. Dans ce type de système, chaque élément subit plus d’une influence (Halatchev & Dimitrakopoulos, 2003). Des phénomènes s’y produisent, s’y développent comme les situations à risque, illustrant une complexité due aux multiples interactions, et un dynamisme autour de l’interdépendance des éléments.

La notion d’évaluation environnementale et de gestion environnementale a plus de 50 années de progrès. Depuis les réflexions sur la limite de la croissance, le rapport Meadows en 1960 et l’alarme de Carson (1962) la conscientisation aux impacts sur l’environnement a été encouragée. Ainsi, la conception de la plupart des lois ou réglementations en environnement et l’émergence de commissions se sont multipliés après Stockholm (1972) ce qui va conduire au rapport Brundtland en 1987 puis sur la notion du développement durable (Perron, 2009; Québec, 2017; Tamba Takam, 2017). Ces mécanismes successifs ont favorisé la conférence de Rio en 1992 puis à l’intégration des procédures de gestion environnementale dans les pratiques devenues obligatoires. Toutefois, l’importance des enjeux environnementaux en évidence, continue de motiver plusieurs pays à signer des accords après le Protocole de Kyoto en 1997 aux conférences de : Copenhague (2009), Paris (COP21, 2015), et Marrakech (COP22, 2016) (Tamba Takam, 2017). Alors, la mise en place des procédures, systèmes, normes et lois en environnement a pris forme de ces prises de conscience dès les années 1960. Une succession de mouvements et de rendez-vous qui a évolué exigeant l’application des normes, des lois et des politiques dans la plupart des régions du monde afin de faire l’équilibre entre la rentabilité économique, le progrès social et les besoins écologiques (Labonne, 1999; Zeng, Tam, & Tam, 2010). Les travaux de Morteza et Mahdi (2014), de Pokhrel et Dubey (2013) et de Prikryl et al. (1999) sur les impacts dans les mines, exposent les situations à risques importantes développées dans ce secteur et un besoin de gestion de celles-ci. Les impacts environnementaux découlant des opérations minières sont diversifiés et générés à chacune des phases de leur développement (Bhatasara, 2013; M. S. Lagnika, 2004; Panov, Ristova, & Stefanovska, 2011). Bien que leur durabilité reste critiquée, les mines se doivent d’équilibrer les facteurs d’influence (FI) relatifs aux trois (3) aspects cités dans le but d’atteindre un certain équilibre avec l’environnement. Ainsi, la gestion environnementale (GE) est devenue un enjeu majeur pour les industries à laquelle la communauté scientifique s’évertue à concevoir des outils appropriés. Des systèmes de gestion des risques environnementaux se sont multipliés depuis 1978 et se spécialisent au niveau : 1) de la législation grâce aux normes; 2) des études d’impacts sur l’environnement (ÉIE) avec l’identification des facteurs environnementaux (FE); 3) de l’économie grâce à l’empreinte environnementale, au recyclage et à la banque de carbone ; et 4) des équipements à la fine pointe de la technologie utilisée. Mais, outre le fait qu’ils permettent de réduire l’impact des productions, d’éliminer certains impacts comme le traitement des eaux résiduelles ou des déchets, elles n’apportent pas de solutions globales, interactives, et ni durables. Pourtant la réduction voire l’élimination des risques environnementaux nécessite l’intégration de divers paramètres affectés : les facteurs de l’environnement (FE), les législations en vigueur, l’évolution des phénomènes, l’économie, les technologies et le mode de gouvernance. Un mode de gestion qui requiert selon Gendron (2004) le développement et la mise en opération d’outils adaptés. Et c’est dans ce cadre que s’inscrit ce projet de thèse.

Les systèmes dynamiques sont un mode de gestion interdisciplinaire de systèmes complexes où les liaisons interactives sont multiples, s’associent à la simulation dynamique et des calculs mathématiques (Sterman, 2000). La simulation dynamique (SiD) quant à elle, est un outil qui va au-delà de la représentation graphique pour l’optimisation des productions malgré la complexité des interactions sur la base d’interfaces numériques. Elle est connue du secteur des mines. En effet J. R. Sturgul (2001) affirme qu’elle est une des techniques les plus utilisées en science de la gestion, et sa première utilisation date de 1961 par Rist dans le secteur minier. Depuis, les techniques de simulation dynamique ont évolué et se sont étendues à bien d’autres problématiques à résolues grâce à la puissance des logiciels de calcul développés (Fuchs, 2006; Widmark, 2012). Comment sont-elles appliquées aujourd’hui dans les mines ? Peuvent-elles contribuer à la gestion environnementale? La revue de littérature réalisée sur les systèmes dynamiques et les approches de gestion des risques dans les mines a mis en relief divers champs d’action de ce principe dans la gestion de certains paramètres miniers. La plupart sont axées sur : 1) l’optimisation de la production (Dimitrakopoulos & Ramazan, 2008; Osanloo, Gholamnejada, & Karimi, 2008; Ramazan & Dimitrakopoulos, 2007); 2) l’optimisation par des représentations géométriques dynamiques (Askari-Nasab, Frimpong, & Szymanski, 2007; Duncan & Rahman, 2013; Huang & Espley, 2005; Xiao-ping, Yu-hong, & Ya-nan, 2015); 3) l’aide à la décision et la gestion des risques (Araz, 2013; Huang & Espley, 2005; Li, Song, & Li, 2013; Mirchi, Madani, Watkins Jr., & Ahmad, 2012); et, 4) la modélisation dynamique intégrant des analyses économiques (Ghoddusi, 2010; Montiel & Dimitrakopoulos, 2015; Turner, 1999).

