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COMMISSION EUROPÉENNE Document de référence sur les meilleures techniques disponibles Gestion des résidus et stériles des activités minières Janvier 2009 Ce document est la traduction de la version anglaise publiée par la Commission européenne qui seule fait foi. Traduction V 0 Le présent document fait partie d'une série de documents prévus dont la liste figure ci-dessous (au moment de sa rédaction, les documents n'ont pas tous été rédigés) : Titre complet Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'élevage intensif de volailles et de porcin code BREF ILF Document de référence sur les principes généraux de la surveillance MON Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la tannerie TAN Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux verreries GLS Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'industrie papetière PP Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux aciéries I&S Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'industrie du ciment et de la chaux CL Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux systèmes de refroidissement industriel CV Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'industrie du chlore et de la soude CAK Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la transformation des métaux ferreux FMP Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'industrie des métaux non ferreux NFM Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'industrie textile TXT Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux raffineries REF Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la chimie organique LVOC Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux systèmes communs de traitement et de gestion des eaux et des gaz résiduels dans l'industrie chimique CWW Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux industries agro-alimentaire et laitière FM Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux forges et fonderies SF Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux émissions dues au stockage des matières dangereuses ou en vrac ESB Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux aspects économiques et effets multi-milieux ECM Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux grandes installations de combustion LCP Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux abattoirs et à l'équarrissage SA Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la gestion des résidus et des stériles des activités minières MTWR Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables au traitement de surface des métaux STM Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables au traitement des déchets WT Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la chimie inorganique (ammoniac, acides et engrais) Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'incinération des déchets LVIC-AAF WI Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux polymères POL Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à l'efficacité énergétique ENE Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la chimie organique fine OFC Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la chimie inorganique de spécialités SIC Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables au traitement de surface utilisant des solvants STS Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables à la chimie inorganique (produits solides et autres) Document de référence sur les meilleures techniques disponibles applicables aux céramiques LVIC-S CER SYNTHÈSE Portée du travail Le présent travail couvre les activités liées à la gestion des résidus et des stériles de minerais susceptibles d'avoir des répercussions considérables sur l'environnement. Il visait plus particulièrement à rechercher les activités que l'on peut considérer comme des exemples de "bonnes pratiques". Les techniques minières et le traitement du minerai ne sont abordés que dans la mesure où ils concernent la gestion des résidus et des stériles. Le but est de faire connaître ces pratiques et de promouvoir leur utilisation dans toutes les activités de ce secteur. Le point de départ du travail et de la rédaction proprement dite du présent document est la communication COM(2000) 664 de la Commission européenne, intitulée "La sécurité des activités minières". Cette communication, qui fait suite aux ruptures de digues de retenue qui se sont produites à Aznalcóllar et à Baia Mare, propose d'établir un plan de suivi comprenant l'élaboration d'un document de référence MTD basé sur un échange d'informations entre les États membres de l’UE et l'industrie minière. Le présent document est le résultat de cet échange. Il a été élaboré en tant qu'initiative de la Commission et en préparation de la proposition de directive concernant la gestion des déchets de l'industrie extractive 1. Les accidents susmentionnés ont attiré l'attention du public sur la gestion des bassins de résidus et des digues de retenue. Toutefois, il ne faut pas oublier que l'effondrement des terrils peut également causer de graves dommages environnementaux. Les dimensions de ces deux types d’ouvrages peuvent être énormes. Les digues peuvent mesurer des dizaines de mètres de haut ; les terrils peuvent s'élever à plus de 100 m de hauteur et s'étendre sur plusieurs kilomètres et ainsi contenir des dizaines de millions de mètres cubes de résidus ou de stériles. D'après l'annuaire Eurostat 2003 2, l'on estime que l'UE-15 produit chaque année plus de 300 millions de tonnes de déchets d’extraction. Le présent document porte sur les métaux suivants extraits et/ou transformés dans l'Union européenne (UE-15), les pays en voie d’adhésion, les pays candidats et en Turquie : • • • • • • • • • • • • • 1 aluminium argent cadmium chrome cuivre étain fer or manganèse mercure nickel plomb tungstène ) COM(2003) 319 final du 2 juin 2003. La proposition de directive fait référence aux MTD aux articles 4, paragraphe 2, et 19, paragraphes 2 et 3. 2 ) Eurostat Annuaire 2003, Le guide statistique de l'Europe, 8e édition, Eurostat, l'office statistique des Communautés européennes, Luxembourg Résumé • zinc. Ces métaux sont tous abordés quelles que soient les quantités produites ou la méthode de traitement du minerai utilisée (méthodes mécaniques, flottation ou procédés chimiques ou hydrométallurgiques, comme le lessivage). Ce document traite également du charbon et d’une sélection de minéraux industriels : • • • • • • • • • • barytine borate feldspath (s'il est récupéré par flottation) fluorine kaolin (s'il est récupéré par flottation) calcaire (s'il est transformé) phosphate potasse strontium talc (s'il est récupéré par flottation). Le charbon n'entre en ligne de compte que s'il est transformé en produisant des résidus (auquel cas il relève du thème susmentionné). En règle générale, cela signifie que la houille (ou charbon noir) est concernée, tandis que le lignite (ou charbon brun), qui n'est généralement pas transformé, ne l'est pas. Du schiste bitumineux est transformé en Estonie et engendre de grandes quantités de résidus dont il faut assurer la gestion. Il avait donc été décidé de l’inclure dans ce document. Cependant, aucune information pertinente n'ayant été fournie à ce sujet, la question du schiste bitumineux n’est pas abordée ici. De même, cette étude ne tient pas compte : • • des sites abandonnés, bien que certains exemples de sites récemment fermés soient examinés; de l'extraction, de la transformation et de la gestion des résidus liées à l'exploitation de gaz et de liquides (par exemple, le pétrole et la saumure). Pour tous les minéraux définis ci-dessus, le document : • • • • examine la gestion des stériles, aborde le traitement du minerai qui intéresse la gestion des résidus (par exemple, lorsque le traitement influence les caractéristiques et le comportement des résidus), se concentre sur la gestion des résidus (stockage en bassin/digues de retenue ou sur terril, utilisation comme remblais), inclut la couche arable et les morts-terrains s'ils sont utilisés dans la gestion des résidus. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 v L'industrie minière Le but de l'exploitation minière est de satisfaire la demande de ressources en métaux et en minéraux afin de développer, entre autres, les infrastructures et d'améliorer la qualité de vie de la population, étant donné que les substances extraites constituent bien souvent les matières premières destinées à la fabrication de nombreux biens et matériaux. Il s'agit, par exemple, de minéraux métallifères ou de métaux, de charbon, de minéraux industriels employés dans le secteur chimique ou dans la construction, etc. Les produits de l'industrie minière sont parfois utilisés directement, mais ils sont souvent raffinés, par exemple dans des fonderies. Dans toute activité minière, les étapes types du processus comprennent l'extraction, puis le traitement du minerai et enfin l'expédition des produits et la gestion des résidus. Pour la plupart des minerais métallifères, la production européenne est faible par rapport à la production mondiale totale (par exemple 1% pour l’or et 7% pour le cuivre); il en va de même pour la houille (6%). Contrairement à la production généralement en déclin dans les secteurs des métaux et de l'exploitation houillère, la production de bon nombre de minéraux industriels n'a cessé de croître en Europe. Pour la plupart d’entre eux, elle représente une très large part de la production mondiale (par exemple 64% pour le feldspath et 20% pour la potasse). Certains secteurs de l'industrie minière, comme l’exploitation des métaux et de la houille en Europe, opèrent dans des conditions économiques difficiles, principalement parce que les gisements ne peuvent plus soutenir la concurrence internationale. L’industrie communautaire des métaux éprouve également des difficultés dans la recherche de nouveaux minerais rentables dans des régions géologiques connues. Toutefois, malgré la baisse de la production minière dans ces régions, la consommation augmente constamment. Par conséquent, la satisfaction de cette demande implique la hausse des importations vers l'Europe. La taille des entreprises de ce secteur varie considérablement, allant d'une poignée à plusieurs milliers de travailleurs par site. Les propriétaires sont des compagnies internationales, des holdings industriels, des entreprises publiques autonomes ou encore des sociétés privées. Gestion des résidus et des stériles La gestion des déchets provenant d'activités minières et des résidus et stériles dont traite en particulier ce document représente habituellement une charge financière indésirable pour les exploitants. Généralement, la mine et l'usine de traitement du minerai sont destinées à extraire autant de produits commercialisables que possible, et la gestion des résidus et de l'environnement dans sa globalité est alors conçue comme une conséquence des étapes du procédé. Les possibilités de gestion des résidus et des stériles sont nombreuses. Les méthodes les plus courantes sont les suivantes : • • rejet des boues dans des bassins, remblayage de mines souterraines ou à ciel ouvert ou construction de digues de retenue avec les résidus ou stériles, Résumé • • • • déchargement des résidus ou stériles plus ou moins secs sur des terrils ou à flanc de collines, emploi des résidus ou stériles comme matériau destiné à l'aménagement des sols (agrégats, par exemple) ou pour la restauration, stockage à sec des résidus épaissis, rejet des résidus dans les eaux de surface (mer, lac, rivière, etc.) ou souterraines. Les installations de gestion des résidus et des stériles sont de taille très variable : cela va de bassins de la grandeur d'une piscine à des lacs de plus de 1 000 hectares et de petits amas de résidus ou de stériles à des champs de plusieurs centaines d'hectares, en passant par des terrils de plus de 200 m de haut. Le choix de la méthode de gestion des résidus et/ou des stériles à appliquer dépend principalement d'une évaluation de trois facteurs, à savoir : • • • le coût, les performances environnementales, le risque d'accident. Questions environnementales essentielles Les principales répercussions environnementales des installations de gestion des résidus et des stériles comprennent les incidences liées à l'emplacement du site et à l'occupation des sols correspondante, ainsi que les éventuelles émissions d’effluents et de poussière durant l’exploitation ou la phase d’entretien après fermeture. En outre, la rupture ou l’effondrement de ces ouvrages peut occasionner de graves dommages environnementaux, voire des pertes en vies humaines. La base d’une gestion réussie des résidus et des stériles est une caractérisation correcte de ces matériaux, y compris une prévision exacte de leur comportement à long terme, et un choix judicieux de l'emplacement du site. Émissions : Les effluents et la poussière émanant des installations de gestion des résidus et des stériles, qui font ou non l'objet d'un contrôle, peuvent s'avérer toxiques à divers degrés pour l’homme, les animaux et les plantes. Les effluents peuvent être acides ou alcalins et contenir des métaux dissous et/ou des composants organiques complexes solubles et insolubles entraînés lors du traitement du minerai, ainsi que des substances organiques éventuellement présentes à l’état naturel, comme les acides humiques et carboxyliques à longue chaîne provenant d'activités minières. Les substances que contiennent les émissions, leur pH, leur teneur en oxygène dissous, leur température et leur dureté peuvent tous être des aspects déterminants dans la toxicité des émissions pour l'environnement récepteur. Ces deux dernières décennies, la prise de conscience généralisée d'un problème environnemental dans le secteur minier, le « drainage acide » ou DA, s'est renforcée. Le DA est associé aux minerais sulfurés dont on extrait le plomb, le zinc, le cuivre, l'or et d'autres minéraux, y compris du charbon. Ce phénomène peut se produire sur les parois riches en sulfures des puits et des mines souterraines, mais seul le DA lié à la gestion des résidus et des stériles est pris en considération dans ce document. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 vii Les principales origines de ce problème environnemental sont les suivantes : • • • • • la présence fréquente de sulfures métalliques dans les résidus et/ou stériles; l'oxydation des sulfures lorsqu’ils sont exposés à l'oxygène et à l'eau; la formation d’un lixiviat acide chargé en métaux par oxydation des sulfures; la formation de ce lixiviat durant de longues périodes; le manque de minéraux capables de neutraliser l’acidité. Ruptures et effondrements accidentels : L'effondrement de tout type d'installation de gestion des résidus ou des stériles peut avoir des incidences à court et à long terme. Les conséquences types à court terme sont notamment les suivantes : • • • • • inondations, enfouissement/étouffement, écrasement et destruction, mise hors service de l'infrastructure, intoxication. Les conséquences à long terme sont : • • • l'accumulation de métaux dans les plantes et chez les animaux, la contamination du sol, les pertes en vies humaines et/ou animales. Réhabilitation et entretien après fermeture des sites : Lorsqu’une exploitation s’achève, le site doit être préparé en vue de son utilisation ultérieure. Habituellement, du moins ces dernières décennies, des plans de fermeture et de nettoyage auront fait partie de l'autorisation du site dès l'étape de la planification et devraient donc avoir été mis à jour régulièrement afin de tenir compte de tout changement dans les activités et dans les négociations menées avec les autorités qui délivrent les autorisations et avec les autres parties intéressées. Dans certains cas, le but sera de laisser le moins de traces possible, tandis que dans d'autres, une modification complète du paysage peut être recherchée. Le concept de « projet de fermeture » implique que la fermeture du site soit prise en considération dans l'étude de faisabilité d'une nouvelle exploitation minière et fasse ensuite l'objet d'une surveillance et d'une actualisation continues tout au long du cycle de vie de la mine. Dans tous les cas, les effets nocifs pour l'environnement doivent être réduits au minimum. Procédés et techniques courants Techniques minières : Dans la majorité des cas, l'extraction d'un minerai (processus appelé "exploitation minière"), le traitement ultérieur du minerai et la gestion des résidus et des stériles sont considérés comme une seule opération. L'extraction et les techniques de traitement ultérieur du minerai et la gestion des résidus et des stériles appliquée dépendent de la technique d’exploitation minière. Il est donc essentiel de comprendre les principales méthodes d'exploitation. Pour l'exploitation de matériaux solides, il existe quatre concepts de base : Résumé (1) (2) (3) (4) mine à ciel ouvert, mine souterraine, carrière et extraction par dissolution. Le choix entre ces quatre solutions dépend de nombreux facteurs, tels que : • • • • • • • • • • • la valeur du ou des minéraux désirés, la teneur du minerai, la taille, la forme et la profondeur du gisement, les conditions environnementales des alentours, les conditions géologiques, hydrogéologiques et géomécaniques de la masse rocheuse, les conditions sismiques de la région, l'emplacement du gisement, la solubilité du minerai, les conséquences sur l'environnement de l’exploitation, les contraintes de la surface, la disponibilité du terrain. Minéralogie : D'une manière générale, on peut distinguer plusieurs grandes catégories de minéraux, comme les oxydes, les sulfures, les silicates et les carbonates, qui, sous l'effet de l'érosion et d'autres altérations, peuvent subir des modifications chimiques radicales (par exemple la dégradation des sulfures en oxydes). La minéralogie est fonction de la nature et détermine, à bien des égards, la récupération des minéraux désirés et la gestion ultérieure des résidus et des stériles. Une bonne connaissance de la minéralogie est indispensable pour : • • • une gestion écologique (par exemple, une gestion distincte des résidus ou stériles acidifiants et non acidifiants), une utilisation limitée des traitements en fin de parcours, comme le traitement à la chaux des eaux de percolation acidifiées provenant d'une installation de gestion des résidus (IGR), l'extension des possibilités d'utilisation des résidus et/ou des stériles comme agrégats. Techniques de traitement du minerai : Le traitement du minerai a pour but de transformer le minéral brut extrait de la mine en un produit commercialisable. Il s’effectue généralement sur le site, dans une installation dénommée "atelier de traitement ou de concentration du minerai". Son objectif principal consiste à réduire la majeure partie du minerai, qu'il faut ensuite transporter et transformer grâce à d'autres procédés (par exemple, la fusion), à l’aide de méthodes permettant de séparer le ou les minéraux de valeur (souhaités) de la gangue. Le produit commercialisable obtenu est appelé « concentré » et les matériaux restants sont nommés « résidus ». Le traitement du minerai comprend divers processus qui dépendent des caractéristiques physiques (granulométrie, densité, propriétés magnétiques, couleur) ou des propriétés physico-chimiques (tension superficielle, hydrophobicité, mouillabilité) de chaque minéral. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 ix Les techniques couramment appliquées dans le traitement du minerai sont les suivantes : • • • • • • • • • • broyage, criblage et hydrocyclonage, concentration par gravité, flottation triage, séparation magnétique, séparation électrostatique, lessivage, épaississement, filtration. Certaines de ces techniques impliquent l'utilisation de réactifs. Dans le cas des agents de flottation, des collecteurs et des modificateurs sont nécessaires pour effectuer la séparation désirée. Les techniques employées dans le traitement du minerai influent sur les caractéristiques des résidus. Gestion des résidus et des stériles : Les principales caractéristiques des matériaux que l'on trouve dans des installations de gestion des résidus ou des stériles sont entre autres les suivantes : • • • • • • • résistance au cisaillement, distribution granulométrique, densité, plasticité, teneur en humidité, perméabilité, porosité. Les digues de retenue sont des structures de surface dans lesquelles sont gérées les boues. Ce type d'IGR est généralement utilisé pour les résidus issus d'un traitement par voie humide. Pour chaque bassin de résidus, plusieurs activités doivent être envisagées : • • • • • • • • installation de digues de retenue, mise en place de systèmes de dérivation pour les eaux de ruissellement naturelles autour et au travers de la digue, transport des résidus de l'usine de traitement du minerai à la digue, dépôt des résidus à l'intérieur de la digue, élimination de l'eau gravitaire en excès, protection de la zone avoisinante contre les incidences sur l’environnement, instruments et systèmes de surveillance permettant l'inspection de la digue, aspects à long terme (fermeture et entretien après fermeture). Parmi les autres techniques de gestion des résidus et des stériles figurent l’utilisation comme remblais, la constitution de terrils, l'épaississement, la gestion subaquatique et la réutilisation à d'autres fins. Résumé Habituellement, une mine et ses installations de traitement du minerai et de gestion des résidus et des stériles ne restent en activité que durant quelques décennies. Cependant, les excavations (non traitées dans ce travail), les résidus et les stériles d’une mine peuvent subsister longtemps après la cessation de l’exploitation. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée à une fermeture, une réhabilitation et un entretien après fermeture appropriés des installations. Indépendamment du choix de l’implantation des sites, les aspects essentiels à prendre en compte pour la gestion des résidus et des stériles sont les modes de défaillance des terrils et des digues, la relation entre les caractéristiques des résidus et leur comportement, ainsi que le potentiel de DA. Procédés et techniques appliqués, niveaux d'émission et de consommation La liste suivante présente quelques exemples des aspects les plus importants de la gestion des résidus. • • • • • • • • • • • Les résidus, appelés "boues rouges", du raffinage de l'alumine ont un pH élevé et sont soit stockés dans des systèmes de bassins et de digues traditionnels, soit épaissis jusqu'à ce qu'on puisse les stocker à sec, soit déversés dans la mer. Les résidus issus de l’exploitation de métaux communs sont, la plupart du temps, gérés comme des boues dans de grands bassins. Les minerais de métaux communs renfermant souvent des sulfures (en quantité supérieure aux minéraux neutralisants contenus dans ces minerais), leurs résidus risquent d'entraîner un DA. Dans une exploitation, les résidus sont stockés sous eau afin d'empêcher ce drainage dès le départ. Dans d'autres, une partie des résidus est stockée dans le sol. Dans plusieurs cas, la méthode de fermeture choisie pour le bassin de résidus est la technique de la couverture "humide", tandis que des couvertures sèches sont appliquées dans d'autres cas. Les résidus grossiers provenant de l’exploitation de minerai de fer sont mis en terrils. Les boues sont gérées dans des bassins. Certaines mines d'or européennes présentent un potentiel de DA net. Lorsque l'or est extrait par lessivage au cyanure, ce dernier est détruit avant rejet dans le bassin de résidus. Pour ce qui est des minéraux industriels, plusieurs sites ne produisent aucun résidu ou vendent les résidus comme agrégats. Dans les exploitations de borates, les résidus grossiers sont d'abord stockés sur des terrils puis utilisés comme remblais. Une exploitation de fluorine décrite dans ce document rejette ses résidus en mer. Une mine de kaolin décrite dans ce document déshydrate ses fines avant de les déverser sur des terrils; certaines exploitations de calcaire/carbonate de calcium procèdent de la même façon. Une exploitation de calcaire décrite dans ce document rejette ses boues dans une ancienne carrière. Les mines de potasse stockent leurs résidus solides sur des terrils ou s'en servent comme remblais. Une partie des résidus liquides est déversée dans des puits profonds et une autre partie est rejetée dans les eaux de surface. Dans un cas décrit dans ce document, les résidus sont déversés en mer. Les houillères évacuent généralement leurs résidus grossiers sur des terrils ou dans d'anciennes mines à ciel ouvert. Les fines boueuses sont soit rejetées dans des bassins soit filtrées. Dans certains cas, les résidus filtrés et les résidus grossiers sont vendus. Dans ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xi • d'autres, ils sont entreposés sur des terrils. L'utilisation des résidus comme remblais n'est souvent pas praticable. Les moyens utilisés pour prévenir les accidents sont notamment la surveillance systématique, les manuels d'exploitation, de surveillance et d'entretien, les audits indépendants, les bilans hydriques, la mesure des affaissements, l’examen des plans par des experts externes, l’utilisation de piézomètres et de clinomètres et la surveillance sismique. La liste ci-dessous contient quelques exemples des aspects les plus importants de la gestion des stériles. • • • • • • Dans les exploitations souterraines, les stériles restent généralement sous terre. Comme pour les résidus, les stériles issus de l’exploitation de métaux communs présentent un risque de DA. Dans certaines exploitations, les stériles entraînant un DA sont gérés séparément de ceux qui ne provoquent pas de DA. Ces derniers sont soit utilisés comme agrégats destinés à la construction de digues ou de routes sur le site même, soit entreposés en terrils. À la fermeture de l'installation, des couvertures sèches destinées à prévenir le DA sont posées sur les terrils de stériles qui sont sujets à ce phénomène. Les stériles provenant d'une mine de fer sont stockés sur des terrils avec les résidus grossiers. Les stériles des mines d'or sont entreposés en terrils, utilisés dans la construction de digues ou rejetés dans la fosse. Certaines exploitations de minéraux industriels utilisent les stériles comme remblais ou les vendent comme agrégats. Dans de nombreuses houillères, les stériles sont évacués en terrils avec les fines filtrées. Le profil final du terril est convenu avec les autorités et les communautés locales afin de créer des structures intégrées dans le paysage. Niveaux d'émission et de consommation La majeure partie des eaux de traitement est renvoyée de l'IGR vers l'usine de traitement du minerai, mais l'accumulation des réactifs est un problème dont il faut prendre conscience. En raison des variations considérables de la minéralogie, des méthodes d'exploitation et de traitement du minerai et des conditions propres à chaque site, il est impossible de résumer les niveaux d'émission et de consommation. Néanmoins, beaucoup de sites ont fourni ces informations, qui sont mentionnées au chapitre 3. En général, elles comprennent des données sur la consommation d’eau et la quantité d'eau de traitement réutilisée, le bilan hydrique, la consommation de réactifs, les émissions de poussière et les rejets dans l'eau. Coûts Le chapitre 3 présente quelques exemples de coûts de gestion des résidus et des stériles, tant en exploitation qu'à la fermeture. Techniques à envisager pour déterminer les MTD Le chapitre 4 contient les informations détaillées utilisées pour déterminer les MTD pour la gestion des résidus et des stériles des activités minières. Résumé Le but était d'inclure suffisamment d'informations pour évaluer l'applicabilité des techniques en général ou dans des cas particuliers. Les informations contenues dans ce chapitre sont essentielles pour déterminer les MTD. Les techniques considérées comme les meilleures disponibles font également l'objet de renvois à partir du chapitre 5. Les utilisateurs de ce document sont donc renvoyés à la discussion des techniques concernées associées aux conclusions sur les MTD, ce qui peut les aider lorsqu'ils déterminent les conditions d'autorisation basées sur les MTD. Certaines pratiques présentées dans le chapitre 4 sont d’ordre technique, tandis que d'autres sont des bonnes pratiques d'exploitation, comprenant des techniques de gestion. Ces techniques sont classées comme suit : • • • Principes généraux : principes de bonne gestion, stratégies de gestion et évaluation des risques visant tous à créer le contexte général d'une gestion réussie des résidus et des stériles. Gestion du cycle de vie : l’engagement de l'exploitant à appliquer convenablement et rigoureusement les techniques appropriées disponibles pour la conception, l'exploitation et la fermeture d'une installation de gestion des résidus et des stériles sur toute sa durée d'exploitation peut aider à réduire le risque de défaillance. Les instruments indispensables à une bonne ingénierie comprennent, entre autres, l'établissement d'une ligne de référence en matière d'environnement, la caractérisation des résidus et des stériles, l'utilisation de manuels de sécurité des digues, le recours à des audits, ainsi que la définition d'un plan de fermeture dès le départ. Prévention et contrôle des émissions :  Gestion du DA : plusieurs solutions de prévention, de contrôle et de traitement (par exemple, des couvertures, l'ajout de minéraux neutralisants, le traitement actif/passif) applicables tant en phase d’exploitation que de fermeture de la mine ont été mises au point pour les résidus et les stériles qui risquent de provoquer un DA.  Techniques visant à diminuer la consommation de réactifs : plusieurs méthodes sont disponibles pour réduire l'utilisation de réactifs, comme la surveillance informatisée de la qualité de l’alimentation, les stratégies opérationnelles qui permettent de réduire au minimum l'ajout de cyanure, et le prétriage des matériaux alimentant l'installation de traitement du minerai.  Prévention de l'érosion aquatique : l'érosion aquatique des installations de gestion des résidus et des stériles peut être évitée en couvrant les pentes des talus ou en encourageant l’agglomération des particules.  Prévention des poussières : les principales sources d'émission de poussière sont le rivage des bassins de résidus, les pentes extérieures des digues et des terrils et le transport des résidus et des stériles. Une technique permettant de prévenir la formation de poussière consiste à assurer l'humidité permanente des rivages et autres pentes en question.  Techniques de réduction des émissions sonores : les sources d'émissions sonores les plus courantes sont le transport, le déchargement et l'étalement de matériaux effectués avec des camions et des convoyeurs à bande. Les nuisances sonores dues aux camions peuvent être réduites en séparant le lieu de déchargement et les zones d'habitation par des barrières anti-bruit.  Réhabilitation/reverdissement progressifs : les terrils et les digues sont souvent réhabilités/reverdis durant l’exploitation. Cette pratique offre notamment l'avantage de restreindre la période de fermeture. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xiii  • Bilans hydriques : la réalisation d'un bilan hydrique détaillé est essentielle pour la conception des bassins de résidus et des sites miniers et pour le scénario postexploitation. Le bilan hydrique permet de déterminer la capacité d’évacuation du bassin et le franc-bord nécessaire (s’il n’est pas possible de rejeter l'eau du bassin directement dans le cours d'eau récepteur). À la fermeture, il fait l'objet d'une évaluation en vue de la mise en en œuvre des plans de fermeture.  Drainage des bassins : dans les bassins imperméables, un système de drainage peut s'avérer nécessaire pour permettre la réutilisation de l'eau de traitement et pour diminuer la taille requise des bassins.  Gestion de l'eau gravitaire : si l'eau gravitaire contenue dans le bassin n'est pas évacuée directement dans des cours d'eau naturels, le dépôt doit être aménagé de manière à ce que toute l'eau gravitaire retourne à l’installation ou, si le climat est chaud et aride, s’évapore.  Gestion de la percolation : la compréhension approfondie du contexte hydrogéologique du site est un préalable nécessaire à la conception de systèmes de gestion de la percolation. Dans certains cas, la percolation est évitée. Dans d'autres, les eaux de percolation sont recueillies ou, si elles sont de bonne qualité, on les laisse s'infiltrer dans la nappe phréatique.  Techniques visant à réduire les rejets aquatiques : les rejets aquatiques peuvent être évités en réutilisant l'eau de traitement. Si ce n'est pas possible, les effluents peuvent s'avérer acides ou alcalins et contenir des solides en suspension, des composants ou des métaux dissous (par exemple, de l'arsenic) ou des agents chimiques de traitement (par exemple, du cyanure). Les techniques de traitement qui peuvent être appliquées seront différentes pour chaque composé.  Surveillance de la nappe phréatique : la nappe phréatique est généralement surveillée autour de toutes les zones d'entreposage de résidus ou de stériles. Cette surveillance comprend la vérification du niveau de la nappe et de la qualité de l'eau. Prévention des accidents :  Évacuation des résidus et stériles dans un puits : afin d’éviter l'effondrement de digues ou de terrils, le meilleur endroit pour aménager une installation de gestion des résidus ou des stériles est un puits approprié proche de l’exploitation car, dans ce cas, le problème de la stabilité de la digue ou du terril ne se pose pas.  Dérivation des eaux de ruissellement naturelles : un système de dérivation est crucial pour la sécurité d'une digue de retenue. Une défaillance quelconque peut entraîner dans le bassin un afflux d'eau pour lequel il n'a pas été conçu et qui peut provoquer un débordement et donc une défaillance totale de la digue.  Préparation du sol naturel sous la digue : le sol naturel situé sous la digue de retenue est en général débarrassé de toute sa végétation et de son humus afin de fournir à la structure une assise adéquate.  Matériau de construction de la digue : les principaux critères de choix du matériau de construction de digue sont son adéquation et sa résistance dans les conditions d’exploitation et climatiques considérées.  Dépôt des résidus : le dépôt correct des résidus, surtout à l’état humide, sera toujours essentiel à la stabilité de la structure. En règle générale, les résidus humides sont déchargés à l'écart du sommet de la digue en les répartissant de la manière la plus égale possible autour de celle-ci de manière à former une « plage » de résidus contre la paroi intérieure de la digue.  Techniques de construction et d'élévation des digues : les digues de retenue étaient habituellement construites à l'aide de la fraction grossière des résidus, et cette méthode reste effectivement tout à fait appropriée pour contenir des résidus boueux. Toutefois, Résumé • sur la durée de vie d'une mine, les qualités du minerai et la méthode de traitement, et donc les caractéristiques des résidus, peuvent changer. De ce fait, la gestion de la qualité est une question délicate tout au long de l'existence d’une exploitation. Par conséquent, on a tendance à construire la digue de départ, et souvent aussi les élévations, avec des matériaux d'emprunt dont la qualité est plus aisée à contrôler durant la construction. Cependant, non seulement le type de matériaux employé pour la construction de digues de retenue, mais aussi la pose et le compactage des matériaux appropriés sont essentiels pour assurer la stabilité à long terme. Les types de digues de base utilisés sont des digues traditionnelles ou des digues construites selon la méthode ascendante, descendante ou longitudinale.  Gestion de l'eau gravitaire, franc-bord, décharge d'urgence et détermination de la crue de référence : les techniques d'élimination de l'eau gravitaire comprennent les déversoirs, les canalisations à écoulement libre, ainsi que les tours et les puits de décantation. Associées au maintien d'un franc-bord adéquat et à l'installation de systèmes de décharge d'urgence, elles sont essentielles pour la prévention des accidents, comme le débordement des digues.  Drainage des digues : les digues perméables sont basées sur le principe selon lequel les infiltrations à travers la digue devraient être puisées bien en dessous du pied de la paroi extérieure. Cela peut se faire au moyen d'un système de drainage interne dont la zone de drainage est située dans la partie intérieure de la digue. Les digues imperméables disposent de systèmes de drainage similaires dont le but est d'empêcher que les infiltrations passant par la partie centrale n'érodent le cœur et la paroi extérieure de la digue.  Surveillance de la percolation : une percolation contrôlée s’effectue à travers la digue et assure la stabilité en réduisant la pression interstitielle sur la digue. Cependant, il est essentiel que la percolation soit bien contrôlée et maîtrisée tant du point de vue des performances environnementales quotidiennes que de la prévention des accidents.  Stabilité des digues et des terrils : un élément d’appréciation fondamental de la stabilité des terrils et des digues est le facteur de sécurité, c'est-à-dire le rapport entre la résistance au cisaillement disponible et la contrainte de cisaillement.  Techniques de surveillance de la stabilité des digues et des terrils : l'élaboration d'un plan de surveillance est la base de toute surveillance. Celle-ci consiste à réaliser une série de mesures à certains intervalles. D'ordinaire, le plan général de surveillance comprend également les plans d'inspection et les plans d'audit/de révision. Un autre facteur qui influence la stabilité des digues et des terrils est la stabilité des couches de soutien, c'est-à-dire le sol sur lequel ces ouvrages sont construits.  Gestion du cyanure : Outre le traitement des résidus provenant du lessivage au cyanure, la gestion de cette substance implique généralement aussi de nombreuses mesures de sécurité visant à prévenir les accidents. La conception de l'installation prévoit également diverses solutions techniques destinées à la prévention des accidents.  Déshydratation des résidus : le principal inconvénient de la manipulation des boues est leur mobilité. Si la structure de retenue (c'est-à-dire la digue) venait à s'effondrer, elles pourraient se liquéfier et causer alors des dégâts considérables en raison de leurs propriétés physiques et chimiques. Deux solutions ont été élaborées pour éviter ce problème : la gestion des résidus secs et la gestion des résidus épaissis. Réduction de l'empreinte écologique : une manière efficace de réduire l'empreinte des installations de gestion des résidus et des stériles consiste à utiliser une partie ou la totalité de ces matériaux comme remblais. Les autres solutions comprennent la gestion ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xv • • subaquatique des résidus, c'est-à-dire le déversement en mer, ou la réutilisation des résidus et des stériles à d'autres fins. Réduction des accidents : les plans d'urgence et l'évaluation et le suivi des incidents constituent deux outils permettant de réduire les accidents. Outils de management environnemental : les systèmes de management environnemental sont utiles pour prévenir la pollution due aux activités industrielles en général. MTD pour la gestion des résidus et des stériles dans les activités minières Le chapitre consacré aux MTD (chapitre 5) identifie les techniques considérées comme MTD, sur la base des informations exposées au chapitre 4, de la définition des "meilleures techniques disponibles" et des considérations énumérées à l'annexe IV de la directive PRIP (voir préface). Le chapitre sur les MTD est subdivisé en une partie générale, qui s'applique à tous les sites où sont gérés des résidus et des stériles, et une partie spécifique, qui concerne des minéraux particuliers. Les décisions relatives à la gestion des résidus et des stériles se basent sur les performances environnementales, les risques et la viabilité économique, le risque étant un facteur propre à chaque site. Par souci d'exhaustivité, toutes les conclusions concernant les MTD sont présentées ici. MTD générales Les MTD consistent à : • • appliquer les principes généraux exposés à la section 4.1, appliquer la méthode de gestion du cycle de vie décrite à la section 4.2. La gestion du cycle de vie couvre toutes les phases de la durée de vie d'une mine, à savoir : • • • la phase de conception (section 4.2.1) :  ligne de référence en matière d'environnement (section 4.2.1.1)  caractérisation des résidus et des stériles (section 4.2.1.2)  études et plans de l'IGR (section 4.2.1.3) portant sur les aspects suivants :  documentation sur le choix du site  évaluation des incidences sur l'environnement  analyse de risque  plan d'intervention en cas d'urgence  plan de dépôt  bilan hydrique et plan de gestion et  plan de déclassement et de fermeture  conception de l'IGR et des structures associées (section 4.2.1.4)  contrôle et surveillance (section 4.2.1.5) la phase de construction (section 4.2.2) la phase opérationnelle (section 4.2.3), qui inclut :  les manuels d'exploitation, de surveillance et d'entretien (section 4.2.3.1) Résumé •  les audits (section 4.2.3.2) la phase de fermeture et d’entretien après fermeture (section 4.2.4), qui comprend :  les objectifs de fermeture à long terme (section 4.2.4.1)  les questions de fermeture spécifiques (section 4.2.4.2) concernant  les terrils  les bassins, y compris o les bassins immergés o les bassins asséchés o les installations de gestion de l'eau De plus, les MTD consistent : • à réduire la consommation des réactifs (section 4.3.2), • à prévenir l'érosion aquatique (section 4.3.3), • à empêcher les émissions de poussière (section 4.3.4), • à réaliser un bilan hydrique (section 4.3.7) et à utiliser les résultats pour élaborer un plan de gestion de l'eau (section 4.2.1.3), • à gérer l'eau gravitaire (section 4.3.9), • à surveiller la nappe phréatique autour de toutes les zones d'entreposage de résidus ou de stériles (section 4.3.12). Maîtrise du DA La caractérisation des résidus et des stériles (section 4.2.1.2 en association avec l'annexe 4) comprend la détermination de leur potentiel acidifiant. Si un tel potentiel existe, les MTD doivent d'abord empêcher le DA (section 4.3.1.2) et si elles ne peuvent l’éviter, elles doivent en contrôler les conséquences (section 4.3.1.3) ou appliquer des solutions de traitement (section 4.3.1.4). Souvent, une combinaison de ces mesures est mise en oeuvre (section 4.3.1.6). Toutes les solutions de prévention, de contrôle et de traitement peuvent s'appliquer aux installations existantes et nouvelles. Néanmoins, les meilleurs résultats en matière de fermeture sont atteints lorsque des plans de fermeture sont élaborés dès le début (phase de conception) de l’exploitation (approche globale). L'applicabilité des solutions dépend principalement des conditions qui règnent sur le site. Des facteurs tels que : • • • le bilan hydrique, la disponibilité d'éventuels matériaux de couverture et le niveau de la nappe phréatique influencent les solutions que l'on peut appliquer sur un site donné. La section présente un outil permettant de choisir la solution de fermeture la plus appropriée. Maîtrise de la percolation (voir section 4.3.10) L'emplacement d'une installation de gestion des résidus et des stériles sera de préférence choisi de façon à rendre inutile un cuvelage. Cependant, si ce n'est pas possible et si le suintement est dommageable et abondant, il convient (par ordre de préférence) d'empêcher, de réduire (section 4.3.10.1) ou de contrôler (section 4.3.10.2) la percolation. L'on applique souvent une combinaison de ces mesures. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xvii Rejets aquatiques Les MTD consistent à : • • • • • • réutiliser l'eau de traitement (voir section 4.3.11.1), mélanger l'eau de traitement avec d'autres effluents contenant des métaux dissous (voir section 4.3.11.3), installer des bassins de décantation afin de capturer les fines érodées (voir section 4.3.11.4.1), éliminer les solides en suspension et les métaux dissous avant de rejeter les effluents dans les cours d'eau récepteurs (section 4.3.11.4), neutraliser les effluents alcalins à l'aide d'acide sulfurique ou de dioxyde de carbone (section 4.3.11.6), éliminer l'arsenic des effluents miniers par adjonction de sels ferriques (section 4.3.11.7). Les sections correspondantes du chapitre 3 concernant les niveaux d'émission et de consommation donnent des exemples des niveaux atteints. Aucune corrélation n’a pu être établie entre les techniques appliquées et les données disponibles sur les émissions. En conséquence, il a été impossible de tirer des conclusions sur les MTD avec les niveaux d'émission associés dans le présent document. Les techniques suivantes sont des MTD pour le traitement des effluents acides (section 4.3.11.5) : • • traitements actifs :  ajout de calcaire (carbonate de calcium), d'hydroxyde de calcium ou de chaux vive,  ajout de soude caustique pour un DA à forte teneur en manganèse; traitements passifs :  aménagement de zones humides,  canal de calcaire ouvert/drain calcaire anoxique,  puits de dérivation. Les systèmes de traitement passif constituent une solution à long terme à appliquer après le déclassement d'une mine, mais uniquement si elle est utilisée comme une étape de polissage associée à d'autres mesures (préventives). Émissions sonores (section 4.3.5) Les MTD consistent : • • • à utiliser des systèmes fonctionnant en continu (convoyeurs à bande, pipelines, etc.), à enfermer les convoyeurs à bande sur les sites où le bruit constitue un problème local, à créer d'abord le flanc extérieur d'un terril, puis les rampes de transport et les gradins d'exploitation dans sa zone intérieure dans toute la mesure du possible. Conception des digues En plus des mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase de conception (section 4.2.1) d'une digue de retenue : Résumé • • à utiliser la crue centennale comme référence pour le dimensionnement de la capacité d’évacuation d'urgence d'un bassin à faible risque, à utiliser la crue quinquamillennale ou décamillennale comme référence pour le dimensionnement de la capacité d’évacuation d'urgence d'un bassin à haut risque. Construction de digues Outre les mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase de construction (section 4.2.2) d'une digue de retenue : • • à débarrasser le sol naturel situé sous la digue de toute sa végétation et de son humus (section 4.4.3), à choisir un matériau de construction approprié qui ne s'abîmera pas sous l'effet des conditions d’exploitation ou climatiques (section 4.4.4). Élévation de digues En plus des mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant les phases de construction et d'exploitation (sections 4.2.2 et 4.2.3) d'une digue de retenue : • • • • • à évaluer le risque d'une pression interstitielle trop élevée et à surveiller cette pression avant et pendant chaque élévation du niveau. L'évaluation doit être effectuée par un expert indépendant; à utiliser une digue de type traditionnel (section 4.4.6.1) dans les circonstances suivantes :  les résidus ne se prêtent pas à la construction d’une digue,  la retenue est nécessaire pour stocker de l'eau,  l’IGR se trouve dans un lieu éloigné et inaccessible,  l'eau des résidus doit être retenue pendant une longue période en vue de la dégradation d'un élément toxique (par exemple, du cyanure),  l'afflux naturel entrant dans la retenue est important ou varie sensiblement et il est nécessaire d’emmagasiner l'eau pour le maîtriser; à utiliser la méthode de construction ascendante (section 4.4.6.2) dans les circonstances suivantes :  le risque sismique est très faible,  la digue est construite avec les résidus : au moins 40 à 60% de matières de granulométrie comprise entre 0,075 et 4 mm dans l'ensemble des résidus (non valable pour les résidus épaissis); à utiliser la méthode de construction descendante (section 4.4.6.3) lorsque :  la quantité de matériaux de construction de la digue (par exemple, des résidus ou des stériles) est suffisante; à utiliser la méthode de construction longitudinale (section 4.4.6.4) lorsque :  le risque sismique est faible. Exploitation des digues En plus des mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase d'exploitation (section 4.2.3) d'une digue de retenue : • • • à surveiller la stabilité comme précisé ci-après, à prévoir une dérivation des déversements normalement destinés au bassin en cas de difficulté, à prévoir d'autres installations de déversement, éventuellement dans un autre bassin, ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xix • • • • • • à prévoir une deuxième installation de décantation (par exemple un déversoir d’urgence ; voir section 4.4.9) et/ou des stations de pompage de secours si le niveau de l'eau gravitaire contenue dans le bassin atteint le franc-bord minimal préétabli (section section 4.4.8), à mesurer les mouvements du sol au moyen de clinomètres profonds et à connaître les conditions de pression interstitielle, à assurer un drainage adéquat (section 4.4.10), à conserver les documents relatifs à la conception et à la construction et à consigner toute mise à jour/modification de la conception/construction, à tenir à jour un manuel de sécurité de la digue tel qu’il est décrit à la section 4.2.3.1, en parallèle avec les audits indépendants visés à la section 4.2.3.2, à éduquer et à former convenablement le personnel. Élimination de l'eau gravitaire du bassin (section 4.4.7.1) Les MTD consistent à : • • • utiliser un déversoir dans le sol naturel pour les bassins situés dans et en dehors de la vallée; utiliser une tour de décantation :  dans des climats froids à bilan hydrique positif,  pour les bassins de type paddock; utiliser un puits de décantation :  dans des climats chauds à bilan hydrique négatif,  pour les bassins de type paddock,  si un franc-bord est maintenu à un niveau élevé pendant les activités. Déshydratation des résidus (section 4.4.16) Le choix de la méthode (résidus boueux, épaissis ou secs) dépend principalement de l'évaluation de trois facteurs : • • • le coût, les performances environnementales, le risque d'accident. Les MTD consistent à appliquer une gestion : • des résidus secs (section 4.4.16.1), • des résidus épaissis (section 4.4.16.2) ou • des résidus boueux (section 4.4.16.3). De nombreux facteurs influencent le choix des techniques appropriées pour un site donné. En voici quelques-uns : • • • • • • minéralogie du minerai, valeur du minerai, distribution granulométrique, disponibilité de l'eau de traitement, conditions climatiques, espace disponible pour la gestion des résidus. Exploitation de l'installation de gestion des résidus et des stériles Résumé Outre les mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase d'exploitation (section 4.2.3) de toute installation de gestion des résidus et des stériles : • • • • à dériver le ruissellement naturel venant de l'extérieur (Section 4.4.1); à entreposer les résidus et les stériles dans des excavations (section 4.4.1). Dans ce cas, le problème de la stabilité des flancs des terrils et des digues ne se pose pas; à appliquer un facteur de sécurité d'au moins 1,3 à tous les terrils et digues en exploitation (section 4.4.13.1); à mener une réhabilitation/un reverdissement progressifs (section 4.3.6). Surveillance de la stabilité Les MTD consistent à : • • • surveiller, dans un bassin/une digue de retenue de résidus (section 4.4.14.2) :  le niveau de l'eau,  la qualité et le volume des eaux de percolation qui traversent la digue (voir également section 4.4.12),  la position de la nappe phréatique,  la pression interstitielle,  le mouvement du sommet de la digue et des résidus,  l'activité sismique, afin d'assurer la stabilité de la digue et des couches de soutien (voir également section 4.4.14.4),  la pression interstitielle dynamique et la liquéfaction,  la mécanique du sol,  les procédures de placement des résidus; surveiller, dans un terril (section 4.4.14.2) :  la géométrie des gradins/pentes,  le drainage sous le sommet,  la pression interstitielle; à réaliser également :  dans le cas d'un bassin/d'une digue de retenue de résidus :  des inspections visuelles (section 4.4.14.3),  des révisions annuelles (section 4.4.14.3),  des audits indépendants (sections 4.2.3.2 et 4.4.14.3),  des évaluations de la sécurité des digues existantes (section 4.4.14.3);  dans le cas d'un terril :  des inspections visuelles (section 4.4.14.3),  des révisions géotechniques (section 4.4.14.3),  des audits géotechniques indépendants (section 4.4.14.3). Réduction des accidents Les MTD consistent : • • • à établir des plans d'urgence (section 4.6.1), à évaluer et suivre les incidents (section 4.6.2), à surveiller les pipelines (section 4.6.3). Réduction de l'empreinte écologique ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xxi Les MTD consistent : • • • • • à éviter et/ou à réduire si possible la production de résidus ou de stériles (section 4.1); à utiliser les résidus comme remblais (section 4.5.1) dans les circonstances suivantes :  lorsque la méthode d'exploitation minière nécessite des remblais (section 4.5.1.1),  lorsque le coût supplémentaire du remblayage est au moins compensé par une récupération plus importante du minerai,  dans une mine à ciel ouvert, si les résidus se déshydratent aisément (c'est-à-dire par évaporation et drainage, par filtration) et qu’il est donc possible de se passer ou de réduire la taille d'une IGR (sections 4.5.1.2, 4.5.1.3, 4.5.1.4, 4.4.1),  lorsque des mines à ciel ouvert épuisées et proches se prêtent au remblayage (section 4.5.1.5),  pour remblayer de vastes tailles dans les mines souterraines (section 4.5.1.6). Les tailles remblayées à l'aide de boues nécessiteront un drainage (section 4.5.1.9). L’adjonction de liants peut également s'avérer nécessaire pour renforcer la stabilité (section 4.5.1.8); à utiliser des résidus comme remblais sous forme pâteuse (section 4.5.1.10) si les conditions d’un remblayage sont remplies et :  qu’un remblayage suffisant est nécessaire;  que, les résidus étant très fins, il y a peu de matière disponible pour un remblayage hydraulique. Dans ce cas, la grande quantité de fines rejetées dans le bassin se déshydraterait très lentement;  qu'il est souhaitable de ne pas faire pénétrer de l'eau dans la mine ou que le pompage de l'eau provenant des résidus est coûteux (c'est-à-dire sur de grandes distances); à utiliser des stériles comme remblais dans les circonstances suivantes (section 4.5.2) :  lorsqu'ils peuvent servir à combler une mine souterraine,  lorsqu'une ou plusieurs mines à ciel ouvert épuisées se trouvent à proximité (ce que l'on appelle parfois le "transfert de mine"),  lorsque le mode d’exploitation de la mine à ciel ouvert permet le remblayage sans entraver l'activité; à rechercher les utilisations possibles des résidus et des stériles (section 4.5.3). Fermeture et entretien après fermeture Outre les mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase de fermeture et d’entretien après fermeture (section 4.2.4) de toute installation de gestion des résidus et des stériles : • • à établir des plans de fermeture et d’entretien après fermeture dès la phase de planification d'une exploitation, avec une estimation de coûts, et à les mettre à jour régulièrement (section 4.2.4). Toutefois, les exigences en matière de réhabilitation évoluent au cours de la durée de vie d’une exploitation et peuvent être examinées pour la première fois de manière détaillée au stade de la fermeture d'une IGR. à appliquer un facteur de sécurité d'au moins 1,3 aux digues et aux terrils après la fermeture (sections 4.2.4 et 4.4.13.1), encore que les points de vue divergent concernant les couvertures humides (voir chapitre 7). Pour la phase de fermeture et d’entretien après fermeture des bassins de résidus, les MTD consistent à construire des digues stables à long terme au cas où la solution de la couverture humide serait choisie pour la fermeture (section 4.2.4.2). Résumé Lessivage de l'or au cyanure En plus des mesures générales applicables à toutes les mines qui pratiquent la lixiviation de l'or au cyanure, les MTD consistent : • à diminuer l'utilisation de cyanure en appliquant :  des stratégies opérationnelles visant à réduire au minimum l'apport de cette substance (section 4.3.2.2),  un contrôle automatique du cyanure (section 4.3.2.2.1),  le cas échéant, un prétraitement au peroxyde (section 4.3.2.2.2); • à détruire le cyanure libre résiduaire avant le déversement dans le bassin (section 4.3.11.8). Le tableau 4.13 fournit des exemples des niveaux de cyanure atteints sur certains sites européens; • à appliquer les mesures de sécurité suivantes (section 4.4.15) :  dimensionner le circuit de destruction du cyanure au double de la capacité actuellement exigée,  installer un système de secours pour l'adjonction d'hydroxyde de calcium,  installer des groupes électrogènes de secours. Aluminium Outre les mesures générales applicables à toutes les raffineries d'alumine, les MTD consistent : • durant l’exploitation :  à éviter le déversement d'effluents dans les eaux de surface en réutilisant l'eau de traitement dans la raffinerie (section 4.3.11.1) ou, dans les régions sèches, en recourant à l'évaporation; • durant la phase d’entretien après fermeture (section 4.3.13.1) :  à traiter les eaux de ruissellement de surface provenant des IGR avant leur rejet jusqu'à atteindre des concentrations chimiques acceptables pour leur déversement dans les eaux de surface,  à entretenir les chemins d'accès, les systèmes de drainage et la couverture végétale (avec un reverdissement si nécessaire),  à poursuivre les prélèvements pour l’analyse de la qualité de la nappe phréatique. Potasse En plus des mesures générales applicables à tous les sites d'exploitation de la potasse, les MTD consistent : • si le sol naturel n'est pas imperméable, à imperméabiliser le sol sur lequel se trouve l'IGR (section 4.3.10.3), • à réduire les émissions de poussière dues au transport par convoyeur à bande (section 4.3.4.3.1), • à étanchéifier/chemiser le pied des terrils à l'extérieur de la zone centrale imperméable et à recueillir les eaux de ruissellement (section 4.3.11.4.1), • à combler les vastes chantiers à l'aide de résidus secs et/ou boueux (section 4.5.1.6). Charbon Outre les mesures générales applicables à toutes les mines de charbon, les MTD consistent à : • éviter la percolation (section 4.3.10.4), ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xxiii • déshydrater les résidus fins < 0,5 mm issus de la flottation (section 4.4.16.3). Management environnemental Plusieurs techniques de management environnemental sont considérées comme MTD. La portée (par exemple, le niveau de détail) et la nature du système de management environnemental (par exemple, normalisé ou non) seront généralement en rapport avec la nature, la taille et la complexité de l'installation, ainsi qu'avec les différentes incidences qu'elle peut avoir sur l'environnement. Les MDT consistent à mettre en œuvre et respecter un système de management environnemental (SME) qui comporte, selon les circonstances particulières, les caractéristiques suivantes : (voir chapitre 4) • • • • • définition d'une politique environnementale pour l'installation par la direction (dont l'implication est considérée comme indispensable au succès de l’application d'autres aspects du SME); planification et établissement des procédures nécessaires; mise en œuvre des procédures en veillant particulièrement  à la structure et aux responsabilités,  à la formation, à la sensibilisation et aux compétences,  à la communication,  à la participation des travailleurs,  à la documentation,  au contrôle efficace du processus,  au programme d'entretien,  à la préparation et à l'intervention en cas d'urgence,  au respect la législation environnementale; vérification des performances et adoption de mesures correctives en veillant en particulier  à la surveillance et aux mesures (voir également le document de référence sur la surveillance des émissions),  aux mesures correctives et préventives,  à la conservation des dossiers,  à l'audit interne indépendant (dans la mesure du possible), afin de déterminer si le SME est conforme aux dispositions prévues et a été mis en œuvre et maintenu de manière adéquate; révision par la direction. Trois autres caractéristiques, qui peuvent progressivement compléter celles présentées cidessus, sont considérées comme des mesures de soutien. Cependant, leur absence n’est généralement pas incompatible avec les MTD. Ces éléments sont les suivants : • • • examen et validation du système de gestion et la procédure d'audit par un organisme de certification agréé ou par un contrôleur externe spécialisé en SME, préparation et publication (et éventuellement validation externe) d'une déclaration environnementale régulière qui décrit tous les aspects environnementaux significatifs de l'installation et qui permet de les comparer d'année en année avec les objectifs environnementaux et, le cas échéant, avec les critères d’évaluation du secteur, mise en œuvre et respect d’un système librement consenti accepté à l’échelle internationale, comme l’EMAS et l’EN ISO 14001 :1996. Cette démarche volontariste Résumé pourrait accroître la crédibilité du SME. L'EMAS, en particulier, qui englobe toutes les caractéristiques susmentionnées, y concourt. Toutefois, des systèmes non normalisés peuvent, en principe, être aussi efficaces, à condition qu'ils soient conçus et mis en œuvre de manière appropriée. Spécialement en matière de maîtrise des résidus et des stériles, l’application d’un système intégré de gestion des aspects risque/sécurité et environnement constitue une MTD. Par conséquent, le management environnemental doit être élaboré et mis en œuvre conjointement avec l'évaluation/la gestion du risque décrite à la section 4.2.1 et avec la gestion des activités, de la surveillance et de l'entretien décrite à la section 4.2.3.1. Techniques émergentes Le chapitre 6 énumère six techniques "émergentes" qui ne sont pas encore commercialisées et qui en sont encore au stade de la recherche ou du développement, à savoir : • • • • • • l’évacuation mixte des stériles et résidus de minerai de fer le blocage du DA le recyclage du cyanure à l'aide de la technologie des membranes les cellules en lignes l’utilisation de boues rouges pour résoudre les problèmes de DA et de pollution par les métaux la destruction du cyanure sous l’effet d’une combinaison de SO2/air et de peroxyde d'hydrogène Elles ont été évoquées ici afin de les signaler pour une révision ultérieure du présent document. Observations finales Échange d'informations Les entreprises et les autorités délivrant les autorisations ont fourni de nombreux documents nécessaires aux informations incluses dans le présent document. Les bulletins de la Commission internationale des grands barrages (CIGB) sur la gestion des résidus, le guide de la gestion des parcs à résidus miniers (Canada) et le « Dam safety code of practice » (Finlande) peuvent être considérés comme les bases de ce document MTD. La quantité et la qualité des données qu’il contient sont un peu déséquilibrées dans la mesure où peu d'informations ont été fournies sur les niveaux réels de consommation et d'émission des installations de gestion des résidus et des stériles de minéraux industriels. Les données relatives aux émissions concernant les mines métalliques se basent sur des installations individuelles. Aucune corrélation n’a pu être établie entre les techniques appliquées et les données disponibles sur les émissions. En conséquence, il a été impossible de tirer des conclusions sur les MTD avec les niveaux d'émission associés. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xxv Degré de consensus atteint Les conclusions du présent travail ont été approuvées lors de la dernière réunion plénière de novembre en réunissant un large consensus. Il existe une divergence de vue concernant le facteur de sécurité applicable à la stabilité à long terme des digues équipées d'une couverture "humide". Recommandations pour les travaux ultérieurs Le résultat de l’échange d'informations, à savoir le présent document, constitue un progrès considérable dans la réduction de la pollution quotidienne et dans la prévention des accidents liés aux installations de gestion des résidus et des stériles. Néanmoins, pour certains sujets, les informations sont incomplètes et n'ont pas permis de dégager des conclusions sur les MTD. Les travaux à venir pourraient utilement se concentrer sur la collecte d'informations concernant les sujets suivants : • • • • • • • • extension du champ couvert pour aborder tous les types de déchets miniers et inclure des exemples et des techniques concernant d'autres minéraux, renseignements plus précis sur la production de résidus et de stériles, niveaux d'émission associés aux MTD pour le traitement des effluents et la destruction du cyanure, gestion des résidus en milieu sous-marin, données économiques pour bon nombre des techniques présentées au chapitre 4, caractérisation des résidus et des stériles :  inclure d'autres normes internationales et nationales à l'annexe 4,  élaborer une méthode de caractérisation standard, données supplémentaires sur l’efficacité de la technique d'épaississement des résidus, nouvelles techniques de neutralisation du cyanure. En outre, des travaux supplémentaires pourraient également être nécessaires pour adapter le document MTD au contenu définitif de la directive concernant la gestion des déchets des industries extractives après qu’elle aura été adoptée. Sujets proposés pour des projets de recherche et de développement futurs L'échange d'informations a également mis en évidence des domaines dans lesquels des projets de recherche et de développement permettraient d’acquérir des connaissances supplémentaires utiles. Il s'agit des sujets suivants : • • gestion du cycle de vie : l'application d'une gestion du cycle de vie complet est essentielle pour qu'un site atteigne un haut degré de performance en matière de sécurité et d'environnement. Cependant, des données économiques montrant qu'il est économiquement efficace de gérer une activité minière selon ce modèle font actuellement défaut. Des travaux dans ce domaine sont nécessaires pour examiner les études de cas existantes afin de déterminer l’économie de l'application de la gestion intégrée du cycle de vie pour évaluer les projets à court terme (par exemple, pour évaluer le profit maximal durant l’exploitation). toxicité des produits de décomposition du cyanure : la toxicité du cyanure lui-même est un sujet qui a été largement étudié. Toutefois, il semble que certains produits de décomposition aient également de l’importance du point de vue toxicologique. Étant donné les incidences des déversements des sites qui utilisent du cyanure pour la lixiviation Résumé de l'or, des recherches sur la toxicité des produits de décomposition du cyanure sont indispensables. L'UE lance et soutient, à travers ses programmes de RDT, une série de projets portant sur les technologies propres, les technologies émergentes en matière de traitement et de recyclage des effluents et les stratégies de gestion. Ces projets peuvent contribuer utilement aux révisions ultérieures du présent document. Les lecteurs sont donc invités à informer le BEPRIP de tout résultat de recherche concernant l'un des sujets couverts par ce document (voir également la préface). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xxvii Préface PREFACE 1. Statut du document Le présent document fait partie d'une série qui présente les résultats d'un échange d'informations entre les États membres de l'UE et les industries intéressées au sujet des meilleures techniques disponibles (MTD), des prescriptions de contrôle y afférentes et de leur évolution. *[Il est publié par la Commission européenne en application de l'article 19, paragraphe 3 de la proposition de directive sur la gestion des déchets des industries extractives 5. Il doit donc être pris en considération lors de la détermination des "meilleures techniques disponibles"]. * Note : les crochets seront supprimés une fois que la procédure de publication par la Commission sera terminée. 1.1 Contexte Le point de départ du présent document est la Communication de la Commission européenne COM(2000) 664 relative à la sécurité des activités minières (ci-après la Communication). Comme cela est indiqué à la section 5.5 de cette Communication, les activités de carottage ne sont pas couvertes par la directive 96/61/CE du Conseil (directive PRIP). En revanche, les activités du type de celles exercées sur le site de Baia Mare (production de métal par lixiviation de l'or) sont déjà dans la portée de la directive PRIP. Le paragraphe 2.5 (b) de l'annexe I de la directive concerne les "installations destinées à la production de métaux bruts non ferreux à partir de minerais, de concentrés de minerai ou de matières premières secondaires selon des procédés métallurgiques, chimiques ou électrolytiques". La Communication admet en outre que la directive PRIP ne couvre pas la totalité des sites de l'Union européenne et de fait, cette dernière ne couvre pas la majorité des exploitations dans lesquelles des installations de gestion sont utilisées. La section 6 de la Communication propose un plan de suivi qui comporte trois actions principales : • • • l'amendement de la directive 96/82/CE du Conseil, du 9 décembre 1996, concernant la maîtrise des dangers liés aux accidents majeurs impliquant des substances dangereuses (directive Seveso II) une initiative sur la gestion des déchets de l'industrie extractive un document de référence sur les MTD. La décision de rédiger un document de référence technique décrivant les MTD pour la gestion des déchets miniers en vertu de l'article 2, paragraphe 6 de la directive PRIP a été prise en vertu d'un accord volontaire entre la Commission, les États membres et l'industrie minière. 2. Définition des MTD Pour aider le lecteur à comprendre le contexte légal dans lequel le présent document a été rédigé, certaines des définitions les plus pertinentes de la directive PRIP, y compris la définition du terme "meilleures techniques disponibles”, ainsi que les dispositions de la proposition de directive sur la gestion des déchets des industries extractives sont décrites dans cette préface. Cette description est 5 COM(03) 319 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xx Préface inévitablement incomplète et n’est fournie qu'à titre indicatif. Elle n'a aucune valeur légale et ne modifie ou n'affecte d'aucune manière les dispositions de ces directives. La proposition de directive sur la gestion des déchets des industries extractives prévoit des mesures, des procédures et des orientations visant à prévenir ou à réduire dans toute la mesure du possible les effets négatifs sur l'environnement, ainsi que les risques pour la santé humaine induits par la gestion des déchets provenant des industries extractives. Ce document vise à introduire cette approche dans la gestion des résidus et stériles des activités minières. Cette approche a pour pierre angulaire le principe général selon lequel les exploitants devraient prendre toutes les mesures préventives nécessaires pour lutter contre la pollution, notamment grâce à l'utilisation des meilleures techniques disponibles qui leur permettent d'améliorer leurs performances en matière d'environnement. Les définitions suivantes ont été appliquées : Le terme "meilleures techniques disponibles" tel que défini à l'article 2, paragraphe 11 de la directive PRIP, est "le stade de développement le plus efficace et avancé des activités et de leurs modes d'exploitation, démontrant l'aptitude pratique de techniques particulières à constituer, en principe, la base des valeurs limites d'émission visant à éviter et, lorsque cela s'avère impossible, à réduire de manière générale les émissions et l'impact sur l'environnement dans son ensemble." La proposition de directive sur la gestion des déchets des industries extractives utilise cette même définition des MTD. Les "techniques" incluent tant la technologie utilisée que la manière dont l'installation est conçue, construite, entretenue, exploitée et déclassée ; les techniques "disponibles" sont celles mises au point sur une échelle permettant de les appliquer dans le contexte du secteur industriel concerné, dans des conditions économiquement et techniquement viables, en prenant en considération les coûts et les avantages, que ces techniques soient utilisées ou produites ou non sur le territoire de l'État membre intéressé, pour autant que l'exploitant concerné puisse y avoir accès dans des conditions raisonnables ; les "meilleures" techniques sont les plus efficaces pour atteindre un niveau général élevé de protection de l'environnement dans son ensemble. En outre, l'annexe IV de la directive PRIP contient une liste de "considérations à prendre en compte en général ou dans des cas particuliers lors de la détermination des meilleures techniques disponibles compte tenu des coûts et des avantages pouvant résulter d’une action et des principes de précaution et de prévention: 1. l'utilisation d'une technologie peu polluante ; 2. l'utilisation de substances moins dangereuses ; 3. la récupération et le recyclage d'une plus grande partie des substances produites et utilisées au cours des opérations ainsi que des déchets ; 4. les procédés, moyens ou méthodes d'exploitation comparables qui ont été expérimentés avec succès à l'échelle industrielle ; 5. les progrès technologiques et l'évolution des connaissances scientifiques ; 6. la nature, les effets et le volume des émissions concernées ; 7. les dates de mise en service des installations nouvelles ou existantes ; 8. les délais nécessaires pour mettre en place la meilleure technique disponible ; 9. la consommation de matières premières (y compris l'eau) et la nature des matières premières utilisées dans le procédé et leur efficacité énergétique ; 10. la nécessité de prévenir ou de réduire au minimum l'impact global des émissions sur l'environnement et les risques de pollution de l'environnement ; xxvi juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Préface 11. la nécessité de prévenir les accidents et de réduire au minimum leurs conséquences sur l'environnement ; 12. les informations publiées par la Commission au titre de l'article 16, paragraphe 2 ou par des organisations internationales." L'article 19, paragraphe 2 de la proposition de directive sur la gestion des déchets des industries extractives prévoit l'obligation pour les États membres de s'assurer que les autorités compétentes suivent ou sont informées de l'évolution des meilleures techniques disponibles. 3. Objectif du présent document Aux termes de la section 6.3, la Communication stipule que le document MTD doit traiter des techniques permettant : • • la réduction de la pollution quotidienne et la prévention ou la réduction des accidents. Elle déclare en outre que le document MTD contribuera à accroître la connaissance des mesures disponibles pour prévenir d'accidents similaires (à celui de Baia Mare, par exemple) à l'avenir. Avec une telle source d'informations à leur disposition, les autorités chargées de délivrer les autorisations et les États membres seront à même d'exiger que dans l'Union européenne, les exploitations qui utilisent des installations de gestion des résidus se conforment à des normes environnementales élevées tout en préservant la viabilité économique et technique du secteur. La Commission (Direction générale de l'environnement) a mis en place un forum d'échange d'informations (IEF), sous les auspices duquel ont été créés un certain nombre de groupes de travail technique. L'IEF comme les groupes de travail technique sont composés de représentants des États membres et de l'industrie. Cette série de documents a pour objet de refléter précisément l'échange d'informations qui a été établi et de communiquer des informations de référence aux autorités qui délivrent les autorisations, afin qu’elles en tiennent compte lors de la détermination des mesures basées sur les MTD. En rendant disponibles les informations pertinentes sur les meilleures techniques disponibles, ces documents doivent représenter des outils de référence précieux pour l'amélioration des performances en matière d'environnement. 4. Sources d'informations Le présent document constitue un résumé des informations rassemblées en provenance de différentes sources, y compris en particulier la connaissance des groupes créés pour assister la Commission dans ses travaux, et il a été vérifié par les services de la Commission. Que toutes les personnes qui y ont contribué en soient remerciées. 5. Comment comprendre et utiliser ce document Les informations contenues dans ce document sont destinées à être utilisées au titre d'une contribution à la détermination des MTD dans des cas spécifiques. Lors de la détermination des MTD et des mesures basées sur celles-ci, il convient, à tout moment, de tenir compte de l'objectif global d'obtention d'un haut niveau de protection de l'environnement dans son ensemble. Le document traite d'un certain nombre de minéraux et/ou de matières premières. Toutefois, les techniques employées ici peuvent être appliquées à bon nombre d'autres installations. Par conséquent, le présent document peut être utilisé au-delà de cette liste de minéraux, lorsque les questions soulevées sont du même ordre. Le reste de cette préface décrit le type d'informations fournies dans chaque chapitre du document. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xxvi Préface Les chapitres 1 et 2 fournissent des informations générales sur les IGR du secteur industriel concerné et sur les procédés industriels utilisés dans ce dernier, lorsqu'ils concernent la gestion des résidus et des stériles. Le chapitre 3 fournit des données et des informations concernant les niveaux actuels d'émission et de consommation, qui reflètent la situation dans les installations existantes de gestion des résidus et des stériles dans l'industrie extractive au moment de la rédaction du document. Le chapitre 4 traite de manière détaillée de la réduction des émissions et des risques, ainsi que des autres techniques considérées comme étant les plus appropriées pour déterminer les MTD et les mesures basées sur les MTD. Les informations fournies incluent les niveaux de consommation et d'émission considérés comme réalisables grâce à l'utilisation de la technique, donnent une idée des coûts et des questions d'impacts réciproques associées à la technique et elles précisent aussi dans quelle mesure la technique est applicable aux diverses installations de gestion des résidus et des stériles pour lesquelles des autorisations sont obligatoires, par exemple les installations existantes ou nouvelles, de petite ou de grande capacité. Les techniques généralement considérées comme obsolètes n'en font pas partie. Le chapitre 5 présente les techniques et les niveaux de consommation et d'émission qui, au sens général, sont considérés comme compatibles avec les MTD. Il a ainsi pour objectif de fournir des indications générales sur les niveaux de consommation et d'émission qui peuvent être considérés comme un point de référence apte à contribuer à la détermination des mesures basées sur les MTD. Toutefois, il convient de souligner que le présent document ne propose pas de valeurs d'émission limites. La détermination des mesures appropriées basées sur les MTD impliquera la prise en compte de facteurs locaux spécifiques au site, tels que les caractéristiques techniques de l'installation concernée, sa situation géographique et les conditions environnementales locales. Dans le cas d'installations existantes, la faisabilité économique et technique de leur mise à niveau doit également être prise en compte. En outre, le seul objectif de garantir un niveau élevé de protection de l'environnement dans son ensemble impliquera souvent que des décisions de compromis soient prises entre les différents types d'impacts environnementaux, ces dernières étant souvent influencées par des considérations locales. Bien que le présent document tente d'aborder quelques-unes de ces questions, il lui est impossible de les considérer de manière exhaustive. Par conséquent, les techniques et les niveaux présentés au chapitre 5 ne seront pas nécessairement adaptés à toutes les installations. Par ailleurs, l'obligation de garantir un niveau élevé de protection environnementale implique que les mesures basées sur les MTD ne peuvent en aucun cas être fixées en fonction de considérations purement locales. C’est pourquoi il est de la plus haute importance que les informations contenues dans ce document soient pleinement prises en compte par les autorités qui accordent les autorisations. Etant donné que les meilleures techniques disponibles évoluent avec le temps, le présent document sera révisé et mis à jour selon les besoins. Par ailleurs, il pourra être révisé en fonction du texte définitif de la proposition de directive sur la gestion des déchets des industries extractives, une fois celui-ci adopté. Toutes les observations et suggestions devront être soumises au Bureau européen pour la prévention et la réduction intégrées de la pollution (BEPRIP), auprès de l'Institut de prospective technologique, à l'adresse suivante : Edificio Expo, c/ Inca Garcilaso, s/n, E-41092 Séville, Espagne Téléphone : +34 95 4488 284 Fax : +34 95 4488 426 e-mail : JRC-IPTS-EIPPCB@cec.eu.int Internet : http://eippcb.jrc.es xxviii juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Portée PORTEE Le point de départ de ce travail est la communication COM(2000) 664 de la Commission européenne, intitulée "La sécurité des activités minières" (COM(2000) 664 final). L'une des mesures de suivi proposées dans cette communication est l'élaboration d'un document de référence MTD. Aux termes du paragraphe 6.3, la communication stipule que le document MTD doit viser à "prévenir des accidents similaires (à Aznalcóllar ou Baia Mare) à l'avenir" et qu'on "pourrait en outre inclure (dans la portée du document) le traitement de certains minéraux et résidus miniers". Dans ce contexte, un groupe de travail technique (TWG) constitué des parties intéressées a été créé, lequel a décidé que la portée du travail serait la suivante: Portée horizontale Le travail ne traitera pas de l'extraction, de la transformation et de la gestion des résidus liées à l'exploitation de gaz et de liquides (par exemple, le pétrole et la saumure). En effet, ces procédés sont très différents de la transformation des minerais secs, et la question des résidus est également très différente de celle des autres secteurs à couvrir. En revanche, le lessivage des métaux sera couvert. Le thème sous-jacent de ce travail inclut le traitement du minerai, les résidus et la gestion des stériles de minerais susceptibles d'avoir des répercussions importantes sur l'environnement ou pouvant être considérés comme des exemples de "bonnes pratiques". Le but est ici de faire connaître les meilleures pratiques dans toutes les activités de ce secteur. Le présent document porte sur les métaux suivants, pour autant qu'ils soient extraits et/ou transformés dans l'Union européenne (UE-15), les pays en voie d’adhésion, les pays candidats et en Turquie: • • • • • • • • • • • • • • aluminium argent cadmium chrome cuivre étain fer or manganèse mercure nickel plomb tungstène zinc. Ces métaux seront tous abordés quelles que soient les quantités produites ou la méthode de traitement du minerai utilisée (méthodes mécaniques, flottation ou procédés chimiques ou hydrométallurgiques, comme le lessivage, etc.). Dans le cadre du thème susmentionné, le groupe a décidé d'inclure également une sélection de minéraux ainsi que le charbon dans le présent document. Afin que le travail soit réalisé dans des délais raisonnables, il a été décidé de ne pas couvrir la totalité des minéraux industriels. Une sélection a donc été faite sur la base des deux critères suivants: 1. une production importante dans l'UE-15, les pays en voie d'adhésion, les pays candidats et en Turquie, et 2. la production de résidus susceptibles d'avoir des répercussions considérables sur l'environnement s'ils ne sont pas gérés correctement. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xli Portée Outre ce classement, d'autres minéraux seront abordés si la gestion de leurs résidus et stériles est considérée comme un exemple des "bonnes pratiques" pouvant être appliquées à d'autres minéraux. C'est ainsi que les minéraux industriels suivants sont inclus dans le présent document: • • • • • • • • • • barytine borate calcaire (s'il est transformé) feldspath (s'il est récupéré par flottation) fluorine kaolin (s'il est récupéré par flottation) phosphate potasse strontium talc (s'il est récupéré par flottation). Il a été noté que le traitement du feldspath et du kaolin n'engendrait de résidus que si ces minéraux étaient récupérés par flottation. Le charbon n'entre en ligne de compte que s'il est transformé en produisant des résidus (auquel cas il relève du thème susmentionné). En règle générale, cela signifie que la houille (ou charbon noir) est concernée, tandis que le lignite (ou charbon brun), qui n'est généralement pas transformé, ne l'est pas. Du schiste bitumineux est transformé en Estonie et engendre de grandes quantités de résidus dont il faut assurer la gestion. Il a donc été décidé de l’inclure dans ce document. En ce qui concerne la gestion des résidus et des stériles, l'étude n'aborde pas la question des sites abandonnés. Toutefois, certains exemples de sites récemment fermés sont examinés. Portée verticale Pour tous les minéraux définis dans la portée horizontale, le document: • • • • examine la gestion des stériles, inclut la couche arable et les morts-terrains s'ils sont utilisés dans la gestion des résidus, aborde le traitement du minerai qui intéresse la gestion des résidus (par exemple, lorsque le traitement influence les caractéristiques et le comportement des résidus), se concentre sur la gestion des résidus, par exemple sur leur stockage en bassin/digues de retenue ou sur terril, ou sur leur utilisation comme remblais. La figure ci-après illustre la portée verticale. Les pavés en couleur représentent les étapes de traitement abordées dans le présent document. xlii juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Portée Illustration de la portée verticale Dans le présent document, les termes employés ont les significations suivantes: "production minière": pour les métaux, la quantité de métal contenue dans le concentré après production et dans tous les autres cas, sauf indication contraire, la quantité de concentré en poids après traitement du minerai; "Europe": les États membres actuels de l'UE, les pays en voie d'adhésion, les pays candidats et la Turquie; "IGR": abréviation désignant une "installation de gestion des résidus", celle-ci pouvant être un système de bassin ou de digue de retenue, du remblai, un terril ou tout autre mode de gestion des résidus. Les autres termes techniques utilisés dans ce document sont définis dans le glossaire. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 xliii Chapitre 1 1 GÉNÉRALITÉS L'exploitation minière est l'une des industries les plus anciennes de l'humanité. A travers toute l'Europe, elle a un passé chargé d'histoire. Lors de fouilles archéologiques effectuées dans la mine de Los Frailes au sud de l'Espagne, on a découvert le corps d'un homme portant un collier de cuivre datant de 1500 avant Jésus-Christ. Il existe cependant des exemples encore plus anciens du travail du minerai en Europe, notamment du travail du silex à l'époque néolithique, et d'exploitation métallifère remontant à presque 2000 ans avant Jésus-Christ. Nombre de civilisations ont exploité les mines, et cette activité a été source de richesse et d'importance dans de nombreuses régions. A une époque plus récente, un exemple représentatif est celui de l'importance de l'extraction du charbon (associée à d'autres "industries lourdes") en Allemagne, pour le "Wirtschaftswunder" ou miracle économique qui s'est produit après la seconde guerre mondiale. Au cours des dernières décennies, l'extraction des métaux et du charbon à l'échelle mondiale est passée des exploitations souterraines à une extraction en masse dans des mines à ciel ouvert. De ce fait, ces exploitations produisent aujourd'hui davantage de résidus, principalement parce qu'il faut éliminer la couche arable et les morts-terrains, souvent indésirables, pour accéder au minerai. Il n'est pas rare que la quantité de couche arable et de stériles à transporter soit plusieurs fois supérieure au volume de minerai extrait. Le volume de résidus produit dépend de la quantité du ou des minéraux recherchés que contient le minerai, de leur teneur, et de l'efficacité de l'étape de traitement du minerai destinée à les récupérer. Un autre facteur est la durée de vie d'une exploitation. Comme indiqué plus haut, la quantité totale de résidus peut être extrêmement importante par rapport à la quantité de produit, sauf s'il existe un moyen adéquat permettant d'utiliser ces résidus. Les teneurs peuvent aller de quelques grammes par tonne de minerai jusqu'à 100 % (autrement dit, un métal ou un minéral à l'état pur). Avec l'essor de l'extraction en masse dans des mines à ciel ouvert, l'exploitation minière est également devenue une activité à plus forte intensité de capital ; ainsi, il est fréquent que plusieurs années s'écoulent avant que l'argent investi soit "remboursé" par la vente du produit, c'est-à-dire, en règle générale, celle les concentrés. Le but de l'exploitation minière est de satisfaire la demande en ressources métalliques et minérales afin notamment de développer les infrastructures et d'améliorer la qualité de vie de la population, les substances extraites constituant les matières premières permettant de fabriquer nombre de biens et matériaux. Ces ressources peuvent être, par exemple, des minéraux métallifères ou des métaux, du charbon ou des minéraux industriels employés dans le secteur chimique ou dans la construction. En tout état de cause, la gestion des résidus produits, de la couche arable, des morts-terrains, ainsi que celle des résidus et stériles qui intéresse plus particulièrement le présent document, représentent une charge financière indésirable pour les exploitants. En règle générale, la mine et l'usine de traitement du minerai ont vocation à extraire autant de produits commercialisables que possible. La gestion des résidus et le management de l'environnement dans son ensemble sont alors conçus comme des conséquences de ces étapes de traitement. Certains secteurs de l'industrie minière, comme l’exploitation des métaux et de la houille en Europe, opèrent dans des conditions économiques difficiles, principalement parce que les gisements ne peuvent plus soutenir la concurrence internationale. L’industrie communautaire des métaux éprouve également des difficultés dans la recherche de nouveaux minerais rentables dans des régions géologiques connues. De ce fait, les possibilités pour les secteurs des métaux et de l'exploitation houillère d'investir dans des dépenses improductives telles que la gestion des résidus et des stériles peuvent être limitées. Toutefois, malgré la baisse de la production minière dans ces secteurs, la consommation ne cesse d'augmenter. Par conséquent, la satisfaction de cette demande implique la hausse des importations vers l'Europe. Contrairement à la production généralement en déclin dans les secteurs des métaux et de l'exploitation houillère, la production de bon nombre de minéraux industriels n'a cessé de croître en Europe. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 1 Chapitre 1 Les sections ci-après tentent de donner un aperçu des secteurs de l'exploitation des métaux, de la potasse, de la houille et du schiste bitumineux. En termes d'économie, on ouvre une mine s'il est économique de le faire, on la met en sommeil si les prix à court terme continuent d'être bas, voire on la ferme si elle ne présente aucune perspective de viabilité. Le présent chapitre tente néanmoins de brosser un tableau général de la situation économique pour chacun des différents minéraux. Les statistiques de la production minière utilisées dans les sections ci-après sont issues de l'ouvrage intitulé "world mining data" [30, Weber, 2001]. Le cas échéant, ces chiffres ont été révisés par les membres du groupe de travail technique. 1.1 Vue d'ensemble de l'industrie : les métaux Pour permettre des explications détaillées, ce secteur est divisé en sous-secteurs, à savoir : • • • • • • • • aluminium chrome fer manganèse mercure métaux communs (cadmium, cuivre, étain, nickel, plomb, zinc) métaux précieux (argent, or) tungstène. Le tableau suivant montre que pour la plupart des minerais métallifères, la production européenne est faible par rapport à la production mondiale totale. Matière première Fer Bauxite Cadmium Chrome Cuivre Plomb Manganèse Mercure Nickel Etain Tungstène Zinc Or Argent Pourcentage de la production mondiale (%) 3 3 16 12 7 11 0,5 17 2 1 11 12 1 10 Tableau 1.1 : Production de concentrés métalliques en Europe par rapport à la production mondiale de concentrés métalliques en 1999 En Europe, les gisements de minerais contenant des métaux en concentrations viables se sont progressivement appauvris au fil des années, et les ressources indigènes restantes sont rares. Par ailleurs, une baisse d'intérêt pour l'exploration et le développement européens, liée aux coûts de production relativement élevés et à la compétitivité vis-à-vis de l'aménagement des sols, et due aux pressions politiques ainsi qu'à la découverte de gisements de minerai dans d'autres régions du globe, ont provoqué une diminution de la quantité de concentrés originaires d'Europe et conduit à l'importation en Europe de concentrés provenant de diverses sources dans le monde. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Dans les gisements de minerai métallifère, les minéraux sont généralement dispersés finement dans le minerai. De surcroît, les minéraux métallifères que contiennent ces gisements s'entremêlent souvent de manière irrégulière. Pour libérer le minerai désiré, il faut réduire la granulométrie du minerai en le transformant en une poudre fine afin de pouvoir récupérer les minéraux métallifères du minerai au moyen de différentes techniques de traitement du minerai, souvent par flottation par mousse. La flottation étant un procédé par voie humide, les résidus de traitement des métaux se présentent généralement sous forme de boues et sont entreposés dans des bassins de résidus. Si le ou les métaux sont extraits dans une mine à ciel ouvert, il faut également gérer de grandes quantités de stériles, généralement en les déchargeant sur des terrils ou des haldes. La plupart des métaux sont extraits sous forme de minéraux sulfurés ou oxydés. Bien que cela ne soit pas systématique, les minéraux métallifères sulfurés contiennent souvent de la pyrite, un sulfure de fer. Quelle que soit la méthode employée pour le traitement du minerai, certains de ces complexes métalsulfure vont systématiquement faire partie des résidus. La pénétration d'air ou d'humidité dans les résidus ou les stériles risque d'engendrer la formation d'acides susceptibles d'avoir une incidence importante sur l'environnement. Ce phénomène, appelé "drainage acide" ou DA, est expliqué en détail dans la section 2.7. Le risque de DA des minerais de métaux précieux est souvent plus faible que celui des minerais de sulfures massifs (généralement des minerais de métaux communs). En règle générale, la teneur en soufre des minéralisations de la bauxite, du chrome, du fer, du manganèse et du tungstène est de faible importance. 1.1.1 Aluminium Pour produire de l'aluminium primaire, la première étape consiste à raffiner la matière première, appelée bauxite, pour obtenir de l'alumine. La seconde étape consiste à transformer l'alumine en aluminium, dans une fonderie. Le présent travail couvre la gestion des résidus issus du raffinage de l'alumine. La partie fusion est traitée dans le BREF relatif aux métaux non ferreux. [35, BEPRIP, 2001]. La bauxite est un matériau naturel hétérogène, principalement composé d'un ou plusieurs minéraux à base d'hydroxyde d'aluminium auxquels s'ajoutent différents mélanges de silice, d'oxyde de fer, d'oxyde de titane, d'aluminosilicate ainsi que d'autres impuretés en faible quantité ou à l'état de trace. La bauxite est le plus souvent importée d'Australie, du Brésil et des régions équatoriales d'Afrique de l'ouest, principalement la Guinée et le Ghana. Les produits des raffineries d'alumine sont l'alumine calcinée et, dans certains cas, l'hydrate d'aluminium. L'alumine est généralement expédiée dans des fonderies [33, Eurallumina, 2002]. La demande mondiale en aluminium, qui détermine directement la demande en alumine, est actuellement stable après avoir connu une longue période d'augmentation continue. La production annuelle d'aluminium métal est actuellement de 21 millions de tonnes, et la production correspondante d'alumine de qualité métallurgique se situe autour de 44 millions de tonnes [33, Eurallumina, 2002]. La bauxite est extraite dans six pays européens, ces derniers ayant produit au total 2,2 millions de tonnes en 2001 [70, EAA, 2002]. Toutefois, il existe une dizaine d'usines d'alumine qui raffinent de la bauxite extraite et/ou importée. Ces dix raffineries européennes sont recensées dans le tableau 1.2. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 3 Chapitre 1 Pays France Allemagne Grèce Irlande Italie Espagne Royaume-Uni Hongrie Roumanie Usine Pechiney, Gardanne Aluminium Oxid, Stade Aluminium de Grèce, Distomon Aughinish Alumina, Aughinish Eurallumina, Sardaigne Alcoa Inespal, San Ciprian British Alcan, Burntisland Ajka Tulcea Oradea TOTAL : Production (kt) 600 820 710 1550 990 1300 100 300 330 200 6800 Tableau 1.2 : Raffineries d'alumine européennes - production d'alumine pour l'année 1999 [34, EAA, 2002] Le principal producteur de bauxite dans le monde est l'Australie, avec une production d'environ 50 millions de tonnes en 1999. Les autres pays producteurs sont la Guinée, le Brésil, la Jamaïque, la Chine et l'Inde. La production européenne d'alumine, soit 6,8 millions de tonnes, représente 13 % de la production mondiale. Généralement, la bauxite est raffinée à proximité des mines afin de limiter les frais de transport, seule la bauxite de qualité supérieure étant expédiée sur de longues distances dans des raffineries. La majeure partie de l'alumine est vendue dans le cadre de contrats à long terme, les prix fixés allant de 11 à 13 % du prix du métal fixé pour l'aluminium par la bourse des métaux de Londres (London Metal Exchange ou LME). Après une période à 1500 dollars US la tonne, le tarif de l'aluminium a maintenant baissé en raison d'une récession aux Etats-Unis et au Japon. Aujourd'hui, le cours est de 1360 dollars US la tonne (cours moyens 2002), et il a peu de chance d'évoluer dans les deux ans à venir. Par conséquent, le prix correspondant de l'alumine se situe aux alentours de 164 dollars US la tonne [33, Eurallumina, 2002]. Le coût d'exploitation de l'alumine pour les producteurs de l'UE varie entre 160 et 200 dollars US la tonne, ce qui est plus élevé que dans la plupart des pays non européens [33, Eurallumina, 2002]. Les résidus du raffinage sont constitués d'une boue rougeâtre appelée "boues rouges" et d'une fraction plus grossière appelée "sable". Ils ont un pH élevé et contiennent plusieurs complexes métalliques. Parmi les raffineries de l'UE-15, certaines appliquent une gestion par épaississement de ces résidus caustiques, d'autres les déversent dans la méditerranée, d'autres utilisent encore des bassins de résidus traditionnels et un site entrepose ces boues rouges dans un bassin après avoir neutralisé les boues avec de l'eau de mer et un procédé de désulfuration des gaz de combustion [33, Eurallumina, 2002]. 1.1.2 Métaux communs (cadmium, cuivre, étain, nickel, plomb, zinc) A l'heure actuelle, les cours des métaux communs sont bas. Les gisements de minerai sont souvent relativement complexes du point de vue du traitement. Ces deux facteurs, associés aux coûts de maind'oeuvre élevés en Europe, ont conduit à la fermeture temporaire voire définitive de certaines mines. Les métaux communs se trouvent souvent associés, sous forme de minerais complexes, au sein d'un même gisement. Ils sont souvent séparés par flottation sélective lors de la phase de traitement du minerai. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Il existe un déséquilibre majeur entre la production minière européenne et la consommation européenne de ces métaux. Un exemple représentatif est celui du plomb, dont la consommation européenne en 1999 avoisinait les 2 millions de tonnes, soit environ six fois la quantité de plomb produite par les mines européennes (35 000 t) la même année. Ce chapitre aborde de manière succincte le raffinage ultérieur, souvent par fusion, mais pour de plus amples explications, le lecteur pourra se reporter au BREF concernant les industries des métaux non ferreux [35, BEPRIP, 2001]. Cadmium (Cd) Le cadmium se trouve souvent dans le concentré de zinc issu du traitement du minerai, et ce cadmium est donc séparé au niveau de la fonderie. Les minerais de plomb et de cuivre sont également susceptibles de contenir de faibles quantités de cadmium [35, BEPRIP, 2001]. Le cadmium est toujours un sous-produit qu'on récupère dans une fonderie. Il n'existe pas de mine de cadmium qui produise un concentré de cadmium. En 1999, la production mondiale était d'environ 16 500 tonnes de cadmium en concentrés, dont 14,5 % (2 400 tonnes) provenaient de mines européennes. La figure ci-après montre les principaux producteurs européens. Figure 1.1 : Production européenne de cadmium primaire en 1999 Cuivre Le cuivre existe le plus souvent à l'état naturel, associé au soufre. Il est récupéré au cours d'un procédé en plusieurs étapes qui consiste tout d'abord à extraire et concentrer des minerais pauvres contenant des minéraux à base de sulfure de cuivre, puis à les faire fondre et à les raffiner par voie électrolytique pour produire une cathode de cuivre pur. A l'échelle mondiale, des volumes de cuivre de plus en plus importants sont produits par lixiviation acide des minerais oxydés [36, USGS, 2002]. Les minerais sulfurés sont généralement récupérés par flottation. Les oxydes, les carbonates et les silicates sont lixiviés. En 1999, la production mondiale de cuivre était de 12,4 millions de tonnes. La production minière européenne était de 890 000 tonnes, ce qui représente 7,2 % de la production mondiale. La figure ciaprès montre les principaux producteurs européens. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 5 Chapitre 1 Figure 1.2 : Production minière européenne de cuivre en 1999 Les cours du cuivre ont commencé à récupérer de leurs récentes baisses, mais ils restent à des niveaux bas. Cette situation est problématique pour les producteurs de cuivre, notamment pour les exploitations de mines souterraines, leur coût d'extraction étant plus élevé que celui des exploitations à ciel ouvert. Heureusement, ces dix dernières années, ces exploitations ont réussi à réduire considérablement leurs coûts, au point qu'elles sont désormais en mesure de réaliser des bénéfices, même aux cours actuels. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] Etain Pratiquement chaque continent possède un pays qui exploite l'étain de manière importante. L'étain est un élément relativement rare, dont l'abondance dans la croûte terrestre est d'environ 2 ppm, alors qu'elle est de 94 ppm pour le zinc, 63 ppm pour le cuivre et 12 ppm pour le plomb. La majeure partie de l'étain mondial est produite à partir de gisements alluviaux ; au moins la moitié provient d'Asie du sud-est. [36, USGS, 2002] En 1999, la production mondiale d'étain se montait à environ 230 000 tonnes, l'Europe y contribuant à hauteur de 1 %. Les seuls producteurs européens sont le Portugal (2 163 tonnes) et le Royaume-Uni (100 tonnes). juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Figure 1.3 : Production minière mondiale d'étain en 1999 Comme on peut le voir sur la figure ci-dessus, la Chine est de loin le plus gros producteur d'étain, et elle possède également les plus grosses réserves. Les cours de l'étain ont continué de baisser en 2001. Les observateurs de l'industrie ont attribué ces cours en baisse à une offre excédentaire de l'étain sur le marché [36, USGS, 2002]. La consommation mondiale d'étain aurait également légèrement baissé cette année-là. Nickel Le nickel s'emploie dans toutes sortes de produits, mais principalement dans des alliages, le plus important étant l'acier inoxydable ou inox. Il s'utilise également dans l'électrodéposition, les fonderies, les catalyseurs, les piles, la fabrication des monnaies, et diverses autres applications. [35, BEPRIP, 2001] En 1999, l'Europe a produit seulement 1,4 % de la production minière totale (soit environ 1,1 million de tonnes). La figure ci-après montre les principaux producteurs mondiaux. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 7 Chapitre 1 Figure 1.4 : Production minière mondiale de nickel en 2001 Il n'existe que deux producteurs européens : la Grèce, avec 13 500 tonnes, et la Finlande avec 1 000 tonnes en 1999. Toutefois, la Nouvelle Calédonie faisant partie de la France, elle peut également être considérée comme faisant partie de la production européenne, ce qui signifie que la production européenne se monte à plus de 11 % de la production mondiale. En 2001, la production mondiale a nettement augmenté en raison de l'ouverture de nouvelles mines en Australie occidentale. Dans ces mines, le nickel est récupéré sur place au moyen de la technique de lixiviation à l'acide sous pression (Pressure Acid Leaching ou PAL). Il existe au moins quatre autres projets australiens de PAL à différents stades de développement. Des concurrents envisagent également d'utiliser la technique PAL à Cuba, en Indonésie et aux Philippines. Si le projet néocalédonien réussit, la société utilisera cette technique à Terre-neuve pour récupérer du nickel et du cobalt à partir de concentrés sulfurés. Ces concentrés proviennent du gisement de sulfure de nickelcobalt de Voisey's Bay, au nord-est du Labrador. A la fin 2001, l'exploitation du gisement de Voisey's Bay était toujours en suspens, l'exploitant canadien et les autorités administratives de Terre-neuve n'ayant encore su s'entendre sur les aspects essentiels. [36, USGS, 2002] Plomb Les minerais de plomb existent principalement sous forme de sulfures ou encore, comme c'est plus souvent le cas aujourd'hui, sous forme de minerais complexes où le plomb est associé à du zinc et à de faibles quantités d'argent et de cuivre. Les modes d'utilisation du plomb se sont considérablement modifiés au fil des années. L'industrie des piles crée jusqu'à 70 % de la demande, chiffre qui est raisonnablement stable, mais les autres utilisations du plomb sont en baisse. Le concentré de plomb s'obtient généralement par flottation sélective. Le métal est récupéré par fusion à partir du concentré. En 1999, la production minière mondiale de plomb était de 3,3 millions de tonnes, dont environ 10 % (environ 350 000 tonnes) provenaient de mines européennes. La figure ci-dessous montre les principaux producteurs européens. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Figure 1.5 : Production minière européenne de plomb en 1999 Le plomb est exploité dans de nombreux pays du monde, mais les trois quarts de la production mondiale proviennent de six pays seulement : la Chine, l'Australie, les Etats-Unis, le Pérou, le Canada et le Mexique. En raison des changements économiques, l'extraction du plomb en Russie a très fortement baissé. La production mondiale est à un niveau similaire depuis les années 1970, avec des extensions de mines ou l'ouverture de nouvelles mines pour remplacer les anciennes. (Note : toutes ces mines contiennent au moins deux métaux, à savoir le plomb et le zinc, et parfois aussi de l'argent, de l'or et du cuivre.) Zinc La sphalérite (sulfure de zinc, ZnS) est l'un des principaux minéraux de minerai au monde. En tonnage produit, le zinc est le quatrième métal le plus courant de la production mondiale, devancé seulement par le fer, l'aluminium et le cuivre. Le zinc est généralement récupéré du concentré extrait par lixiviation et électrorécupération. En 1999, l'Europe représentait 11,8 % de la production minière mondiale totale qui se montait à environ 7,5 millions de tonnes. La figure ci-après montre les principaux producteurs de zinc européens. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 9 Chapitre 1 Figure 1.6 : Production minière européenne de zinc en 1999 Les résidus issus des activités d'extraction des métaux communs se caractérisent de la manière suivante : • ce sont généralement des boues d'une teneur de 20 à 40 % de solides en poids • ils contiennent des métaux • ils contiennent des sulfures • ils sont produits en grosses quantités. Les résidus boueux sont gérés dans des bassins. Dans certaines mines souterraines, les résidus grossiers sont utilisés comme remblais. Le sulfure que contiennent les résidus et les stériles peut s'oxyder au contact de l'eau et de l'air, provoquant la formation d'un lixiviat acide. Ce phénomène est appelé "drainage acide" (DA). Dans le DA, ce n'est pas seulement la stabilité physique des bassins de résidus et des digues de retenue qui est en jeu, mais également la stabilité chimique des résidus acidifiants, tant durant l'exploitation qu'après la fermeture de la mine. Il est à noter que les stériles sont entreposés en terrils. Les stériles issus de ces activités peuvent également avoir de lourdes conséquences pour l'environnement s'ils présentent un potentiel acidifiant net. 1.1.3 Chrome En Europe, deux pays produisent des quantités importantes de ferrochrome, la Finlande (environ 250 000 tonnes produites en 1999 par une seule mine) et la Turquie (environ 430 000 tonnes en 1999). La Turquie est le quatrième producteur mondial de chrome. La Grèce en produit des quantités plus faibles : un millier de tonnes en 1999. La production minière européenne représente environ 12 % de la production mondiale (5,8 millions de tonnes en 1999). Les trois plus gros producteurs mondiaux sont l'Afrique du Sud, l'Inde et le Kazakhstan. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 L'utilisation du chrome (Cr) pour produire de l'acier et pour produire des alliages non ferreux constitue deux de ses applications les plus importantes. En outre, les chromites, pauvres en fer et en silice, sont employées dans la fabrication de produits réfractaires. La chromite (FeCr2O4) est le plus important des minéraux de chrome, c'est d'ailleurs d'elle que le chrome tire son nom. Le concentré provenant de la mine finlandaise est expédié directement dans une fonderie d'acier inox appartenant à la même société. Les résidus boueux sont entreposés en bassins. Aujourd'hui, dans la mine finlandaise, les stériles sont déposés sur des terrils. A l'avenir, l'exploitation va passer d'une mine à ciel ouvert à une mine souterraine, ce qui supprimera quasiment toute production de stériles. Tous les stériles seront alors utilisés comme remblais. 1.1.4 Fer Le minerai de fer est une substance minérale qui, chauffée en présence d'un réducteur, donne du fer métallifère (Fe). [55, Iron group, 2002]. Le minerai de fer est la source du fer primaire utilisé par les industries sidérurgiques mondiales. Il est donc indispensable à la production de l'acier. La quasi-totalité du minerai de fer (98 %) est destinée à la sidérurgie [36, USGS, 2002]. Au début du 20ème siècle, les Etats-Unis étaient le plus gros producteur mondial de minerai de fer, comptant pour environ 60 % d'une production mondiale annuelle totale d'environ 45 millions de tonnes. A la fin du siècle, la production mondiale de minerai de fer avait dépassé le milliard de tonnes par an. En 2000, la Chine était le plus gros producteur en poids brut du minerai produit, mais son minerai était d'une teneur si faible que la production de ce pays se plaçait nettement en dessous de celle de l'Australie et du Brésil, qui étaient respectivement de 171 et 200 millions de tonnes. Le minerai de fer est exploité dans une cinquantaine de pays. Parmi les pays producteurs, les sept plus gros représentent à peu près les trois quarts de la production mondiale totale, laquelle s'élevait à environ 560 millions de tonnes en 1999. L'Australie et le Brésil dominent à eux deux les exportations mondiales de minerai de fer, chacun fournissant environ un tiers des exportations totales. L'industrie européenne d'extraction du minerai de fer ne fait guère le poids à l'échelle mondiale, avec seulement 3 % de la production mondiale totale. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 11 Chapitre 1 Figure 1.7 : Production minière européenne de fer en 1999 La plus grosse entreprise mondiale de production de minerai de fer est le groupe brésilien CVRD. En 2001, le volume de ventes de ce groupe a atteint le chiffre record de 143,6 millions de tonnes. La même année, le groupe Rio Tinto, basé à Londres, produisait 115,8 tonnes et expédiait 110,6 tonnes. En regard de ces chiffres, le groupe Australien/Sud-africain BHP Billiton affichait respectivement 82,6 millions de tonnes et 84,6 millions de tonnes en 2001. Aujourd'hui ces trois géants contrôlent environ 70 % du marché du minerai de fer. Aujourd'hui, la production de minerai de fer en Europe occidentale se concentre principalement en Suède, la production dans les régions "minettes" de la France et du Luxembourg ayant cessé dans la première moitié de la décennie 1990, comme l'avait fait l'exploitation du minerai de fer en Espagne. Il subsiste de petites exploitations à visée domestique en Turquie, en Autriche et en Norvège, cette dernière produisant également une certaine quantité pour l'exportation. En Europe de l'est, la Slovaquie, la Bulgarie et la Roumanie figurent dans les statistiques des producteurs de minerai de fer. Parmi les produits marchands à base de minerai de fer, qui se montaient à 490 millions de tonnes en 2000, les boulettes comptaient pour environ 90 millions de tonnes. Le reste était constitué de minerais grossiers (environ 70 millions de tonnes) et de fines. Les fines de minerai de fer servent à alimenter les hauts-fourneaux, après frittage ou réduction en boulettes. Les boulettes sont séparées en deux types, selon leur utilisation : celles qui sont destinées aux hauts-fourneaux, et celles qui servent de matière première à une industrie en plein essor, la réduction directe et les briquettes pressées à chaud (DRI/HBI). [49, Iron group, 2002] La fin du 20ème siècle a connu une vague de regroupements d'entreprises dans l'industrie du minerai de fer, les producteurs aspirant à réduire leurs coûts de production et à devenir plus compétitifs. Cette période de consolidations semble avoir pris fin, bien qu'il existe toujours un potentiel pour d'autres fusions et acquisitions. [49, Iron group, 2002] En ce qui concerne l'extraction du minerai de fer en Europe, ce métal n'est extrait que sous forme d'oxydes et de carbonates, et les minerais ne contiennent que peu ou pas de minéraux sulfurés. Les résidus et les stériles provenant de ces exploitations ne présentent aucun potentiel de DA net. En juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 général, ils produisent une fraction de résidus grossiers qui est mise en terrils. Les fines sont déversées dans des bassins de résidus. 1.1.5 Manganèse La production d'acier représente la plus grosse part de la demande en manganèse (Mn) [36, USGS, 2002]. Dans certains cas, le manganèse est le produit premier d'une mine (par exemple, la mine de Hotazel en Afrique du Sud ou de Nikopol en Ukraine) mais en règle générale, il est associé à d'autres minéraux (par exemple des carbonates de fer). L'un des effets positifs de cette association avec le fer est qu'il faut ajouter moins de manganèse pour produire de l'acier [38, Weber, 2002]. La production minière européenne de 43 500 tonnes en 1999 représente 0,5 % de la production mondiale la même année. Les figures ci-après montrent les producteurs européens et les plus gros producteurs internationaux. Figure 1.8 : Production minière européenne de manganèse en 1999 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 13 Chapitre 1 Figure 1.9 : Production minière mondiale de manganèse en 1999 Le prix franco bord (f.o.b.) du minerai de manganèse provenant de l'exploitation hongroise est de 42 dollars US par tonne. 1.1.6 Mercure Le cinabre (HgS) est le principal minerai de mercure [37, Mineralgallery, 2002]. Le mercure est le seul métal commun qui soit liquide à température ambiante. On le trouve soit à l'état de métal natif, soit dans le cinabre, la cordéroïte, la livingstonite et d'autres minéraux [36, USGS, 2002]. La seule mine de mercure européenne toujours en activité est la mine d'Almadén, en Espagne. Elle a été subventionnée par l'état espagnol moyennant l'engagement de réduire ses activités d'exploitation. En 1995, 5 222 millions étaient versés à la holding propriétaire de la mine d'Almadén. En 1999, environ 100 personnes étaient directement employées dans la filière exploitation de la société. Toutefois, cette mine est désormais fermée et il y a peu de chance qu'elle soit remise en service. D'autres mines, bien qu'elles exploitent d'autres sulfures métalliques, produisent occasionnellement du mercure en sous-produit. C'est le cas, notamment, de la mine de Pyhäsalmi Oy, qui produit des concentrés de cuivre, de zinc et de pyrite contenant du cadmium, du mercure, de l'or et de l'argent. L'exploitation du mercure se pratique dans une dizaine de pays dans le monde, les plus grosses quantités provenant d'Espagne et du Kirghizstan. Ces dix dernières années, la production mondiale annuelle de mercure était estimée en moyenne à 2 500 tonnes, mais les valeurs de la production mondiale sont l'objet de fortes incertitudes. L'exploitation mondiale annuelle du mercure est en baisse, estimée à 1 640 tonnes en 2000. En 1999, la production européenne représentait 17,4 % de la production mondiale. L'utilisation du mercure en Europe occidentale et en Amérique du Nord a diminué en raison des nombreuses limites imposées sur l'usage des produits à base de mercure. L'industrie chloro-alcaline va également cesser progressivement d'être l'un des principaux utilisateurs. Dans le même temps, l'offre de mercure secondaire et récupéré a augmenté en raison de la réglementation en matière d'environnement. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Cette situation fait que la majorité des pays développés sont devenus exportateurs nets de mercure, ce qui a entraîné une baisse régulière des cours. Depuis 1990, le cours du marché est extrêmement bas : pour la période 1997-1999, il tournait autour de 4 euros le kilo de mercure. L'offre de mercure sur le marché étant excédentaire, le prix reste bas, ce qui peut encourager d'autres utilisations et conduire à une augmentation de la demande à l'échelle mondiale, notamment en dehors de l'OCDE. Le mercure s'exporte dans les pays en voie de développement pour être réutilisé dans la récupération de l'or pour la production de cosmétiques, de peintures et de pesticides, outre les applications que ces pays partagent avec les pays de l'OCDE, telles que la métrologie et les appareils électriques. A cet égard, il convient d'évaluer dans leur pleine mesure les conséquences des exportations continues du mercure par les compagnies européennes vers les pays en voie de développement, où son utilisation peut entraîner des pollutions et des effets nocifs sur la santé. Par ailleurs, une part importante de ce mercure pourrait revenir en Europe sous forme d'une pollution atmosphérique transfrontalière à longue distance. [112, Commission, 2002] Etant donné que les résidus contiennent des sulfures, la formation de DA est une question qui va se poser dans les mines de mercure. Les mines anciennes, les terrils de stériles et les installations de gestion des résidus vont également poser problème. Le DA et la percolation de métaux lourds risquent de se produire pendant de nombreuses années si les exploitations ne sont pas déclassées correctement. En revanche, le mercure à l'état de soufre n'étant pas soluble dans l'eau, il devrait en principe rester stable dans les résidus et les stériles. Aucune information n'a été communiquée sur la gestion des résidus et des stériles dans les mines de mercure. 1.1.7 Métaux précieux (or, argent) La majeure partie de la production d'or et d'argent sert à la fabrication de bijoux, mais en raison de leurs propriétés, notamment de leur conductivité électrique élevée et de leur forte résistance à la corrosion, ces métaux s'emploient de plus en plus en tant que métaux industriels. Selon les estimations, sur les quelque 140 000 tonnes de tout l'or jamais extrait, environ 15 % auraient été perdus, utilisés dans des applications industrielles dissipatives, ou bien n'auraient pu être récupérés ou auraient disparu. Sur les 120 000 tonnes restantes, on estime que 33 000 tonnes constituent des réserves officielles détenues par les banques centrales et environ 87 000 tonnes sont détenues par des particuliers sous forme de pièces, de lingots et de bijoux [36, USGS, 2002]. Dans certains cas, l'or et l'argent sont transformés directement dans une usine de traitement du minerai située sur place, en un métal brut aurifère qui contient généralement 75 % d'or et 25 % d'argent. Dans d'autres, l'or et l'argent se trouvent dans d'autres concentrés métalliques et sont récupérés par fusion [36, USGS, 2002]. Par exemple, une quantité importante d'argent provient du désargentage du plomb. L'or existe à l'état natif (or libre) ou enfermé dans d'autres minéraux (la pyrite, le quartz etc.). Il peut contenir des quantités variables d'argent en solution solide. Les tellurures d'argent et d'or peuvent également représenter un apport mineur dans les gisements d'or commerciaux. Sur les quelque 2,5 millions de kg d'or exploité dans le monde en 1999, l'Europe n'en a produit que 0,8 %. Pour l'argent, la production européenne représentait environ 10 % de la production mondiale. Les deux figures ci-après montrent les principaux producteurs européens d'or et d'argent. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 15 Chapitre 1 Figure 1.10 : Production minière européenne d'or en 1999 Figure 1.11 : Production minière européenne d'argent en 1999 Il existe à l'heure actuelle six mines d'or dans l'UE-15. En Europe, l'argent n'est pas exploité en tant que produit à part entière. C'est essentiellement un sous-produit de l'extraction du plomb. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Une nouvelle mine d'or est en activité en Turquie depuis 2001. Il existe plusieurs exemples de projets pour lesquels le processus de délivrance d'autorisations est enclenché, par exemple la mine de Svarliden au nord de la Suède, la mine de Malikais en Grèce et le projet de mine d'or à ciel ouvert de Rosia Montana, en Roumanie. La figure ci-après montre la production minière mondiale d'or en 2001. Figure 1.12 : Production minière mondiale d'or en 2001 L'utilisation du cyanure (CN) pour la lixiviation de l'or est l'objet d'une polémique depuis quelques années. L'accident de Baia Mare a attiré l'attention sur cette technique. En 2000, on dénombrait dans le monde quelque 875 exploitations minières d'or ou d'or et d'argent. Ce nombre n'inclut pas la part que représentent les mines de métaux communs, où une certaine quantité d'or est récupérée sous forme de produit auxiliaire dans la mine ou la fonderie. Sur ces 875 mines, 460 (c'est à dire 52 %) avaient recours au cyanure, 15 % d'entre elles pratiquaient la lixiviation en tas et 37 % recouraient à la cyanuration pour la lixiviation en cuve. Les 48 % restants employaient différents procédés qui ne font pas appel à d'autres agents réactifs chimiques ou lixiviants mais qui ont principalement recours à la séparation par gravité et à la flottation pour former un concentré. Les concentrés étaient ensuite envoyés dans une fonderie pour traitement final [26, Mudder, 2000]. La figure ci-après montre la répartition mondiale des mines d'or ou des mines d'or et d'argent qui avaient eu recours à la cyanuration en 2000. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 17 Chapitre 1 Figure 1.13 : Répartition mondiale des mines d'or ou des mines d'or et d'argent ayant eu recours à la cyanuration en 2000 [26, Mudder, 2000] Pendant les neuf premiers mois de l'année 2001, le prix quotidien de l'or de la société Engelhard s'est échelonné entre une limite basse d'environ 257 dollars US l'once troy en avril et une limite haute de presque 294 dollars US en septembre. Pendant la plus grande partie de l'année, cette fourchette de prix était inférieure à 270 dollars US. Le rôle de valeur refuge que joue traditionnellement l'or avait permis d'élever le cours de l'or au-dessus de sa faible valeur d'échange lorsqu’en septembre 2001, les EtatsUnis furent la cible d'attentats terroristes. En 2001, la Banque Nationale Suisse continua de vendre 1 300 tonnes d'or (la moitié de ses réserves), et le gouvernement du Royaume-Uni alla mena à son terme son initiative de vendre 415 tonnes d'or issues des réserves d'or britanniques. Les inquiétudes quant à la position réelle des ventes d'or des banques centrales, les perspectives d'une poursuite des consolidations dans le secteur de l'extraction aurifère, et l'absence d'un intérêt renouvelé pour l'or de la part des investisseurs, firent que les cours de l'or restèrent bas jusqu'à la mi-septembre 2001. Au cours de l'année 2002, l'or s'échangeait régulièrement à 300 dollars US l'once. L'or est une ressource naturelle extrêmement précieuse. Par conséquent, son extraction se justifie toujours, même si la teneur du minerai est de l'ordre de quelques grammes par tonne. De ce fait, l'extraction de l'or engendre d'importants volumes de résidus par rapport aux quantités d'or produites. Par exemple, avec une teneur en or de 5 g/t, il faut extraire 200 000 tonnes de minerai pour produire 1 tonne d'or (en supposant qu'on récupère la totalité de l'or). Les particules d'or grossières peuvent être récupérées par séparation par gravité. En revanche, les particules d'or fines ne peuvent être récupérées, le plus souvent, que par lixiviation du minerai au moyen d'une solution de cyanure. Du fait de la forte toxicité du cyanure, il convient donc de porter une attention particulière à la gestion des résidus lorsqu'on emploie ce procédé. Des travaux de recherche sont actuellement menés, dans le but de remplacer la cyanuration par des techniques moins dangereuses. Par ailleurs, de nouvelles techniques sont à l'étude, qui permettraient de détruire le cyanure présent dans les résidus ou de recycler le cyanure issu des résidus dans le procédé. Les résidus de l'extraction aurifère se présentent généralement sous la forme de boues fines qui sont déposées dans des bassins. Toutes les exploitations situées dans l'UE-15, ainsi que la mine turque d'Ovacik détruisent le cyanure que contiennent les résidus avant de déverser ces derniers dans le bassin. La stabilité des installations de gestion des résidus est de la plus haute importance, tant au plan chimique que physique, car les résidus peuvent également présenter un risque de DA. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 1.1.8 Tungstène Les principaux minéraux riches en tungstène sont la wolframite (Fe, Mn)WO4 et la scheelite (CaWO4). En 1999, un total de 3 000 tonnes d'oxyde de tungstène ont été produites en Europe. De ce WO3, 1 800 tonnes provenaient d'Autriche et 549 tonnes du Portugal. En 1999, la production européenne représentait 11,5 % de la production mondiale. La consommation moyenne de tungstène à l'échelle mondiale est de 40 000 t (W) par an. Les principaux producteurs sont la Chine (> 80 %), le Canada, la Russie, l'Autriche, le Portugal et la Bolivie [52, Tungsten group, 2002]. En raison du bas niveau des cours, de nombreuses mines ont dû fermer dans le monde au cours des deux dernières décennies [52, Tungsten group, 2002]. Les résidus grossiers sont entreposés en terrils et les résidus fins, dans des bassins. Selon le gisement, des sulfures peuvent être présents en plus ou moins grande quantité et la question du DA peut donc éventuellement se poser. 1.2 Vue d'ensemble de l'industrie : les minéraux industriels Pour permettre des explications détaillées, ce secteur est divisé en sous-secteurs, à savoir : • • • • • • • • • • barytine borate calcaire feldspath fluorine kaolin phosphate potasse strontium talc. Le tableau suivant que pour la plupart de ces minéraux, la production européenne hors minéraux métallifères représente une part importante de la production mondiale. Matière première Barytine Borate Feldspath Fluorine Kaolin Phosphate Talc Pourcentage de la production mondiale (%) 11 30 64 5 18 1 26 Tableau 1.3 : Production de certains minéraux industriels en Europe par rapport à la production mondiale en 1999 Il existe de nombreuses manières de récupérer les minéraux industriels. Certains sont vendus tels qu'extraits, c'est-à-dire sans traitement. Dans d'autres cas, il faut appliquer toutes sortes de méthodes ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 19 Chapitre 1 de traitement pour obtenir un produit hautement concentré. La majorité des mines du secteur des "minéraux industriels" ont recours à des procédés exclusivement physiques (par exemple le concassage, le lavage, la séparation magnétique, le triage optique, le triage manuel, le classement, la flottation) et seul un petit nombre d'entre elles procèdent à un traitement chimique du minerai (par exemple la lixiviation). De ce fait, les quantités et les caractéristiques des résidus et des stériles sont extrêmement variables. En règle générale, ces exploitations sont plus petites que la majorité des mines de métal, et la teneur du minerai est généralement plus élevée. Par conséquent, dans la plupart des cas le volume des stériles et des résidus est également plus faible. En règle générale, dans le secteur des minéraux industriels, le problème du drainage acide ne se pose pas. 1.2.1 Barytine La barytine est la forme minérale naturelle du sulfate de baryum (BaSO4). C'est un minéral industriel d'une valeur relativement faible. Son utilisation comme charge peut entraîner des prix plus élevés après un traitement plus intensif du minerai. Ce prix peut également être majoré en fonction de la couleur - blancheur et brillance [29, Barytes, 2002]. La consommation de barytine de l'UE-15 est estimée avoisiner les 700 000 tonnes, la production minière de l'UE-15 se situant autour de 140 000 tonnes en 2000 et le reste étant importé, principalement de la Chine mais également du Maroc et de l'Inde [29, Barytes, 2002]. La figure ci-après montre les principaux pays producteurs en Europe. La production annuelle européenne se monte à environ 715 000 tonnes au total. Figure 1.14 : Production minière de barytine en Europe en 2000 Sur les 6,4 millions de tonnes produites au total, les Etats-Unis ont consommé quelque 2,7 millions de tonnes et l'UE-15 un volume estimatif de 0,7 million de tonnes. La figure ciaprès montre les principaux producteurs dans le monde. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Figure 1.15 : Production mondiale de barytine (statistiques de production) en 2000 En outre, la barytine importée est traitée aux Pays-Bas. Les cours (d'après la revue Industrial Minerals) des blocs concassés destinés aux puits de pétrole se situent aux alentours de 55 à 60 euros/tonne et peuvent aller jusqu'à 100 euros/tonne pour du matériau broyé. Le volume de production minière en Europe est resté stable depuis plusieurs années, et ce secteur fournit des emplois directs à plus de 400 personnes et contribue directement pour plus de 50 millions d'euros au produit intérieur brut [29, Barytes, 2002]. La teneur moyenne des minerais extraits dans l'UE-15 se situe autour de 50 % de BaSO4. Cela signifie que produire 715 000 tonnes de barytine, il faut extraire environ 1 400 000 tonnes de minerai. Une partie de ce minerai est commercialisée sous forme de divers produits minéraux [29, Barytes, 2002]. Seule une faible part (2 %) des résidus produits dans l'UE-15 est déversée sous forme de boues dans des bassins. Généralement, les résidus grossiers sont vendus comme agrégats. Les résidus fins sont généralement déshydratés et sont également vendus ou utilisés au sein de la mine comme remblai. 1.2.2 Borate Les borates sont un groupe de plus de 200 minéraux naturels qui contiennent du bore. Ils existent à l'état de traces dans la roche, la terre et l'eau. Le bore élémentaire n'existe pas dans la nature mais des traces de ses sels sont présentes presque partout dans les rochers, la terre et l'eau. En revanche, les minéraux de borate sont relativement rares et les gisements importants n'existent qu'en de rares endroits de la croûte terrestre (en Turquie, aux Etats-Unis, en Chine, en Russie et en Amérique du Sud). [92, EBA, 2002]. Le marché mondial de l'approvisionnement en borates, soit quelque 4,2 millions de tonnes, est principalement dominé par la Turquie (seul producteur européen), les Etats-Unis et l'Amérique du Sud (Argentine, Bolivie, Chili et Pérou). La Chine et la Russie produisent des volumes importants de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 21 Chapitre 1 borates, mais elles en exportent peu vers le marché mondial. Les deux plus gros producteurs de borates au monde sont les sociétés Eti Bor, cette dernière les produisant en Turquie occidentale, et US Borax en Californie qui représentent à elles seules quelque 75 à 80 % du marché d'approvisionnement. Le producteur de borate turc a une production annuelle d'environ 1,2 million de tonnes provenant de neuf exploitations (sept mines à ciel ouvert et deux mines souterraines). Ce chiffre représente environ 30 % de la production mondiale [36, USGS, 2002]. L'industrie turque des borates emploie directement plus de 2 150 personnes et contribue directement pour plus de 225 millions d'euros au produit intérieur brut du pays. Le cours des borates (d'après la revue Industrial Minerals) varie entre 270 et 900 euros la tonne. En Turquie, les résidus des mines sont les résidus des installations de traitement du minerai et des usines de production des dérivés du bore. Les résidus sont déposés sur des terrils (pour les argiles brutes et les minerais calcaires) ou dans des bassins de résidus cuvelés (pour les particules d'argile fine) situés à proximité des mines. 1.2.3 Calcaire Le calcaire s'utilise de trois façons différentes : en tant qu'agrégat, sous forme de carbonate de calcium et dans l'industrie du ciment et de la chaux. Le secteur des agrégats n'est pas abordé ici, puisqu'il n'engendre pas de résidus. L'industrie du carbonate de calcium opère principalement avec des gisements d'une teneur supérieure à 96 %. Par conséquent, elle ne requiert généralement pas d'étapes supplémentaires de traitement du minerai. En Europe, seules sept exploitations doivent utiliser la flottation pour séparer le carbonate de calcium des minéraux indésirables (principalement le graphite et le mica). Ces sept exploitations représentent moins de 5 % de la production européenne totale de carbonate de calcium. Cinq d'entre elles n'ont pas de bassins de résidus, puisqu'elles utilisent des dispositifs de déshydratation (par exemple des épaississeurs et des filtres presse). [42, IMA, 2002] Le calcaire utilisé dans le secteur du ciment et de la chaux contient des impuretés argileuses qui s'éliminent par rinçage. Ces résidus sont stockés dans des bassins. 1.2.4 Feldspath Les feldspaths sont des minéraux courants qui constituent la roche et qui peuvent devenir de précieuses matières premières lorsqu'ils se trouvent dans des quantités importantes, faciles à extraire et aptes au traitement. Par leur composition, les feldspaths sont des aluminosilicates contenant du potassium, du sodium et/ou du calcium. Plus de 60 % des feldspaths produits dans l'UE-15 sont utilisés dans l'industrie de la céramique, la majeure partie restante servant à la fabrication du verre. Dans la fabrication des céramiques, le feldspath est le deuxième ingrédient le plus important après l'argile, il sert fonctionnellement de flux. [39, IMA, 2002]. Le secteur du feldspath est composé de petites et moyennes entreprises, réparties dans tous les États membres de l'UE-15. En 1999, un total de 6 millions de tonnes de feldspath ont été produites en Europe, ce qui représente quasiment les deux tiers (64 %) de la production mondiale totale. Le feldspath récupéré par flottation représente environ 10 % de la production européenne. La figure ci-après montre les principaux producteurs européens. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Figure 1.16 : Production minière européenne de feldspath en 1999 Les petits producteurs (moins de 100 000 tonnes/an) sont notamment la Finlande, la Grèce, la Suède, le Royaume-Uni, la Pologne et la Roumanie. L'industrie du feldspath dans l'UE-15 emploie directement plus de 3 000 personnes et contribue directement pour plus de 900 millions d'euros au produit intérieur brut. Les cours (d'après la revue Industrial Minerals) varient entre 13 et 205 euros la tonne. Le marché du feldspath sodique à bas prix est essentiellement local ou national, en raison d'un coût de transport proportionnellement élevé. Seuls quelques feldspaths de plus grande valeur (les qualités à haute teneur, c'est-à-dire le feldspath récupéré par flottation et le feldspath potassique) sont désormais transportés sur de longues distances. La production de feldspath engendre des terrils de résidus composés de sable grossier, de gravier et de roche, ainsi que des bassins pour les résidus fins. 1.2.5 Fluorine La fluorine est le nom industriel de la fluorite minérale (CaF2). Elle est extraite dans des mines (souterraines ou à ciel ouvert), avec des concentrations naturelles allant de 20 à 90 % de CaF2. Le minerai et les produits concentrés commercialisables portent le même nom, la fluorine. La fluorine est connue depuis longtemps pour la beauté et la diversité de ses couleurs. Aujourd'hui, on l'utilise pour ses propriétés chimiques (c'est un fluorure, donc une source de l'élément fluor) et pour ses propriétés physiques (notamment comme agent fluxant). [43, Sogerem, 2002]. La production mondiale se situe entre quatre et cinq millions de tonnes par an. Les principaux producteurs sont la Chine (2,5 millions de tonnes), le Mexique (0,5 million de tonnes), l'UE-15 (0,4 million de tonnes) et l'Afrique du Sud (0,3 million de tonnes). Une vingtaine de pays ont déclaré ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 23 Chapitre 1 une production substantielle en 2000 [43, Sogerem, 2002]. Les producteurs européens sont représentés sur la figure ci-après. Figure 1.17 : Production minière européenne de fluorine (1999) Dans la mine sarde de fluorine et de sulfure de plomb, la valeur moyenne des produits est de 120 euros par tonne pour la fluorine et de 190 dollars US par tonne pour le sulfure de plomb [44, Italy, 2002]. 1.2.6 Kaolin Le mot "kaolin" est dérivé du mot chinois "Kao-ling" (haute crête), le nom d'une colline située dans le centre de la Chine et d'où cette substance était initialement extraite pour être utilisée dans la céramique. Depuis cette lointaine époque, l'utilisation du kaolin s'est étendue à la fabrication du papier, du caoutchouc, des peintures et des plastiques [40, IMA, 2002]. En 1999, la production européenne de kaolin avoisinait les cinq millions de tonnes, autour de 20 % de la production mondiale la même année. Les plus gros producteurs européens sont recensés sur la figure ci-après. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Figure 1.18 : Production européenne de kaolin en 1999 En Europe, l'industrie du kaolin emploie directement plus de 6 000 personnes et contribue directement pour plus de 1 500 millions d'euros au produit intérieur brut. Les cours (d'après la revue Industrial Minerals) du kaolin varient entre 40 et 375 euros la tonne. La production de kaolin engendre des terrils de résidus composés de sable grossier, de gravier et de roche, ainsi que des bassins pour les résidus fins. 1.2.7 Phosphate La seule mine de phosphate d'Europe est la mine finlandaise de Siilinjärvi. Actuellement, ses niveaux de production annuelle sont de 800 000 tonnes de concentré d'apatite (Ca5(PO4)3 (F), fluoro phosphate de calcium). Le produit principal, le concentré d'apatite, s'utilise principalement comme matière première pour la production d'acide phosphorique. Par ailleurs, 100 000 tonnes de concentré de calcite, 10 000 tonnes de concentré de mica, 70 000 tonnes de produits micacés et de 200 000 à 300 000 tonnes de divers produits à base de roche concassée sont extraites annuellement. Quelque neuf millions de tonnes de minerai et de deux à trois millions de tonnes de stériles sont extraites annuellement. Les résidus issus du concentrateur sont déversés sur la digue de retenue. Les stériles sont concassés pour être utilisés comme agrégats dans la construction de routes et de digues ou sont entreposés dans des zones de stériles. [143, Siirama, 2003] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 25 Chapitre 1 1.2.8 Strontium Le strontium est généralement extrait sous la forme de deux minéraux, la célestite (sulfate de strontium) et la strontianite (carbonate de strontium). Des deux, la célestite est beaucoup plus fréquente dans les gisements sédimentaires d'une taille suffisante pour que le développement d'exploitations minières soit intéressant. La strontianite est le plus intéressant de ces deux minéraux communs, du fait que le strontium s'utilise essentiellement sous forme de carbonate, mais seuls de rares gisements exploitables ont été découverts. [36, USGS, 2002] La célestine (SrSO4) est extraite dans deux mines situées dans le sud de l'Espagne, qui ont produit à elles deux environ 120 000 tonnes de produit final en 2000. L'autre producteur européen de minerai de strontium est la Turquie, avec environ 25 000 tonnes la même année. La production mondiale en 2000 se montait à environ 300 000 tonnes. Tous les chiffres sont donnés en tonnes métriques de teneur en strontium. L'Espagne est le deuxième producteur mondial après le Mexique. [36, USGS, 2002] 1.2.9 Talc Le talc est un silicate de magnésium hydraté. Bien que des gisements de talc aient été découverts dans différents contextes géologiques à travers le monde, les concentrations de talc économiquement viables ne sont pas si courantes. Le plus gros producteur mondial est la Chine, avec une production annuelle d'environ 1,7 million de tonnes. Viennent ensuite les Etats-Unis (0,9 million de tonnes) et l'Inde (0,6 million de tonnes). La production européenne de talc est de 1,4 million de tonnes par an, dont 70 % proviennent de la France et de la Finlande. La production mondiale de talc est estimée à environ 5 millions de tonnes par an. La figure ci-après montre les pays producteurs parmi les États membres et les pays candidats. Il est difficile d'obtenir des statistiques sensées sur la production du talc, ce dernier étant souvent regroupé avec la stéatite et les matériaux à base de talc. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Figure 1.19 : Production minière européenne de talc (1999) Luzenac est le plus gros producteur sur le marché européen. Les deux autres principaux producteurs sont les sociétés Mondo Minerals et IMI Fabi SpA. La société Luzenac, qui appartient au groupe Rio Tinto, est le premier producteur de talc, avec un volume de vente supérieur à 1,4 million de tonnes par an. En Europe, Luzenac possède 7 gisements de talc et 11 usines de traitement. Mondo Minerals englobe les activités européennes d'exploitation du talc de Mondo Minerals Oy (deux mines et trois usines de traitement en Finlande), de Mondo Minerals B.V. aux Pays-Bas et de Norwegian Talc AS. La société IMI Fabi SpA exerce le gros de ses activités en Italie, avec trois mines et deux usines de broyage. Le marché du talc est en train de se consolider à la fois du côté de l'offre et du côté de la demande, pour faire face à une concurrence accrue des autres minéraux et des économies émergentes, ainsi qu'aux pressions grandissantes liées à la transparence du marché et à la mondialisation. Le marché européen du talc est mature, avec une croissance faible dans la plupart des secteurs, de sorte que depuis de nombreuses années les augmentations de prix sont marginales, s'alignant à peine sur l'inflation. Par ailleurs, les marchés domestiques sont soumis à des pressions de plus en plus fortes liées aux importations à prix concurrentiels de produits de haute qualité pouvant entraîner une augmentation tarifaire, notamment en provenance de Chine. Les propriétés du talc (lamellarité, douceur, hydrophobie, organophilie, inertie et composition minéralogique) remplissent des fonctions spécifiques dans de nombreuses industries. Les cours (d'après la revue Industrial Minerals) du talc varient entre 100 et 300 dollars US la tonne, selon la teneur, avec un prix moyen de 210 dollars US la tonne. Le marché mondial est ainsi estimé à 1,2 milliard de dollars US par an. En règle générale, le degré de pureté du gisement est tel que l'industrie du talc n'engendre pas de résidus. Toutefois, dans les exploitations finlandaises, qui représentent à l'heure actuelle environ 33 % de la production européenne, le talc est extrait par flottation d'une roche de type magnésite. Les résidus sont entreposés dans des bassins. