Environnement minier : enjeux et solutions pour un avenir durable

Des essais statiques de potentiel de génération d’acide menés avant, pendant et après l’exploitation de la mine Troilus (de 1996 à 2010) ont prédit un drainage minier acide (DMA) sur le site. Pourtant, après plus de 20 ans d’exposition aux conditions atmosphériques, aucun DMA à grande échelle n’a été détecté. Il semble donc que le potentiel de neutralisation (PN) mesuré par l’essai de Sobek (1978) et ses versions modifiées ait été sous-estimé.

L’essai de Sobek mesure le PN associé principalement aux carbonates. Or, la neutralisation de l’acide par des silicates est reconnue depuis longtemps, mais il est difficile à quantifier. Ainsi, la neutralisation par les silicates est possible seulement si le taux de génération d’acide est lent, ce qui permet aux minéraux les plus réactifs d’agir.

Pour quantifier la neutralisation des silicates, plusieurs études ont été réalisées :

1- suivis à grande échelle sur le site;

2- essais cinétiques en colonne sur le site pour différentes lithologies;

3- caractérisation géochimique d’échantillons de carottes de forage rigoureusement sélectionnés à partir des données géostatistiques du soufre en fonction des principales lithologies et de leur distribution spatiale;

4- plusieurs essais cinétiques en laboratoire;

5- minéralogie par DRX, MEB-EDX, pétrographie et spectroscopie Raman;

6- taux d’oxydation des sulfures;

7- compilations de la stœchiométrie des silicates et de leurs taux de réaction.

L’intégration de ces études a révélé plusieurs aspects du PN des silicates de la mine Troilus :

1- bien que les silicates représentent le constituant principal des roches, seule une fraction réagit suffisamment rapidement pour permettre la neutralisation;

2- les silicates à neutralisation rapide sont principalement les plagioclases calciques, comme la bytownite et la labradorite;

3- à des taux plus lents de génération d’acide, par exemple lorsque les matériaux sont plus grossiers, d’autres silicates peuvent contribuer de manière notable au PN;

4- à des taux plus rapides de génération d’acide, la neutralisation par d’autres silicates peut s’accélérer et contribuer de manière appréciable au PN.

Ces résultats ont permis de définir une équation permettant de calculer le PN des silicates à partir d’une analyse chimique, telle que celle obtenue à partir de la méthode de digestion aux 4 acides et ICP-MS. Cela a donc permis d’attribuer des potentiels de neutralisation aux échantillons de la base de données des forages de Troilus qui contient plus de 150 000 analyses.

Le graphite est généralement associé à la pyrrhotite dans les différents dépôts. Les projets de graphite font donc généralement face à un problème de drainage minier acide (DMA) causé par l’oxydation spontanée de la pyrrhotite. Considérant la sensibilité de l’environnement dans le secteur du projet du lac Knife, une approche innovante à la prévention du DMA a été élaborée par une équipe multidisciplinaire de scientifiques et d’ingénieurs. Le concept implique un amendement dolomitique permettant la neutralisation de l’acide et la passivation des résidus. Le concept inclut l’élaboration d’un modèle géométallurgique pour sa gestion. Ces quelques réflexions exploratoires pourraient transformer la responsabilité environnementale associée à la pyrrhotite en source de revenus.

La demande en lithium a augmenté rapidement au cours des dernières années principalement en raison d’une forte demande pour les batteries au lithium nécessaires aux véhicules électriques à faible émission de carbone. Dans ce contexte, la stratégie canadienne pour les minéraux critiques a accordé la priorité au lithium comme matériau clé de la transition vers les énergies renouvelables. Plusieurs projets d’exploitation sont en cours de développement au Canada, allant de l’extraction minière traditionnelle à des sources moins conventionnelles telles que les saumures de champs pétrolifères et les eaux usées industrielles. Le Québec détient les plus grandes réserves de lithium au Canada dans des gisements de pegmatite à spodumène, ainsi qu’une infrastructure existante qui constitue un atout pour l’extraction de cette substance au moyen de méthodes minières conventionnelles. Bien que l’histoire de l’extraction du lithium au Québec remonte à plusieurs décennies, le comportement géochimique des matériaux miniers générés par ces exploitations (minerai, stériles et résidus) est encore peu connu. Dans les circonstances actuelles qui prévoient une augmentation notable de la production de lithium dans la province, il est essentiel de comprendre les défis et les risques environnementaux associés au développement et à l’exploitation de ces projets miniers. Nous présentons ici une revue et une évaluation comparative de données de caractérisation géochimique obtenues auprès de trois gisements de lithium du Québec à différents stades de développement. Les données géochimiques présentées ont été obtenues au moyen d’analyses minéralogiques, d’essais statiques et d’essais de lixiviation cinétiques réalisés à différentes échelles (cellules d’humidité, colonnes de lixiviation et cellules de terrain) sur du minerai (pegmatite à spodumène), des résidus et des roches stériles. Ce travail vise à évaluer et à comparer le comportement géochimique (p. ex. le potentiel de génération d’acide et de lixiviation des métaux) de ces matériaux, à identifier les principaux risques environnementaux et à fournir cette information aux projets actuels et futurs d’exploitation de lithium à partir de spodumène.