Systèmes dynamiques, outils de simulation et implications concrètes
Les systèmes dynamiques et quelques outils de simulation existent depuis les années 1948 grâce au mathématicien Robert Wiener qui a mis au point la théorie ou du contrôle de la cybernétique portant sur la mise au point de mécanismes de contrôle automatique pour des procédés militaires. Donella H. Meadow en 1972 selon Senge (1990) a enrichi leur champ d’application grâce à sa théorie sur la limite de croissance permettant de discuter de l’impact de la croissance démographique, de la pollution et de l’utilisation des ressources sur la planète. Toutefois, ils avaient fait leur apparition dans les mines en 1961 suite aux travaux de Rist sur la première simulation minière sous terre digitale avec le logiciel SPS (Symbolic programming system language). Konyukh , Galiyev, et Li (1999) ont prédit l’attachement des mines aux outils visuels de simulation trouvant qu’ils correspondent mieux au domaine d’activité. Ils connaissent ainsi une expansion progressivement renforcée favorisant de nouvelles opportunités d’innovations et d’améliorations opérationnelles. Il s’en est suivi une prolifération de logiciels (outils de simulation) dont les détails sont rapportés dans les résultats au chapitre 4, mais il est important de mentionner qu’ils se rapportent majoritairement à la gestion ou à l’optimisation de la production minière. Ingvaldsen et Gulla (2012) rajoutent qu’en plus d’être considérés encore comme une technologie émergente, les systèmes dynamiques complètent l’environnement traditionnel du «commerce (business) intelligent» et de surveillance des processus, des qualités recherchées en gestion environnementale. En effet, deux (2) champs d’application distincts sur l’optimisation de la production et par la représentation géométrique dynamique ont les meilleurs pourcentages d’utilisation. Mais ils ne réduisent pas pour autant les risques reliés. La revue de littérature montre que presque aucune recherche n’aborde les systèmes dynamiques dans le but simple de décrire la chaîne de production ou d’analyser le processus de gestion environnementale implanté ou à implanter en dehors d’une étude de Halatchev et Dimitrakopoulos (2003) pas si récente. Pourtant, ces simulations servent à faire : 1) des analyses de sensibilité, 2) étudier la variabilité des facteurs composant le système, 3) connaître les relations influentes, 4) les interactions, 5) les approches possibles de contrôle ou de gestion et 6) évaluer préalablement les mesures de gestion. D’ailleurs en dehors de l’industrie minière, les systèmes dynamiques sont utilisés pour de nombreux autres objectifs complexes dont les analyses de stratégie les prises de décisions, la gestion pandémique, la modélisation d’entreprises, l’étude des systèmes socio-économiques, etc. (Araz, 2013; Askari-Nasab et al., 2007; Bouloiz et al., 2013; Fuchs, 2006; Hines et al., 2011; Rarrbo, 2010; Wu, Xie, Hua, Shi, & Olson, 2010). Dans les mines, le recensement des écrits réalisé cite la rentabilité financière, la planification  optimisée, l’aide multicritère aux décisions, le design des fosses et la planification minière comme les champs d’application de ce principe. Les systèmes dynamiques sont des pratiques de gestion certes efficaces, mais auxquelles, la gestion environnementale est peu associée. L’intégration des systèmes dynamiques aux outils de gestion environnementale des risques encourus dans les mines est quasi inexistante dans la littérature. Pourtant, ils peuvent servir d’appui systémique à court, moyen ou long terme intégrant cette notion d’évolution du risque toujours dans le sens d’une amélioration continue. Par exemple, une publication de C. H. Yu et al. (2003) soit 2% de la revue de littérature réalisée parle de l’intégration des systèmes dynamiques pour une gestion durable des activités extractives par rapport à la vérification des facteurs environnementaux (l’air, l’eau, sol et le niveau de durabilité). Ceci démontre que les systèmes dynamiques en environnement restent un champ de réflexions à approfondir pour l’industrie minière. Rarrbo (2010) a d’ailleurs insisté sur le fait que la dynamique des systèmes approfondit l’aspect explicatif, rétroactif, autorégulateur et oscillatoire en plus de l’aspect descriptif du système étudié, permettant ainsi d’expérimenter divers scénarios. Il serait pertinent d’une part d’utiliser ce potentiel et de l’appliquer aux mines pour de meilleures approches de gestion des risques. Ceci dans le but non seulement d’enrichir une bibliographie scientifique obsolète, d’exposer certaines insuffisances de la gestion environnementale et encourager la résolution des risques en associant les principes des systèmes dynamiques.

Importance et paramètres principaux de l’eau
Ce facteur dont l’enjeu est mondialement connu est considéré comme l’essence de la vie sur terre par les organisations internationales (UNICEF, OMS, etc.) et de nombreux scientifiques tels que St-Hilaire, Duchesne, et Rousseau (2015). C’est une ressource à la fois sensible, essentielle à la vie de la majorité des organismes vivants. L’eau suscite de nombreuses investigations en ce qui concerne sa préservation avec les augmentations de pénurie en eau dues à sa répartition inégale, l’usage par la population humaine et les besoins économiques croissants, confirmés par Pittock et Lankford (2010). En effet, Majumder (2015) expose le fait que dans certains pays industrialisés, la consommation de l’eau des industries est plus que celle des populations. D’ailleurs, Statistiques Canada (2012) estime l’utilisation de l’eau dans l’industrie minière à des centaines de millions de mètres cubes (m3 ) et les eaux usées drainées à plus de 600 millions de m3 . Ce qui représente une consommation considérable. Il faut noter que les cours d’eau sont aussi des réceptacles naturels pour les écoulements en provenance du sol, du sous-sol et des contaminants.