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 27 Chapitre 1 1.3 Vue d'ensemble de l'industrie : la potasse Bien que la potasse soit un minéral industriel, il avait été décidé par le TWG lors de la réunion de lancement, qu'en raison des différentes techniques mises en œuvre dans le traitement du minerai et la gestion des résidus, ce minéral serait abordé séparément, dans sa propre section. Les principaux produits à base de potasse utilisés comme engrais (avec les nutriments que sont le potassium, le soufre et le magnésium) sont le chlorure de potassium (MOP 7), le sulfate de potassium (SOP) et la kiesérite. Ils sont produits avec différentes teneurs en K2O 8 (de 40 à 62 %) et en qualité fine, standard ou grossière. Le sulfate de potassium et les sulfates de potasse et de magnésie sont des engrais potassiques sans chlorure. Environ un cinquième de la production mondiale de potasse provient de mines européennes situées en France, en Allemagne, en Espagne et au Royaume-Uni. En 1999, la production minière européenne dépassait tout juste la barre des 5 millions de tonnes de K2O. La figure ci-après montre les pourcentages de production par pays. Figure 1.20 : Production minière européenne de potasse (K2O) en 1999 7 Le muriate de potasse (MOP) est le terme couramment utilisé pour désigner le sel chlorure de potassium (KCl). Ce nom vient du fait que l'acide chlorhydrique s'appelait à l'origine "acide muriatique". Le nom "muriate de potasse" reste associé à ce produit bien que celui de l'acide ait changé depuis. 8 L'oxyde de potassium n'existe pas en tant que tel, à cause de ses propriétés extrêmement réactives. Toutefois, on emploie ce terme par convention pour indiquer la teneur en potassium d'un matériau. Par exemple, 100 tonnes à 95 % de KCl (MOP) équivalent à 60 tonnes de K2O. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 La production mondiale de potasse est dominée par le Canada, la Russie et l'Allemagne, qui représentent à eux trois environ 76 % de la production mondiale totale. Le chlorure de potassium (KCl), communément appelé "muriate de potasse" (MOP), est la source de potasse la plus répandue et la moins chère. Le chlorure de potassium représente environ 95 % de la production mondiale de potasse. [19, K+S, 2002] L'industrie mondiale de la potasse connaît une certaine instabilité depuis la fin des années 1980 (juste avant l'effondrement économique des pays du bloc soviétique). Jusque là, les taux d'exploitation moyens de l'industrie (pourcentage de la capacité de production) avaient affiché une tendance haussière lente mais régulière qui a pris fin brutalement en 1988. Le taux d'exploitation moyen à l'échelle mondiale, qui avait régulièrement augmenté jusqu'à 83 % en 1988, a baissé progressivement pour atteindre seulement 56 % des niveaux précédents. Pendant cette période, la consommation mondiale a baissé de 31 à 21 millions de tonnes de K2O. En 2000, la demande mondiale en potasse était d'environ 26 millions de tonnes d'oxyde de potassium (K2O) ou 42 millions de tonnes de produits (KCl et K2SO4). Par comparaison, la capacité de fabrication était d'environ 37 millions de tonnes d'oxyde de potassium (K2O) ou de 59 millions de tonnes de produits. On observe donc une surcapacité importante à l'échelle mondiale. La situation économique, plus particulièrement dans les pays développés, influe de manière importante sur l'ampleur des exportations et sur leur répartition régionale. Les quantités exportées aussi bien que leur répartition parmi les consommateurs sont fortement affectées par l'état de l'agriculture de l'importateur, par la demande en devises convertibles (ou leur disponibilité) dans le pays exportateur ou importateur, et par les fluctuations des taux de change. Les coûts de transport des engrais potassiques ont une incidence importante sur le coût total pour le consommateur. Par conséquent, les considérations logistiques influent sur le sens et l'ampleur des importations et des exportations et contribuent à la surcapacité mondiale. En Europe, cinq méthodes sont utilisées pour la gestion des résidus, à savoir : • • • • • entreposage des résidus solides sur des terrils remblayage de chantiers épuisés de mines souterraines avec les résidus solides, rejet des résidus solides et liquides dans la mer ou l'océan (gestion des résidus marins) rejet des résidus liquides dans des puits profonds rejet des résidus liquides dans les cours d'eau naturels (rivières). Les résidus de potasse sont constitués de sel de table (chlorure de sodium) ainsi que d'une faible fraction d'autres sels (par exemple, des chlorures et des sulfates de potassium, de magnésium et de calcium) et de matériaux insolubles comme l'argile et l'anhydrite. Les terrils de résidus engendrent eux-mêmes des solutions salines lorsque les précipitations atmosphériques dissolvent le sel des résidus. 1.4 Vue d'ensemble de l'industrie : le charbon Lors de la réunion de lancement, le TWG a décidé d'inclure le charbon uniquement lorsqu'il est transformé et qu'il engendre des résidus. Par conséquent, cette section ne traite que de la houille (ou charbon noir), alors que le lignite (ou charbon brun), qui n'est généralement pas transformé, n'est pas abordé. Dans toute l'Europe, le charbon est extrait dans des conditions géologiques difficiles, généralement sous terre. L'industrie se caractérise par un taux élevé d'automatisation. La production des mines de charbon dans l'UE-15 est en baisse depuis plusieurs décennies. Cette baisse est liée aux coûts souvent ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 29 Chapitre 1 élevés d'exploitation des gisements profonds et relativement minces, appelés "veines". Toutefois, avec l'adhésion de nouveaux membres, la production globale de charbon dans l'UE va augmenter. Dans d'autres régions du monde, des gisements importants situés à proximité de la surface peuvent être exploités à moindre coût. Les mines de charbon européennes vont continuer de fermer. L'ouverture de nouvelles mines souterraines n'est pas envisageable à court terme. A l'exception de l'Espagne et du Royaume-Uni, où quelque quatre millions de tonnes de charbon bitumineux sont extraites par an dans des mines à ciel ouvert, le charbon est généralement extrait au moyen d'exploitations souterraines. Comme on le voit dans le tableau ci-après, la production européenne totale de houille en 2001 s'est montée à 188,2 tonnes. La Pologne apparaît comme le principal producteur européen de houille, représentant plus de 50 % de la production européenne totale en 2001. Pays France Allemagne Espagne Royaume-Uni Total UE-15 Bulgarie République tchèque Hongrie Pologne Roumanie Turquie Total pays candidats et Turquie Total Europe Monde Europe par rapport au monde 1980 20194 94492 13147 130096 257929 267 288 3065 193121 8060 3602 208403 1996 7314 53156 17465 49307 127242 186 301 996 136385 4219 3029 145116 1997 5779 51212 18861 47123 122975 99 301 959 137100 3401 2291 144151 1998 4739 45340 16380 40045 106504 118 301 914 116381 2679 3994 124387 1999 4033 43849 15433 36356 99671 108 300 783 110443 2748 2705 117087 2000 3166 37338 14965 30465 85934 66 631 754 103173 3243 3110 110977 2001 1971 30362 14539 32512 79384 20 630 570 103896 3680 3719 112515 466332 2728475 17 % 272358 3818221 7% 267126 3833233 7% 230891 3789727 6% 216758 3505000 6% 196911 3447248 6% 191899 3408945 6% Tableau 1.4 : Statistiques de la production houillère en kt, 1980, 1996-2001 [111, DSK, 2002] Ce tableau met en évidence la baisse de production dans la plupart des pays européens, les exemples les plus frappants étant l'Allemagne, la France et le Royaume-Uni. En Allemagne, à la fin 2000, il ne restait que 12 mines en production (elles étaient 27 en 1990, 39 en 1980, 53 en 1973 et 173 en 1957). Au Royaume-Uni, le plus gros producteur de charbon de l'UE-15, il y avait en moyenne 41 mines à ciel ouvert et 22 mines souterraines en production à un instant donné de l'année 2002. Quinze millions de tonnes de la production britannique proviennent d'exploitations à ciel ouvert. En République tchèque, la houille se trouve principalement dans le bassin de Haute Silésie. En ce qui concerne les ressources houillères dans cette région, environ 15 % sont en République tchèque et le reste se trouve en Pologne. [83, Kribek, 2002]. Dans nombre de cas, les coûts européens de production sont plusieurs fois supérieurs à la moyenne mondiale. Certaines mines, bien qu'incapables de soutenir la concurrence sur le marché mondial, restent en production uniquement parce qu'elles reçoivent des subsides. Toutefois, au Royaume-Uni, l'extraction houillère est essentiellement en concurrence avec le charbon mondial. En 2001, 15 millions de tonnes de charbon exploité en surface ont été produites et achetées par l'industrie de l'énergie électrique, en concurrence avec des charbons importés. Aucun subside n'a été accordé pour produire ce charbon. Dix-sept millions de tonnes de charbon exploité dans des mines souterraines ont été produites, là encore essentiellement sans subside. Une aide sélective à l'exploitation de quelque 65 millions de livres Sterling a été accordée en 2001 à certaines mines pour leur permettre d'atteindre une viabilité à long terme et de concurrencer à long terme le charbon importé. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Les résidus de l'exploitation houillère sont les résidus grossiers, qui sont gérés sur des terrils, et les boues de flottation, qui sont déversées soit dans des bassins, soit sur des terrils après filtrage. Les bassins peuvent être de petits bassins de décantation qu'il faut creuser régulièrement. Dans d'autres cas, les bassins de résidus de charbon peuvent couvrir des dizaines d'hectares et peuvent être circonscrits par des digues de retenue. Les résidus de charbon peuvent contenir de la pyrite et des réactifs de flottation. On s'est efforcé d'utiliser les résidus de charbon comme matériaux de construction. Grâce à leur faible perméabilité, les fines de flottation séchées peuvent également servir à étanchéifier les décharges. Les stériles sont produits par les exploitations à ciel ouvert et sont utilisés pour restaurer les sites pendant l'extraction (par une restauration progressive des zones exploitées) et une fois celle-ci terminée, pour produire une forme de relief satisfaisante. Des stériles sont également produits dans des exploitations souterraines, notamment lors d'opérations de creusement, et ils sont ensuite conservés sous terre ou entreposés sur des terrils en surface. 1.5 Production minière et production de déchets miniers en Europe Les tableaux ci-après montrent la production des pays européens. Ces chiffres sont exprimés en pourcentage de la production européenne totale. Les chiffres qui y figurent sont identiques à ceux utilisés dans les sections 1.1 à 1.4. Toutefois, ces tableaux procurent une meilleure vue d'ensemble de tous les secteurs. Ils permettent également de comparer plus facilement les statistiques de production des différents pays. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 31 Chapitre 1 METAUX FERREUX Fer Alumine1 (%) (%) 3 9 12 10 23 15 18 74 1 12816129 5970000 2 4 8 2 19 3945719 830000 Autriche Belgique Finlande France Allemagne Grèce Irlande Italie Portugal Espagne Suède Royaume-Uni Total UE-15 (t)2 Bulgarie Chypre République Estonie Hongrie Lettonie Lituanie Malte Pologne Roumanie Slovaquie Slovénie Turquie Total pays en voie d'adhésion, pays candidats et Turquie (t) Total EUROPE (t) 16761848 Monde (t) 556777376 EUROPE (% du monde) 3,0 6800000 53000000 12,8 METAUX NON FERREUX Cadmium (%) 293 8 16 8 18 1900 11 8 2 500 Chrome (%) 36 248149 64 433658 2400 16495 14,5 681807 5777378 11,8 Cuivre (%) 1 11 3 8 204749 13 1 56 2 6 684066 Etain (%) 96 4 2264 - 888815 2264 12364823 228767 7,2 1,0 Manganèse Mercure (%) (%) 193 2 2 81 1972 291 39 26 31 41372 - 43344 9595182 0,5 291 1673 17,4 Nickel (%) 7 93 14483 - Plomb Tungstène Zinc (%) (%) (%) 63 2 4 2 11 23 2 1 37 17 22 33 20 236646 3215 616868 11 2 18 20 2 3 2 5 114074 273995 14483 350720 1071425 3340792 1,4 10,5 3215 28015 11,5 METAUX PRECIEUX Or Argent (%) (%) 17 2 16 4 1 9 3 1 22 23 19 16.27 525.46 6 1 2 62 3 1 2 0 6 2.16 1244.09 890863 18.43 1769.54 7533028 2432.46 17293.21 11,8 0,8 10,2 1) année 2001 2) les États membres de l'UE-15 non recensés ne produisent aucun de ces minéraux 3) Ces chiffres incluent la production métallurgique de mercure et de cadmium provenant de minerai importé. Les statistiques de la production minière finlandaise sont de 2.5 % pour le cadmium et de 1 % pour le mercure. Tableau 1.5 : Production minière européenne exprimée en pourcentage de la production européenne totale de métaux ferreux, non ferreux et précieux en 1999 (sauf indication contraire) 32 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Barytine Bore (%) (%) 2 11 18 4 3 11 322762 19 4 1 5 22 100 344327 1242228 Autriche Belgique Finlande France Allemagne Grèce Irlande Italie Portugal Espagne Suède Royaume-Uni Total UE-151 Bulgarie Chypre République tchèque Estonie Hongrie Lettonie Lituanie Malte Pologne Roumanie Slovaquie Slovénie Turquie Total pays en voie d'adhésion, pays candidats et Turquie (t) Total EUROPE 666999 1242228 Monde 6326531 4200000 EUROPE (% du monde) 10,5 29,6 Calcaire (%) 100 2000000 - Feldspath (%) 1 11 5 1 36 5 7 1 3927357 4 1 1 1 28 2004473 MINERAUX INDUSTRIELS Fluorine Kaolin Phosphate (%) (%) (%) 1 100 28 6 8 13 1 13 6 1 38 1 11 48 350176 3906168 734068 3 9 1 1 1 9 4812 1152811 - Potasse (%) 7 70 13 10 5066880 - Strontianite (%) 83 10590 17 - 2000000 s/o s/o 5931830 8950309 66,3 354988 4612569 7,7 5066880 24665640 20,5 145000 300000 48,3 4773774 25982207 18,4 734068 67040137 1,1 Talc (%) 10 35 28 2 10 2 8 2 1260000 CHARBON Houille (%) voir Tableau 1.4 Pays candidats : 4 60000 1442000 5620000 25,7 1) les États membres de l'UE-15 non recensés ne produisent aucun de ces minéraux Tableau 1.6 : Production minière européenne exprimée en pourcentage de la production européenne totale de minéraux industriels et de charbon en 1999 (sauf indication contraire) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 33 Chapitre 1 Selon l'annuaire Eurostat pour 2003, l'UE-15 produit les volumes de déchets suivants. Pays et année de référence Autriche 99 Belgique 99 Allemagne 93 Danemark 98 Espagne 99 Grèce 97 France 95 Finlande 99 Italie 97 Irlande 98 Pays-Bas 99 Portugal 99 Suède 98 Royaume-Uni 99 Agriculture et forêts (kt) 0 0 0 0 0 7781 377000 24000 242 64578 0 0 84000 Extraction (kt) 0 619 67813 0 22757 3900 0 28000 350 3510 333 4691 63818 118000 Industrie manufacturière (kt) 14284 13779 65119 2783 29239 6682 101000 15910 22993 5113 9779 12804 19780 50000 Production énergétique (kt) 0 1287 25310 1469 0 9320 0 1274 0 450 1546 487 0 13000 Construction (kt) 25392 0 131645 2962 22000 1800 13700 35000 20587 2704 0 63 0 71000 Tableau 1.7 : Production européenne de déchets [139, Eurostat, 2003] Il est à noter que les statistiques relatives aux déchets d'extraction comportent systématiquement un certain degré d'incertitude, du fait que certains résidus d'extraction sont considérés comme des déchets dans certains États alors que dans d'autres, ils ne le sont pas. Toutefois, le tableau ci-dessus montre bien que les déchets d'extraction représentent une fraction importante du volume total de déchets produits dans l'UE-15, soit environ 20 %. 1.6 Questions environnementales essentielles La base d’une gestion réussie des résidus et des stériles est une caractérisation correcte de ces matériaux. La gestion des résidus et des stériles constitue un élément de l'exploitation minière, laquelle inclut également, naturellement, l'extraction proprement dite et l'étape de traitement du minerai. Non seulement ces autres étapes de l'exploitation influent sur la gestion des résidus et des stériles mais en fait, ce sont les méthodes d'extraction et de traitement du minerai qui déterminent la gestion, et non l'inverse. Les sites de gestion des résidus et stériles traversent un certain nombre de phases, depuis leur conception jusqu'à leur entretien après fermeture. Il est indispensable de gérer ces installations de la manière la plus sensée possible dans toutes les phases de leur durée de vie. Un autre aspect important à prendre en compte est celui de l'adaptation aux nouvelles réalités. Par exemple, au bout de 10 années d'exploitation, la teneur en sulfure des stériles issus de la mine peut avoir atteint un niveau tel que le problème du drainage acide (DA) va se poser. Pour éviter que ce problème ne se pose à plus long terme, il convient de prendre toutes les mesures nécessaires au cours de la phase d'exploitation, éventuellement en mélangeant ces stériles à d'autres stériles contenant des minéraux neutralisants, ou en entreposant séparément, de manière appropriée, les matériaux présentant un risque de DA. Dans l'exemple fourni, il faudrait projeter toutes les conclusions formulées lors de l'exploitation aux étapes situées nettement en aval du cycle de vie, puis agir en conséquence pour obtenir globalement, à long terme, le meilleur avantage au plan économique et écologique. Au sein de l'industrie minière, la prise de conscience de l'enjeu écologique s'est considérablement renforcée ces dernières décennies. Par conséquent, les exploitations ayant eu dans le passé des effets nocifs sur l'environnement ne peuvent être considérées comme représentatives des modes de gestion des résidus et stériles en vigueur aujourd'hui. S'agissant du cadre législatif, une amélioration 34 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 importante a également été réalisée, autorisant l'existence de critères et de contrôles. En réalité, cela signifie que désormais, le cycle de vie complet de l'exploitation est pris en compte à tout moment, et sa fermeture est planifiée et prévue d'une manière acceptable pour l'environnement, avant même son ouverture. 1.6.1 Implantation du site L'exploitation minière est un secteur unique dans le sens où c'est la structure géologique primaire qui va déterminer l'emplacement d'une mine. C'est là une différence majeure avec d'autres industries. Un minerai ne peut être extrait que sur le lieu où se trouve le gisement. Bien évidemment, il reste à choisir la méthode d'extraction et l'emplacement exact des puits et des autres infrastructures. Le degré de liberté en termes de choix d'implantation augmente au fur et à mesure que l'on avance dans le procédé. L'emplacement du site d'extraction proprement dit est prédéterminé, comme indiqué ci-dessus. En règle générale, le traitement du minerai est effectué le plus près possible du site d'extraction proprement dit, à cause de la teneur souvent faible du minerai, la valeur de ce dernier ne pouvant couvrir les coûts élevés de son transport. Toutefois, ce n'est pas toujours le cas, et le minerai est parfois traité à des milliers de kilomètres de la mine. Pour la bauxite, par exemple, le traitement qui permet de la transformer en aluminium est extrêmement gourmand en énergie, et le coût de transport du minerai peut être récupéré grâce à la diminution des coûts énergétiques induite par un traitement effectué ailleurs (bien que certaines opérations de préraffinage soient malgré tout réalisées sur le site). Pour la gestion des résidus et des stériles, le degré de liberté concernant l'implantation augmente à nouveau de manière générale, mais comme pour le traitement du minerai, il est généralement préférable de limiter ou de réduire le coût de transport. Cela étant, les résidus sont souvent acheminés sur plusieurs kilomètres, par pompage ou par camion, jusqu'à un emplacement approprié où ils seront entreposés. Lorsqu'il s'agit de choisir un site de gestion des résidus et/ou des stériles, il convient également de tenir compte de nombreux facteurs, entre autres : • • • • • • • • • • • • • l'utilisation, de préférence, de formations géographiques existantes (par exemple des puits ou flancs existants) la nécessité de respecter le contexte hydrogéologique de la zone environnante (nappe phréatique et eaux superficielles) l'adaptation de l'installation à la zone environnante (par exemple la maîtrise des émissions sonores et des odeurs à proximité d'une zone résidentielle) les données météorologiques (précipitations) le contexte géotechnique et géologique (état du sous-sol, données sur le risque sismique) l'environnement naturel et culturel le rapport entre l'installation de gestion des résidus et l'exploitation souterraine la topographie de la construction à long terme la proximité avec des eaux superficielles la proximité avec le littoral (milieu sous-marin) l'aménagement actuel des sols les communautés locales la biodiversité. Le dépôt subaquatique, souvent appliqué aux résidus présentant un risque de DA, entraîne une autre série de questions, notamment l'assurance d'une réserve d'eau superficielle, un bassin naturel ou synthétique, l'utilisation de la zone après dépôt, etc. La proximité avec des eaux de surface est souvent une question complexe. D'un côté, si le déversement dans des eaux superficielles est nécessaire, il est préférable d'avoir le cours d'eau à ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 35 Chapitre 1 proximité immédiate. D'un autre côté, il faut évaluer si ces eaux superficielles seraient le moyen de transport idéal des résidus en cas de déversement accidentel. En général, il convient de respecter un équilibre entre la proximité du site de gestion des résidus ou stériles avec le site de traitement du minerai pour raisons économiques, et d'autres facteurs tels que ceux énumérés ci-dessus. Dans les faits, l'étude du site entraîne souvent le choix de plusieurs "emplacements candidats". La décision est prise lors du procédé de délivrance des autorisations, souvent comme un compromis entre l'exploitant, les rédacteurs des autorisations et les enjeux publics. 1.6.2 Caractérisation des matériaux, avec prévisions de leur comportement à long terme Le seul moyen de déterminer le comportement à long terme des résidus et des stériles est de les caractériser correctement. Cela semble évident, mais cet aspect a souvent été négligé dans le passé. On s'est trop souvent occupé du concentré commercialisable, générateur de revenus, et non des résidus qu'il laisse. Or, les exploitants ne doivent pas oublier les effets économiques négatifs que peut engendrer une gestion inappropriée des résidus et des stériles. Du point de vue de l'environnement, la différence principale entre un minéral présent dans le gisement d'origine et le même minéral présent dans les résidus et les stériles après avoir été amputé de la plus grande quantité possible du minerai désiré, réside dans le fait que des processus physiques, chimiques et biologiques auront de plus grandes chances d'agir sur ce minéral. Autrement dit, le traitement du minerai (essentiellement par broyage) rend les composants des résidus et des stériles plus accessibles. Les deux exemples ci-après permettent de mieux expliquer ce phénomène : Le minerai sulfuré tel qu'on le trouve dans la nature (c'est-à-dire sous terre ou noyé dans la masse rocheuse), n'est pas exposé à un milieu oxydant. Les résidus finement broyés de ce minerai, une fois rejetés dans un bassin, deviennent beaucoup plus accessibles à l'eau et à l'oxygène. La surface des sulfures accessibles augmente de plusieurs ordres de grandeur du fait de la réduction de leur taille. Autrement dit, s'ils ne sont pas gérés correctement, leur vitesse de dégradation, et par conséquent la mobilisation des produits de cette dégradation, peut augmenter de manière importante. Un autre exemple est celui du minerai de potasse. Ces minerais sont constitués de minéraux potassiques et de sel de roche. Les gisements sont protégés de l'eau par des couches imperméables (généralement d'argile et de gypse). Les résidus de ce même minerai, en revanche, sont constitués principalement de sel de roche (> 90%) et sont généralement entassés sur des terrils. Ce sel est accessible aux précipitations et va finir par s'éliminer avec l'eau au bout d'une longue période. Par ailleurs, le traitement minéral du minerai est susceptible de modifier les caractéristiques chimiques du minerai traité et par conséquent, celles des résidus. Globalement, les caractéristiques qu'il faut étudier sont, entre autres : • • • • • • • la composition chimique, notamment la modification de la structure chimique au cours du traitement du minerai et de sa dégradation le comportement à la lixiviation la stabilité physique le comportement sous pression la stabilité à l'érosion le comportement en décantation le comportement en tassement (formation d'une croûte sur le dessus des résidus). La base de toute planification de la gestion des résidus et des stériles est une caractérisation correcte des matériaux. Les mesures de gestion les plus appropriées ne pourront être appliquées que si ce travail en amont est fait correctement. 36 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Les questions d'ordre général concernant la fermeture, la réhabilitation et les opérations de soin après fermeture sont traitées à la section 2.6. Les mesures appliquées sont présentées à la section 4.2.4. Chaque exploitation minière aura des effets irréversibles sur la croûte terrestre. Pour qualifier ces effets, des études de base sont menées dans le but de fournir un point de référence. Ces études de base sont décrites de manière plus détaillée à la section 4.2.1.1. 1.6.3 Paramètres relatifs à l'environnement Les paramètres des installations de gestion des résidus et des stériles qui concernent l'environnement se classent en deux catégories : (1) les paramètres d'exploitation et (2) les paramètres accidentels. Ces deux catégories doivent être prises en compte. Au cours de l'exploitation, les rejets "types" dans l'air, dans l'eau et dans le sol doivent être pris en compte, et les techniques permettant de réduire ces émissions sont décrites dans le présent document. Toutefois, il convient de mettre l'accent sur deux problèmes environnementaux majeurs, à savoir : • • le phénomène du drainage acide, et la survenue de ruptures ou d'effondrements accidentels. 1.6.3.1 • • • • Emissions types et gestion de l'eau et des réactifs Les rejets dans l'air peuvent être des poussières, des odeurs ou du bruit. Les deux derniers sont généralement moins inquiétants, sauf si les résidus ou stériles sont transportés dans des camions et que des zones résidentielles se trouvent à proximité. Les poussières peuvent être constituées de matériaux tels que le quartz ou de tout autre élément présent dans la roche et le minerai, notamment les métaux. Les rejets dans l'eau peuvent inclure des réactifs issus du traitement du minerai, par exemple • le cyanure • les xanthates • les acides ou des bases faisant augmenter ou baisser le pH • les métaux ou composés métallifères solides ou dissous (fer, zinc, aluminium) • les sels dissous, par exemple NaCl, Ca(HCO3)2, etc. • la radioactivité (dans les terrils et/ou résidus de charbon) • le chlorure (houillères) • les solides en suspension. Les rejets dans le sol peuvent être provoqués par la sédimentation des poussières ou par la percolation dans le sol des liquides issus des installations de gestion des résidus et/ou des stériles. La formation et la suppression des amas d'entreposage provisoires sont une source fréquente de contamination des sols. Cela vaut également pour l'aménagement des zones industrielles, des bords de voies ferrées, des digues de retenue, etc. au moyen de stériles contenant, par exemple, des matériaux sources de DA. La gestion globale de l'eau et des réactifs, notamment : • la consommation et le traitement et/ou recyclage  des réactifs (agents de flottation, cyanure, floculants) et  de l'eau avant leur déversement dans une installation de gestion des résidus ou dans des eaux superficielles • la gestion des eaux de ruissellement et des eaux superficielles (par exemple en les recueillant dans des fossés). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 37 Chapitre 1 On notera que les rejets dans le sol sont un problème lié en grande partie au site et qu'il existe actuellement très peu de scénarios de rejet par défaut permettant de caractériser ces émissions. 1.6.3.2 Impact environnemental des rejets Les effluents et la poussière émanant des installations de gestion des résidus et des stériles, qui font ou non l'objet d'un contrôle, peuvent s'avérer toxiques à divers degrés pour l’homme, les animaux et les plantes. Les effluents peuvent être acides ou alcalins et contenir des métaux dissous et/ou des composants organiques complexes solubles et insolubles entraînés lors du traitement du minerai, ainsi que des substances organiques éventuellement présentes à l’état naturel, comme les acides humiques et carboxyliques à longue chaîne provenant d'activités minières. Les substances que contiennent les émissions, leur pH, leur teneur en oxygène dissous, leur température et leur dureté peuvent tous être des aspects déterminants dans la toxicité des émissions pour l'environnement récepteur. Pour la décomposition de certains réactifs comme les cyanures, les agents de flottation et les xanthates, il faut une longue durée de rétention, une oxydation (à l'air, aux bactéries ou au soleil) et, pour les xanthates, des températures supérieures à 30°C. Par conséquent, lors de la planification du circuit de traitement du minerai et de l'IGR, il faut prendre en compte les effets de ces substances sur l'environnement et envisager la nécessité d'un traitement ou d'une mise en bassin supplémentaires pour assurer la décomposition de certains réactifs. [21, Ritcey, 1989] Les effets réels sur l'environnement des rejets dans les cours d'eau dépendent toujours d'un grand nombre de facteurs tels que leur concentration, leur pH, leur température, la dureté de l'eau etc. Or, Ritcey [21, Ritcey, 1989] et nombre d'autres sources fournissent des tableaux qui affichent, par exemple : • • • • • les niveaux maximum et minimum de pH pour différentes formes de vie aquatique des chiffres sur la toxicité de l'ammoniac des chiffres sur la toxicité aigue de différents agents de flottation la toxicité de certains produits chimiques des chiffres sur la toxicité des floculants et des coagulants. Ces tableaux peuvent donner une idée des effets potentiels de certains réactifs mais, comme cela a été évoqué précédemment, c'est la situation dans son ensemble qui doit être prise en compte. Le tableau ci-après indique les effets de certains métaux sur l'homme, l'animal et les plantes. Métal Arsenic (As) Cadmium Chrome (Cr) Cuivre (Cu) Fer (Fe) Manganèse (Mn) Mercure (Hg) 38 Effet Extrêmement toxique et potentiellement cancérigène pour l'homme. L'intoxication à l'arsenic va de chronique à sévère et peut être cumulative et mortelle. Le cadmium se concentre dans les tissus et l'homme peut être intoxiqué par des aliments contaminés, notamment du poisson. Le cadmium peut être lié à une hypertension artérielle rénale et provoquer de violentes nausées. Il s'accumule dans le foie et le tissu rénal. Il inhibe la croissance de certaines plantes et s'accumule dans les tissus végétaux. Le Cr+6 est toxique pour l'homme et peut induire des irritations cutanées. La tolérance humaine au Cr+3 n'a pas été déterminée. En faible quantité, il est considéré comme non toxique et nécessaire au métabolisme de l'homme. En revanche, à haute dose il peut provoquer des vomissements ou des lésions hépatiques. Toxique à faible taux pour les poissons et la vie aquatique. Essentiellement non toxique mais altère le goût de l'eau. Altère le goût de l'eau et peut tacher. A haute concentration, il est toxique pour les animaux. Le mercure et ses composés sont extrêmement toxiques, notamment pour le juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Métal Plomb (Pb) Zinc (Zn) Effet développement du système nerveux. Sa toxicité pour l'homme et les autres organismes dépend de sa forme chimique, de sa quantité, des modes d'exposition et de la vulnérabilité des personnes exposées. Poison organique cumulatif pour l'homme et le bétail. L'homme peut souffrir de sa toxicité aigue ou chronique. Les jeunes enfants sont particulièrement vulnérables. A haute dose, il peut altérer le goût de l'eau. Toxique pour certaines plantes et pour les poissons. Tableau 1.8 : Effets de certains métaux sur l'homme, l'animal et les plantes [53, Vick, 1990] 1.6.3.3 Drainage acide Ces deux dernières décennies, la prise de conscience généralisée d'un problème environnemental dans le secteur minier, le « drainage acide » ou DA, s'est renforcée. Bien qu'il soit difficile de le prévoir et de le quantifier de manière fiable, le DA est associé aux minerais sulfurés dont on extrait le plomb, le zinc, le cuivre, l'or et d'autres minéraux, y compris du charbon. Ce phénomène peut se produire sur les parois riches en sulfures des puits et des mines souterraines [13, Vick, ], mais seul le DA lié à la gestion des résidus et des stériles est pris en considération dans ce document. Les principales origines de ce problème environnemental sont les suivantes : • • • • la présence fréquente de sulfures métalliques dans les résidus et/ou stériles ; l'oxydation des sulfures lorsqu’ils sont exposés à l'oxygène et à l'eau ; la formation d’un lixiviat acide chargé en métaux par oxydation des sulfures ; la formation de ce lixiviat durant de longues périodes. Sauf indication contraire, les informations suivantes sont extraites de [20, Eriksson, 2002]. Principe de base du drainage acide Au contact de l'eau et de l'oxygène, les minéraux sulfurés commencent à s'oxyder. Il s'agit d'un processus calogène lent (processus exothermique sous contrôle cinétique) qui est favorisé par : • • • • une forte concentration en oxygène une température élevée un faible pH une activité bactérienne. La vitesse globale de réaction pour une quantité donnée de sulfures dépend également d'autres paramètres, par exemple du type de sulfures et de leur granulométrie, qui détermine également la surface exposée. En s'oxydant, les sulfures produisent du sulfate, des ions hydrogène et des métaux dissous. Les résidus et les stériles sont constitués des différents minéraux naturels présents dans la roche extraite. Dans la roche non exploitée, fréquemment située en profondeur, les minéraux réactifs sont protégés de l'oxydation. Dans des environnements exempts d'oxygène, par exemple dans les nappes profondes, les minéraux sulfurés sont stables au plan thermodynamique et présentent une faible solubilité chimique. Les eaux souterraines profondes situées dans des régions minéralisées présentent donc de faibles teneurs en métaux. En revanche, une fois ces minerais excavés et amenés à la surface, leur exposition à l'oxygène atmosphérique déclenche une série de processus biogéochimiques qui peuvent conduire à la production de drainage acide. De ce fait, le principal souci n'est pas tant la teneur en sulfures métalliques en elle-même que les effets combinés de la teneur en sulfures métalliques et de l'exposition à l'oxygène atmosphérique. L'effet de l'exposition augmente au fur et à ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 39 Chapitre 1 mesure que la granulométrie diminue et que la surface, par conséquent, augmente. Ainsi, les sulfures que contiennent des résidus finement broyés ont davantage tendance à s'oxyder [14, Höglund, 2001]. Les résidus et les stériles sont normalement composés d'un certain nombre de minéraux dont les sulfures, pour autant qu'ils soient présents, ne constituent qu'une partie. Par conséquent, si une oxydation des sulfures se produit dans des déchets miniers, l'acide produit est susceptible d'être consommé à divers degrés par des réactions consommatrices d'acide, selon les minéraux consommateurs d'acide qui sont présents. Si les déchets miniers contiennent des carbonates, le pH reste normalement neutre, les métaux dissous se précipitent et ne se transmettent donc pas de façon significative au milieu environnant. Les autres minéraux consommateurs d'acide sont, entre autres, les aluminosilicates. La dissolution des aluminosilicates se fait sous contrôle cinétique et ne permet généralement pas de maintenir un pH neutre dans le drainage. L'interaction entre l'oxydation acidogène des sulfures et la dissolution consommatrice d'acide des minéraux neutralisants détermine le pH des eaux interstitielles et du drainage, lequel détermine à son tour la mobilité des métaux. Si les minéraux neutralisants facilement accessibles sont consommés, le pH risque de baisser et de provoquer un DA. Le drainage acide dans les eaux superficielles et souterraines dégrade la qualité de l'eau et risque d'avoir un certain nombre de répercussions, notamment la perte d'alcalinité, l'acidification, la bioaccumulation de métaux, l'accumulation de métaux dans les sédiments, des effets sur l'habitat, la disparition des espèces vulnérables et l'instabilité des écosystèmes. Les processus de la formation d'acide et de la consommation d'acide sont expliqués à la section 2.7. Dégradation en grandeur réelle Le drainage acide peut se produire lorsque des minéraux sulfurés sont exposés à l'atmosphère (oxygène et eau) et qu'il n'y a pas assez de minéraux neutralisants facilement accessibles. Dans le secteur de l'exploitation minière, ce phénomène peut se produire, par exemple, dans des dépôts de stériles, des gisements de minerais marginaux, des amas d'entreposage provisoires du minerai, des dépôts de résidus, des parois de puits, des mines souterraines ou dans des amas de lixiviation. Dans le passé, on a également utilisé des matériaux sulfurés à des fins de construction sur les lieux d'implantation des mines, par exemple pour construire des routes, des digues et des cours d'usines. Cela étant, où que se produise le DA, les processus fondamentaux qui sont à l'origine de ce phénomène sont les mêmes. La figure 1.21 illustre de façon schématique quelques-uns des processus géochimiques et physiques les plus importants, leur interaction et leur contribution à l'apparition d'un DA ainsi qu'à la libération éventuelle de métaux lourds par les déchets miniers. Comme on peut en conclure d'après la figure, le DA et la libération de ces métaux dépendent principalement de la vitesse d'oxydation des sulfures, des éventuelles réactions d'immobilisation et/ou de remobilisation le long du trajet d'écoulement, et de la circulation de l'eau. Or, la vitesse d'oxydation des sulfures dépend des conditions d'oxydoréduction (Eh), du pH et de l'activité microbienne. Le pH, lui, est déterminé par la vitesse de réaction des sulfures et les réactions de neutralisation (dissolution des carbonates et dégradation des silicates). En outre, les réactions d'immobilisation qui bloquent potentiellement les métaux et sont susceptibles de se produire le long du trajet d'écoulement dépendent du pH, des conditions d'oxydoréduction et de la vitesse d'oxydation des sulfures. 40 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Figure 1.21 : Illustration schématique de quelques-uns des plus importants processus géochimiques et physiques, de leur interaction et de leur participation à l'éventuelle libération de métaux lourds par les déchets miniers [20, Eriksson, 2002] En grandeur réelle, les variations temporaires des caractéristiques des matériaux sont certes importantes pour l'évolution de la qualité de l'eau de drainage, mais il est un facteur dont il faudra également tenir compte, celui des variations spatiales. Les caractéristiques de drainage dépendent de plusieurs autres paramètres, tels que la vitesse d'infiltration, la vitesse d'évaporation, le profil de l'oxygène dans le gisement, la hauteur du gisement et sa structure. Les aspects hétérogènes des caractéristiques des matériaux, tels que les variations de minéralogie et le degré de tassement, sont d'autres paramètres susceptibles d'influer sur la qualité des eaux de drainage. En raison du temps de séjour généralement long de l'eau d'infiltration dans le gisement, l'influence des différentes réactions d'immobilisation (précipitation et adsorption) peut également être significative. L'interaction entre les résidus et/ou les stériles et l'atmosphère est illustrée de façon schématique sur la figure ci-après. Figure 1.22 : Illustration schématique de la formation d'eau de drainage en fonction de l'interaction entre les résidus ou les stériles de l'installation et l'atmosphère [20, Eriksson, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 41 Chapitre 1 1.6.3.4 Ruptures ou effondrements accidentels Les ruptures ou effondrements de digues de retenue qui se sont produites dans des exploitations situées à Aznalcollar et à Baia Mare ont attiré l'attention du public sur la gestion des bassins de résidus et des digues de retenue. Toutefois, il ne faut pas oublier que l'effondrement des terrils peut également causer de graves dommages environnementaux. Les dimensions de ces deux types d’ouvrages peuvent être énormes. Les digues peuvent mesurer des dizaines de mètres de haut ; les terrils peuvent s'élever à plus de 100 m de hauteur et s'étendre sur plusieurs kilomètres et ainsi contenir des dizaines de millions de mètres cubes de résidus ou de stériles. A l'extrême inverse, il existe des bassins pas plus grands qu'une piscine et des terrils plus petits qu'une maison. Les deux photos suivantes illustrent ces deux extrêmes. La figure 1.23 montre un bassin contenant 330 Mm3 de résidus et la figure 1.24, un bassin de décantation de petite dimension. Figure 1.23 : Exemple d'un bassin de résidus de grande dimension (330 Mm3) Figure 1.24 : Exemple d'un petit bassin de décantation de résidus 42 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 1 Les digues de retenue sont conçues pour retenir les résidus boueux. Dans certains cas, les matériaux extraits des résidus eux-mêmes sont utilisés pour leur construction. Les digues de retenue ont de nombreuses caractéristiques communes avec les barrages de retenue d'eau. D'ailleurs, elles sont souvent construites comme des barrages de retenue d'eau, notamment lorsque de l'eau doit être stockée au-dessus des résidus [9, CIGB, 2001]. Les terrils servent à amasser des résidus ou stériles plus ou moins secs. L'effondrement de tout type d'installation de gestion des résidus ou des stériles peut avoir des incidences à court et à long terme. Les conséquences types à court terme sont notamment les suivantes : • • • • • inondations, enfouissement/étouffement, écrasement et destruction, mise hors service de l'infrastructure, intoxication. Les éventuelles conséquences à long terme sont notamment les suivantes : • • • l'accumulation de métaux dans les plantes et chez les animaux, la contamination du sol, les pertes en vie animale. Des directives concernant la conception, la construction et la fermeture en toute sécurité d'une IGR figurent dans de nombreuses publications. Si les recommandations émises dans ces directives devaient être scrupuleusement suivies, les risques d'effondrement diminueraient fortement. Or, des incidents majeurs continuent de se produire, au rythme de plus d'un par an (à l'échelle mondiale) [9, CIGB, 2001]. Une enquête réalisée sur 221 incidents concernant des digues de retenue a permis d'identifier les principales causes des ruptures de digues signalées. Les causes principales s'avèrent être l'absence de maîtrise du bilan hydrique, l'absence de maîtrise de la construction et une méconnaissance généralisée des facteurs qui assurent une exploitation sans danger. Cette enquête révèle que des événements imprévisibles, par exemple des conditions climatiques imprévues ou des tremblements de terre, ne sont que très rarement à l'origine de ces ruptures [9, CIGB, 2001]. 1.6.4 Réhabilitation et entretien après fermeture des sites Lorsqu’une exploitation s’achève, le site doit être préparé en vue de son utilisation ultérieure. Habituellement, ces plans auront fait partie de l'autorisation du site dès l'étape de la planification et devraient donc avoir été mis à jour régulièrement afin de tenir compte de tout changement dans les activités et dans les négociations menées avec les autorités qui délivrent les autorisations et avec les autres parties intéressées. Dans certains cas, le but sera de laisser le moins de traces possible, tandis que dans d'autres, une modification complète du paysage peut être recherchée. Le concept de « projet de fermeture » implique que la fermeture du site soit prise en considération dans l'étude de faisabilité d'une nouvelle exploitation minière et fasse ensuite l'objet d'une surveillance et d'une actualisation continues tout au long du cycle de vie de la mine. Dans tous les cas, les effets nocifs pour l'environnement doivent être réduits au minimum. Certains sites peuvent être libérés pour une utilisation ultérieure à l'issue d'une remise en état relativement simple, par exemple par remodelage, couverture et reverdissement. Pour d'autres, il faudra procéder à un entretien après fermeture pendant de longues périodes, voire indéfiniment. Il est impossible de restaurer un site à son état initial. Toutefois, l'exploitant, les autorités et les parties intéressées doivent s'entendre sur son utilisation ultérieure. C'est généralement à l'exploitant qu'il ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 43 Chapitre 1 incombe de préparer le site à cette utilisation. Pour recevoir une autorisation de fermeture, il lui faudra déterminer de manière précise les caractéristiques des matériaux retenus (quantité, qualité/consistance, conséquences possibles). Comme il est indiqué à la section 1.6.3.3, dans un projet de fermeture concernant des résidus qui présentent un potentiel net de DA, l'enjeu principal consiste à empêcher tout drainage acide futur. 44 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 2 PROCÉDÉS ET TECHNIQUES COURANTS Ce chapitre a pour but de fournir des éléments d'appréciation aux non spécialistes de la gestion des résidus et des stériles. Avec le glossaire spécialisé, il doit permettre au lecteur de mieux appréhender les chapitres suivants. 2.1 Techniques minières Dans la majorité des cas, l'extraction d'un minerai (processus appelé "exploitation minière"), le traitement ultérieur du minerai et la gestion des résidus et des stériles sont considérés comme une seule opération. Bien que le présent document ne traite pas de l'extraction du minerai, les techniques de traitement ultérieur du minerai et la gestion des résidus et des stériles dépendent en grande partie de la technique d’exploitation minière. Il est donc essentiel de connaître les principales méthodes d'exploitation. Pour l'exploitation des matériaux solides, il existe quatre concepts de base : (5) mine à ciel ouvert, (6) mine souterraine, (7) carrière et (8) extraction par dissolution. Le choix entre ces quatre solutions dépend de nombreux facteurs, tels que : • • • • • • • • • • • la valeur du ou des minéraux désirés, la teneur du minerai, la taille, la forme et la profondeur du gisement, les conditions environnementales des alentours, les conditions géologiques, hydrogéologiques et géomécaniques de la masse rocheuse, les conditions sismiques de la région, l'emplacement du gisement, la solubilité du minerai, les conséquences sur l'environnement de l’exploitation, les contraintes de la surface, la disponibilité du terrain. Il est fréquent que la partie supérieure d'un gisement soit exploitée dans une mine à ciel ouvert, mais au fil du temps et au fur et à mesure que l'on descend en profondeur, l'évacuation des morts-terrains rend cette méthode d'extraction peu économique, de sorte que les parties plus profondes sont parfois exploitées en sous-sol (voir la figure ci-après). Plutôt que de poursuivre cette exploitation souterraine, la solution consiste souvent à arrêter tout simplement la production. En effet, l'usine d'exploitation peut avoir été conçue pour ne traiter que des volumes importants, qu'il est difficile d'obtenir en soussol. Les coûts d'une exploitation souterraine sont nettement supérieurs, autre raison fréquemment invoquée pour ne pas envisager cette possibilité. Elle peut également être rejetée si le gisement n'est pas suffisamment pérenne pour permettre une exploitation souterraine économique. La stabilité de la roche peut elle aussi imposer des limites à toute exploitation souterraine. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 45 Chapitre 1 Figure 2.1 : Passage d'une mine à ciel ouvert à une mine souterraine [93, Atlas Copco, 2002] Si la méthode d'extraction choisie est celle d'une mine à ciel ouvert, les quantités de stériles produits seront généralement plus élevées. Les deux figures ci-après en sont l'illustration. Les stériles peuvent être déposés à proximité de la mine à ciel ouvert, utilisés comme remblais dans les fosses en cours ou épuisées, ou broyés et vendus s'il existe un marché pour de tels matériaux. 46 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.2 : Schéma d'une mine à ciel ouvert ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 47 Chapitre 1 Figure 2.3 : Schéma d'une mine souterraine Dans l'exemple illustré sur les figures ci-dessus, les volumes de couche arable, de morts-terrains et de stériles qu'il faut déplacer dans la méthode de la mine à ciel ouvert sont plus importants que pour une mine souterraine. Pour cette dernière, un puits et des galeries d'avancement sont aménagés pour permettre d'extraire le minerai de façon plus sélective, en laissant de côté la plupart des zones contenant des stériles ou du minerai à faible teneur. Les stériles à extraire sont déplacés à l'intérieur de la mine ou soulevés jusqu'à la surface. On notera que les dessins ci-dessus sont des représentations schématiques d'un unique scénario. Comme l'explique la section ci-après, il existe de nombreux types de gisements différents. Les teneurs, elles aussi, sont extrêmement variables ; par exemple, dans la plupart des cas, les gisements de minerais industriels viables ont une teneur en minerai comprise entre 50 et 99 %. C'est une des principales différences avec les minerais métalliques, dont les teneurs sont beaucoup plus faibles. Pour l'extraction souterraine, il est également possible d'utiliser les zones épuisées comme remblais. Cette opération peut être délicate à réaliser dans des mines à ciel ouvert où l'on progresse verticalement au fur et à mesure de l'extraction, sauf si les remblais peuvent être acheminés vers une autre fosse. On assiste toutefois à un retour progressif des mines à ciel ouvert où la progression est horizontale. 