La dégradation du pergélisol est un problème environnemental important qui peut avoir un impact notable sur les propriétés chimiques et physiques de l’eau dans les écosystèmes arctiques et subarctiques. Les impacts appréhendés de la dégradation du pergélisol sur les bassins versants peuvent affecter toutes les phases d’un projet minier, tant sur le plan opérationnel qu’économique. Dans cette présentation, nous traiterons d’un modèle conceptuel visant à comprendre les changements de la qualité de l’eau dans les bassins versants nordiques entraînés par la dégradation du pergélisol. Le modèle fournit un cadre pour comprendre les processus complexes qui amènent ces changements et pour élaborer des programmes de surveillance visant à prédire les impacts de ce phénomène sur la qualité de l’eau dans le cadre de scénarios de changements climatiques.

Le modèle conceptuel se compose de cinq composantes principales, soit le climat, la géologie, le pergélisol, l’hydrologie/hydrogéologie et la géochimie, qui permettent de prédire les changements du pergélisol et de la qualité de l’eau dans un bassin versant donné. L’augmentation de la température de l’air et des précipitations entraîne la dégradation du pergélisol et un éventuel écoulement des eaux souterraines dans la couche active. Cela amène l’expansion des taliks suprapergélisol, ce qui permet aux réactions géochimiques de progresser dans le sol et la roche auparavant gelés. On prévoit que les zones minéralisées locales présentes dans les unités géologiques à l’intérieur de la couche active en voie d’épaississement et des taliks suprapergélisol produiront des concentrations accrues de matières dissoutes totales dans les eaux souterraines et de surface en raison de l’oxydation des sulfures et de la dissolution potentielle des métaux induite par des processus biologiques.

Les mesures récentes de la qualité de l’eau indiquent une variabilité dans le degré de dégel du pergélisol et de l’influence hydrologique. Dans l’ensemble, ce modèle conceptuel contribue à notre compréhension des impacts de la dégradation du pergélisol sur la qualité de l’eau dans les bassins versants nordiques et peut contribuer au développement de stratégies de surveillance et de gestion pour protéger les écosystèmes vulnérables face aux changements climatiques en cours.

Ces processus hydrologiques et géochimiques ont le potentiel de modifier en continu la composition de fond de l’eau, ce qui complique les programmes de surveillance. Par conséquent, ce modèle conceptuel est applicable aux études environnementales de référence pour les mines en développement, aux programmes de surveillance de la conformité pour les mines en exploitation et lors de la définition d’objectifs de qualité de l’eau pour la fermeture des mines dans des environnements de pergélisol discontinus et continus.

Les éléments de terres rares (ETR) sont utilisés dans les appareils électroniques, les voitures électriques, l’imagerie médicale et les éoliennes. Plusieurs projets d’exploitation sont à l’étude au Canada, souvent en terres autochtones. Comme ces éléments sont peu connus au niveau environnemental et écotoxicologique, les gouvernements ont besoin d’information pour établir des critères d’exposition. Durant les dernières années, nous avons étudié les principaux facteurs influençant la répartition de ces éléments dans les milieux aquatiques du sud du Québec jusqu’au Nunavik. Dans le Nord, nous avons contribué à l’établissement d’un plan de surveillance communautaire en partenariat avec une communauté inuite. Nous avons ainsi identifié les principaux facteurs influençant les concentrations en milieu aquatique. Les ETR sont transportés dans les cours d’eau en association avec l’aluminium, le fer, le titane et la matière organique dissoute riche en substances humiques, ainsi qu’avec le thorium, un radionucléide préoccupant pour l’environnement. Au niveau biologique, nous avons démontré que les ETR ne se transfèrent pas bien entre les proies et leurs prédateurs, de sorte que les animaux en haut des réseaux trophiques terrestres, marins et d’eau douce sont relativement peu contaminés, surtout au niveau des muscles. Ceci permet de mieux estimer l’exposition humaine lors de la consommation de nourriture traditionnelle. Nous avons également étudié comment les ETR se répartissent dans les cellules des animaux pour comprendre leur potentiel de toxicité. Nous avons trouvé que les invertébrés accumulent bien les ETR, mais ceux-ci se trouvent dans des fractions de cellules peu sensibles à un effet toxique. De même, les poissons accumulent moins bien les ETR, mais dans des fractions sensibles comme les mitochondries. À la suite à ces recherches, nous avons mis au point des outils de biosurveillance en milieu aquatique en étudiant le lien entre la spéciation des ETR dans l’eau et leur accumulation dans des animaux sentinelles, comme le zooplancton. Certaines de nos recherches se font en partenariat avec les communautés autochtones, alors que d’autres sont réalisées en association avec l’industrie. Ces résultats sont utiles afin de bien décrire l’effet des exploitations minières en développement. Nous avons d’ailleurs participé à l’évaluation des recommandations fédérales pour la qualité de l’environnement pour les ETR.