2.1.1 Types de gisement Le type de gisement influe considérablement sur le choix de la méthode d'extraction. On connaît les types de gisement suivants, dont la classification est fonction de la forme du gisement ou de la répartition du minerai : • 48 le gisement de type couche juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • Chapitre 3 le gisement de type filon le gisement de type massif (par exemple les sulfures massifs à forte variation de teneur au sein du gisement ; les gisements calcaires à teneur extrêmement régulière) le gisement de type disséminé (par exemple les porphyriques de cuivre). Dans le type disséminé, le gisement est souvent recouvert d'un "chapeau" de sulfures dégradés (et donc d'oxydes). Le minerai qui se trouve à l'intérieur de ce chapeau dégradé est appelé "gossan". 2.1.2 Méthodes d'exploitation minière souterraine Il existe un grand nombre de façons différentes d'exploiter un gisement par des méthodes minières souterraines. Les méthodes les plus couramment utilisées sont les suivantes : Méthode d'exploitation Exploitation par longue taille Exploitation par chambres et piliers Exploitation en sousétages Exploitation par chambre remblayée Foudroyage par sousétages et par blocs Application Gisements plats et minces de type couche, roche tendre Gisements inclinés de type massif et gisements plats de type couche Grands gisements en pente raide (de type massif ou disséminé) Gisements sains en pente raide, sélectivité, mécanisation (de type couche, filon, massif ou disséminé) Gisements en pente raide étendus ou massifs, effort extensif de développement (le plus souvent du type massif ou disséminé) Tableau 2.1 : Principales méthodes d'exploitation minière et champs d'application associés [47, Hustrulid, 1982] La section 3.1.4.1 donne l'exemple d'une exploitation minière souterraine hautement mécanisée qui utilise le foudroyage par sous-étages à grande échelle. Ces méthodes ont été abondamment décrites dans la littérature (vois AIME/SME Underground mining methods handbook, htttp://sg01.atlascopco.com). Au moment de choisir une méthode pour exploiter tel ou tel gisement, l'objectif de base consiste à concevoir le système d'extraction du minerai qui soit le plus approprié compte tenu des conditions existantes. Autrement dit, il faut chercher à réduire le plus possible les coûts d'exploitation. Cette décision repose sur des facteurs à la fois techniques et non techniques (haut niveau de rendement, extraction complète du minerai, conditions de travail sécurisées). Dans l'exploitation dite par "chambres et piliers", une partie du minerai reste non exploitée et sert à soutenir (les piliers) les puits de mine. Dans certains cas, le remblayage est utilisé pour permettre une exploitation ultérieure de ces piliers. Il est possible de réduire le volume de résidus en utilisant la méthode d'exploitation la plus sélective, c'est-à-dire en s'assurant que l'installation de traitement du minerai n'est alimentée que par du minerai non dilué, de manière à réduire au minimum la quantité de stériles à gérer. Alimenter l'installation par du minerai dilué signifie diminuer le taux de récupération et, par conséquent, augmenter les volumes de minéral recherché qui seront perdus avec les résidus. 2.2 Minéralogie D'une manière générale, les minéraux se classent en oxydes, en sulfures, en silicates et en carbonates, lesquels peuvent subir des modifications chimiques radicales (par exemple la dégradation des sulfures en oxydes) sous l'effet de l'érosion et autres altérations. La paragenèse et l'intercroissance des minéraux sont déterminantes pour le traitement ultérieur du minerai et par conséquent, pour la gestion ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 49 Chapitre 1 des résidus et des stériles. Il est donc indispensable de maîtriser les bases de la composition minéralogique. La minéralogie est fonction de la nature et détermine, à bien des égards, la récupération des minéraux désirés et la gestion ultérieure des résidus et des stériles. La minéralogie évolue fréquemment au sein d'un gisement et donc tout au long de la vie de la mine. Parfois, ces évolutions sont bien connues et peuvent être planifiées, parfois elles sont inattendues. En voici quelques exemples : • • • la présence d'oxydes dans la partie supérieure du gisement et de sulfures dans des parties plus profondes, qui nécessitent des méthodes complètement différentes de traitement du minerai et de gestion des résidus la transformation du type de minerai, d'un minerai de cuivre à un minerai de zinc la transformation du type de minerai, un minerai de fer passant du type magnétite au type hématite (Malmberget). La minéralogie influe considérablement sur la technique d'exploitation choisie et sur le séquencement des opérations d'extraction. Par exemple, les mines aurifères exploitent le gossan car il est plus facilement accessible, naturellement enrichi et plus facile à récupérer. Les sulfures situés plus en profondeur doivent être oxydés avant de pouvoir être récupérés, ce qui rend le procédé moins rentable. Pour le cuivre, il est également plus facile de récupérer la partie oxyde, qu'on peut lixivier aisément à l'acide sulfurique, que les sulfures qui doivent être récupérés par flottation. La teneur en sulfures, déterminée par la minéralogie, influe sur la gestion des résidus et des stériles en raison de son potentiel acidifiant (voir section 2.7). Une bonne connaissance de la minéralogie est indispensable pour : • • • une gestion écologique (par exemple, une gestion distincte des résidus ou stériles acidifiants et non acidifiants), une utilisation limitée des traitements en fin de parcours (par exemple le traitement à la chaux des eaux de percolation acidifiées provenant d'une installation de gestion des résidus (IGR)), l'extension des possibilités d'utilisation des résidus et/ou des stériles comme agrégats. 2.3 Techniques de traitement du minerai Le traitement du minerai a pour but de transformer le minéral brut extrait de la mine en un produit commercialisable. 2.3.1 Matériel Les informations ci-après sont intégralement extraites de [105, Wotruba, 2002]. 2.3.1.1 Fragmentation La fragmentation est un élément essentiel du traitement du minerai. Elle nécessite une dépense importante en termes de consommation énergétique et d'entretien. Lors de la fragmentation, la granulométrie du minerai est progressivement réduite. Cette opération est nécessaire pour de nombreuses raisons, entre autres : • • • • 50 pour libérer un ou plusieurs minéraux recherchés de la gangue dans une matrice de minerai pour obtenir la granulométrie voulue en vue d'un traitement ou d'une manipulation ultérieurs pour exposer une surface étendue par unité de masse du matériau, ce qui facilite certaines réactions chimiques spécifiques (par exemple la lixiviation) pour satisfaire les exigences du marché relatives aux spécifications granulométriques. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 La fragmentation se compose d'une séquence de procédés de concassage et de broyage. A l'issue du broyage, le minerai, souvent à l'état de boue, "contient" les particules de minerai désormais libérées et les résidus qui devront être séparés lors des étapes de traitement ultérieures. Les caractéristiques du minerai, associées au matériel utilisé pour le concassage et le broyage, déterminent les propriétés physiques des résidus, notamment la forme de leurs particules et leur granulométrie. 2.3.1.1.1 Concassage Le concassage est la première étape du procédé de fragmentation. Effectué généralement par voie sèche, il consiste à décomposer le minerai par compression contre des surfaces rigides ou par percussion contre des surfaces dures dans un mouvement à débit contrôlé. Cette étape de traitement prépare le minerai à subir une réduction ultérieure de granulométrie (broyage) ou à passer directement aux étapes de classification et/ou de concentration. En règle générale, elle ne produit pas de résidus. Les types de concasseurs les plus répandus sont les suivants : • • • • • les concasseurs à mâchoire les concasseurs giratoires les concasseurs à cône les concasseurs à rouleau les concasseurs à percussion. 2.3.1.1.2 Broyage Le broyage est la dernière étape du procédé de fragmentation et c'est elle qui nécessite la plus grande quantité d'énergie de toutes les étapes de traitement du minerai. C'est pourquoi on a souvent tendance à commencer par faire éclater le minerai (dans la mine) ou à le concasser le plus finement possible pour réduire les quantités de matériaux plus gros envoyés au broyage, afin de réduire la consommation énergétique globale du broyage, donc de la fragmentation. Dans la mesure du possible, le broyage s'effectue par voie humide, ce qui nécessite moins d'énergie et permet ainsi des économies d'énergie pouvant aller jusqu'à 30 % par rapport au broyage par voie sèche. Lors du broyage, les particules sont généralement réduites par une action combinée de percussion et d'abrasion du minerai provoquée par un mouvement libre d'éléments de broyage, par exemple des barres d'acier, des boulets ou des galets dans le broyeur. Broyeurs à tambour Un broyeur à tambour est constitué d'une cuve d'acier cylindrique qui tourne sur un axe horizontal, avec des ouvertures aux deux extrémités pour introduire et évacuer les matériaux. Cette cuve contient des éléments culbuteurs qui bougent librement au fur et à mesure que le tambour tourne sur son axe horizontal (la cuve tournant sur des tourillons creux fixés aux parois d'extrémité). Ces éléments culbuteurs comprennent des boulets, des barres ou d'autres formes et sont en acier, en fonte, en pierre dure, en céramique ou peuvent même être faits du matériau qui est à réduire (galets). Les broyeurs à tambour les plus couramment utilisés sont les suivants : • • • les broyeurs à barres, pour des produits d'une granulométrie inférieure à 1 mm les broyeurs à boulets, pour des produits d'une granulométrie inférieure à 100 µm les broyeurs autogènes (AG) ou semi-autogènes (SAG) ; associés à des broyeurs à boulets, pour une granulométrie généralement inférieure à 1500 µm ; pour un broyeur AG ou SAG utilisé seul, une granulométrie inférieure à 100 µm est possible. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 51 Chapitre 1 Les figures 2.4 et 2.5 représentent respectivement un broyeur à boulets et un circuit de broyage constitué de broyeurs AG et de broyeurs à boulets utilisés pour le broyage primaire et secondaire. Figure 2.4 : Broyeur à boulets Figure 2.5 : Circuit de broyage avec broyeurs AG (broyage primaire, à droite) et broyeurs à boulets (broyage secondaire, à gauche) Dans les broyeurs à barres et les broyeurs à boulets, les éléments de broyage sont des barres et des boulets en acier, voire en céramique. Des éléments en acier coniques, appelés cylpeps, servent parfois d'éléments de broyage dans des broyeurs à boulets. Comme son nom l'indique, dans un broyeur autogène (AG), le minerai se broie lui-même. Pour cela, il faut utiliser dans le broyeur des "galets" de minerai, c'est-à-dire des morceaux gros comme le poing. Dans les broyeurs de type SAG, ces galets sont aidés par des boulets d'acier en faible quantité par rapport aux broyeurs à barres ou à boulets. Les broyeurs à tambour sont indispensables lorsqu'il s'agit de broyer finement de grosses quantités (par exemple pour alimenter la flottation ou la lixiviation sous agitation). Le degré de broyage dépend des caractéristiques du minerai et de la ou des méthodes choisies pour extraire les minéraux de valeur. Par exemple, pour la flottation, il faut des matières d'entrée fines. Toutefois, dans l'ensemble, le broyage produit des "schlamms fins" qui peuvent limiter l'efficacité de la flottation et qui, comme effet secondaire, peuvent également engendrer des résidus qui mettront plus de temps à s'assécher et à se stabiliser en bassin. 52 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Outre les broyeurs à tambour, les autres grands types de matériel de broyage sont les broyeurs agitateurs et les broyeurs à vibrations. Broyeurs agitateurs Ils sont utilisés pour le broyage ultrafin par voie humide. Un broyeur agitateur (ou tour de broyage) est un cylindre d'acier vertical comportant de 80 à 90 % d'éléments de broyage qui sont agités par un axe à filet interne. Le débit est au maximum de 100 t/h, la granulométrie d'entrée inférieure à 1 mm et la granulométrie du produit sera de 1 à 100 µm. Broyeurs à vibration Ils sont utilisés pour le broyage ultrafin (par voie sèche ou humide). Un broyeur à vibration continue est un cylindre d'acier horizontal rempli à 60 à 70 % d'éléments de broyage, agités par un mécanisme excentré. Le débit est au maximum de 15 t/h, pour une granulométrie du produit inférieure à 10 µm. 2.3.1.2 Criblage Le criblage peut être défini comme une opération mécanique qui sépare les particules en fonction de leur calibre et selon qu'ils sont admis ou rejetés par les ouvertures d'une face de criblage. Les particules qui sont plus grosses que les ouvertures des cribles sont retenues, et constituent les déclassés supérieurs. Inversement, celles qui sont plus petites passent à travers la surface de criblage et forment les déclassés inférieurs. Il existe de nombreux types différents de cribles industriels, qui peuvent se classer en cribles fixes et en cribles mobiles. Dans le traitement du minerai, le criblage s'effectue principalement pour les raisons suivantes : • • • pour éviter que des matériaux trop petits ne pénètrent dans les concasseurs pour éviter que des matériaux trop gros ne passent aux stades ultérieurs du procédé de broyage ou au concassage fin en circuit fermé pour produire des matériaux d'une granulométrie contrôlée, par exemple après extraction. 2.3.1. Classification La classification peut être décrite comme la séparation de particules solides en deux ou plusieurs produits selon leur vitesse de chute à travers un milieu. La vitesse des particules dépend de leur granulométrie, de leur densité et de leur forme. Dans le traitement du minerai, la classification s'effectue le plus souvent par voie humide, l'eau servant de milieu liquide. La classification par voie sèche, avec l'air comme milieu, s'emploie dans plusieurs applications (ciment, calcaire, charbon). La classification est généralement effectuée sur des minéraux qui sont considérés comme trop fins pour être séparés efficacement par criblage. 2.3.1.3.1 Cônes de décantation et classificateurs hydrauliques Utilisations : les cônes (ou cônes de décantation) servent principalement au déschlammage. Les classificateurs hydrauliques de l'industrie minière servent à la réception des produits finaux (industrie sablière) ou à la préparation de l'alimentation en plusieurs plages granulométriques pour des procédés ultérieurs de concentration gravimétrique. Principes et architecture : un cône de décantation est une cuve conique dans lesquelles la pulpe est introduite verticalement, par le haut. Les particules grossières descendent et sont évacuées de la cuve par le tuyau d'évacuation de la sousverse, les particules fines sont évacuées de la cuve avec la plus grande partie de l'eau en passant par-dessus le bord supérieur (surverse). Les classificateurs hydrauliques utilisent une eau d'apport qui est injectée dans la cuve de séparation. Le sens d'écoulement de l'eau s'oppose à celui des particules en décantation. En général, un classificateur hydraulique se compose d'une série de colonnes dans laquelle un courant d'eau vertical monte à l'intérieur de chaque colonne, les particules les plus lourdes retombant en premier. Le classificateur hydraulique type est le classificateur de Fahrenwald, couramment utilisé dans l'industrie du verre et du ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 53 Chapitre 1 sable de fonderie. Les nouveaux classificateurs hydrauliques sont les systèmes de type "allflux" ou similaires, qui associent la classification hydraulique à un milieu autogène dense, combinant ainsi la classification et la séparation en milieu dense (on les utilise principalement pour le déhouillage du sable). Figure 2.6 : classificateur hydraulique 2.3.1.3.2 Hydrocyclones Utilisations : ils sont couramment employés dans le traitement du minerai pour la classification des fines (le plus souvent d'une granulométrie inférieure à 100 µm), souvent en circuit fermé avec des broyeurs à boulets pour préparer l'alimentation de la flottation ou de la lixiviation et pour les produits finaux spéciaux fins (kaolin). Ils sont particulièrement efficaces pour des granulométries de séparation fines, notamment pour le déschlammage, l'épaississement et le dessablage. Principe et architecture : un hydrocyclone est une cuve composée d'une section cylindrique ayant une entrée d'alimentation tangentielle liée à une partie conique inférieure. L'alimentation accélère et tourne à haute vitesse dans la cuve, amenant les particules grossières par des forces centrifuges vers la paroi interne, d'où elle descend le long de la partie conique et est évacuée de la cuve par le tuyau d'évacuation de sousverse. Les particules fines plus lentes à se décanter restent au centre du fluide, qui forme un courant interne ascendant et s'évacue de la cuve par l'ouverture d'évacuation centrale supérieure. Pour éviter les raccourcis, les matières en amont sont récupérées par une section de conduite interne réglable, reliée à l'orifice de surverse (diaphragme). 54 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.7 : Hydrocyclone La granulométrie de séparation et le débit dépendent du diamètre de l'hydrocyclone. Pour des débits plus importants, les hydrocyclones sont utilisés en parallèle. 2.3.1.3.3 Classificateurs mécaniques Utilisations : opérations de broyage auparavant en circuit fermé, déshydratation, opérations de lavage et de déschlammage ; ils étaient fréquemment utilisés dans les circuits de broyage, mais sont progressivement remplacés par des hydrocyclones. Aujourd'hui, on les utilise principalement dans l'industrie sablière et dans de petites installations de traitement du minerai. Principe et architecture : un classificateur mécanique est constitué d'un réservoir de décantation à côtés parallèles et à fond incliné, équipé d'un dispositif qui induit en permanence l'agitation de la pulpe et l'élimination des matériaux solides décantés. La pulpe d'alimentation est injectée dans le classificateur, formant un bassin de décantation dans lequel des particules à haute vitesse de chute tombent rapidement dans le fond du réservoir. Des râteaux mécaniques ou des vis hélicoïdales font remonter les matériaux déposés au fond de l'appareil par raclage. En même temps, les matériaux plus lents à se décanter sont éliminés dans une surverse liquide. Il existe différents types de classificateurs sur le marché, le plus souvent des classificateurs à spirale et des classificateurs à râteau. Caractéristiques techniques générales des classificateurs à spirale : • longueur du réservoir : de 3 à 12 m • largeur du réservoir : de 0,3 à 6,5 m • vitesse circonférentielle de la spirale : de 10 à 40 m/min • inclinaison du réservoir : de 14 à 18 ° ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 55 • Chapitre 1 débit d'écoulement : de 10 à 90 m3/h. Figure 2.8 : Classificateurs à râteau et à spirale 2.3.1.4 Concentration gravimétrique La concentration gravimétrique est une méthode qui consiste à séparer des minéraux de densité différente par la force de gravité ou par d'autres forces, par exemple la force centrifuge ou la résistance au mouvement qu'offre un fluide visqueux comme l'eau ou l'air. Le mouvement d'une particule dans un fluide dépend non seulement de sa densité, mais également de sa taille et de sa forme. La concentration gravimétrique avancée s'est avérée être une solution alternative à la flottation et à la lixiviation en raison du fait, entre autres, qu'elle ne nécessite aucun réactif. 2.3.1.4.1 Séparation en milieu dense Réservoirs gravitationnels Utilisations : industrie houillère mais aussi traitement du minerai de fer et de chromite. Principe et architecture : les réservoirs gravitationnels comprennent des récipients dans lesquels on introduit à la fois l'alimentation et le milieu dense. Les matériaux légers sont séparés par des palettes ou simplement par surverse, tandis que les matériaux lourds peuvent être éliminés par différents moyens selon le modèle du séparateur. Dans la structure du séparateur, la partie la plus complexe est l'évacuation des matériaux lourds, l'objectif consistant à éliminer les particules de lourds sans vider le milieu dense en produisant des courants descendants perturbateurs dans la cuve. De nombreux types de réservoirs gravitationnels sont proposés, notamment le séparateur conique Wemco, les séparateurs dits "à tambour" ou le bain Drewboy. Caractéristiques techniques générales : bain Drewboy : 56 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • Chapitre 3 granulométrie d'alimentation : jusqu'à 1 000 mm débit d'écoulement : de 25 à 150 t/h par mètre de largeur de roue. Figure 2.9 : Bain Drewboy Séparateurs centrifuges Utilisations : traitement du charbon, de la chromite, de la baryte, de la fluorine et autres, et concentration des particules de granulométrie intermédiaire, en particulier celles qui sont trop petites pour les séparateurs gravimétriques traditionnels mais trop grosses pour la flottation par mousse. Principes et architecture : dans un séparateur centrifuge, l'accélération centrifuge aide l'accélération gravitationnelle à séparer les minéraux à faible densité de ceux à forte densité. Les deux principaux types de séparateurs centrifuges à milieu dense sont le "cyclone DSM", communément appelé "cyclone à milieu dense" et le "Dyna-Whirlpool (DWP)" et types similaires (par exemple le "TriFlow" qui est en fait un séparateur trois produits constitué de deux Dyna-Whirlpools alignés). Comme modèle d'une taille analogue à celle du Dyna-Whirlpool mais d'une capacité et d'une granulométrie d'alimentation supérieures, on trouve le séparateur "Larcodems". Caractéristiques techniques générales : Cyclone DSM (cyclone à milieu dense) : • • • • granulométrie d'alimentation : minerais métalliques d'une plage granulométrique de 0,5 à 10 mm, et charbon d'une granulométrie de 40 à 0,5 mm diamètre : de 250 à 1500 mm densité maximale : 3 t/m3 capacité : jusqu'à 30 t/h. Dyna Whirlpool (DWP) : • • • • granulométrie d'alimentation : charbon, diamants, minerais d'étain et de plomb-zinc dans une plage granulométrique de 0,5 à 30 mm, barytine, feldspath inclinaison du cylindre : 30 ° capacité : de 30 à 100 t/h diamètre : de 250 à 400 mm. 2.3.1.4.2 Pistonnage Utilisations : le pistonnage est utilisé aujourd'hui pour la préconcentration ou dans le procédé de triage des matériaux grossiers (principalement le charbon). De nombreuses installations de pistonnage sont ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 57 Chapitre 1 en activité dans les industries d'extraction de l'or, de la barytine, de la houille, de la cassitérite, du tungstène, du minerai de fer, et dans l'industrie sablière. Principes et architecture : dans le pistonnage, les particules de minerai sont retenues sur un crible ou une plaque perforée, dans une couche d'une épaisseur plusieurs fois supérieure à celle de la particule principale. Cette couche, ou "lit", est exposée à un flux de fluide qui augmente et diminue en alternance (pulsé) en vue de produire une stratification, les particules à haute densité migrant alors vers le fond du lit tandis que les particules à faible densité vont se rassembler au sommet du lit. Ce fluide est généralement de l'eau. Il existe différents types de bac à piston, encore appelé "jig", par exemple le bac à piston Denver, le bac à piston circulaire, le bac à piston Baum et le bac à piston Batac. Caractéristiques techniques générales (exemples) : Bac à piston Denver (employé principalement pour les métaux lourds, dans les circuits de broyage) • • • • • fréquence élevée : de 280 à 350/min granulométrie fine : de 100 µm à 5 mm application : minéraux lourds et sulfures surface maximale de prise : 2 x (60 x 90 cm) débit maximal : 30 t/h. Bac à piston Batac (employé principalement pour le charbon) : • • • 58 largeur : jusqu'à 7 m longueur : jusqu'à 6 m débit : jusqu'à 1 000 t/h. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2010 : Bac à piston Denver 2.3.1.4.3 Tables à secousses Utilisations : traitement du charbon, de l'or, des minéraux lourds, du tantale, de l'étain, de la barytine, des sables à verre, de la chromite, etc. Principes et architecture : une table à secousse peut être décrite comme une plateforme légèrement inclinée, dotée de riffles, rectangulaire ou rhombiforme. Elle est généralement en bois ou en fibre de verre. L'eau et les matériaux solides sont introduits par son bord supérieur. La table vibre longitudinalement sous l'action de mouvements de poussée lents et de retours rapides. Les minéraux se déplacent lentement le long de la table, exposés à deux forces. La première force est due au mouvement de la plateforme et la seconde, à une pellicule d'eau continue. Les minéraux se séparent alors sur la plateforme, les grains les plus gros et les plus légers étant pris avec les résidus tandis que les grains les plus petits et les plus denses sont entraînés en direction de la goulotte à concentré située de l'autre côté de la plateforme. Le concentré peut être séparé en différents produits, par exemple une fraction de mixtes et un concentré à haute teneur, par des séparateurs réglables situés du côté du concentré. La table à secousse présente différentes architectures et des variables de fonctionnement qui régulent le procédé. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 59 Chapitre 1 Figure 2.11 : Table à secousses 2.3.1.4.4 Spirales Utilisations : diverses applications, principalement pour le traitement des sables à minéraux lourds, de l'or, de l'étain, du tantale, des sables à verre et des fines de charbon. Principes et architecture : une spirale consiste en une fosse hélicoïdale d'une section semi-circulaire modifiée. Les boues sont introduites par le haut de la spirale et pendant leur course hélicoïdale, les grains sont stratifiés sous l'effet de différents mécanismes, notamment les vitesses de sédimentation différentielles des particules, les forces centrifuges et l'écoulement interstitiel à travers la couche de particules en circulation. Les bandes de produits sont évacuées à travers des séparateurs réglables le long de l'hélice et/ou au niveau de l'extrémité d'évacuation inférieure de la spirale. A l'heure actuelle, plusieurs types de spirales sont utilisés pur la concentration gravimétrique, tous issus du modèle original de la "spirale de Humphrey". Caractéristiques techniques générales : • • 60 granulométrie pouvant être traitée : pour le charbon, de 0,1 à 4 mm, pour les minerais métalliques, de 0,02 à 1 mm débit : de 1 à 3 t/h par spirale. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.12 : Batterie de spirales 2.3.1.4.5 Cônes Outre les cônes de décantation mentionnés à la section 2.3.1.3.1, qui classifient l'alimentation en fonction de sa granulométrie, les cônes sont utilisés pour la séparation en fonction de la densité. Utilisations : dans des applications de concentration gravimétrique haute capacité, pour des matières fines (< 1 mm), par exemple dans le traitement des sables de plage ; dans la préconcentration de l'étain, du fer et de l'or, dans la récupération de la wolframite et de la chromite, ainsi que dans la concentration de la magnésite. Principes et architecture : plusieurs étapes d'enrichissement peuvent être exécutées dans un seul appareil, cet appareil étant constitué de plusieurs sections coniques empilées verticalement. Dans le "cône Reichert", par exemple, un cône distributeur vertical distribue l'alimentation à haute densité de pulpe tout autour d'un cône de concentration retourné. Lorsque l'alimentation s'écoule vers le centre du cône, les particules de minéraux lourds se séparent pour migrer vers le fond de la pellicule. Une fente annulaire située à la base du cône concentrateur évacue ce concentré tandis que la fraction de la pellicule qui s'écoule par-dessus la fente, et qui constitue les résidus, tombe dans le caisson d'alimentation destiné à la deuxième étape. Caractéristiques techniques générales : • • • diamètre du cône : 2 m teneur en matériaux solides : de 55 à 65 % débit : de 70 à 100 t/h. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 61 Chapitre 1 Figure 2.13 : Cône Reichert 2.3.1.5 Flottation Utilisations : il s'agit de la principale technique de séparation utilisée dans le traitement du minerai, pour les minerais à base de métaux. Initialement employée pour concentrer les sulfures, les minerais de cuivre, de zinc et de plomb, elle s'utilise aujourd'hui également dans le traitement de minerais non métalliques, tels que les fines de charbon, la fluorite et le phosphate, la potasse, les oxydes comme la cassitérite et l'hématite, et les oxydes minéraux comme la cérusite et la malachite. Principes et architecture : dans la flottation, la séparation des minéraux s'effectue en utilisant les différences qui existent entre leurs propriétés de surface physico-chimiques. Par exemple, après avoir été conditionnées avec des réactifs, certaines particules deviennent hydrofuges ou hydrophobes (ou aérophiles), tandis que d'autres restent hydrophiles. Dans le procédé de séparation sélective, les bulles d'air se fixent sur les particules hydrophobes (ou aérophiles), soulevant celles-ci jusqu'à la surface de l'eau et formant une mousse stable qu'on enlève. Les particules hydrophiles restent à l'intérieur de la pulpe et sont évacuées. Les procédés de flottation consistent généralement en plusieurs étapes destinées à nettoyer à nouveau les concentrés et à récupérer les minéraux de valeur restants à partir des résidus. 62 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.14 : Procédé de flottation Cellules de flottation Elles sont principalement de deux types : les cellules pneumatiques et les cellules mécaniques. • • les cellules mécaniques sont les modèles classiques les plus fréquemment utilisés dans les installations de flottation. Elles sont constituées de cuves en acier équipées d'une turbine à entraînement mécanique qui disperse l'air sous forme de fines bulles et agite la boue. Plusieurs cellules individuelles sont montées en batterie. La mousse déborde ou est évacuée avec des palettes mécaniques. il existe deux types principaux de cellules de flottation pneumatiques : les colonnes de flottation et la cellule unitaire de flottation pneumatique. Une colonne de flottation est constituée d'un cylindre d'acier vertical élevé (jusqu'à 15 m) mesurant jusqu'à 3 m de diamètre. La pulpe d'alimentation pénètre dans le cylindre à environ trois quarts de sa hauteur. L'air pénètre dans la cuve par un aérateur à bulles situé à l'extrémité inférieure du cylindre. La mousse chargée est lavée par des jets d'eau avant de sortir du cylindre en passant par-dessus le bord supérieur. Les résidus sont évacués du cylindre avec les particules hydrophiles par le tuyau d'évacuation de la sousverse. Les machines unitaires de flottation pneumatiques assurent la collision entre les bulles et les particules à l'extérieur de la cuve de séparation, dans le tube d'alimentation de la pulpe, au moyen de différents mélangeurs ou "réacteurs", par injection d'air comprimé dans la pulpe par pompage. Le mélange triphasique pénètre dans la cuve de séparation, les bulles chargées montant jusqu'au bord supérieur et quittant alors la cuve, tandis que les résidus sont évacués dans le fond conique. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 63 Chapitre 1 Figure 2.15 : Cellule de flottation mécanique Figure 2.16 : Cellule de flottation pneumatique 2.3.1.6 Séparation magnétique Utilisations : élimination des débris de fer, concentration des minéraux ferromagnétiques et paramagnétiques, purification des sables de verrerie Principes et architecture : la séparation magnétique s'appuie sur les différentes propriétés magnétiques des minéraux. En général, les minéraux se répartissent en trois groupes selon leurs caractéristiques magnétiques : les diamagnétiques, les paramagnétiques ou les ferromagnétiques. Les diamagnétiques sont des matériaux qui sont repoussés par un aimant et qui, de ce fait, ne peuvent être séparés par voie magnétique. Les paramagnétiques sont des matériaux qui sont faiblement attirés par un aimant et peuvent être concentrés dans des "séparateurs magnétiques à haute intensité". Les ferromagnétiques sont également des matériaux qui sont attirés par un aimant, mais cette attraction est nettement plus forte que pour les paramagnétiques. Par conséquent, on emploie des "séparateurs magnétiques à basse intensité" pour les concentrer. Les séparateurs magnétiques les plus répandus sont les suivants : • 64 séparateurs basse intensité à voie sèche. Ce sont, entre autres, les séparateurs à tambour utilisés principalement pour concentrer les sables grossiers (procédé de scheidage) ; les séparateurs à juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 • • • bandes croisées et les séparateurs à disques, utilisés tous deux dans le traitement des sables ; et les "poulies magnétiques" utilisées pour l'élimination des débris de fer séparateurs basse intensité à voie humide : les séparateurs à tambour servent à purifier le milieu magnétique dans les circuits de séparation en milieu dense (DMS) et à traiter les sables ferromagnétiques, les bobines magnétiseuses et les bobines démagnétiseuses séparateurs magnétiques haute intensité à voie sèche : les séparateurs à rouleaux induits sont utilisés dans la concentration du minerai de phosphate, des sables de verrerie, des sables de plage, des minerais d'étain et de la wolframite séparateurs magnétiques haute intensité à voie humide : le séparateur Jones est employé dans le traitement des minerais de fer à faible teneur contenant de l'hématite. Figure 2.17 : Séparateurs basse intensité à tambour 2.3.1.7 Séparation électrostatique Utilisations : concentration des minéraux tels que l'ilménite, le rutile, le zircon, l'apatite, l'amiante, l'hématite et la potasse. Principes et architecture : la séparation électrostatique est une méthode qui utilise des forces exercées sur des corps chargés ou polarisés dans un champ électrique pour effectuer la concentration de minéraux. En fonction de leur conductivité, différentes particules minérales suivent différentes trajectoires au sein d'un champ électrique, ce qui permet de les séparer. Les facteurs principaux de ce procédé sont, entre autres, les caractéristiques mécaniques et électriques du séparateur ainsi que la taille, la forme, la densité, l'état de surface et la pureté des particules minérales. Ces particules minérales doivent être absolument sèches et l'humidité de l'air ambiant doit être contrôlée. Les séparateurs électrostatiques se classent en séparateurs électrostatiques à plaque et en séparateurs électrostatiques à crible. 2.3.1.8 Triage Utilisations : séparation des minéraux industriels tels que la magnésite, la barytine, le talc, le calcaire, le marbre, le gypse, le silex ; récupération de la wolframite et de la scheelite à partir du quartz ; traitement des minerais d'or, des minerais d'uranium et récupération des diamants. Principes et architecture : le triage du minerai remonte à l'antiquité. Bien que le triage manuel ne soit plus aussi répandu aujourd'hui qu'il ne l'était, principalement à cause des quantités importantes de minerai de faible teneur nécessitant un broyage très fin, il continue d'être utilisé dans les pays isolés ou sous-développés. Les opérations mécanisées du triage sont le triage photométrique, le triage radiométrique (avec les minerais d'uranium) et le triage électrique (contrôle de résistance, détecteurs de métaux). Le triage photométrique est un procédé qui consiste à séparer le minerai en différentes fractions après examen optique. Les particules d'alimentation doivent être suffisamment grosses (d'un calibre ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 65 Chapitre 1 généralement supérieur à environ 10 mm), par exemple, pour que le matériel de triage puisse effectuer la séparation voulue à une vitesse acceptable. Il faut certaines caractéristiques ou combinaisons de propriétés décelables pour permettre une différenciation entre les matériaux de valeur et les matériaux sans valeur. La base du trieur photométrique est une source lumineuse et un photomultiplicateur sensible utilisé dans un système de balayage pour détecter une lumière réfléchie par les surfaces de l'alimentation. Un circuit électronique analyse le signal du photomultiplicateur, qui varie en fonction de l'intensité de la lumière réfléchie, et produit des signaux de commande destinés à activer telle ou telle soupape d'un dispositif de rejet à jet d'air pour éliminer certaines particules sélectionnées au moyen du procédé analytique. 2.3.1.9 Lixiviation Utilisations : extraction du sel de roche, de la potasse, de l'or (dissolution de l'or natif dans des solutions de cyanure) et de l'argent, du minerai d'uranium (dissolution de l'uraninite en solutions de carbonate), du cuivre ainsi que des substances résiduelles. Principes et architecture : la lixiviation est une méthode qui consiste à dissoudre de manière sélective des minéraux de valeur à partir d'un matériau et au moyen d'un lixiviant, généralement une solution aqueuse, afin d'obtenir une solution enrichie (dotée d'une forte concentration de composés de valeur). Le minéral ou composé de valeur peut apparaître dans le matériau lixivié sous au moins trois formes physiques : sous forme de particule libre, sous forme de particule multiphasique dans laquelle le minéral de valeur est exposé au lixiviant sur au moins une face, et sous forme d'un matériau inaccessible ceint d'une gangue. Dans les deux premiers cas, le minéral de valeur peut être directement lixivié. Il existe plusieurs techniques de lixiviation. Elles comprennent les opérations sur lit fixe, comme la lixiviation par percolation, la lixiviation en tas et la lixiviation in situ, mais aussi la lixiviation dans une pulpe en mouvement, comme la lixiviation par agitation (lixiviation en cuve) et la lixiviation sous pression. Il existe également la lixiviation dite "biologique", qui utilise les bactéries thiobacillus ferrooxidans et thiobacillus thiooxidans. Figure 2.18 : Lixiviation en tas 66 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.19 : Cuve de lixiviation 2.3.1.10 Déshydratation Epaississement Utilisations : l'épaississement s'utilise de manière généralisée pour la déshydratation préalable des concentrés et pour la déshydratation des résidus en vue de la récupération d'eau, en raison de son coût relativement faible et de ses capacités supérieures à celles du filtrage. Dans certaines techniques de traitement du minerai, on utilise également l'épaississement intermédiaire. Principes et architecture : l'épaississement est un procédé de sédimentation qui provoque une augmentation importante de la concentration de la suspension et la formation d'un liquide transparent. Les épaississeurs sont des cuves dans lesquelles les matériaux solides décantés et épaissis sont évacués par le fond sous forme de sousverse et le liquide transparent circule jusqu'à un point de débordement ou un système de goulotte situé dans la partie haute. Ces appareils peuvent être discontinus, comme l'épaississeur à chicanes, ou continus. Un épaississeur continu consiste généralement en un réservoir cylindrique constitué d'acier (mesurant généralement moins de 30 m de diamètre), du béton ou d'un mélange des deux, dont la profondeur varie d'environ 1 à 7 m et le diamètre d'environ 2 à 200 m. Le réservoir est équipé d'un ou plusieurs bras à rotation radiale, possédant chacun une série de lames. Ces lames raclent les matériaux solides décantés vers le point d'évacuation de la sousverse. Il existe plusieurs types d'épaississeur continu, comme les épaississeurs à pont, les épaississeurs à pilier central, les épaississeurs à traction, les épaississeurs à plateau et les épaississeurs à haute capacité. Caractéristiques techniques générales : Epaississeur continu : • • diamètre : de 2 à 200 m diamètre/hauteur :  petit épaississeur : de 1:1 à 4:1  gros épaississeur : jusqu'à 10:1 Epaississeur à chicanes : • surface utile de l'épaississeur à lamelles : jusqu'à 600 m2 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 67 Chapitre 1 Figure 2.20 : Epaississeur continu Filtration Utilisations : déshydratation du concentré de flottation, des concentrés magnétiques et de plusieurs minéraux non métalliques ; séparation de la liqueur-mère des matériaux solides lixiviés dans le procédé au cyanure ; lavage du gâteau de filtration déshydraté ; clarification de la liqueur-mère décantée et collecte du précipité. Principes et architecture : la filtration peut être considérée comme un procédé qui consiste à séparer des matériaux solides d'un liquide au moyen d'une membrane perméable qui retient les solides mais qui laisse passer les liquides. La filtration vient souvent après l'épaississement, la pulpe épaissie pouvant être introduite dans des agitateurs de stockage où des floculants sont parfois ajoutés et à partir desquels elle est attirée à une vitesse uniforme vers les filtres. Le type de filtre le plus couramment utilisé dans le traitement du minerai est le "filtre à tourteau", dans lequel le critère principal est la récupération de grosses quantités de matériaux solides à partir de boues extrêmement concentrées. Les filtres à tourteau se classent principalement en "filtres sous vide" et en "filtres sous pression", selon le mode employé pour obtenir la différence de pression requise de part et d'autre du milieu poreux. Ils peuvent également être du type "discontinu" ou du type "continu". Les filtres sous pression les plus répandus sont les "filtres presse", qui se présentent sous deux grandes formes : le filtre presse à plaque et à cadre et la presse à chambre. La pression de fonctionnement de la presse à plaque et à cadre peut atteindre 25 bar. D'autre part, il existe plusieurs types de filtres sous vide, comme le "filtre à tambour continu" (dont il existe de nombreux modèles), le "filtre à disques continu" et le "filtre à courroie horizontale". Caractéristiques techniques générales : • • • 68 filtre presse à plaque et à cadre :  dimension de la plaque : jusqu'à 2 m sur 2  surface du filtre : au maximum 1500 m2 par machine filtre à tambour continu :  surface du filtre : jusqu'à environ 120 m2 filtre à disques continu :  surface de filtre plus étendue par unité de volume : jusqu'à environ 200 m2 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.21 : Filtre presse à plaque et à cadre Figure 2.22 : Filtre à tambour ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 69 Chapitre 1 Figure 2.23 : Filtre à disques Centrifugation A la place des filtres presse à plaque et à cadre, on utilise pour la déshydratation des centrifugeuses à bol plein. Leurs caractéristiques techniques générales sont les suivantes : • • • diamètre du tambour : jusqu'à 1 100 mm longueur du tambour : jusqu'à 3 300 mm débit : 15 tonnes/heure max. (sur base sèche) Lorsque la déshydratation s'effectue par centrifugeuse, les teneurs en solides sont inférieures à celles obtenue avec des filtres presse à plaque et à cadre. De ce fait, les matériaux déshydratés se comportent plutôt comme une gelée que comme un tourteau. Pour obtenir les meilleurs résultats, il faut ajouter des floculants. 2.3.2 Réactifs Réactifs de flottation Les réactifs de flottation sont les différents composés chimiques qui sont employés dans le procédé de flottation pour que l'opération se déroule dans de bonnes conditions. Employés de manière sélective en fonction du type de minerai, ils comprennent les "collecteurs", les "moussants" et les "régulateurs". • • • 70 collecteurs : ce sont des "substances tensioactives", c'est-à-dire des composés organiques qui s'adsorbent à la surface des minéraux, les rendant hydrophobes et leur permettant d'adhérer aux bulles. Ils se divisent en composés ionisants et en composés non ionisants. Les collecteurs non ionisants sont pratiquement insolubles et confèrent aux surfaces des minéraux une forte hydrophobicité naturelle (principalement le charbon), pour renforcer leurs propriétés hydrofuges. Les collecteurs ionisants se dissolvent dans l'eau et possèdent une structure hétéropolaire, c'est-àdire un groupe non polaire (groupe hydrocarbure) qui possède des propriétés hydrofuges et un groupe polaire qui se fixe à la surface du minéral. Le collecteur se classe selon le type de groupe polaire : collecteurs anioniques (carboxylique, sulfates, sulfonates, xanthates et dithiophosphates), cationiques (amine) ou collecteurs amphotères. moussants : ce sont des réactifs qui permettent de maintenir la stabilité de la mousse, par exemple les acides, les amines et les alcools régulateurs ou modificateurs : ce sont des réactifs qui régulent l'opération de flottation. Les différentes classes sont les activateurs, les dépresseurs ou les modificateurs de pH. Les activateurs juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 permettent l'adsorption des collecteurs sur les minéraux en modifiant le caractère chimique des surfaces minérales. Ces substances sont généralement des sels solubles. Les dépresseurs (silicate de soude, amidon, quebracho etc.), au contraire, rendent les minéraux hydrophiles et les empêchent de flotter. Les modificateurs de pH (tels que la chaux, la soude et la soude caustique pour l'alcalinité, et principalement l'acide sulfurique pour l'acidification) contrôlent le pH de la pulpe, qui influe de manière importante sur la plupart des étapes du traitement (adsorption des collecteurs et des dépresseurs, etc.) • floculants : dans les usines allemandes de traitement de la houille, on utilise des floculants industriels à base de polyacrylates ou de polyacrylamides. 2.3.3 Effets sur les caractéristiques des résidus Caractéristiques des résidus Distri- Formation Surface % Réactifs pH Influence Propriétés Forme bution de fines spécifi- solidu DA de surface des granuloque des partimétrique cules Fragmentation X X1 X X2 X X X Criblage X X3 Classification X X X X Concent. grav. X X Flottation X4 X5 X6 X X Sépar. mag. -7 X Sépar. élec. X X X Triage X Lixiviation X X X X Epaississ. X8 X9 X Filtration X X X10 X Etape de traitement 1) 2) 3) 4) par exemple, un broyeur agitateur produit plus de fines qu'un broyeur à boulets concassage à sec, procédé par voie humide des broyeurs à tambour et broyeurs agitateur un criblage excessif peut entraîner la formation de fines la flottation est un procédé par voie humide comportant environ 30 à 40 % de solides dans le traitement du minerai métallique et de 5 à 15 % de solides dans le traitement de la houille, il faut le plus souvent ajouter de l'eau 5) voir section 2.3.2 pour de plus amples explications 6) élevés ou abaissés 7) généralement sans réactifs, mais pour les fines, il faut parfois utiliser des agents de dispersion à des fins de désagglomération 8) le pourcentage de matériaux solides diminue évidemment du fait de l'épaississement 9) utilisation fréquente de floculants (voir la section 2.3.2 pour de plus amples explications) 10) par exemple en utilisant des floculants tels que le sulfate d'aluminium ou la chaux, qui modifient le pH Tableau 2.2 : Effets des étapes de traitement du minerai sur les caractéristiques des résidus Le criblage et la classification ont une influence indirecte sur la distribution granulométrique et la formation de fines s'ils sont utilisés en circuit fermé avec broyage, comme un broyeur à boulets en circuit fermé avec un cyclone. Dans cet exemple, les matières évacuées par le broyeur à boulets sont envoyées dans un cyclone. La surverse du cyclone a une granulométrie telle que le minéral souhaité est libéré pour une séparation ou une concentration ultérieures. La sousverse du cyclone, qui nécessite une réduction supplémentaire de granulométrie, est renvoyée au broyeur. Ici, le classificateur permet d'empêcher tout surbroyage dans le broyeur. Il est à noter que pour la séparation magnétique (si elle est effectuée par voie humide) et gravimétrique, le pourcentage de matériaux solides devra éventuellement être ajusté, et les étapes de procédé vont donc modifier également ce pourcentage. Toutefois, cela n'a pas d'incidence sur la gestion des résidus si ces derniers passent par un épaississeur avant d'être déversés dans un bassin. La colonne intitulée "influence du DA" met en évidence des étapes de traitement qui vont soit modifier l'accessibilité des sulfures (comme la fragmentation) soit modifier la teneur en sulfures des ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 71 Chapitre 1 résidus (ainsi, la séparation électrostatique peut éliminer une partie de la pyrite). L'influence du DA sur la flottation peut être à la fois positive (élimination des sulfures dans le concentré) et négative (élimination d'autres minéraux et les sulfures restent dans les résidus). La fragmentation a principalement pour effet de rendre les minéraux sulfurés plus accessibles et donc de favoriser le phénomène de DA. Il est évident que la fragmentation modifie les propriétés de surface. En réalité, toutes les étapes de traitement qui comportent l'adjonction de réactifs ont une incidence sur les propriétés de surface. 2.3.4 Techniques et procédés 2.3.4.1 Raffinage de l'alumine Le raffinage de l'alumine est un procédé qui utilise la bauxite comme matière première pour produire de l'alumine. L'alumine est un matériau granulaire blanc dont l'appellation correcte est "oxyde d'aluminium". Le procédé de raffinage Bayer, employé dans les raffineries d'alumine du monde entier, se déroule en quatre étapes : la digestion, la clarification, la précipitation et la calcination. L'alumine est transformée en aluminium par fusion, ces techniques étant décrites dans le document BREF relatif aux industries des métaux non ferreux [35, BEPRIP, 2001] La digestion (dissolution) de l'hydrate d'aluminium (Al2O3·3H2O) à partir de la bauxite s'effectue sous pression dans de l'hydroxyde de sodium à haute température (autour de 250 °C). Les matières insolubles, sable et boues rouges, sont séparées par cyclonage, décantation et, après lavage et filtration, sont déposées dans l'IGR. L'hydrate d'aluminium est précipité sous forme d'une boue blanche et séché (calciné) pour produire de l'alumine (Al2O3), un produit cristallin blanc dont les particules mesurent environ 90 µm de diamètre. Il faut de quatre à six tonnes de bauxite pour produire deux tonnes d'alumine et par la suite, une tonne d'aluminium [22, Aughinish, ]. 72 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.24 : Schéma de traitement type du procédé Bayer Ce procédé se déroule généralement à proximité du site de l'exploitation mais il existe en Europe des sites où la bauxite est transformée en alumine sur le lieu même de la fonderie d'aluminium ou dans des raffineries d'alumine indépendantes. Pour en savoir plus sur le raffinage de l'alumine, le lecteur peut consulter la page suivante : http://www.world-aluminium.org/production/refining/. 2.3.4.2 Lixiviation de l'or au cyanure A proprement parler, la lixiviation est plus un procédé hydrométallurgique qu'une technique type de traitement du minerai. Toutefois, dans le cas de la lixiviation de l'or, elle s'applique au minerai tout venant ou s'intègre aux autres étapes de traitement du minerai (par exemple après la fragmentation et la séparation gravimétrique ou la flottation). Par conséquent, la lixiviation est généralement considérée comme faisant partie du traitement du minerai. D'autres minéraux peuvent être lixiviés, de même qu'on utilise d'autres lixiviants que le cyanure (le sel, par exemple, peut être lixivié ou dissous avec de l'eau et le cuivre peut être lixivié avec de l'acide sulfurique), mais en raison de la haute toxicité du cyanure et des inquiétudes du public quant à son utilisation dans le secteur minier, le présent chapitre ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 73 Chapitre 1 traitera plus particulièrement de l'utilisation du cyanure dans la lixiviation de l'or. On notera, cependant, que le cyanure peut également servir à la flottation des sulfures, comme dépresseur de la pyrite (FeS2). Le passage ci-après, relatif à l'utilisation du cyanure pour la lixiviation de l'or, est extrait, sauf indication contraire, du "Code international de gestion du cyanure pour la fabrication, le transport et l'utilisation du cyanure dans la production de l'or" (www.cyanidecode.org). Des informations relatives à la chimie du cyanure et aux méthodes de prélèvement et d'analyse ont été téléchargées depuis ce site et intégrées à l'annexe 1. Utilisation du cyanure dans l'industrie de l'or L'or est généralement présent au sein des minerais dans de très faibles concentrations, inférieures à 10 g/t ou 0,001 %. A de telles concentrations, le recours à des procédés d'extraction hydrométallurgiques, c'est-à-dire reposant sur la chimie aqueuse, est la seule méthode économiquement viable pour extraire l'or du minerai. En général, la récupération de l'or par voie hydrométallurgique comporte une étape de lixiviation lors de laquelle l'or est dissous dans un milieu aqueux, étape suivie de la séparation de la solution contenant de l'or des résidus ou de l'adsorption de l'or sur du charbon actif, et enfin de la récupération de l'or soit par précipitation, soit par élution et électrorécupération (voir figure ci-après). Figure 2.25 : Les principes de la récupération de l'or par lixiviation Un circuit de séparation gravimétrique est souvent incorporé dans ce procédé après la fragmentation, pur récupérer les particules d'or suffisamment grosses (> 30 µm) avant lixiviation. L'utilisation de la séparation gravimétrique dans le domaine de la récupération de l'or est en train d'évoluer rapidement, vers des granulométries de plus en plus fines (voir chapitre 6). L'or fait partie des métaux nobles et en tant que tel, il n'est pas soluble dans l'eau. La présence d'un complexant comme le cyanure, qui stabilise l'espèce aurifère en solution, et d'un oxydant comme l'oxygène, est nécessaire à la dissolution de l'or. Pour cette dissolution, la quantité de cyanure en solution peut ne pas dépasser 350 mg/l ou 0,035 % (100 % NaCN). 74 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Il existe d'autres agents complexants pour l'or, comme le chlorure, le bromure, la thio-urée et le thiosulfate, mais ils forment des complexes moins stables et il faut alors des conditions plus agressives pour dissoudre l'or. Ces réactifs sont souvent plus onéreux à utiliser et/ou présentent également des risques pour la santé et l'environnement. Cela explique la prédominance du cyanure, qui reste le principal réactif pour la lixiviation de l'or à partir de minerais. Préparation du minerai Le but de la préparation du minerai est de présenter le minerai au lixiviant (la solution aqueuse de cyanure) sous une forme qui garantira la récupération la plus économique et la meilleure possible de l'or. La première étape de la préparation du minerai est celle du concassage et du broyage, qui diminue la granulométrie du minerai et libère l'or en vue de sa récupération. Du minerai contenant de l'or libre ne permettra pas forcément de récupérer une quantité suffisamment importante uniquement au moyen de la lixiviation par cyanuration, et peut nécessiter un procédé de récupération par gravité, qui consiste à récupérer l'or libre avant de soumettre le reste de l'or à une lixiviation par cyanuration. Les minerais aurifères qui contiennent de l'or associé à des minéraux sulfurés ou carbonés nécessitent, outre une réduction de leur granulométrie, un traitement supplémentaire avant que l'or ne soit récupéré. La quantité d'or récupéré à partir d'un minerai sulfuré est faible parce que le cyanure va lixivier de préférence les minéraux sulfurés plutôt que l'or et parce que le cyanure est consommé par la formation de thiocyanate. Ces minerais sont soumis à un procédé de concentration tel que la flottation, puis d'un second procédé destiné à oxyder les sulfures, ce qui limite leur interaction avec le cyanure au cours de la cyanuration de l'or. Les minéraux carbonés vont adsorber l'or après sa dissolution. Pour empêcher cela, le minerai est oxydé avant d'être lixivié. Le procédé de lixiviation peut également être modifié pour contrer cet effet, par l'adjonction de charbon actif qui va adsorber l'or en priorité. Lixiviation avec des solutions aqueuses de cyanure On lixivie l'or dans du cyanure aqueux en l'oxydant avec un oxydant tel que l'oxygène dissous et en le complexant avec du cyanure pour former un complexe or-cyanure. Ce complexe est extrêmement stable et la quantité de cyanure nécessaire n'est que très légèrement supérieure aux conditions stoechiométriques. Toutefois, dans la pratique, la quantité de cyanure utilisée dans les solutions de lixiviation est fonction de la présence d'autres consommateurs de cyanure et de la nécessité d'augmenter la vitesse de lixiviation pour attendre des niveaux acceptables. Dans la pratique, les concentrations de cyanure utilisées vont généralement de 300 à 500 mg/l (de 0,03 à 0,05 % de NaCN), selon la minéralogie du minerai. L'or est récupéré par lixiviation en tas ou par lixiviation sous agitation de pulpe. Dans la lixiviation en tas, le minerai ou les fines agglomérées sont empilés sous forme de tas sur un matelas recouvert d'une membrane imperméable. Le terme "lixiviation en vrac" est parfois appliqué à la lixiviation en tas du minerai non concassé. Une solution de cyanure est introduite sur le tas par des arroseurs ou par un système d'irrigation en goutte à goutte et la solution pénètre dans le tas par percolation, lixiviant ainsi l'or du minerai. La solution aurifère est récupérée sur la membrane imperméable et acheminée vers des installations de stockage pour y subir d'autres traitements. La lixiviation en tas est intéressante du fait de son faible coût d'investissement, mais c'est un procédé lent et le rendement d'extraction de l'or, lui aussi, est relativement faible. Dans un circuit classique de broyage et de lixiviation sous agitation, le minerai est broyé dans des broyeurs semi-autogènes, à boulets ou à barres jusqu'à une consistance de sable ou de poudre. Le minerai broyé est amené sous forme de boue dans une série de cuves de lixiviations. Cette boue est agitée dans les cuves de lixiviation, par voie mécanique ou par injection d'air, pour augmenter le contact du cyanure et de l'oxygène avec l'or et pour améliorer le rendement du procédé de lixiviation. Comme cela est indiqué précédemment, le cyanure dissout l'or du minerai et forme un complexe orcyanure stable. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 75 Chapitre 1 On augmente le pH de la boue à une valeur de 10 à 11 en utilisant de la chaux à l'entrée du circuit de lixiviation pour empêcher, lors de l'adjonction du cyanure, que du cyanure d'hydrogène gazeux ne se dégage et pour garantir que le cyanure va rester dans la solution et donc qu'il sera présent pour dissoudre l'or. La boue peut également faire l'objet d'un autre préconditionnement, par exemple une préoxydation à l'entrée du circuit, avant l'adjonction du cyanure. Utilisé comme oxydant à la place de l'air, l'oxygène a l'avantage d'augmenter la vitesse de lixiviation et de diminuer la consommation de cyanure par suite de l'inactivation de certaines des espèces consommatrices de cyanure qui sont présentes dans la boue. Lorsqu'on utilise du charbon pour récupérer l'or dissous, on introduit du charbon hautement actif dans le procédé, soit directement dans les cuves de lixiviation (procédé appelé lixiviation au charbon actif, "Carbon in Leach" ou CIL), soit dans des cuves séparées après lixiviation (procédé appelé carbone en pulpe, "Carbon-In-Pulp" ou CIP). Le charbon actif adsorbe l'or dissous de la composante en solution de la boue de lixiviation, le concentrant ainsi en une masse plus petite de matériaux solides. On sépare ensuite le charbon de la boue par criblage et on le soumet à une transformation supplémentaire pour récupérer l'or adsorbé, comme décrit ci-après. Si on n'utilise pas de charbon pour adsorber l'or dissous dans la boue de lixiviation, il faut séparer la solution aurifère de la composante solide de la boue, au moyen d'appareils de filtration ou d'épaississement. La solution obtenue, appelée liqueur-mère, est ensuite soumise à une transformation supplémentaire (autre que l'adsorption sur charbon actif) destinée à récupérer l'or dissous, comme cela est expliqué dans le paragraphe sur la récupération de l'or. Les matériaux dont l'or a été extrait par adsorption ou par séparation liquides/solides sont appelés "résidus". Soit on assèche ces résidus pour récupérer l'eau et le réactif cyanuré résiduel, soit on les traite pour neutraliser ou récupérer le cyanure, soit on les envoie directement dans une IGR (voir section 3.1.6.3). Récupération de l'or dissous On récupère l'or à partir de la solution en ayant recours à la cémentation sur poudre de zinc (procédé dit de "Merrill-Crowe") ou par une première concentration de l'or par adsorption sur charbon actif, suivie d'une élution et d'une cémentation sur zinc ou d'une électrorécupération. Pour que la cémentation soit efficace, il faut une solution transparente, que l'on prépare généralement par filtration ou par décantation à contre-courant. Ces procédés sont onéreux, et ils ont été remplacés par des procédés qui utilisent l'adsorption de l'or dissous sur du charbon actif. Cette adsorption s'obtient par une mise en contact du charbon actif avec la pulpe agitée. Cette opération peut s'effectuer au cours de la lixiviation de l'or avec le procédé de lixiviation au charbon actif ou CIL, ou après une lixiviation effectuée par un procédé de carbone en pulpe, ou CIP. Du charbon actif en contact avec une pulpe aurifère permet généralement de récupérer plus de 99,5 % de l'or de la solution en 8 à 24 heures. On sépare ensuite le charbon chargé de la pulpe au moyen de cribles qui sont balayés par l'air ou par voie hydrodynamique pour empêcher le colmatage par des particules de charbon d'une granulométrie proche. Cette séparation des particules de minerai (généralement < 100 µm) des particules de carbone plus grosses (> 500 µm) représente un coût en capital nettement inférieur à celui de la filtration qu'il faut mettre en oeuvre lorsqu'on utilise la technique de Merril-Crowe. Ensuite, soit on épaissit le minerai stérile fin, c'est-à-dire les résidus, pour séparer la solution contenant du cyanure pour récupérer ou détruire le cyanure, soit on l'envoie directement à l'IGR, où la solution à base de cyanure est souvent recyclée en direction de l'installation de lixiviation. L'or adsorbé sur le charbon actif est récupéré du charbon par élution, généralement à l'aide d'une solution aqueuse de cyanure chaude et caustique. Le charbon est ensuite régénéré et renvoyé dans le circuit d'adsorption où l'or est récupéré de l'éluat soit par cémentation sur zinc, soit par électrorécupération. Ce concentré d'or est ensuite calciné, s'il contient des quantités importantes de métaux communs, soit directement fondu et raffiné pour produire un lingot d'or contenant généralement de 70 à 90 % d'or. Ce lingot fait ensuite l'objet d'un raffinage supplémentaire par chloration, fusion et électroraffinage pour obtenir une finesse de 99,99 % ou de 99,999 %. Les 76 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 procédés récents utilisent l'extraction au solvant pour produire de l'or de haute pureté directement à partir des éluats de charbon actif, ou après une lixiviation intensive des concentrés par gravité. Déroulement du procédé et environnement Les éléments suivants sont à l'origine des rejets de cyanure dans l'environnement : • • • CN rejeté dans l'air sous forme de HCN eaux de percolation des bassins de résidus déversements des bassins de résidus, nécessaires au maintien du bilan hydrique global. Les tentatives d'optimisation de l'économie du procédé font partie d'une exploitation normale. Elles coïncident avec l'objectif de réduction des effets du cyanure sur l'environnement et de la consommation de cyanure. L'économie du procédé est sensible à la quantité de cyanure consommée par celui-ci. Augmenter l'apport en cyanure peut avoir un effet à "double détente" ; en effet, les coûts d'exploitation vont augmenter à cause des quantités de cyanure supplémentaire qu'il faudra acheter mais aussi à cause des quantités plus importantes de cyanure qu'il faudra détruire ou recycler avant de les évacuer sous forme d'effluents. Le cyanure classé comme "consommé" du point de vue du procédé peut être toujours actif du point de vue de l'environnement comme ce peut être le cas, par exemple, pour les complexes cuivre et cyanure. 2.4 Techniques de traitement du minerai Les possibilités de gestion des résidus et des stériles sont nombreuses. Les méthodes les plus courantes sont les suivantes : • • • • • • stockage à sec des résidus épaissis, déchargement des résidus ou stériles plus ou moins secs sur des terrils ou à flanc de collines, remblayage de mines souterraines ou à ciel ouvert ou construction de digues de retenue avec les résidus ou stériles, rejet des résidus dans les eaux de surface (mer, lac, rivière, etc.) ou souterraines. emploi des résidus ou stériles comme matériau destiné à l'aménagement des sols (agrégats, par exemple) ou pour la restauration, rejet des boues dans des bassins, Les résidus sont entreposés sur des terrils ou parfois déchargés à flanc de colline. La présente section décrit les modes d'application de ces différentes techniques. 2.4.1 Caractéristiques des matériaux présents dans les installations de gestion des résidus et des stériles La présente section est extraite du manuel technique britannique intitulé "Spoil heaps and lagoons" (terrils et bassins de décantation) [130, N.C.B., 1970]. 2.4.1.1 Résistance au cisaillement Lors de la conception d'un terril ou d'une digue de retenue, la caractéristique la plus importante de tout résidu ou stérile est sa résistance au cisaillement. Normalement, les paramètres de résistance au cisaillement qui servent à effectuer une analyse de stabilité sont ceux qui sont liés à la contrainte effective, c'est-à-dire la cohésion effective et l'angle effectif de résistance au cisaillement. Des variations relativement faibles dans les paramètres de résistance au cisaillement utilisés peuvent avoir une incidence importante sur le facteur de sécurité. C'est pourquoi les essais de résistance sont réalisés sur un nombre raisonnable d'échantillons. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 77 Chapitre 1 2.4.1.2 Autres caractéristiques Les autres caractéristiques importantes qui interviennent sur la stabilité d'une installation sont les suivantes : • • • • • • • la distribution granulométrique, du fait qu'elle influe sur la résistance au cisaillement la densité la plasticité la teneur en humidité la perméabilité. En fonction de leur conductivité hydraulique ou de leur coefficient de perméabilité k (en m/s), les résidus et les stériles se classent en cinq groupes conformément à la norme DIN 18130, partie 1 :  très haute perméabilité : > 1 x 10-2  haute perméabilité : 1 x 10-4 - 1 x 10-2  perméabilité : 1 x 10-6 - 1 x 10-4  faible perméabilité : 1 x 10-8 - 1 x 10-6  très faible perméabilité : < 1 x 10-8 la consolidation : le degré et la vitesse de décantation des résidus et des stériles sous charge sont liés à la caractéristique de consolidation du sol la porosité. 2.4.2 Digues de retenue Les digues de retenue sont des structures de surface dans lesquelles sont entreposées les boues. Ce type d'IGR est généralement utilisé pour les résidus issus d'un traitement par voie humide. Les bassins sont constitués de 20 à 40 % de matériaux solides en poids, mais des niveaux de 5 à 50 % de solides sont connus. La figure ci-après représente une vue en coupe transversale d'une digue de retenue et illustre le cycle de l'eau de ce type d'IGR. Figure 2.26 : Cycle de l'eau d'une digue modifiée par rapport à [11, EPA, 1995] La section ci-après, relative aux digues de retenue, est principalement extraite du bulletin n° 106 de la CIGB [8, CIGB, 1996]. D'autres références sont mentionnées, le cas échéant. La grande majorité des résidus sont gérés à terre. Cela implique qu'il faut choisir une parcelle de terrain sur laquelle les résidus vont être stockés sur une longue période au fur et à mesure qu'ils sont 78 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 produits par l'usine de traitement du minerai et ensuite pour une durée indéterminée, à moins qu'ils ne soient récupérés pour d'autres traitements. Le dépôt doit être protégé de tout dommage physique provoqué par le débit sortant et il ne doit polluer ni les environs, ni les cours d'eau locaux, ni la nappe phréatique, ni l'atmosphère. Les résidus sont acheminés depuis l'installation sous forme de boues et sont susceptibles, par conséquent, de rester à l'état de suspension ou de se transformer en liquide. Il faut donc contenir la masse déposée de manière à empêcher tout écoulement des matériaux en dehors de la zone désignée. Dans la plupart des bassins de résidus, les matériaux solides se décantent de la boue après déversement et le bassin est donc composé de matériaux solides décantés et d'eau gravitaire. Il peut être complété par les eaux de ruissellement naturelles, les entrées d'eaux souterraines ou les précipitations directes. Le liquide gravitaire peut être renvoyé à l'usine de traitement pour être réutilisé, stocké dans un bassin de retenue pour une utilisation ultérieure ou pour être éliminé par évaporation, ou il peut être déversé dans les cours d'eau de surface, souvent après traitement. Les principaux modes d'aménagement des digues de retenue se classent de la manière suivante : • • • • excavation existante en vallée en dehors d'une vallée en terrain plat. Figure 2.27 : Illustration d'un bassin de résidus aménagé dans une excavation existante [8, CIGB, 1996] La photo ci-après représente un exemple concret de ce type d'IGR. Figure 2.28 : Photo d'un bassin de résidus aménagé dans une excavation existante ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 79 Chapitre 1 Les deux figures ci-après illustrent un bassin de résidus implanté en vallée et un bassin implanté en dehors d'une vallée Figure 2.29 : Illustration d'un bassin de résidus implanté en vallée [8, CIGB, 1996] Figure 2.30 : Illustration d'un bassin de résidus implanté en dehors d'une vallée [8, CIGB, 1996] Un bassin de résidus construit sur un terrain plat est souvent appelé "paddock", ou halde de minerai. La photo ci-après donne un aperçu des paddocks utilisés dans les mines d'or d'Afrique du Sud. 80 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.31 : Bassin de résidus en terrain plat (photo : AngloGold, division Afrique du Sud) [8, CIGB, 1996] Pour chaque bassin de résidus, plusieurs activités doivent être envisagées : • • • • • • • • transport des résidus de l'usine de traitement du minerai à la digue, installation de digues de retenue, mise en place de systèmes de dérivation pour les eaux de ruissellement naturelles autour et au travers de la digue, dépôt des résidus à l'intérieur de la digue, élimination de l'eau gravitaire en excès, protection de la zone avoisinante contre les incidences sur l’environnement, instruments et systèmes de surveillance permettant l'inspection de la digue, aspects à long terme (fermeture et entretien après fermeture). Certaines de ces activités sont abordées dans les sections ci-après. Par ailleurs, certains aspects de l'écoulement des eaux de percolation et de la prise en compte d'une crue de référence sont introduits. Ces deux aspects ont des incidences sur plusieurs des activités recensées ci-dessus. 2.4.2.1 Systèmes de transport des résidus boueux Le transport des résidus boueux de l'usine jusqu'à l'IGR se fait généralement par pipeline. Dans certains cas, on peut avoir recours à l'acheminement par canalisation à écoulement libre, qui revient moins cher. Le pipeline est rarement enterré. Il arrive parfois que les résidus boueux soient transportés depuis le site de traitement du minerai jusqu'à l'IGR par camion. 2.4.2.2 Digues de retenue Les matériaux et les méthodes de construction employés pour construire une digue peuvent être très variables en fonction des besoins particuliers du site, de la disponibilité des matériaux ainsi que des politiques de financement et d'exploitation de l'installation dans son ensemble. En règle générale, une digue de retenue se compose de trois parties : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 81 Chapitre 1 1. 2. 3. une partie amont qui est capable de retenir les résidus sans pénétration ou érosion excessive par les résidus proprement dits (par exemple du sable compacté) une partie intermédiaire, ou cœur, qui laisse passer les eaux de percolation à travers la structure de manière contrôlée et ne peut ni s'effondrer ni être bouchée par des fines (roche ou pierre à filtre concassée) et une partie aval qui assure la solidité et la stabilité du pied et qui va rester "sèche" en toutes circonstances (par exemple du sable compacté à haute densité). Dans certains cas, il peut être nécessaire d'incorporer des membranes artificielles (toiles filtrantes) entre les principales parties de la structure, en cas de risque de forte percolation et de déplacement des fines. Les digues se classent selon les types suivants : • • digues imperméables (à retenue d'eau)  digue classique  digue classique construite par étapes  digue classique construite par étapes avec zone amont de faible perméabilité. digues perméables  digue avec cœur de faible perméabilité constitué de résidus  digue avec résidus au sein de la structure  construction par la méthode ascendante avec plage ou paddock. Ces différents types sont décrits de manière succincte ci-après. On notera que le terme "plage" employé dans le contexte de la gestion des résidus boueux en bassin désigne la zone de résidus engendrée par la fraction solide décantée des résidus boueux d'un bassin qui n'est pas recouverte d'eau gravitaire et qui se situe entre le bord de l'eau gravitaire et le sommet de la digue. Le but de cette plage est d'établir une zone de résidus "secs" contre la face amont des digues de retenue, pour deux raisons importantes : 1. 2. pour empêcher l'eau d'attendre le sommet de la digue, ce qui pourrait provoquer l'érosion de la face interne ou, ce qui est plus grave, conduire à des fuites excessives à travers la digue qui risqueraient d'entraîner un phénomène de "renard" (piping) voire la rupture ou l'effondrement de la structure ; pour permettre une séparation "naturelle" entre les particules grossières et les particules plus fines des résidus. Lorsque les résidus sont déversés à l'intérieur d'une digue par suspension dans l'eau (c'est le cas le plus fréquent), les particules de plus grande dimension ont tendance à se décanter plus rapidement. Au fur et à mesure qu'elles s'assèchent et se consolident, leur densité va généralement augmenter au fil du temps, contribuant ainsi à stabiliser la structure dans son ensemble. La photo ci-après montre l'exemple d'une plage située au niveau d'un bassin de boues rouges dans une raffinerie d'alumine. La face amont et le sommet de la digue apparaissent dans la partie gauche et l'eau gravitaire dans la partie droite. La partie en rouge située au milieu constitue la "plage". 82 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.32 : Exemple de plage dans le bassin de boues rouges d'une raffinerie d'alumine Digue classique La construction d'une digue de ce type est entièrement terminée lorsque les résidus sont déversés sur le site. Par conséquent, ils ne peuvent servir à sa construction. On construit une digue classique lorsqu'il s'agit de retenir à la fois les résidus et l'eau gravitaire pendant toute la période qui va du début de la gestion des résidus jusqu'à la fermeture du site concerné. Figure 2.33 : Digue classique [8, CIGB, 1996] La recharge en remblai a pour but d'augmenter la solidité globale de la digue mais également de protéger le cœur de l'érosion (par le vent et l'eau) et de l'action des vagues de l'eau gravitaire. Une partie centrale classique, ou cœur, est illustrée sur la figure ci-dessus, mais il existe de nombreuses possibilités analogues à celles des digues destinées à la seule retenue d'eau. Cela étant, en règle générale, une digue doit être capable : • • • de contrôler le passage de l'eau de supporter les charges exercées par les résidus et l'eau de la retenue de transmettre les eaux de percolation de manière efficace et sans laisser passer les matériaux solides (système de filtration). Digue classique construite par étapes Sa construction est similaire à celle d’une digue classique, mais son coût initial en capital est plus faible, les étapes étant conçues de telle sorte que les frais soient répartis de manière plus égale tout au long de la période de dépôt. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 83 Chapitre 1 Figure 2.34 : Digue classique construite par étapes [8, CIGB, 1996] Digue construite par étapes avec cœur amont Si les résidus en dépôt se trouvent à proximité ou au-dessus du niveau de l'eau gravitaire de la retenue, la zone de faible perméabilité du cœur de la digue peut être placée sur la face amont. Cette possibilité résulte du fait que le cœur est protégé contre l'érosion et l'action des vagues par les résidus. Figure 2.35 : Digue classique construite par étapes avec zone de faible perméabilité [8, CIGB, 1996] Digue avec zone centrale de faible perméabilité constituée de résidus Lorsque tout ou partie du dépôt de résidus s'effectue depuis la digue, une plage de résidus peut se former. Il est alors possible que cette plage de résidus constitue à elle seule la zone moins perméable du système. 84 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.36 : Digue avec zone centrale de faible perméabilité [8, CIGB, 1996] Cet aménagement n'est possible que si l'afflux d'eau ne permet pas au niveau des eaux de retenue de dépasser le niveau supérieur de la plage et d'arriver, par conséquent, contre les matériaux plus perméables de la digue. Ce type d'aménagement doit donc faire l'objet d'une surveillance permanente. Pour un tel aménagement, il faut construire une barrière imperméable (C) dans la digue d'amorçage, jusqu'à ce que la plage se soit développée à une distance suffisamment éloignée de la digue proprement dite. Digue avec résidus au sein de la structure Dans cet aménagement, les résidus servent non seulement de barrière contre l'eau mais également de matériau de construction de la digue. Dans le cas présent, la sousverse plus grossière de l'hydrocyclone est destinée à la structure, les fines de l'hydrocyclone étant déversées dans le bassin et constituant la plage. Figure 2.37 : Rangée d'hydrocyclones sur le sommet d'une digue ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 85 Chapitre 1 Pour en savoir plus sur les hydrocyclones, le lecteur pourra se reporter à la section 2.3.1.3.2 Lorsqu'on envisage la construction progressive de ce type de digue, il existe trois méthodes principales : • • • la méthode ascendante la méthode descendante la méthode longitudinale De telles méthodes permettent de construire la digue par étapes, ce qui réduit le coût initial en capital. La figure ci-après illustre ces différentes méthodes. Figure 2.38 : Types de digues élevées de façon séquentielle avec les résidus au sein de la structure [11, EPA, 1995] Méthode ascendante au moyen de résidus de cyclones Cette méthode, qui consiste à utiliser la fraction grossière des résidus, est très économique car elle conduit seulement à la formation d'une mince zone externe de ces matériaux. Figure 2.39 : Méthode ascendante au moyen de résidus de cyclones [11, EPA, 1995] 86 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 La photo ci-après représente une digue construite selon la méthode ascendante. La digue proprement dite est constituée de remblai d'emprunt, contrairement à l'exemple ci-dessus où on utilise des résidus de cyclones. Figure 2.40 : Digues élevées par la méthode ascendante sur le site d'Aughinish Le principal inconvénient de cette méthode a été, dans le passé, la stabilité physique de la digue et sa tendance à la liquéfaction. Des mesures doivent être prises pour contrôler la nappe phréatique, ce qui passe par un drainage correct. Par ailleurs, les résidus exposés qui sont employés pour la construction de la digue ne doivent pas présenter de risque de DA. Méthode descendante La fraction grossière des résidus, séparée par l'hydrocyclone, peut être utilisée pour former la structure de la digue tout entière ou une grande partie de celle-ci. La taille de l'hydrocyclone et choisie de telle sorte qu'une batterie d'hydrocyclones fonctionnant en parallèle puissent traiter l'ensemble des résidus. La conduite d'acheminement des résidus et la batterie de prises d'hydrocyclone se trouvant initialement sur le sommet de la digue d'amorçage, la sousverse est évacuée en aval pour former la digue et la surverse est déversée dans le bassin, comme le montre la figure ci-après. Figure 2.41 : Construction d'une digue par la méthode descendante au moyen d'hydrocyclones [11, EPA, 1995] Cette méthode est appelée méthode descendante parce qu'au fur et à mesure que la digue monte en hauteur, le sommet descend ou se déplace vers l'aval. Méthode longitudinale La construction par la méthode longitudinale nécessite un volume considérable de résidus grossiers pour la digue, et une surface de sol sous l'emprise de celle-ci. Lorsque la proportion de résidus grossiers séparée par hydrocyclonage est insuffisante pour permettre à la digue de rester en avance par rapport à la montée du niveau des eaux de retenue, il faut éventuellement compléter la zone de résidus ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 87 Chapitre 1 par une zone de matériaux d'emprunt. Comme autre possibilité, la partie amont de la digue peut être composée de la plage des résidus déposés. Cette possibilité est due au fait que la face amont de la digue est soutenue de manière progressive par la montée des résidus. La structure résultante est illustrée sur la figure ci-après, cette méthode étant généralement appelée "méthode longitudinale". Figure 2.42 : Méthode longitudinale [11, EPA, 1995] Construction par la méthode ascendante avec plage ou paddock Cette méthode classique de construction de digue de retenue utilise une plage et non un hydrocyclone pour trier les résidus par taille. Elle exploite au maximum les résidus proprement dits pour assurer leur confinement, et peut constituer le système de gestion des résidus le plus économique qui soit. Ce système consiste à former une plage adéquate en contrôlant le déploiement des aménagements de déversement et en contrôlant la durée de déversement des matériaux depuis chaque point. 2.4.2.3 Dépôt en bassin Mise en dépôt hydraulique Les résidus sont injectés dans le bassin avec 5 à 50 % de matériaux solides. Dans certaines applications, notamment celles qui emploient des digues classiques, le système de déversement des résidus dans le bassin peut prendre la forme d'un système à point unique et à extrémité ouverte. Dans d'autres cas, une méthode de dépôt plus contrôlée peut être souhaitable. Celle-ci peut intégrer des systèmes de déversement par ligne ou par périmètre ou l'utilisation d'hydrocyclones [21, Ritcey, 1989]. Pour les digues de retenue construites de manière progressive, les systèmes de déversement dépendent de la méthode de construction choisie pour la digue. L'augmentation de densité des matériaux mis en dépôt s'accélère sous l'action du drainage et de l'évaporation. Par conséquent, l'efficacité de stockage peut être améliorée lorsque le dépôt s'effectue sur une plage. Mise en dépôt après épaississement Les résidus épaissis ont une teneur en solides de plus de 50 %. Cela permet d'améliorer l'efficacité du stockage, en termes de volume de stockage par rapport à la hauteur de la digue, étant donné que l'angle de dépôt augmente en même temps que la teneur en matériaux solides des résidus. Les appareils utilisés pour épaissir les résidus sont des épaississeurs et/ou des filtres. 88 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Techniques spéciales Pour des résidus très fins, on peut employer des techniques spéciales, comme l'adjonction de particules plus grossières ou de floculants. Dans certains cas, il est nécessaire de déposer la totalité des résidus sous l'eau (notamment les résidus qui comportent un risque de DA ou de graves problèmes de poussières). Ce procédé est appelé "dépôt subaquatique". 2.4.2.4 Elimination de l'eau gravitaire Pendant toute la durée d'aménagement de la retenue, l'objectif est généralement de maintenir le bassin d'eau gravitaire à un niveau aussi bas que possible comme moyen de gestion du risque. Il convient toutefois de mettre cet objectif en balance avec d'autres facteurs, par exemple le fait que les résidus mettent un certain temps à se décanter dans le bassin. Par ailleurs, dans certains cas, l'eau doit rester pendant un certain temps à l'intérieur de la digue afin de permettre la dégradation des produits chimiques industriels. Une saturation en eau des résidus peut également s'avérer nécessaire pour éviter la formation de poussières. L'utilisation d'un bassin de clarification peut être un bon compromis, entre la nécessité de maintenir le bassin à un niveau bas et les exigences contradictoires de laisser une certaine quantité d'eau dans le bassin. Ce système permet la décantation des schlamms fins et la dégradation des produits chimiques industriels, tout en conservant à un niveau minimum la hauteur d'eau à l'intérieur de cette même digue qui contient les résidus décantés. La condition essentielle pour assurer une élimination correcte de l'eau est la présence d'un dispositif de sortie dont le niveau effectif puisse être réglé au fur et à mesure de la montée du niveau de la retenue, ou d'une pompe capable de remplir la même fonction. L'eau évacuée est renvoyée à l'usine de traitement du minerai et/ou, généralement après traitement, déversée dans les cours d'eau naturels. La structure de sortie, qu'on appelle plus généralement "système de décantation", se compose généralement de deux éléments : • • une prise d'eau extensible, et une conduite pour acheminer l'eau évacuée au-delà de la digue. La prise d'eau peut se présenter sous la forme d'une tour verticale, ou d'un couloir incliné généralement ancré dans le sol naturel, à flanc de coteau de la retenue et parfois situé sur la face amont de la digue. Les figures ci-après montrent les trois principales possibilités : • • • tour de décantation couloir de décantation produit de décantation pompé. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 89 Chapitre 1 Figure 2.43 : Système de tour de décantation [8, CIGB, 1996] Figure 2.44 : Système de couloir de décantation [8, CIGB, 1996] 90 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 2.45 : Station de pompage [8, CIGB, 1996] Les autres possibilités sont les suivantes : • • bassin drainé, ou systèmes de déversoir :  à l'intérieur de la digue  autour de la digue. Outre les moyens classiques d'élimination de l'eau gravitaire, on installe parfois des déversoirs d'urgence. L'idée est qu'en cas de défaillance du système normal, le déversoir d'urgence empêchera l'effondrement total de la digue. Ces dispositifs d'évacuation sont généralement des systèmes de déversoir situés à l'intérieur ou autour de la digue. Les déversoirs d'urgence sont décrits de manière plus détaillée au chapitre 4. 2.4.2.5 Infiltrations Une digue de retenue influe sur le modèle d'écoulement initial des eaux souterraines du fait qu'elle introduit un gradient hydraulique (la différence de charge hydraulique entre deux points, divisée par la distance entre ces points). Les figures ci-après représentent des modèles d'infiltrations pour les conditions d'écoulement initiales des eaux souterraines et pour les principaux types de digues suivants : • • • • excavation existante en vallée en dehors d'une vallée en terrain plat. Ces différents types de digue sont présentés à la section 2.4.2. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 91 Chapitre 1 Ecoulement naturel des eaux souterraines Infiltrations après mise en place des résidus Excavation existante : GS GWL GS GWL Implantation en vallée : GS GWL GS GWL Implantation en dehors d'une vallée : GS GWL GS GWL Sur terrain plat : GS GS GWL GWL Figure 2.46 : Scénarios d'infiltration simplifiés pour différents types de bassins de retenue On notera que ce sont ici des schémas bidimensionnels simplifiés. En réalité, le modèle d'écoulement proprement dit est influencé par des facteurs tels que : • 92 les propriétés de la digue juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • • Chapitre 3 le niveau d'eau de la digue la perméabilité des formations sous-jacentes la stratification du sol le régime d'écoulement initial des eaux souterraines. La section 4.3.10 traite de la gestion et du contrôle des infiltrations selon les différents cas. 2.4.2.6. Crue de référence Durant l'exploitation, la capacité d'évacuation doit pouvoir gérer les situations d'inondations prévisibles majeures. Cette gestion se base sur la crue maximale probable (CMP), qui est généralement définie comme la crue décamillénale ou comme deux ou trois fois la crue bicentennale. La CMP se base généralement sur une série d'hypothèses locales (période de la fonte des neiges, pluie incessante pendant plusieurs jours, auxquelles vient s'ajouter un épisode de précipitations extrêmes) qui permettent d'élaborer un hydrogramme. Il s'agit d'une courbe de débit (capacité d'évacuation nécessaire) en fonction du temps et en un point donné du système étudié. En règle générale, on peut dire que la capacité d'évacuation nominale est à peu près égale à 2,5 fois le débit maximum mesuré en un quelconque point. Le "Dam Safety Code of Practice", ou code de pratique finlandais relatif à la sécurité des barrages (http://www.vyh.fi/eng/orginfo/publica/electro/ damsafet/damsafe.htm) fourni à l'annexe 12 explique comment procéder pour déterminer la crue de référence ainsi que le débit sortant de référence. 2.4.3 Résidus épaissis Le recours à la gestion des résidus épaissis nécessite l'emploi de matériel mécanique pour déshydrater les résidus afin d'obtenir de 50 à 70 % de matériaux solides. Les résidus sont ensuite étalés par couches sur la zone de stockage, pour permettre une déshydratation supplémentaire qui associe drainage et évaporation [11, EPA, 1995]. Figure 2.47 : Schéma de l'opération de gestion des résidus épaissis [11, EPA, 1995] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 93 Chapitre 1 2.4.4 Résidus et terrils Les résidus des mines de potasse et les résidus grossiers des mines de fer et de charbon sont souvent entreposés sur des terrils. Des quantités importantes de stériles sont gérées dans la plupart des mines d'extraction de métaux qui sont exploitées à ciel ouvert. Le transport s'effectue par convoyeur à bande ou par camion. Les terrils font l'objet d'une surveillance destinée à contrôler la stabilité de la structure. Les eaux de ruissellement de surface sont collectées et traitées, le cas échéant, avant d'être évacuées ou peuvent être déviées vers les bassins de résidus ou des bassins de rétention séparés. Du point de vue géotechnique, les résidus grossiers et les stériles sont généralement stables. La nature grossière des matériaux, l'action même de déversement par le camion, l'étalement et le compactage en fines couches au moyen d'une machine à chenilles et parfois d'un rouleau vibrant, tous ces facteurs permettent de stabiliser les matériaux pendant et après leur mise en dépôt. A part la stabilité du terril proprement dit, la stabilité des couches de soutien doit également être prise en compte dans la conception et l'exploitation des terrils. Les émissions de poussière par les terrils peuvent être relativement importantes. Si les résidus sont déversés à partir de convoyeurs à bande, en cas de vent, il peut être nécessaire d'interrompre l'opération. Si les résidus ou les stériles sont transportés par camion, il faudra éventuellement arroser les circuits de transport en cas de sécheresse. Une remise en état progressive, si elle est possible, permet d'empêcher l'érosion et la formation de poussière. 2.4.5 Remblayage Le remblayage est la réinjection de matériaux dans la ou les parties épuisées du site d'extraction. Ces matériaux sont généralement des morts-terrains, des stériles et des résidus, soit seuls soit associés à d'autres produits structurels (par exemple le ciment). Si d'autres matériaux qui ne proviennent pas de l'exploitation de la mine, comme les laitiers et les scories de fusion, sont injectés dans les excavations, on parle de remplissage. Dans certains cas, les matériaux de remplissage n'ont pas d'utilité géotechnique mais sont injectés à des fins d'élimination. Il peut arriver que des roches extraites dont la teneur est marginale ou peu économique soient utilisées comme remblais ou stockées provisoirement dans des exploitations désaffectées. Ce procédé est parfois appelé remblayage. Les résidus boueux ou secs sont parfois utilisés comme remblais dans les mines souterraines ou les mines abandonnées, ou dans des parties de mines en activité. Le plus souvent, ces remblais servent à remplir des zones épuisées pour les raisons suivantes : • • 94 dans les mines souterraines :  pour assurer la stabilité du sol  pour limiter les affaissements souterrains et superficiels  pour assurer un soutènement en vue d'extraire d'autres parties du gisement et d'améliorer la sécurité  pour fournir une autre solution que l'élimination en surface  pour améliorer la ventilation. dans les mines à ciel ouvert :  pour des raisons de déclassement ou d'aménagement du paysage  pour des raisons de sécurité  pour réduire l'empreinte écologique (au lieu de construire des bassins ou des terrils)  pour limiter les risques d'effondrement en remblayant l'excavation plutôt que de construire un nouveau bassin ou un nouveau terril. juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Outre les avantages qu'il procure à l'exploitation minière proprement dite (voir liste ci-dessus), le remblayage permet également de diminuer les perturbations en surface. En raison de l'augmentation de volume induite par les séparations avec réduction de la granulométrie, pas plus d'environ la moitié du tonnage extrait peut être utilisée comme remblai. Autrement dit, si la teneur du minerai est inférieure à 50 %, il sera impossible d'utiliser tous les résidus comme remblais. Il faudra donc éventuellement, dans ces cas-là, utiliser une IGR en surface en complément du remblayage. Il existe 4 types de remblais de mine : 1. remblai sec 2. remblai cimenté 3. remblai hydraulique 4. remblai sous forme pâteuse. [94, Life, 2002] Remblai sec Le remblai sec est généralement constitué de sable non classifié, de stériles, de résidus et de laitiers ou scories. On transporte le remblai sous terre en le faisant tomber le long d'une petite galerie (ou montage) directement de la surface jusqu'à une taille ou à un niveau où il pourra être acheminé jusqu'à une taille à l'aide de chargeuses ou de camions. Comme son nom ne l'indique pas, le remblai sec contient généralement une certaine quantité d'humidité de surface adsorbée. Ce type de remblai convient à une exploitation "par chambre remblayée" ou à d'autres méthodes qui ne nécessitent pas de remblayage structurel. [94, Life, 2002] Remblai sous forme pâteuse Le remblai sous forme pâteuse se compose généralement de stériles ou de résidus grossiers qu'on mélange avec un ciment ou une boue de cendres volantes pour améliorer la solidité d'adhérence entre les fragments rocheux. Les méthodes de mise en place consistent toutes à mélanger la roche et la boue de ciment dans une trémie avant de les placer dans des excavations (par exemple des chantiers ou une longue taille épuisée), ou de faire percoler une boue sur la roche après sa mise en place. Les stériles ou les résidus peuvent être classifiés ou non. Le remblai cimenté contient un mélange d'agrégats grossiers (< 150 mm) et d'agrégats fins (< 10 mm). La concentration de la boue de ciment se situe fréquemment autour de 55 % en poids (rapport eau/ciment de 1:1:2). Le remblai cimenté s'utilise pour l'abattage par mines longues, l'abattage par chambres remblayées et d'autres méthodes qui nécessitent un remblai structurel. [94, Life, 2002] Remblai hydraulique Le remblai hydraulique peut être composé soit de résidus boueux classifiés, soit de dépôts sableux naturels extraits à la surface. La préparation du remblai hydraulique consiste à déshydrater le flux de résidus de traitement du minerai pour obtenir une densité de pulpe d'environ 65 à 70 % de matériaux solides. On le fait ensuite passer dans des hydrocyclones pour éliminer les "schlamms fins" retenant la fraction grossière en vue du remblayage. On élimine les fines pour améliorer la capacité de drainage du remblai, ce qui améliore sa stabilité. Le mélange de remblayage est pompé par voie hydraulique depuis la surface par un réseau de canalisations et de forages jusqu'au chantier. On soumet le sable obtenu à partir des emprunts de surface à un criblage avant de l'utiliser comme remblai, pour éliminer les particules trop grosses qui risqueraient de boucher la canalisation à remblai. Un remblai hydraulique peut être cimenté ou non. Les résidus, ou la fraction de résidus pouvant être utilisés comme remblai hydraulique dépendent de plusieurs facteurs, et notamment : • la distribution granulométrique ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 95 • • Chapitre 1 la pente de la distribution granulométrique (la plus raide possible) la forme des particules (aux silicates, qui sont plats, on préférera les formes rondes). En général, le remblai hydraulique a des coefficients de perméabilité qui vont de 1 x 10-7 m/s to 1x10-4 m/s, ce qui correspond à une granulométrie d'environ 35 μm à 4 mm. La mise en place du remblai par voie hydraulique crée une structure de remplissage lâche, avec un indice de vide d'environ 0,70. Dans la pratique, dans un remblai non cimenté se crée souvent une cohésion apparente qui augmente la résistance au cisaillement du remblai. Elle permet souvent de maintenir une face verticale de 3 à 4 m dans certaines conditions d'extraction. Les vibrations d'abattage avoisinantes peuvent également contribuer à comprimer le remblai et à augmenter sa résistance au cisaillement. Pour pallier l'absence de cohésion réelle dans le remblai, on ajoute du ciment et divers liants. Il est à noter que la résistance du remblai diminue avec la teneur en eau, et que la teneur en eau nécessaire au transport du remblai hydraulique est largement supérieure à celle qu'il faut pour hydrater le ciment. Par conséquent, les exploitants de mines ont tendance à utiliser de moins en moins d'eau dans le remblai afin de diminuer la consommation de ciment et de liants. Pour assurer une dispersion homogène des composants de remblayage de la boue, il faut des vitesses d'écoulement supérieures à 2 m/s. [94, Life, 2002] Remblai sous forme pâteuse Le remblai sous forme pâteuse est un remblai à haute densité (> 70 % de matériaux solides selon la densité des solides). Pour pouvoir être injecté par pompe, un matériau d'une telle densité doit nécessairement comporter une fraction de fines. En règle générale, la teneur en fines (< 20 µm) doit être d'au moins 15 % en poids. Le remblai sous forme pâteuse est injecté au moyen de pompes à piston, du même type que celles qui servent à injecter le béton. Les résidus entiers de traitement du minerai peuvent souvent être utilisés pour la fabrication du remblai en pâte. Le produit final ayant un indice de vide moins élevé, le remblai sera plus dense. [94, Life, 2002] 2.4.6 Gestion subaquatique des résidus Gestion des résidus par déversement en profondeur dans la mer ou dans un lac Dans les régions minières où les résidus sont susceptibles de former des acides, une gestion des résidus en eaux profondes dans un lac ou dans la mer, ou gestion subaquatique, constitue parfois une méthode acceptable. Toutefois, la section 4.5.3 montre un exemple dans lequel l'application de cette technique est mue par le manque d'espace disponible pour une mise en dépôt terrestre des résidus. Gestion des résidus en rivière Cette pratique est appliquée pour des matériaux solubles dans l'eau (par exemple le sel). Certaines mines de potasse déversent leurs eaux salines dans des rivières. Les résidus non solubles ne sont pas déversés dans les cours d'eaux de surface. 2.4.7 Modes de défaillance des digues et des terrils En général, lors de l'élaboration d'une politique de gestion des résidus, les modes de défaillance suivants sont pris en compte : • • 96 l'instabilité les déversements sur les digues juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • Chapitre 3 l'érosion interne. Il convient de prendre en compte également la sécurité à long terme et les modes de défaillance autres que la défaillance totale de l'endiguement, par exemple : • • • la percolation les poussières l'érosion à long terme. Les résidus étant susceptibles de conserver leur potentiel de risque pour une longue durée, il faut des mesures efficaces pour limiter ces risques à long terme. A la lecture du rapport du groupe de travail international ayant évalué les accidents de Baia Mare et de Baia Borsa, on voit que les défaillances des digues de retenue ont généralement de multiples causes. Dans les deux cas, les causes principales de ces accidents avaient été les suivantes : • • • premièrement, l'utilisation d'une structure de conception inappropriée deuxièmement, l'acceptation de cette structure par les autorités de délivrance des autorisations ; et troisièmement, un manque de surveillance et une construction, une exploitation et un entretien insuffisants du barrage. Les erreurs de conception : • • • l'utilisation d'un système en circuit fermé sans disposition spécifique d'évacuation ou de stockage de secours de l'eau en excès une construction inadéquate de la paroi du barrage, due au manque d'homogénéité des résidus des hydrocyclones inopérants à très basse température. L'erreur d'exploitation : • le non respect des exigences de conception relatives à la granulométrie des résidus pour la construction du barrage. [116, Nilsson, 2001] 2.5 Caractéristiques des résidus et comportement des résidus Les caractéristiques des résidus déterminent leur comportement. Associés à l'emplacement du site, ces facteurs déterminent en grande partie le type d'installation de gestion. Le tableau ci-après montre en quoi certaines caractéristiques influent sur le comportement des résidus. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 97 Chapitre 1 Comportement Distrib. des résidus granul. Perméabilité X Plasticité X Rés. cisaillement X Compressibilité X Tendance à la X liquéfaction Propriétés chimiques Densité (in situ et X relative) Consolidation X Poussières X Toxicité des X2 résidus évacués Transport des X résidus Mise en dépôt X Gestion de l'eau X gravitaire Infiltrations X Sécurité à long X terme Gestion du DA X Rejets dans l'air X Rejets dans l'eau X Rejets dans le sol X Traitement des X effluents Construction de la X digue Surveillance Fermeture et entretien après X fermeture 1) 2) 3) Fines X X X X Caractéristiques des résidus Surface % Réactifs pH Influence Propriétés Forme des spécifique solides du DA de surface particules X X X X X X X X X X X X X X - - - X X X1 X1 - X X X X X X X - - - - X X X X X - X - - - X - X - - X2 - X3 X X X - X - X - - X - - X - X - - X - - X - X X3 X X - - X X X - - - X X X X - - - - X X X X X X X - X X X X3 X3 X X - X X X X X - - X X X X3 X X X X X X X X3 X X X X 3 X X - - X X X X X - - X X X X X3 à cause de l'augmentation ou de la modification de leur disponibilité pour des résidus produisant un DA et exposés à l'atmosphère pas nécessairement vrai si les résidus sont déshydratés (par filtration) avant d'être évacués Tableau 2.3 : Effets des caractéristiques des résidus sur les propriétés fonctionnelles et le comportement des résidus en termes de sécurité ou d'environnement Ce tableau, conjointement avec le tableau 2.2, montre qu'il existe un rapport entre la technique de traitement du minerai et les caractéristiques des résidus, les propriétés fonctionnelles de ces résidus et leur comportement vis-à-vis de la sécurité et de l'environnement. Ces deux tableaux peuvent également se lire "à l'envers". Autrement dit, en partant du comportement des résidus, il est possible de remonter pour savoir quelle étape de traitement du minerai a une incidence sur cette caractéristique. 2.6 Fermeture, réhabilitation et entretien après fermeture de l'installation Habituellement, une mine et ses installations de traitement du minerai et de gestion des résidus et des stériles ne restent en activité que durant quelques décennies. Cependant, les excavations (non traitées dans ce travail), les résidus et les stériles d’une mine peuvent subsister longtemps après la cessation de l’exploitation. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée à une fermeture, une réhabilitation et un entretien après fermeture appropriés des installations. 98 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Dans de nombreux cas, les résidus et les stériles ne contiennent aucune substance nocive pour l'environnement. Lors de la phase de fermeture, l'exploitant va s'assurer que l'eau est drainée des bassins de résidus pour garantir leur stabilité physique, puis les digues vont être rasées pour permettre l'accès aux engins. Les bassins et les terrils vont alors être préparés pour être utilisés à d'autres fins ce qui signifie, dans la plupart des cas, qu'ils seront recouverts de terre et reverdis. Dans certains cas, ces installations peuvent resservir. Par exemple, pour l'extraction de la potasse, les terrils contiennent plus de 90 % de sel (NaCl), ce qui peut représenter une ressource économique future alors que d'autres gisements économiques s'épuisent ou sont trop éloignés de leurs marchés. Dans d'autres cas, les techniques de traitement du minerai peuvent évoluer pour permettre l'extraction rentable d'un plus grand nombre de minéraux. Le maintien de l'accès aux résidus en vue d'une éventuelle exploitation future peut donc constituer un objectif souhaitable. Si les installations de résidus et de stériles contiennent des substances susceptibles d'être dangereuses pour l'environnement, d'autres mesures s'imposent. Ces mesures viseront à stabiliser ces installations tout en réduisant au minimum les surveillances futures. En général, les principaux aspects à prendre en compte pour la remise en état et la fermeture des installations de gestion des résidus et des stériles sont, entre autres, les aspects à long terme : • • • la stabilité physique des ouvrages la stabilité chimique des résidus et des stériles, et l'aménagement ultérieur des sols. Les abords de l'IGR d'une mine doivent rester stables dans des conditions extrêmes de type inondation, tremblement de terre et sous l'action de forces perturbatrices perpétuelles, notamment l'érosion par les intempéries, de manière à ne pas présenter de danger pour la santé ou la sécurité publiques ou pour l'environnement [12, K. Adam]. S'ils contiennent des minéraux sulfurés, les résidus et/ou stériles sont susceptibles de provoquer des rejets acides. Le drainage acide (DA) est un phénomène qui peut se produire pendant l'exploitation, mais c'est après la fermeture de l'installation qu'il devient problématique. Tant qu'une exploitation est en activité, les bassins de résidus sont généralement saturés et les excavations sont remplies d'eau. Par conséquent, l'oxydation chimique en cours d'exploitation est limitée. C'est lors de la phase de fermeture d'une exploitation, généralement au moment où le niveau d'eau baisse dans les résidus et que l'air pénètre dans les excavations, que l'oxydation de la pyrite peut se produire et poser problème. La réhabilitation d'un site a généralement pour objectif de transformer celui-ci en une zone dont les habitants ont besoin et qu'ils peuvent mettre à profit. Il faut, naturellement, que cette transformation soit compatible avec la stabilité du site à long terme (voir section 4.2.4.1) [118, Zinkgruvan, 2003]. L'établissement d'une couverture végétale peut être problématique lorsque le site est acidifiant, présente une teneur en métal élevée, ou une texture grossières qui empêche la rétention des nutriments ou de l'eau. Plusieurs rapports fournissent des conseils sur ces différents sujets, notamment "Restoration and re-vegetation of colliery spoil tips and lagoons" 11, "The reclamation and management of metalliferous mining sites" 12 et "Landscaping and re-vegetation of china clay waste" 13. 11 Richards, Moorehead and Laing Ltd (1996), Restoration and revegetation of colliery spoil tips and lagoons, Royaume-Uni, HMSO, Ministère de l'environnement, ISBN 0 11 753315 7 12 Environmental Consultancy University of Sheffield and Richards, Moorehead and Laing Ltd (1994) The reclamation and management of metalliferous mining sites, Royaume-Uni, HMSO 13 Armstrong W. (1993) Landscaping and re-vegetation of china clay wastes - main report, Royaume-Uni, HMSO, Ministère de l'environnement, ISBN 0 11 752843 9 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 99 Chapitre 1 2.7 Drainage acide (DA) Pour une description plus exhaustive et scientifiquement exacte de l'ensemble des aspects liés au DA, il existe de nombreux ouvrages récemment publiés dans la littérature. Des rapports spécialisés récents publiés à des fins de recherche, comportant de nombreuses références de la littérature, sont disponibles gratuitement sur Internet (www.mimi.kiruna.se), sur les sujets suivants : l'oxydation des sulfures (Herbert, 1998) ; la modélisation prédictive (Destouni et al., 1998) ; la prévention et la réduction de la pollution par les produits des résidus et des stériles (Elander et al., 1998) ; études en laboratoire des principaux processus (Herbert et al., 1998) ; études et caractérisation in situ (Öhlander et al., 1998), ainsi que sur la modélisation biogéochimique (Salmon, 1999). Les références ci-dessus sont fournies à titre purement illustratif. Un grand nombre de ces publications sont le produit d'initiatives de recherche qui sont actuellement menées, ou qui ont été entreprises au cours des quinze ou vingt dernières années, dans le cadre de programmes à grande échelle tels que MEND, Post-MEND, AFR, MiMi, MIRO, INAP, PYRAMID et ERMITE. Les pays les plus actifs à ce jour dans la conduite de ces études sont le Canada, l'Australie, les Etats-Unis, la Suède, la Norvège et le Royaume-Uni. La présente section vise à fournir un bref aperçu des processus chimiques mis en oeuvre dans la formation et la consommation de l'acide. Note : dans cette section, (s) désigne la phase solide et (g) la phase gazeuse. Oxydation des sulfures (formation d'acide) Les minéraux sulfurés extraits de la roche mère ayant été formés dans des conditions fortement réductrices, le soufre qu'ils contiennent se trouve à ses plus bas états d'oxydation. Les sulfures les plus répandus sont les sulfures de fer (la pyrite FeS2(s) et la pyrrhotine FeS(s)). Ces sulfures de fer coexistent souvent avec d'autres sulfures d'une valeur économique supérieure, comme la chalcopyrite (FeCuS2(s)) ; la galène (PbS (s)) ; la sphalérite (ZnS(s)) ou avec des sulfures de très faible valeur économique comme l'arsénopyrite (FeAsS2(s)). Dans la roche mère inaltérée, les morts-terrains susjacents et la nappe phréatique limitent le contact avec l'oxygène. Cela a pour effet de bloquer quasiment toute oxydation des sulfures. En revanche, lorsque les sulfures sont exposés à une atmosphère oxydante et humide, notamment par l'activité minière, ils commencent à s'oxyder (dégradation, dissolution etc.). Ce processus est généralement représenté par l'oxydation de la pyrite (FeS2(s)) par l'oxygène et l'eau selon la formule : FeS2(s) + 7/2O2 + H2O → Fe2+ + 2SO42- + 2H+ (1) L'oxydation des sulfures, qui est un processus exothermique sous contrôle cinétique, peut également se produire avec d'autres oxydants tels que le fer ferrique, Fe3+ selon la formule : FeS2(s) + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+ (2) L'oxydation des sulfures, principalement la pyrite, ainsi que les processus qui influent sur la vitesse d'oxydation des sulfures ont fait l'objet d'études approfondies au cours des dernières décennies. Des différents facteurs qui interviennent sur la vitesse d'oxydation des sulfures, le plus important s'avère être la présence d'oxygène. Pour une oxydation continue des sulfures, de l'oxygène doit être fourni par l'atmosphère ambiante. Cela vaut non seulement pour l'oxydation des sulfures avec l'oxygène (équation 1) mais aussi, indirectement, pour l'oxydation des sulfures avec le fer ferrique (équation 2), l'oxygène étant nécessaire à l'oxydation du fer ferreux en fer ferrique selon la formule : Fe2+ + 1/4O2 + H+ → Fe3+ + 1/2H2O 100 (3) juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Le fer ferrique peut participer à l'oxydation des sulfures (équation 2) ou il peut s'hydrolyser et se précipiter pour former de l'oxyhydroxyde ferrique (dominant à un pH supérieur à 3,5) selon la formule : Fe3+ + 2H2O ↔ FeOOH(s) + 3H+ (4) Certains éléments indiquent, par ailleurs, que le cycle du fer à travers les états d'oxydation ferreuse et ferrique peut être un processus essentiel dans les installations de gestion des résidus et stériles anaérobies. Or, les études in situ indiquent que la vitesse d'oxydation globale des sulfures diminue de manière spectaculaire lorsqu'on utilise des barrières contre la diffusion de l'oxygène. Les résultats de modélisation biogéochimique étalonnés par rapport aux données de terrain provenant d'un gisement de résidus couvert n'indiquent pas que l'oxydation de la pyrite par le fer ferrique joue un rôle d'une quelconque importance dans le gisement neutralisé. Comme indiqué ci-dessus, il s'avère que de nombreux facteurs influent sur la vitesse d'oxydation des sulfures, par exemple, entre autres, l'activité bactérienne, le pH, l'Eh (concentration en oxygène), la température et les processus galvaniques entre les différents sulfures. Ces facteurs ont été largement étudiés et des expressions numériques (lois de vitesse) ont été élaborées pour l'oxydation de la pyrite dans différentes conditions. Ces lois de vitesse figurent dans la littérature. Toutefois, dans des conditions naturelles, par exemple dans une installation de gestion de résidus ou de stériles, ces différents facteurs dépendent les uns des autres et sont influencés par d'autres facteurs tels que la surface d'oxydation disponible déterminée par la distribution granulométrique, la minéralogie, l'hydrologie et la présence de minéraux neutralisants, facteurs qui sont décrits dans les paragraphes ciaprès. Dissolution des minéraux neutralisants (consommation d'acide) Si les résidus ou les stériles contiennent des minéraux neutralisants (carbonates) facilement accessibles, l'acide produit par l'oxydation des minéraux sulfurés (équations 1 et 2) et par la précipitation de l'oxyhydroxyde de fer (équation 4) sera consommé par la dissolution de ces minéraux neutralisants, comme l'illustre ci-après la formule de dissolution de la calcite : CaCO3(s) + 2H+ → Ca2+ + CO2(g) + H2O (5) Par rapport à l'oxydation de la pyrite, la dissolution de la calcite est une réaction rapide et elle est donc censée s'équilibrer (autrement dit, l'acide est consommé à la vitesse à laquelle il est produit). Si les quantités de minéraux neutralisants disponibles sont insuffisantes, ou diminuent au fil du temps, le pH du drainage risque de baisser et la solubilité des métaux dissous va augmenter. C'est ce phénomène que l'on appelle généralement "drainage acide" ou DA. L'acide est également consommé par la dissolution d'autres minéraux neutralisants, tels que les aluminosilicates, mais à une vitesse généralement faible, qui ne peut tenir le rythme avec la production d'acide due à la dégradation des sulfures, étant donné que la dissolution des aluminosilicates est sous contrôle cinétique. La consommation d'acide par la dissolution des aluminosilicates est illustrée ciaprès, par les formules de dissolution du feldspath potassique, de la muscovite et de la biotite. KAlSi3O8(s) + H+ + 9/2 H2O → K+ + 2H4SiO4 + 1/2Al2Si2O5(OH)4(s) (6) KAl2(AlSi3O10)(OH)2(s) + H+ + 3/2 H2O → K+ + 3/2Al2Si2O5(OH)4(s) (7) KMg1.5Fe1.5AlSi3O10(OH)2(s)+7H++1/2 H2O→ K++1.5 Mg2++1.5Fe2++2H4SiO4+1/2Al2Si2O5(OH)4(s) (8) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 101 Chapitre 1 3 PROCÉDÉS ET TECHNIQUES APPLIQUÉS Les tableaux ci-après résument les minéralogies, les techniques minières et les traitements du minerai pour les minéraux abordés dans le présent document. Ils fournissent également quelques exemples des aspects les plus importants de la gestion des résidus et des stériles, notamment les caractéristiques de ces résidus et stériles, les méthodes de gestion appliquées, les mesures appliquées pour assurer la sécurité des installations et pour prévenir les accidents, et la planification de la fermeture et de l'entretien après fermeture. Il est à noter que sauf indication contraire, au cours du traitement du minerai, le minerai est fragmenté par concassage et par broyage. Le criblage fait également souvent partie du circuit de fragmentation. Dans le cadre d'un programme de réduction des accidents, il est courant de pratiquer des contrôles visuels et des mesures de la nappe phréatique à l'aide de piézomètres installés dans les digues. Dans les mines souterraines, les stériles restent généralement sous terre. Sauf indication contraire, les stériles issus des exploitations à ciel ouvert sont gérés sur des terrils situés à proximité, sur lesquels les eaux de drainage sont recueillies. On notera que ces deux tableaux résument les informations fournies sur la gestion des résidus et des stériles. Toutefois, cela ne permet généralement pas d'extrapoler ces informations, puisqu'une exploitation qui extrait le même minéral peut fonctionner dans des conditions complètement différentes et appliquera de ce fait des méthodes de gestion des résidus et des stériles différentes. 102 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Minéral Minéralogie Aluminium Al2O3 SiO2 Métaux communs Fe2O3 CaO TiO2 principalement des sulfures Chrome 26 % Cr2O3 Fer magnétite phosphoreuse, carbonates de fer Manganèse MnO2 Technique minière à ciel ouvert et souterraine, une seule mine en Europe, surtout du minerai importé Traitement du minerai procédé Bayer Caractéristiques des résidus pH élevé, boues rouges : d80<10 µm, sable de traitement : d80<1000 µm à ciel ouvert et souterraine flottation, à d80 : 50 – 100 µm, potentiel de (par chambre remblayée, Boliden lessivage DA fréquent par chambres et piliers, de l'or au cyanure abattage par mines longues) à ciel ouvert Gestion des résidus en boues ou épaissis en boues, subaquatique à Lisheen, généralement en grands bassins : 35 – 1450 ha, une partie en remblai (fraction grossière) en boues séparation en milieu dense et séparation magnétique à ciel ouvert (Erzberg), séparation souterraine (foudroyage par magnétique, sous-étages à grande séparation en échelle) milieu dense teneur en Cr et Ni souterraine à ciel ouvert et souterraine concassage seul lixiviation au cyanure, spirales, table à secousses aucun résidu potentiel de DA pour certains, en boues, une partie en en cas de lixiviation au remblai (fraction grossière), cyanure : présence de cyanure, destruction du cyanure métaux complexes, cyanate, thiocyanate flottation, d80=100 µm, aucun potentiel séparation en de DA milieu dense, tables à secousses toutes techniques, p. ex. pistonnage, milieu dense, flottation dissolution, cristallisation, séchage/refroidissement Métaux précieux sulfures complexes, or natif, gossan, etc. Tungstène (Fe, Mn)WO4, CaWO4 Barytine BaSO4 souterraine (exploitation en sous-étages, foudroyage par sous-étages, exploitation par chambre remblayée) à ciel ouvert, souterraine Borates B2O3 à ciel ouvert, souterraine ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL aucun potentiel de DA, fines : en boues, grossières : Kiruna : surtout SiO2 et FexOy en terrils juillet 2004 en boues, une partie en remblai (fraction grossière) Sécurité et prévention Fermeture et entretien des accidents après fermeture surveillance systématique déshydratation et couverture sèche, traitement de décharge manuel ESE, audits indépendants, bilan hydrique déshydratation et couverture sèche ou couverture humide audits indépendants aucun plan manuel ESE, audits indépendants, mesures d'affaissement déshydratation et couverture sèche Evaluation des risques, calculs de stabilité, planification par des experts externes, manuels ESE, audits indépendants, piézomètres, clinomètres intervention d'experts externes et des autorités déshydratation et couverture sèche, couverture humide, élévation du niveau de la nappe phréatique Déshydratation et couverture sèche souvent aucun résidu, fines en boues, parfois en remblais, résidus grossiers mis en terrils ou vendus comme agrégats résidus grossiers mis d'abord en terrils puis en remblais, boues mises en bassins 103 Chapter 3 Minéral Minéralogie Technique minière Feldspath orthoclase, albite, carrière anorthite Fluorine CaF2 (dans un cas, présence également de PbS) à ciel ouvert et souterraine (par chambre remblayée, par chambres et piliers) Kaolin Kaolinite, quartz, micas, résidus de feldspath carrière Calcaire/ 97 – 98 % carbonate CaCO3, de calcium <1 % MgCO3, <1 % SiO2 à ciel ouvert/carrière Phosphate Apatite (10 %), à ciel ouvert mica phlogopite (65 %), carbonates (20 %) et silicates (5 %) Strontium à ciel ouvert 104 Traitement du minerai parfois aucun, sinon séparation optique, flottation, séparation électrostatique ou magnétique séparation en milieu dense, flottation, Caractéristiques des résidus solides contenant des sables fins et des micas, 10 % d'oxydes de fer, certains floculants, eau de traitement : pH 4,5, présence de fluorure principalement de la silice (90 %), du fer et des oxydes d'aluminium pas de fragmentation, séparation magnétique, flottation Gestion des résidus Sécurité et prévention des accidents résidus grossiers mis en terrils, relevés topographiques boues mises en remblais ou en bassins Remblayage et réutilisation de mise en place de l'eau de traitement, boues piézomètres dans la généralement mises en nappe phréatique bassins, dans un cas déversement des fines dans la mer sables fins et micas, < 1 % d'oxydes de fer, certains floculants, eau de traitement : pH 4,5, présence de phosphates, sulfates, agent antimousse calcaire : lavage ; calcaire : < 0,25 mm carbonate de calcium : flottation, séparation magnétique Résidus grossiers mis en terrils, boues mises dans des bassins revêtus d'argile, dans un cas les fines déshydratées sont transférées sur des terrils flottation boues mises en bassins aucun dans un cas, milieu dense et flottation dans l'autre résidus grossiers utilisés comme remblais, boues de flottation mises en bassins July 2004 Fermeture et entretien après fermeture boues mises en bassins, dans un cas le bassin est une ancienne carrière, parfois les boues sont asséchées et les résidus déversés sur des terrils période d'entretien après fermeture de 10 ans avec une surveillance prévue pour les métaux lourds, financement des coûts de fermeture et d'entretien après fermeture infiltrations, mouvements Déshydratation et verticaux et horizontaux couverture sèche du sommet des digues, plans d'urgence calculs de stabilité selon Déshydratation et DIN, gestion de la qualité couverture sèche durant la construction de la digue, consignation des évolutions de la digue, révisions annuelles, audits indépendants régulateurs de niveau d'eau opérationnels et contrôlés, avec alarmes dans le système de fonctionnement de l'exploitation, mesures de la percolation, mesure des mouvements de la digue nouveau bassin étanche avec digue élevée à sa hauteur définitive ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Minéral Minéralogie Talc Talc, carbonates, chlorites et sulfures Potasse sylvinite, carnallite, sel dur, kaïnite et autres sels Charbon carbone, cendre, soufre Technique minière Traitement du minerai souvent fragmentation seule, parfois flottation souterraine (par chambres et lixiviation à piliers, longue taille, chaud, flottation, exploitation en sous-étages) séparation électrostatique, séparation en milieu dense en Espagne et au RoyaumeUniparfois à ciel ouvert, sinon souterraine (longue taille) Caractéristiques des résidus résidus liquides et solides contenant du chlorure de sodium et d'autres sels, de l'argile et de l'anhydrite fractions argile, schiste, grès, sulfures, grossières en bacs certains réactifs, peuvent être à piston ou en radioactifs milieu dense, flottation pour les fines Gestion des résidus Sécurité et prévention des accidents résidus de flottation mis dans contrôle des eaux de des bassins qui une fois percolation, manuels de asséchés deviennent des terrils sécurité, révision annuelle résidus solides mis en terrils, Révision annuelle, résidus liquides déversés dans clinomètres sur pentes, des puits profonds ou eaux de surveillance de l'activité surface, dans un cas sismique évacuation des liquides et solides dans la mer, certains résidus solides utilisés comme remblais remblayage souvent trop Dans certaines régions, onéreux, résidus grossiers mis surveillance de l'activité en terrils ou dans d'anciennes sismique mines, fines mises en bassin, vendues ou filtrées et mises en terrils Fermeture et entretien après fermeture les terrils restent tels quels et se dissolvent au fil du temps aménagement des terrils intégré au paysage et approuvé par les autorités et les municipalités Tableau 3.1 : Résumé des procédés appliqués dans la gestion des résidus ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 105 Chapter 3 Minéral Métaux communs Caractéristiques Gestion des stériles Sécurité et prévention des stériles des accidents présentent parfois dans un cas, gestion pente de 1:3 un potentiel de DA sélective des stériles avec et sans potentiel de DA, utilisation occasionnelle pour la construction des digues, dans un cas comme remblai, captage des eaux de ruissellement de surface Chrome Fer aucun potentiel de DA net, éventuellement lixiviat de nitrate d'ammonium Métaux précieux mis en terrils, associés dans pente de 1:2 un site à des résidus grossiers mis en terrils, utilisation pour construire des digues ou comme remblai dans une mine à ciel ouvert parfois vendus comme agrégats ou remblais Remblai Captage des eaux de ruissellement de surface utilisés comme remblai dans une ancienne mine parfois utilisés comme agrégats Barytine Fluorine Kaolin Calcaire Phosphate Fermeture et entretien après fermeture couverture végétale, couverture artificielle pour limiter le DA utilisation de la totalité des stériles comme remblai souterrain couverture végétale avec de la terre et des graines, surveillance à long terme de la percolation sur un site, couverture avec de la terre végétale des plans d'aménagement du paysage ont été élaborés avec les autorités locales et les municipalités coefficient de sécurité de drainage de l'eau et 1,3, relevés annuels, couverture végétale contrôles mensuels, évaluations périodiques des risques mis en terrils avec des entente sur la forme résidus grossiers, mis en définitive du terril avec les terrils provisoires et utilisés autorités et les municipalités ultérieurement comme dans l'optique de créer des remblais structures intégrées au paysage Talc Charbon Tableau 3.2 : Résumé des procédés appliqués dans la gestion des stériles 3.1 3.1.1 Métaux Aluminium Cette section fournit des indications relatives aux raffineries d'aluminium suivantes : Raffinerie Aluminium de Grèce, Distomon Aughinish Alumina, Aughinish Eurallumina, Sardaigne Alcoa Inespal, San Ciprian Ajka Pays Grèce centrale Irlande, Aughinish Italie, Sardaigne Espagne, Galicie Hongrie, région de Bakony Tableau 3.3 : Raffineries d'alumine mentionnées dans la présente section 106 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 3.1.1.1 Minéralogie et techniques minières Les gisements de bauxite du centre de la Grèce sont des corps lenticulaires qui se présentent sous la forme de trois couches de bauxite. Du vanadium, du manganèse, du nickel, du cobalt, du chrome, du zinc, du cuivre, du phosphore et des sulfures sont présents en faible quantité ou sous forme de traces dans le minerai. A ce jour, les quantités de minerai issues des mines souterraines et celles issues des mines à ciel ouvert sont à peu près égales, mais il est probable que les mines souterraines vont se développer à l'avenir en raison de l'augmentation du rapport de découverte, et à cause des aspects environnementaux émergents liés aux mines à ciel ouvert. [90, Peppas, 2002] Dans une mine souterraine, on applique la méthode dite "par chambres et par piliers", parfois associée à celle dite "par chambre remblayée" si le gisement mesure plus de 8 m d'épaisseur. Les gisements dont le rapport de découverte est de 6 à 8 m3 de stériles ou de morts-terrains par tonne de minerai sont exploités dans des fosses au moyen de procédés classiques de forage, d'abattage aux explosifs et de chargement [90, Peppas, 2002]. Dans la région hongroise de Bakony six mines de bauxite mines sont en activité, et elles envoient toutes leur bauxite à la raffinerie d'Ajka. Cette bauxite est de type karstique et se présente sous forme de gisements lenticulaires ou en forme de coque. L'exploitation se fait à ciel ouvert (forage/abattage/chargement) avec un rapport de découverte de 6,3 m3/t, ou en mine souterraine en utilisant la technique du foudroyage par sous-étage [91, Foldessy, 2002]. Le tableau suivant montre la composition chimique de la bauxite transformée dans les raffineries européennes. Elément Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO TiO2 LOI1 % en poids 53 - 60 2 – 25 6,5 - 22 0,2 – 1,2 2-4 16 - 27 Tableau 3.4 : Composition chimique des bauxites qui alimentent les raffineries européennes 3.1.1.2 Traitement du minerai Comme le mentionne la section 2.3.4.1, toutes les raffineries d'alumine européennes utilisent le procédé Bayer pour transformer la bauxite. Le principe de base du procédé Bayer est la recirculation en continu d'une solution caustique qui sert à la fois d'agent dissolvant pour l'hydrate d'alumine contenu dans la bauxite et de milieu de transport pour acheminer les matériaux solides à travers les différentes étapes du procédé. Lors de la première étape de ce procédé, la bauxite est soumise à une étape de broyage humide qui produit une boue contenant 50 % de solides. Cette boue est ensuite chauffée à 100 ºC et maintenue dans des cuves de rétention pour rendre la silice plus réactive. La liqueur caustique en retour du cycle précédent est ensuite reconcentrée et réchauffée. Lors de l'étape suivante de lixiviation (ou digestion), la boue de bauxite est mélangée à haute température (250 ºC) à la liqueur caustique. La ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 107 Chapter 3 gibbsite et la boehmite se dissolvent rapidement en laissant la partie inerte de la bauxite (les boues rouges) non dissoute. La clarification de la liqueur mère se fait dans des épaississeurs et par filtration. La boue est séparée en deux temps. Dans un premier temps, les matériaux dits "sables" (c’est-àdire les particules d'une granulométrie supérieure à 150 μm) sont éliminés par cyclonage de la liqueur et séparation des matériaux solides dans des classificateurs à vis. Dans un second temps, la boue est décantée dans de gros épaississeurs. La liqueur mère clarifiée est ensuite pompée vers la phase de précipitation to produire de l'hydrate solide. Cet hydrate est calciné pour produire de l'alumine. La liqueur est renforcée avec un complément de soude vierge et réinjectée dans le procédé. La boue séparée est extraite du cône du décanteur avec une teneur en solides d'environ 30 % et injectée dans une unité de lavage continu à contre-courant à trois ou quatre étages, où la majeure partie de la liqueur caustique accompagnant la boue est récupérée. Dans certaines raffineries d'alumine, la boue issue du dernier appareil de lavage est pompée vers le bassin de boue. Dans d'autres, elle est épaissie par filtration sous vide ou par des épaississeurs en profondeur avant d'être pompée vers l'installation de gestion des résidus (IGR). 3.1.1.3 Gestion des résidus A l'échelle mondiale, il faut de quatre à six tonnes de bauxite pour produire en moyenne deux tonnes d'alumine et une tonne d'aluminium. Les raffineries européennes importatrices de bauxite utilisent une bauxite de haute qualité afin de réduire les coûts de transport. La figure ci-après montre les débits massiques types pour les raffineries européennes. Figure3.1 : Débit massique type de la bauxite vers l'aluminium (base sèche) Il est à noter que l'abréviation LOI désigne la perte par calcination (Loss On Ignition) ou l'eau de cristallisation. 3.1.1.3.1 Caractéristiques des résidus Les résidus d'alumine sont constitués de deux parties principales : la fraction fine appelée "boues rouges", qui représente de 80 à 95 % du volume total, et une fraction 108 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 plus grossière, communément appelée "sable de traitement". Ces deux parties représentent de 97 à 100 % du volume total des résidus. Dans certains cas, les 3 % restants sont constitués d'un gâteau de sel, qui peut provenir d'un procédé de purification de la liqueur par élimination du sel, et d'une boue (principalement de l'hydroxyde d'aluminium) provenant de la sousverse du clarificateur. Boues rouges La figure ci-après montre les distributions granulométriques des boues rouges de certaines raffineries d'alumine. Figure 3.2 : Distribution granulométrique (granulométrie en fonction du pourcentage de passant cumulé) des boues rouges sur les sites de Sardaigne (EA) et d'Aughinish [89, Teodosi, 2002], [22, Aughinish, ] Si elles sont pompées sous forme de résidus épaissis, les boues rouges ont généralement une teneur en solides de 55 à 60 %. Elles "mûrissent" ensuite dans l'IGR, souvent appelée "tas" lorsqu'il s'agit de résidus épaissis, pendant une durée de trois à six mois pour arriver à une teneur en solides de 68 à 70 % par compression et évaporation. Dans la raffinerie d'Aughinish, la perméabilité initiale des boues rouges se situe entre 1 x 10-8 et 1 x 10-9 m/s. Elle diminue au fur et à mesure de la maturation des boues. La masse volumique moyenne des solides des boues sèches est de 3,1 t/m3 [22, Aughinish, ]. L'avantage de cette technique est que les résidus sont physiquement stables au moment d'être déversés sur le tas. Les eaux pluviales de ruissellement et les eaux de percolation possèdent, en revanche, des pH élevés à cause de la liqueur caustique résiduelle et devront donc être neutralisées avant d'être rejetées dans l'environnement. Elles peuvent également être utilisées dans le circuit de lavage de la raffinerie. Sur le site sarde, les boues rouges sont remises en suspension pour obtenir une teneur de 20 à 25 % de solides au moyen d'eau de mer fraîche et d'eau gravitaire issue du basin de résidus, et sont ensuite pompées vers le bassin de résidus. La neutralisation des boues s'effectue par désulfuration des gaz de fumée lors de l'opération d'épuration par voie ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 109 Chapter 3 humide, et grâce au chlorure de magnésium contenu dans l'eau de mer fraîche injectée dans le système. Après décantation et évaporation, la teneur en matériaux solides augmente pour atteindre de 65 à 72 %. Le rapport des résidus, dans la raffinerie sarde, est de 0,78 tonne de résidus secs pour une tonne d'alumine. Si on considère que les boues se consolident à une teneur de 60 à 65 % de solides dans le bassin, cela correspond à environ 1,3 tonne de matériaux humides pour chaque tonne d'alumine produite, soit 0,8 m3/tonne d'alumine produite. [89, Teodosi, 2002]. La neutralisation des boues rouges conduit à la stabilité chimique des résidus. Le compromis, ici, est que pour toutes les retenues de résidus boueux, il reste encore à assurer la stabilité physique des digues. La figure ci-après présente la teneur en solides dans les deux solutions. Figure 3.3 : Teneur en solides (en pourcentage de solides en poids) des résidus dans les systèmes de gestion classique et par épaississement Dans les deux cas, les résidus parviennent après maturation à une teneur d'environ 70 % de solides. La déshydratation peut généralement s'effectuer dans des filtres à vide (avec un rendement de 63 % de solides, par exemple à Aughinish) ou dans des épaississeurs en profondeur (avec un rendement de 50 % de solides). Le tableau ci-après présente les résultats des analyses chimiques effectuées sur des boues rouges provenant de différents sites. Elément : Fe2O3 Al2O3 TiO2 SiO2 Na2O CaO LOI 110 Sardaigne pourcentage en poids sec 18 26 6 20 12 8 9 July 2004 Site : Bakony pourcentage en poids sec 40 18 4 15 8 7 7 Aughinish pourcentage en poids sec 47 17 12 7 5 8 3 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Divers éléments trace 1 1 1 Tableau 3.5 : Eléments constitutifs des boues rouges [89, Teodosi, 2002], [91, Foldessy, 2002], [27, Derham, 2002] Malgré des lavages répétés, la solution entraînée dans les boues rouges contient encore de faibles quantités de soude caustique (hydroxyde de sodium), qui induisent ces caractéristiques de pH élevé, ainsi que de l'alumine. La plus grande partie de la soude caustique se transforme en carbonate de sodium et en bicarbonate de sodium sur le tas de résidus. Le tableau ci-après donne l'exemple d'une analyse de boues rouges plus détaillée, qui inclut les éléments trace. Tableau 3.6 : Analyse détaillée des boues rouges, éléments trace inclus [32, Derham, 2002] Sable de traitement ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 111 Chapter 3 La figure ci-après présente les courbes de distribution granulométrique du sable de traitement. Figure 3.4 : Distribution granulométrique (granulométrie en fonction du pourcentage de passant cumulé) du sable de traitement sur les sites de Sardaigne (EA) et d'Aughinish [89, Teodosi, 2002], [22, Aughinish, ] Le tableau ci-après recense les éléments de la fraction sableuse : Site : Sardaigne pourcentage en poids sec 14 40 3 16 12 1 12 2 Elément : Fe2O3 Al2O3 TiO2 SiO2 Na2O CaO LOI Eléments trace Tableau 3.7 : Eléments constitutifs des résidus sableux [33, Eurallumina, 2002] La perméabilité de la fraction sableuse est estimée être cent fois supérieure à celle des boues rouges [22, Aughinish, ]. Autres 112 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Le gâteau de sel est déversé sous forme d'un gâteau à 70 % de solides. La boue du clarificateur est pompée jusqu'au tas sous la forme d'une boue comportant de 2 à 3 % de solides. Le gâteau de sel est constitué des produits de la dégradation organique des humates de la bauxite, notamment du carbonate de sodium, du sulfate de sodium et de l'oxalate de sodium. [22, Aughinish, ]. 3.1.1.3.2 Méthodes de gestion appliquées Pour la gestion des résidus du raffinage de l'alumine, les méthodes appliquées sont celles des résidus épaissis et des résidus boueux classiques. Certaines raffineries déversent leurs résidus dans la mer. D'autres les gèrent à terre, en "tas" lorsqu'il s'agit de résidus épaissis, ou dans des bassins entourés de digues lorsqu'il s'agit de des résidus boueux. En règle générale, l'aménagement de tas de boues rouges au moyen de la méthode des résidus épaissis inclut des digues périphériques perméables en enrochement et un revêtement étanche pour la surface sous-jacente. Une digue périphérique sert généralement à collecter les eaux de ruissellement de surface et va donc normalement entourer le tas. La méthode de construction utilisée pour les tas est la méthode ascendante, du fait que les boues rouges déshydratées sont suffisamment stables. La perméabilité des boues rouges étant très faible, le principal risque d'infiltration est lié à l'accumulation des eaux caustiques de ruissellement de surface dans les zones exposées avant qu'elles ne soient recouvertes de boues et aux infiltrations d'eau stagnante dans le fossé périphérique. Ce risque peut être géré en dotant les surfaces et les fossés de revêtements étanches, par exemple du till glaciaire ou des revêtements synthétiques, associés à un système de drainage. On procède à une analyse des eaux de percolation dans les meilleurs et les pires des cas afin d'aménager correctement ces installations. [22, Aughinish, ] Dans la raffinerie sarde, les boues rouges sont diluées jusqu'à l'obtention d'une teneur de 20 % en solides et servent à la désulfuration des gaz de fumée. Les boues utilisées dans les absorbeurs doivent avoir des solides bien dilués, afin de protéger les plaques perforées de l'absorbeur contre tout blocage prématuré par des bouchons provoqués par des dépôts solides. [89, Teodosi, 2002] Dans la raffinerie sarde, les aspects suivants ont joué un rôle important lors de la conception de l'installation : • • • • • • réduction de la distance entre la raffinerie et le bassin, en vue de réduire les coûts de pompage disponibilité du terrain nécessité d'une gestion terrestre des résidus et non d'un déversement en mer, afin de protéger les ressources halieutiques proximité avec la mer, l'eau de mer étant nécessaire à la neutralisation des résidus faible risque de contamination des aquifères vents localement forts, d'où l'avantage d'avoir des résidus humides. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 113 Chapter 3 L'emplacement de l'IGR est indiqué sur la figure ci-après : Figure 3.5 : Emplacement de l'IGR dans la raffinerie sarde [33, Eurallumina, 2002] La barrière rocheuse protège l'IGR contre l'action des vagues. La figure ci-après présente une vue en coupe transversale de la digue. 114 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.6 : Coupe transversale d'une digue de retenue sur le site sarde [33, Eurallumina, 2002] Le concept sur lequel s'appuie ce modèle original de digue consiste à drainer l'eau des résidus tout en conservant ces derniers dans le bassin. On obtient ainsi un excellent taux de drainage (jusqu'à 70 %). Des élévations successives de la digue ont été effectuées au moyen de la méthode ascendante, comme le montre la figure ci-après. Figure 3.7 : Coupe transversale des élévations de digue réalisées selon la méthode ascendante [33, Eurallumina, 2002] Les boues sont réparties le long du périmètre de l'installation, avec un déversement tous les 50 m. Pour que la répartition soit uniforme, on utilise différents points de déversement toutes les 24 h. Les sables et autres résidus de traitement sont transportés jusqu'à l'IGR par camion et rejetés dans une zone spéciale de celle-ci. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 115 Chapter 3 [33, Eurallumina, 2002] Dans la raffinerie d'Ajka, des "compartiments", c'est-à-dire des bassins de résidus de type paddock destinés à recueillir les boues rouges, sont construits à partir de scories provenant de la centrale thermique voisine. Les digues ont des rapports des pentes de 1:1 à 1:1,5 (voir figure ci-dessous). Leur hauteur définitive peut atteindre 10 m au maximum. Les boues rouges sont transportées jusqu'à l'IGR par pipeline, avec une teneur en solides de 20 %. La distance est de 3 à 4 km. L'eau gravitaire issue du bassin est réutilisée dans le procédé. Le mouvement circulaire de la canalisation de déversement permet d'obtenir une répartition uniforme des boues rouges dans le compartiment. L'eau gravitaire des compartiments empêche la formation de surfaces sèches plus étendues et l'assèchement des boues rouges. [91, Foldessy, 2002] Figure 3.8 : Vue en coupe transversale de l'IGR d'Ajka montrant la digue, le bassin, les puits d'observation, la paroi de séparation et l'état des sols, ainsi que la couverture de terre lors de la fermeture [91, Foldessy, 2002] A dix mètres au-dessous de l'installation de gestion des résidus se trouve une couche d'argile imperméable. Cela explique qu'aucun revêtement étanche n'ait été utilisé durant la construction des compartiments. Dans les années 1980, une pollution de la nappe phréatique était apparue dans la couche située entre le fond des compartiments et la couche d'argile. Pour endiguer cette pollution, on a construit autour des compartiments une paroi étanche qui pénétrait à l'intérieur de la couche d'argile imperméable. A l'intérieur de cette paroi étanche, un système de drainage recueille les eaux d'infiltration et les eaux souterraines, lesquelles sont ensuite réinjectées dans le compartiment. Dans la zone alentour, on a creusé 240 puits d'observation de la nappe phréatique. Ils servent à mesurer le niveau de la nappe phréatique et à effectuer des prélèvements pour analyse chimique. Les mesures de niveau de la nappe sont répétées tous les mois, et une analyse chimique est réalisée tous les trimestres sur des échantillons d'eau souterraine pour y rechercher de 8 à 10 éléments. Ce système permet de garantir la détection précoce de tout dommage subi par la paroi de séparation et de surveiller la migration du panache de pollution. [91, Foldessy, 2002] 116 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 A la raffinerie d'alumine galicienne, la première méthode d'élévation de la digue a été la méthode ascendante. Pour ce faire, on a prélevé de la roche et de la terre dans des gisements locaux de granite et de quartz et dans du remblai. Or, depuis 1986, cette méthode a changé. La nouvelle méthode, dite longitudinale, utilise les mêmes matériaux d'emprunt. Toutefois, grâce à cette méthode, la surface disponible, et donc la capacité de stockage, ne diminue pas au fur et à mesure de chaque élévation de la digue (voir Figure 3.9). Figure 3.9 : Coupe transversale de la digue de retenue de la raffinerie galicienne, montrant les méthodes ascendante et longitudinale pour augmenter la hauteur de la digue 3.1.1.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Le programme de contrôle appliqué sur le site sarde comprend les éléments suivants : • • • • • • • • • • visite d'inspection de l'IGR toutes les deux heures inspection générale journalière de l'intérieur et de l'extérieur de l'IGR par des personnels qualifiés vérification journalière des performances des pompes externes de captage d'eau et enregistrement des mesures de débit prélèvements mensuels sur le réseau des piézomètres externes, avec analyse du pH et des métaux contrôles de la stabilité des digues deux fois par an tracé annuel du profil côtier pour étudier les tendances à l'érosion changement journalier des points de décharge vérification du bilan hydrique enregistrement continu des conditions météorologiques mesure continue du pH à la sortie de l'unité de filtration des boues, avant pompage vers l'IGR. Les personnels employés dans la zone de l'IGR ont été formés lors de stages annuels spécifiques. Une procédure d'urgence existe. Sept pompes sont réparties sur le pourtour du bassin pour pouvoir intervenir en cas de fuite d'eau de la digue. Le niveau d'eau du bassin est contrôlé grâce à une surveillance et ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 117 Chapter 3 un contrôle stricts de l'adjonction d'eau de mer fraîche au circuit des boues. [33, Eurallumina, 2002]. Ces pompes sont incapables, en revanche, de faire face à une rupture totale de la digue. 3.1.1.3.4 Fermeture et entretien après fermeture Si la gestion des résidus épaissis se fait horizontalement sur un seul tas, la restauration progressive est impossible car la plus grande partie de la surface va servir au déversement des boues rouges. Durant la restauration, la pente de 2,5 % du tas permet un ruissellement efficace des eaux de pluie sans érosion. En outre, les engins de construction ont accès au tas [22, Aughinish, ]. Le tas de boues sera restauré au moyen d'une couverture végétale, comme un certain nombre de sites ont réussi à le faire. Le reverdissement des pentes du périmètre, aménagées avec un remblai d'emprunt (par exemple du calcaire) est une pratique courante, qui consiste généralement à veiller à ce que la végétation soit en harmonie avec le paysage environnant. [22, Aughinish, ]. Des couvertures végétales ont déjà été utilisées avec succès sur des bassins de résidus conventionnels. Sur le site d'Ajka, les résidus déshydratés sont recouverts d'une couche de scories de 50 cm d'épaisseur provenant d'une centrale, puis d'une couche de terre [91, Foldessy, 2002]. Lors de la phase d'entretien après fermeture, avant d'évacuer les eaux de ruissellement, il faut les traiter jusqu'à ce que leurs conditions chimiques aient atteint des concentrations acceptables pour un déversement dans des eaux de surface. Il faut également entretenir les chemins d'accès, les systèmes de drainage et la couverture végétale (y compris, le cas échéant, le reverdissement). Par ailleurs, un échantillonnage continu pour analyser la qualité de la nappe phréatique doit faire partie de la mise en œuvre de tout programme de fermeture et doit donc continuer. [22, Aughinish, ] 3.1.1.4 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.1.1.4.1 Gestion de l'eau et des réactifs A Aughinish, les eaux issues de l'IGR sont recyclées dans le procédé ; au niveau du site sarde, on recycle les eaux de l'IGR vers les installations de gestion des boues, afin de mieux gérer le bilan hydrique au niveau du bassin. Dans ce dernier cas, il est impossible de réutiliser l'eau gravitaire dans le procédé Bayer, car la salinité de l'eau de mer dégraderait la solution caustique de lixiviation. A Ajka, un volume total de 1,75 Mm3 d'eau douce est consommé chaque année, dont la moitié est rejetée dans les eaux de surface. Le tableau ci-après indique la consommation de réactifs d'une raffinerie d'alumine Réactif NaOH H2SO4 118 site d'Ajka Consommation g/t 79167 4167 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 HCl Hg CaO Silicate de soude 50 3 39167 19333 Tableau 3.8 : Consommation de réactifs à la raffinerie d'Ajka Dans la raffinerie sarde, les additifs chimiques ajoutés au procédé sont regroupés selon les catégories suivantes : a) Chaux : le principal réactif de traitement, avec une consommation spécifique d'environ 40 kg de CaO par tonne d'alumine, pour un certain nombre de réactions, notamment : • • • • réaction avec le titane et le phosphore contenus dans la bauxite, par précipitation de ces derniers en titanate et en phosphate pour protéger l'alumine de leurs impuretés respectives réaction avec le carbonate de sodium, une impureté présente dans la liqueur, pour retransformer celui-ci en hydroxyde de sodium réaction avec l'oxalate de sodium, une impureté organique de la liqueur, pour le transformer en oxalate de calcium qui, sous sa forme solide, est rejeté avec les boues du procédé ainsi que d'autres réactions de la phase de digestion, destinées à améliorer l'extraction de la boehmite (oxyhydroxyde d'aluminium, une source d'alumine présente dans la bauxite) et à favoriser la transformation de l'oxyde de fer éventuellement présent dans la bauxite sous forme de goethite en hématite de fer qui, sous sa forme solide, est entraînée avec les boues, afin de réduire les impuretés ferriques du produit. b) Autres réactifs de traitement : • • • • • • • agents de contrôle des humates, pour éliminer les matières organiques à chaîne longue de la liqueur caustique : polyamines dans de l'eau agents de contrôle de la précipitation, utilisés essentiellement pour contrôler la précipitation des impuretés de l'oxalate : hydrocarbures oxygénés, acides gras et oxyalkylates agents antimousse : acides gras hydrogénés floculants pour la décantation des boues, pour améliorer la décantation des boues et leur séparation de la liqueur riche : produit polyacrylique floculants pour la décantation des boues, pour améliorer la décantation des boues dans le circuit de lavage des boues : produit polyactylamidique agents déshydratants, pour réduire la teneur en hydrate au niveau de l'alimentation des calcinateurs : à base d'éthoxylate nonylphénolique et d'hydrocarbures oxygénés agent rhéologique, pour réduire la viscosité des boues de bauxite et améliorer ses propriétés d'écoulement fluidique : polymères acryliques à groupes fonctionnels sulfoniques. c) Réactifs de l'eau d'alimentation des chaudières : • agent de chélation, pour réduire l'incrustation à l'intérieur des tubes de chaudière alimentés par le condensat de procédé : groupes fonctionnels de type NTA (acide nitrilotriacétique) ou EDTA (acide éthylène diamine tétraacétique) capables de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 119 Chapter 3 • • • capturer (séquestrer) le calcium et le magnésium afin d'empêcher leur précipitation dans le circuit d'eau des chaudières agent de désoxygénation, pour traiter l'eau d'alimentation des chaudières : hydrosulfite de sodium agent antimousse, pour traiter l'eau d'alimentation des chaudières agent nettoyant, pour le circuit d'eau des chaudières. d) Traitement du fioul : • • • dispersant, pour améliorer la propreté des brûleurs oxyde de magnésium, pour diminuer les fumées solvant des goudrons, pour diminuer les dépôts de matériaux solides. e) Traitement de l'eau : • • • dispersant pour l'eau de refroidissement, pour réduire la vitesse d'entartrage du circuit et de la tour réactif biocide, pour le traitement de l'eau agent stérilisant, pour le traitement de l'eau. f) Réactifs de nettoyage chimique : • • • • • acide sulfurique, avec une consommation spécifique d'environ 9 kg par tonne d'alumine, pour nettoyer les tubes chauffants des digesteurs et pour le contrôle final du pH des boues avant leur déchargement dans le bassin acide chlorhydrique, avec une consommation spécifique d'environ 0,4 kg par tonne d'alumine, pour nettoyer les toiles de pressage inhibiteur de corrosion pour H2SO4 inhibiteur de corrosion pour HCl antimousse pour le traitement à l'acide. La quantité totale de tous les réactifs susmentionnés se monte à presque 1 kg par tonne d'alumine. Ce sont tous des composés organiques qui pour la plupart se décomposent en CO2 et en eau durant la phase de digestion à haute température. Dans un proche avenir, la raffinerie sarde va ajouter une usine de traitement pour l'eau gravitaire provenant du bassin. A l'heure actuelle, le bilan hydrique du bassin est maintenu grâce à des conditions climatiques favorables (et notamment à un taux d'évaporation net élevé) et par la recirculation de l'eau du bassin vers les filtres à boues pour la mise en suspension des boues fraîches. Cette recirculation est devenue de plus en plus importante pour la raffinerie pendant les périodes froides, la surface d'évaporation ayant été réduite par suite des élévations successives de la digue selon la méthode ascendante. Une fois que l'usine de traitement de l'eau sera opérationnelle, elle permettra de déverser l'eau gravitaire du bassin dans la mer, ce qui éliminera les problèmes d'eau saisonniers. 3.1.1.4.2 Rejets atmosphériques La pollution atmosphérique peut être provoquée par les gaz de cheminée des fours de calcination à haute capacité de l'alumine. Ici, on utilise des filtres électrostatiques pour séparer les particules solides en suspension. 120 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Les poussières soulevées par l'IGR peuvent être problématiques, auquel cas on pulvérisera de l'eau et on répandra de la paille en période sèche. 3.1.1.4.3 Rejets aquatiques La surveillance de la nappe phréatique passe par des puits situés autour des tas et des bassins. Aucun effluent n'est rejeté dans les eaux de surface [22, Aughinish, ]. 3.1.1.4.4 Contamination des sols En raison de la très faible perméabilité des boues rouges mais aussi des dépôts du sol estuarien sous-jacent (limon argileux), la percolation dans le sol est extrêmement limitée. 3.1.1.4.5 Consommation énergétique La consommation énergétique liée à la gestion des résidus sur le site sarde est due à l'énergie consommée dans trois stations de pompage : • pour pomper les résidus boueux dans l'eau (eau de mer fraîche et eau recyclée en provenance du bassin) qui circule du site de la raffinerie jusqu'au bassin, et pour les répartir à l'intérieur de la digue ; la consommation énergétique est d'environ 230 kW, 100 % du temps • pour renvoyer l'eau clarifiée provenant du bassin jusqu'à la raffinerie pour mettre d'autres boues en suspension et réduire l'utilisation d'eau de mer fraîche, pour conserver la totalité de l'eau en équilibre ; la consommation énergétique est d'environ 60 kW, 70 % du temps • pour pomper l'eau de mer fraîche nécessaire à la gestion des résidus, à la fois à des fins de neutralisation et de mise en suspension des solides ; la consommation énergétique est d'environ 100 kW, 30 % du temps. [33, Eurallumina, 2002] A Ajka, les statistiques de consommation énergétique en 2001 étaient les suivantes : • • • énergie : 127 705 MWh soit 21 kWh par tonne d'alimentation vapeur : 788 300 t soit 1,3 tonne de vapeur par tonne d'alimentation gaz naturel : 35 360 000 m3 soit 58,9 m3 par tonne d'alimentation 3.1.2 Métaux communs Cette section fournit des indications relatives aux sites de production de métaux communs suivants : Région Aitik Almagrera Aznalcollar1 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Site mine d'Aitik Aguas Teñidas, Sotiel Los Frailes juillet 2004 Pays Suède Espagne Espagne 121 Chapter 3 région minière de Boliden Cantabrie Garpenberg Hitura projet de Las Cruces2 bassin cuprifère de LegnicaGlogow Lisheen Pyhäsalmi Tara Zinkgruvan Maurliden, Petiknäs, Renström, Åkerberg, Kristineberg Mina Reocín mine de Garpenberg, Garpenberg Norra mine de Hitura Las Cruces Lubin, Polkowice-Sieroszowice, Rudna Suède Espagne Suède Finlande Espagne Pologne Lisheen Pyhäsalmi, Mullikkoräme Tara Zinkgruvan Irlande Finlande Irlande Suède 1. Informations sur la fermeture 2. Actuellement au stade de délivrance des autorisations Tableau 3.9 : Sites d'exploitation des métaux communs mentionnés dans cette section 3.1.2.1 Minéralogie et techniques minières Minéralogie Cadmium Il n'existe que de rares minéraux de cadmium, comme la greenockite (CdS) ou l'otavite (CdCO3 et sous forme de CdO). L'élément chimique cadmium (Cd) peut remplacer le zinc (Zn) dans la sphalérite. C'est pourquoi on trouve souvent du cadmium dans le concentré de zinc à l'issue du traitement du minerai. Dans ce cas, le cadmium est éliminé en fonderie. Les minerais de plomb et de cuivre peuvent également contenir de faibles quantités de cadmium. [35, EIPPCB, 2001] Cuivre Les minéraux de cuivre les plus répandus sont les suivants : • sulfures :  la chalcopyrite (CuFeS2)  la chalcocite (Cu2S)  la covellite (CuS)  la bornite (Cu5FeS4). En nombre d'atomes par molécule, le rendement de la chalcopyrite est relativement faible. Il n'est que de 25 %, comparé à celui des autres minéraux de cuivre tels que la chalcocite (67 %) ; la cuprite (67 %) ; la covellite (50 %) ou la bornite (50 %). Toutefois, comme elle existe en grande quantité et qu'elle est largement répandue, la chalcopyrite est la principale source de cuivre. La chalcopyrite est un minéral commun que l'on trouve dans la quasi-totalité des gisements de sulfure. • oxydes : la cuprite (Cu2O). La cuprite a longtemps été exploitée comme une source majeure de cuivre et elle l'est encore aujourd'hui dans de nombreuses régions du monde. De tous les minerais de cuivre, à l'exception du cuivre natif, c'est la cuprite qui donne le meilleur rendement de cuivre par molécule, puisqu'elle ne comporte qu'un atome d'oxygène pour deux atomes de cuivre [37, Mineralgallery, 2002]. • 122 autres, tels que :  la malachite (Cu2(CO3)(OH)2)  l'azurite (Cu3(CO3)2(OH)2)  la chrysocolle, un silicate de cuivre hydraté (CuSiO3 - nH2O). July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Plomb Le minéral de plomb le plus important pour l'industrie minière est la galène (PbS), qui peut contenir jusqu'à 1 % d'argent. Nickel Le nickel (Ni) est un élément de transition qui présente un mélange de propriétés métalliques ferreuses et non ferreuses. Il est à la fois sidérophile (s'associe au fer) et chalcophile (s'associe au soufre). La majeure partie du nickel exploité provient de deux types de gisements : • • les latérites, dans lesquelles les principaux minéraux sont la limonite nickélifère ((Fe, Ni)O(OH)) et la garniérite (un silicate de nickel hydraté), ou les gisements de sulfures magmatiques, dans lesquels le principal minéral est la pentlandite ((Ni, Fe)9S8). Le rayon ionique du nickel divalent est proche de celui du fer et du magnésium divalents, ce qui permet à ces trois éléments de se remplacer mutuellement dans les réseaux cristallins de certains silicates et oxydes. Les gisements de sulfure de nickel sont généralement associés à des roches riches en fer et en magnésium appelées roches ultramafiques, et se trouvent dans des formations volcaniques et plutoniques. Nombre de ces gisements de sulfure se trouvent à de grandes profondeurs. Les latérites sont formées par l'érosion des roches ultramafiques et sont un phénomène quasi superficiel. D'avis général, la majeure partie du nickel terrestre est concentrée dans le noyau de notre planète. [36, USGS, 2002] Etain Le seul minéral de valeur commerciale comme source d'étain est la cassitérite (SnO2), mais de faibles quantités d'étain sont récupérées à partir de sulfures complexes tels que la stannite, la cylindrite, la frankéite, la canfieldite, et la téallite. [36, USGS, 2002]. Zinc La sphalérite (ou sulfure de zinc, ZnS) est l'un des minéraux de minerai les plus répandus dans le monde. L'extraction des minerais sulfurés primaires domine celle des métaux communs pour le cuivre, le zinc et le plomb en Europe (Las Cruces, une fois en activité, sera l'exception à cette règle). La teneur en sulfures et la qualité du minéral de valeur varient de manière importante d'un site à l'autre. Des exemples des différentes caractéristiques minéralogiques trouvées dans différentes régions minières sont décrits ci-après. • sur le site d'Aitik, le contact entre la principale zone de gisement et le toit de la formation est net, le minerai se trouvant dans une faille de poussée. Le contact entre le mur de la formation et la zone de minerai est progressif et dépend de la teneur. Les principaux minéraux de minerai sont la chalcopyrite, la pyrite et la pyrrhotite, qui se présentent de manière disséminée et en petites veines. Le mur de la formation est constitué de gneiss à biotite et amphibole et d'intrusions de monzodiorite quartzique (cette paroi contient moins de 0,26 % de cuivre). La principale zone de minerai comprend du gneiss/schiste à biotite et du schiste muscovite. Le toit est constitué de gneiss à biotite et amphibole et de pegmatite et dépourvu de cuivre. Le minéral de valeur du gisement est la chalcopyrite. La concentration moyenne en ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 123 Chapter 3 • • • • • • cuivre du gisement est de 0,4 %. En outre, le minerai contient de l'or (0,2 g/t) et de l'argent (3,5 g/t) [63, Base metals group, 2002]. dans la mine de nickel de Hitura, le complexe ultramafique est formé de trois massifs de serpentinite distincts et rapprochés, entourés de gneiss à mica magmatique. Les principaux minéraux de minerai sont la pentlandite, la chalcopyrite et la pyrrhotite, mais à plusieurs endroits, la mackinawite, la cubanite et la vallérite sont en abondance. La pyrite se trouve uniquement dans des diaclases avec [62, Himmi, 2002] dans le projet de mine de Las Cruces, actuellement au stade de la planification et de la délivrance des autorisations, le minéral de valeur est la chalcocite, un minéral de cuivre sulfuré secondaire, dans la pyrite massive [67, IGME, 2002] dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow, le minerai de cuivre se trouve à des profondeurs de 600 à 1200 m dans un gisement polymétallique de type lit de 40 m d'épaisseur, où on trouve, outre les minéraux de cuivre, d'autres métaux tels que l'argent, l'or, le platine et le palladium. Les minéraux de minerai se présentent soit dans les grès du "Rotliegend" ou du "Weissliegend", soit dans les schistes cuprifères et les roches carbonatées du cyclothème de Werra, principalement dans les dolomites. Dans ce gisement de cuivre, on a découvert au total plus de 110 minéraux de minerai. Les principaux minéraux métallifères sont la chalcocite, la bornite, la chalcopyrite, la covellite, la pyrite et la galène. La répartition des minéralisations dans le gisement est extrêmement variable. sur le site de Lisheen, la minéralisation des sulfures qui forme le gisement se trouve à la base du calcaire dolomitique. Les minéraux métallifères sont la pyrite, la marcassite, la sphalérite et la galène et, dans des concentrations plus faibles, la chalcopyrite, la tennantite, l'argent natif, l'arsénopyrite et la gersdorffite. La gangue est constituée de dolomite associée à de la barytine, de la calcite, du schiste, de l'illite et du quartz [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995] le minerai de Pyhäsalmi est massif et à granulométrie grossière. Il contient, en moyenne, 75 % de sulfures constitués de 3 % de chalcopyrite, de 4 % de sphalérite, de 2 % de pyrrhotite et de 66 % de pyrite, ainsi que de faibles quantités de galène et de sulfosels. Les principaux minéraux de la gangue sont la barytine et les carbonates [62, Himmi, 2002] le site de Neves Corvo est une mine de cuivre et d'étain à haute teneur située dans la ceinture pyriteuse ibérique. Les principaux minéraux de ce gisement de type sulfures volcanogènes massifs sont la pyrite, la chalcopyrite, la sphalérite, la galène, la cassitérite, la stannite, la tétrahédrite et l'arsénopyrite [142, Borges, 2003]. Techniques minières Dans le secteur européen de l'extraction des métaux communs, les mines souterraines comme les mines à ciel ouvert sont représentées. Les techniques minières employées sous terre sont l'exploitation par chambre remblayée, l'exploitation par chambres et piliers et diverses autres techniques. La capacité de production de minerai des mines souterraines se situe entre 65 000 et 1 100 000 tonnes/an. Dans les mines à ciel ouvert, la production (minerai et stériles) en 2001 se situait entre 1 200 000 et 43 700 000 tonnes. Dans le secteur minier souterrain, la quasi-totalité des stériles produits sont utilisés directement dans la mine, comme remblais. Dans certains cas, les stériles ont été extraits de haldes à stériles existantes et transportés sous terre. Dans les mines à ciel ouvert, le remblayage était impossible dans la plupart des cas, mais à Mina Reocín, une 124 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 partie épuisée d'une fosse ouverte a été remblayée avec des stériles. Le tableau ci-après recense les différentes mines et indique les techniques minières qu'elles appliquent ainsi que les volumes de minerai et de stériles produits. Région minière Mine Aitik mine d'Aitik Almagrera Aguas Teñidas Sotiel Région minière de Boliden Maurliden Méthode d'extraction ciel ouvert souterraine (chambre remblayée) souterraine ciel ouvert souterraine (chambre remblayée) souterraine Petiknäs (chambre remblayée) Åkerberg souterraine souterraine Kristineberg (chambre remblayée) Mina Reocín ciel ouvert/souterraine souterraine mine de Garpenberg (chambre remblayée) souterraine Garpenberg Norra (chambre remblayée) souterraine mine de Hitura (chambre remblayée) souterraine Lubin (chambres et piliers) Polkowicesouterraine (chambres et Sieroszowice piliers) souterraine Rudna (chambres et piliers) souterraine Lisheen (chambre remblayée) souterraine Pyhäsalmi (chambre remblayée) Mullikkoräme souterraine souterraine (abattage par Tara mine longue)7 souterraine Zinkgruvan (chambre remblayée) Renström Cantabrie Garpenberg Hitura Bassin cuprifère de Legnica-Glogow Lisheen Pyhäsalmi Tara Zinkgruvan Production de minerai (kt/an) 17700 Dépôt de stériles (kt/an) 260004 300 01 700 0 224,4 875,7 160,5 -104* 553 -15.7* 32 -21* 503,6 4,63 1100 25002 310 0 709 38,45 518,3 03 6808 03 10436 03 11490 03 11106 7 1097.2 03 64 0 2000 850 7 04 1. Stériles utilisés comme remblais + schistes provenant d'une zone d'emprunt 2. Stériles utilisés pour combler une fosse épuisée. 3. Stériles utilisés comme remblais 4. 65 % déposés séparément à d'autres fins 5. Utilisés pour la construction de digues 6. Source : [76, Irish EPA, 2001] 7. Source : [74, Outokumpu, ] * : une valeur négative indique que les stériles ont été extraits de dépôts existants et amenés sous terre à des fins de remblayage. Tableau 3.10 : Informations relatives à la technique minière et à la production de minerai et stériles dans les mines de métaux communs Statistiques de l'année 2000 pour Almagrera, Mina Reocín, Pyhäsalmi et Hitura ; statistiques de l'année 2001 pour les régions minières de Aitik, Garpenberg et Boliden Le site d'Aitik est un exemple type d'exploitation minière à ciel ouvert de métaux communs, et comprend les opérations suivantes : Forage : le matériel de forage consiste en appareils de forage rotatifs. La hauteur de gradin est de 15 m et le sous-forage de 3 m. Les morts-terrains forés et l'espacement ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 125 Chapter 3 sont de 8 m x 10,5 m. Le diamètre des trous de forage est d'environ 300 mm. La vitesse de forage est généralement d'environ 17 m/h, mais dans les parties les plus dures du minerai, elle peut être inférieure à 10 m/h. L'eau est pompée depuis la fosse à un débit de 3 à 15 m3/min. Chargement et abattage aux explosifs : une émulsion explosive est injectée depuis un camion dans les trous de mine. Pour amorcer l'abattage, on utilise des détonateurs non électriques. La masse abattue à chaque tir est d'environ 600 kt et l'abattage est hebdomadaire. Les gradins sont prévus avec un angle de pente final de fosse de 47° dans le mur de la formation (suivant la foliation) et de 51 à 56° dans le toit. Chargement et transport : on utilise trois pelles à câble et deux pelles hydrauliques. Une chargeuse sur pneus complète la flotte de chargement. Le transport est effectué par 17 camions (des 172 tonnes et des 218 tonnes). Concassage in situ : le minerai est acheminé par camion jusqu'aux concasseurs primaires situés dans la fosse, à une profondeur de 165 m sous la surface. Le minerai est chargé sur un convoyeur à bande à partir de silos situés sous le concasseur. Le convoyeur à bande transporte le minerai jusqu'à l'usine de traitement du minerai. Le convoyeur a une inclinaison de 15°, une largeur de 1 800 mm et une capacité de 4 000 t/h. La capacité totale à la surface des terrils est d'environ 50 000 t. [63, Base metals group, 2002] Les mines de Garpenberg et de Garpenberg Norra sont toutes deux des mines souterraines. Les techniques utilisées dans ces mines sont décrites ici en tant qu'exemples d'exploitation souterraine de métaux communs. La méthode minière appliquée est celle de l'exploitation par chambre remblayée. On utilise la fraction grossière des résidus comme remblai et comme plateforme lorsqu'on extrait le minerai au niveau supérieur. A l'heure actuelle, le minerai est extrait à une profondeur de 400 à 870 m dans la mine de Garpenberg mine et de 700 à 990 m dans celle de Garpenberg Norra. L'abattage aux explosifs se fait au moyen d'émulsions explosives. Le chargement et le transport se font par véhicules diesel. Le minerai est concassé dans un concasseur in situ avant d'être acheminé par skip le long d'un puits jusqu'à la surface. Un convoyeur à bande long de 500 m achemine le minerai depuis la mine de Garpenberg jusqu'à l'usine de traitement du minerai. Pour la mine de Garpenberg Norra, le minerai doit être transporté par camion sur environ 2 km jusqu'à l'usine de traitement du minerai. [64, Base metals group, 2002] Dans la mine souterraine de Neves Corvo, quatre méthodes minières différentes sont appliquées, selon la forme du gisement. Toutes les excavations sont remblayées afin d'extraire le plus possible de minerai et de limiter les affaissements de surface [142, Borges, 2003]. 3.1.2.2 Traitement du minerai Pour le traitement des minerais sulfurés primaires, toutes les usines utilisent les mêmes techniques de traitement, à savoir : • 126 le concassage ; July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • Chapitre 3 le broyage ; la flottation le séchage des concentrés. La flottation peut se faire de différentes façons, notamment par flottation sélective ou par flottation collective/sélective, en fonction des caractéristiques du minerai, des exigences du marché, du coût des additifs de flottation, etc. Deux solutions possibles pour une même usine de traitement du minerai sont illustrées sur les figures ci-après, qui concernent l'usine de traitement du minerai de Zinkgruvan. L'usine de traitement du minerai de Zinkgruvan, construite en 1977, jouxte la mine. Elle fonctionne en permanence, avec une capacité annuelle de 850 000 tonnes. Le choix du procédé et de la technologie dépend d'un grand nombre de travaux d'essai réalisés directement avec le minerai de zinc et de plomb. Un broyage autogène associé à une flottation collective/sélective (voir figure 3.10 ci-après) du minerai a été choisi comme technique principale de traitement et s'utilise depuis 1977 à Zinkgruvan. Figure 3.10 : Circuit de flottation collective/sélective pour le site de Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] Une autre méthode de flottation qui pourrait être utilisée en cas de changement de composition du minerai, est celle de la flottation sélective fractionnée (voir figure 3.11 ci-dessous). Elle nécessite des produits chimiques de traitement légèrement différents, mais elle est aussi économique et techniquement faisable. [66, Base metals group, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 127 Chapter 3 Figure 3.11 : Circuit possible de traitement du minerai pour le site de Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] Le système de traitement du minerai employé pour le minerai de nickel sur le site de Hitura est similaire à celui qui est employé pour les minerais sulfurés, tel qu'illustré sur la figure ci-après. Figure 3.12 : Schéma de traitement du minerai sur le site de Hitura [62, Himmi, 2002] Dans le projet de Las Cruces, la méthode de traitement proposée est la lixiviation à l'acide sulfurique, suivie d'une extraction au solvant et d'une électrorécupération (SXEW). Les résidus seront déshydratés par filtration et seront envoyés dans des cellules étanches "sèches" [67, IGME, 2002]. 128 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Les minerais extraits dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow et dont la composition lithologique et minéralogique est variable, sont traités dans trois concentrateurs (Lubin, Polkowice et Rudna) d'une capacité totale d'environ 30 millions de tonnes par an. Ici, la technique de séparation la plus apte à permettre une récupération maximale de cuivre et d'argent est la flottation. Deux types de minerai sont traités : le grès carbonaté dans les installations de Lubin et de Rudna, et le schiste dolomitique dans l'usine de Polkowice. A Mina Reocín, une préconcentration effectuée par des méthodes gravimétriques précède le broyage. Les résidus sont pompés sous forme de boues vers les systèmes de bassins. La fraction grossière des résidus, utilisée comme remblai, est séparée des fines au moyen d'hydrocyclones [54, IGME, 2002]. 3.1.2.2.1 Fragmentation Sur tous les sites, la fragmentation s'effectue par concassage et par broyage au moyen de différents types de concasseurs et de broyeurs. A Aitik, le concassage primaire s'effectue à l'aide de deux concasseurs giratoires. L'orifice d'entrée du concasseur mesure 152 cm et le diamètre de la surface interne au niveau du fond mesure 277 cm. La fragmentation du minerai concassé dépend du réglage du concasseur mais généralement, la largeur est réglée entre 160 et 180 mm. Les plus gros blocs mesurent donc entre 350 et 400 mm mais il peut y avoir des variations liées aux caractéristiques des différents minerais. Chaque jour, de 40 000 à 60 000 tonnes sont concassées et envoyées dans le circuit de broyage. Ce dernier est constitué de cinq lignes de broyage, chacune composée d'un broyeur autogène suivi d'un broyeur à galets. Chaque circuit de broyage fonctionne en circuit fermé avec un classificateur à vis qui réinjecte les matériaux dans le broyeur autogène. Ce site possède plusieurs sections de broyage, présentées ci-après : La section B, qui comprend deux lignes de broyage de 300 t/h, est l'installation de broyage primaire la plus ancienne. Tous les broyeurs fonctionnent à 75 % de leur vitesse critique. La section C est une ligne unique à 460 t/h. Les broyeurs autogènes et à galets fonctionnent respectivement à 76 % et à 73 % de leur vitesse critique. La section D est constituée de deux autres lignes à 460 t/h, qui fonctionnent chacune à 75 % de leur vitesse critique. Caractéristiques de la section B : • • deux broyeurs AG d'un diamètre de 6 m, d'une longueur de 10,5 m et d'une puissance installée de 3 600 kW deux broyeurs à galets d'un diamètre de 4,5 m, d'une longueur de 4,8 m et d'une puissance installée de 1 250 kW. Caractéristiques de la section C : • • un broyeur AG d'un diamètre de 6,7 m, d'une longueur de 12,5 m et d'une puissance installée de 6 600 kW un broyeur à galets d'un diamètre de 5,2 m, d'une longueur de 6,8 m et d'une puissance installée de 2 500 kW. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 129 Chapter 3 Caractéristiques de la section D : • • deux broyeurs AG d'un diamètre de 6,7 m, d'une longueur de 12,5 m et d'une puissance installée de 6 000 kW. deux broyeurs à galets, d'un diamètre de 5,2 m, d'une longueur de 6,8 m et d'une puissance installée de 3 000 kW. La capacité totale de broyage est d'environ 50 000 t/j, bien que le débit réel soit fonction de la broyabilité du minerai ou de sa dureté. La consommation énergétique se situe, en moyenne, autour de 11 à 12 kWh/t. Le broyage est effectué à 55 % en poids de matériaux solides. Le produit fini broyé en sortie du classificateur à vis a un d80 d'une valeur de 180 μm, et le quart environ mesure moins de 45 μm. [63, Base metals group, 2002] Le minerai qui alimente l'usine de traitement du minerai de Boliden arrive à l'état concassé ou non concassé. Un concasseur à mâchoires muni d'un orifice de 220 mm est installé pour concasser, si nécessaire, le tout-venant (essentiellement du minera exploité à ciel ouvert). La distribution granulométrique du minerai varie parfois, entre de tout petits morceaux et des blocs de 200 à 300 mm. Cette variation de granulométrie dépend principalement du type de minerai. La totalité du minerai est stockée dans quatre silos souterrains. Leur capacité de stockage varie entre 1 500 et 4 500 tonnes de minerai. Ces silos souterrains permettent, le cas échéant, de mélanger les minerais. Le stockage sous terre est avantageux pendant l'hiver, car il limite les problèmes de gel. Le minerai des silos est envoyé à l'usine de traitement par des convoyeurs. L'usine de traitement du minerai utilise le broyage autogène. Le broyeur AG primaire est suivi d'un broyeur à galets, qui reçoit les galets de broyage par soutirage continu en sortie du broyeur primaire. Entre les broyeurs sont installés des séparateurs magnétiques destinés à débarrasser la pulpe des déchets métalliques provenant des mines. Les matériaux grossiers sont renvoyés dans les broyeurs après criblage et hydrocyclonage. Les circuits de broyage sont tous deux équipés de cônes Reichert, de spirales et de tables à secousses pour la séparation gravimétrique de l'or. Le débit se situe entre 92 et 110 tonnes par heure et par circuit, selon le minerai. La consommation énergétique est d'environ 22 kWh/t. Le rendement de broyage varie entre 50 et 80 % de moins de 45 μm. [65, Base metals group, 2002] Dans l'usine de traitement du minerai de Hitura la fragmentation se déroule selon les étapes suivantes : • concassage en trois temps avec un concasseur à mâchoires, un concasseur giratoire et un concasseur à cône. Le circuit de concassage comprend également un crible qui fonctionne en circuit ouvert • broyage en trois temps avec un broyeur à barres (Ø 3,2 x 4,5 m) au stade primaire et deux broyeurs à boulets (Ø 3,2 x 4,5 m) aux stades suivants. [62, Himmi, 2002] Le projet de Las Cruces propose d'utiliser : 130 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 • • • un concasseur primaire à mâchoires des concasseurs secondaire et tertiaire à cône des broyeurs à boulets. La granulométrie prévue après fragmentation est de 100 % inférieure à 100 μm. Le premier stade de concassage du bassin cuprifère de Legnica-Glogow se déroule sous terre. Le minerai est tout d'abord criblé dans trois usines de traitement du minerai situées en surface. Les déclassés supérieurs sont concassés dans des concasseurs à marteau ou à cône. Le passé du crible est broyé en deux temps, dans des broyeurs à barres et des broyeurs à boulets. Les granulométries finales sont les suivantes : • • dans les usines de traitement du minerai de Lubin et de Rudna : 100 % < 0,3 mm et de 45 à 60 % < 45 µm dans l'usine de Polkowice : de 89 à 92 % < 45 µm. A Lisheen, le minerai est envoyé en continu du terril de surface vers un circuit de broyage. Ce dernier est constitué d'un broyeur SAG, d'un broyeur secondaire à boulets et d'hydrocyclones en circuit fermé [73, Ivernia West, ]. Dans l'exploitation de Neves Corvo, la fragmentation pour le circuit du cuivre est effectuée par un concasseur primaire situé dans la mine souterraine. Le broyage secondaire est réalisé dans l'usine de traitement du minerai au moyen de deux hydrocyclones en circuit fermé avec un crible (d'une capacité de 350 t/h). Le broyage a lieu dans un broyeur à barres (3,8 m x 5,5 m, 1 600 kW) puis dans deux broyeurs à boulets (4,1 m x 6,7 m, 1 600 kW chacun) en circuit fermé avec des hydrocyclones (d'une capacité de 230 t/h). L'alimentation du circuit de flottation a un d80 de 45 µm. La fragmentation pour le circuit de l'étain commence par la section de concassage, qui se compose d'un concasseur à mâchoires en circuit ouvert et de deux concasseurs à cône de 4,25, le second étant en circuit fermé avec un crible de 12 mm. L'installation a une capacité de 80 t/h. Le circuit de broyage se compose d'un broyeur à barres de 3 m x 1,8 m en circuit ouvert, suivi d'un broyeur à boulets de 3 m x 1,8 m en circuit fermé avec un tamis de criblage, ces deux broyeurs fournissant ensemble une alimentation de flottation ayant un d80 de 350µm. [142, Borges, 2003] Dans la mine de Pyhäsalmi, la fragmentation se déroule de la manière suivante : • une étape de concassage avec un concasseur à mâchoires situé dans la mine souterraine • un broyage autogène en trois temps (à l'aide de boulets pour le troisième temps) • dans le circuit de broyage, cinq broyeurs à boulets (3,2 x 4,5 m). [62, Himmi, 2002] A Zinkgruvan, un concasseur primaire se trouve sous terre. A partir d'un lieu de stockage en surface contenant normalement environ 9 000 tonnes, le minerai est transporté jusqu'au concasseur secondaire où deux fractions granulométriques sont produites : • • une fraction supérieure à 100 mm, utilisée comme galets pour le broyeur AG une fraction entre 25 et 100 mm recyclée ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 131 Chapter 3 • une fraction inférieure à 25 mm, pour l'alimentation du broyeur AG. Un mélange optimal des deux fractions granulométriques, celle supérieure à 100 mm et celle inférieure à 25 mm, est ensuite envoyé vers les broyeurs AG. Le broyage autogène sert à produire un produit à 90 % inférieur à 100 μm avec une teneur en solides de 40 %. [66, Base metals group, 2002] Les explications ci-dessus relatives à la fragmentation sont résumées dans le tableau ciaprès. 132 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Concassage in situ/ST Concassage en UTM Broyage Aitik Boliden Hitura Las Cruces Cône in situ MCH MCH MCH cône cône AG BO cône cône BA BO BO 1 AG BO Lignes 5 2 Capacité de ligne 500 100 90 (t/h) ST = souterrain MCH = concasseur à mâchoire cône = concasseur à cône UTM = usine de traitement du minerai AG = broyeur autogène BA = broyeur à barres BO = broyeur à boulets CY = broyeur à cylpeps GA = broyeur à galets SAG = broyeur semi-autogène BM LegnicaGlogow Concasseur ST Marteau Cône BA BO CY 29 86 - 180 Lisheen Concasseur ST SAG BO Pyhäsalmi MCH ST Zinkgruvan Concasseur ST Concasseur sec. 3 temps AG BO 1 150 AG 1 115 Tableau 3.11 : Types de matériel utilisés pour la fragmentation, nombre de lignes et débit 3.1.2.2.2 Séparation A Aitik, la flottation se divise en deux étapes, un circuit pour la flottation collective et un circuit de nettoyage. Le système de flottation collective est constitué de quatre lignes parallèles de neuf cellules de flottation mécanique dans chaque ligne. Le circuit de nettoyage se compose de quatre cellules de flottation et de 16 cellules de flottation mécanique. La pulpe d'alimentation est conditionnée par des agents de flottation et des collecteurs, et son pH est élevé à 10,5 par adjonction de chaux. Dans la flottation collective, la chalcopyrite et la pyrite sont mises en flottation ensemble. Chaque ligne de flottation se divise en deux étapes, les quatre premières cellules servant à la flottation grossière et les cinq dernières servant de cellules d'épuisement. La flottation grossière permet d'obtenir un concentré collectif, comportant de 10 à 15 % de cuivre. Le concentré de dégrossissage issu des quatre lignes est envoyé dans le circuit de nettoyage. Le concentré d'épuisement (1,3 % Cu) est rebroyé dans un broyeur à boulets. Dans le circuit de nettoyage, la chalcopyrite est séparée de la pyrite après rebroyage et nouvelle adjonction de chaux. Le concentré de dégrossissage, conjointement avec les produits en retour du circuit de séparation, est rebroyé dans un broyeur à boulets en circuit fermé avec des hydrocyclones. La sousverse des cyclones est évacuée vers les colonnes. Le concentré des colonnes numéro un et numéro deux contient généralement de 20 à 25 % de cuivre et se mélange pour un nettoyage en deux temps dans de petites cellules mécaniques. Le concentré final contient 28,8 % de cuivre, 8 g/t d'or et 250 g/t d'argent. Ce concentré est déshydraté à l'aide d'un épaississeur continu, de filtres à tambour et de fours à mazout rotatifs. Le concentré asséché est mis en conteneur, transporté sur 20 km par camion jusqu'à la voie ferrée puis acheminé par train sur 400 km jusqu'à la fonderie. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 133 Chapter 3 L'usine de traitement du minerai, qui fonctionne avec de l'eau recyclée à 100 % du système de bassins de résidus, récupère 90 % du cuivre, 50 % de l'or et 70 % de l'argent. Elle est équipée d'un système de contrôle distribué et d'un système d'analyse en ligne. [63, Base metals group, 2002] Dans la mine de Hitura, la séparation se fait par flottation. Toutes les machines de flottation sont mécaniques. Un système de commande automatique de procédé, équipé de deux analyseurs aux rayons x en ligne (six lignes de boues) est également installé. La déshydratation se fait au moyen de deux épaississeurs continus pour le concentré de nickel (Ø 25 m + Ø 10 m) et d'un filtre presse (25 m2). A Hitura, les réactifs ajoutés au procédé sont les suivants : • • broyage : xanthate d'éthyle de sodium (SEX) flottation : H2SO4, SEX, agent moussant, carboxymethylcellulose (CMC), chaux (nettoyage). [62, Himmi, 2002] Dans le projet de Las Cruces il est proposé, pour récupérer le cuivre, d'utiliser la lixiviation sous pression à l'acide sulfurique, puis l'extraction au solvant et l'électrorécupération (SX-EW) [67, IGME, 2002]. A l'usine de traitement du minerai qui transforme le minerai en provenance du bassin cuprifère de Legnica-Glogow la flottation se déroule en trois temps : dégrossissage, épuisement et nettoyage. En outre, dans les usines de Polkowice et Lubin, une flottation dite "flash" (ou d'écrémage) a été introduite au stade initial de broyage et de classification. Le concentré issu de cette flottation flash contient de 30 à 45 % de cuivre. A l'usine de Rudna, la flottation flash est en train de faire son entrée pour remplacer la flottation de dégrossissage. Pour les trois usines, la consommation d'eau est de 4,5 à 5,2 m/t de minerai. Pour les collecteurs, on utilise un mélange de xanthate éthylique de sodium (SEX), de xanthate isobutylique de sodium (SIBX) et d'hostaflot LET (sel de l'acide dithiophosphorique de diéthylène de sodium) consommé à hauteur de 50 à 68 g par tonne de minerai. Le Carflot (un mélange d'éthers butyliques et de di-, tri-, et tétraéthylène glycols) est utilisé comme agent moussant (consommation : 22 g par tonne de minerai). Le pH est neutre (7-8) et ni lait de chaux, ni polyélectrolytes ne sont ajoutés. Le procédé est contrôlé en continu par des analyseurs à rayons X. Le taux de récupération est de 87 à 90 % pour le cuivre et de 83 à 87 % pour l'argent. Le concentré final contient : • • • 18 % de cuivre et 1 000 ppm d'argent (de Lubin) 27,2 % de cuivre et 480 ppm d'argent (de Polkowice) 30,5 % de cuivre et 640 ppm d'argent (de Rudna). Le concentré est déshydraté au moyen d'épaississeurs, de presses de filtration (pour une teneur en humidité jusqu'à 12 à 14 %) et de séchoirs à tambour à gaz (pour une teneur en humidité jusqu'à 8.5 %) avant d'être envoyé en fonderie. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] 134 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 A Lisheen, le minerai broyé est envoyé dans un circuit de plomb puis dans un circuit de zinc. Les circuits de plomb et de zinc utilisent des cellules de flottation mécanique, le circuit de zinc ayant également recours à des colonnes de flottation. Le circuit de zinc passe par une étape de rebroyage destinée à faciliter la production d'un concentré à haute teneur et à augmenter la récupération du métal. Un circuit de lixiviation acide est également ajouté pour garantir de faibles taux d'oxyde de magnésium dans le concentré [73, Ivernia West, ]. L'eau de traitement est recyclée et complétée par de l'eau récupérée de l'IGR. A Neves Corvo, la séparation du cuivre se fait par flottation. La séparation de l'étain se fait par séparation gravimétrique sur des tables à secousses de Holman-Wilfley puis par flottation de la cassitérite [142, Borges, 2003]. Dans la mine de Pyhäsalmi, la séparation est effectuée au moyen d'un circuit de flottation qui consiste en une flottation du cuivre, du zinc et enfin de la pyrite. Toutes les cellules de flottation sont de type mécanique. Les matériaux de remblayage (la fraction grossière des résidus) sont séparés des fines dans un hydrocyclone (Ø 500 mm) avant évacuation des fines par pompage vers les bassins de résidus. Les réactifs ajoutés au procédé sont les suivants : • broyage : moussant • Flott. Cu : • Flott. Zn : • Flott. pyrite : • déshydratation : • résidus : [62, Himmi, 2002] chaux, ZnSO4, xanthate isobutylique de sodium (SIBX), agent Chaux, ZnSO4, SIBX, agent moussant, NaCN chaux, CuSO4, SIBX, agent moussant, NaCN (nettoyage) H2SO4, SIBX floculant (épaississeurs), HNO3, CH3COOH (filtres) chaux (neutralisation). A Tara, la sphalérite et la galène sont mises en flottation sélective tandis que la pyrite est déprimée. L'élimination sélective de la galène est facilitée par le collecteur, du xanthate isopropylique de sodium ou SIPX. Du MIBC est ajouté comme agent moussant. Durant la flottation de la galène, la sphalérite et la pyrite sont déprimées avec du tanin de quebracho, du lignosol, de l'amidon et du cyanure de sodium. Lors de la flottation ultérieure de la sphalérite, du sulfate de cuivre et de l'oxyde de calcium sont ajoutés pour réactiver la sphalérite et pour augmenter le pH. Du thiocarbonate et du xanthate amylique de potassium (PAX) sont utilisés comme collecteurs et du MIBC comme agent moussant. [101, Tara mines, 1999] A Zinkgruvan, la flottation se déroule en deux temps, comme ci-dessus, avec une flottation collective suivie d'une séparation du zinc et du plomb. Dans la flottation sélective, on ajoute de l'acide sulfurique afin de faire baisser le pH de son niveau naturel d'environ 9 à environ 8. Comme collecteur des minéraux recherchés (la galène et la sphalérite), on utilise du xanthate isopropylique de sodium (SIBX), associé à du carbinol isobutylique méthylique (MIBC) comme agent moussant. Dans le circuit de flottation sélective, on procède à un rebroyage séparé afin d'améliorer la pureté du ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 135 Chapter 3 concentré. Le concentré collectif récupère respectivement 98 %, 95 % et 85 % du zinc, du plomb et de l'argent de la teneur totale en minerai. On ajoute de l'hydroxyde de sodium à l'étape de séparation zinc/plomb pour faire monter le pH à environ 12. Le concentré de zinc est produit directement, tandis que pour le concentré de plomb, il faut procéder à une flottation supplémentaire en plusieurs temps pour obtenir le concentré de plomb final. [66, Base metals group, 2002] 3.1.2.3 Gestion des résidus Les résidus servent au remblayage de la majorité des exploitations souterraines. Sur ces sites, de 16 à 52 % des résidus sont utilisés comme remblais. Un site, celui de Mina Reocín, remblaye une ancienne mine à ciel ouvert en utilisant 94 % des résidus. Les résidus qui ne servent pas au remblayage doivent être gérés dans des bassins. Pour le projet de Las Cruces, il est proposé de déposer les résidus déshydratés dans des cellules étanches. A Almagrera, la fraction grossière des résidus (33 %) est grillée, avec production d'acide sulfurique. Les cendres sont ensuite lixiviées et le cuivre est extrait par solvant et par électrorécupération. Les cendres sont déposées sur une digue de cendres. Les 2/3 restants des résidus sont déposés dans un bassin de résidus. La production de résidus et le pourcentage de résidus utilisés comme remblais dans les différentes usines de traitement du minerai sont résumés dans le tableau ci-après. Site Méthode minière Production de résidus (t/an) 17700000 Résidus utilisés comme remblais (%) 0 Aitik mine à ciel ouvert Almagrera mine souterraine mine à ciel ouvert /souterraine mine souterraine 900000 0 1457000 29 910000 50 mine souterraine 518331 0 mine souterraine 27000000 0 910000 50 950000 94 Neves Corvo mine souterraine mine à ciel ouvert /souterraine mine souterraine 1370000 30 Pyhäsalmi mine souterraine 213816 16 Tara mine souterraine 1680000 52 Zinkgruvan mine souterraine 850000 50 Région minière de Boliden Garpenberg Hitura Bassin cuprifère de LegnicaGlogow Lisheen Mina Reocín Tableau 3.12 : Pourcentage des résidus utilisé comme remblais dans des exploitations de métaux communs Almagrera utilise comme remblai des stériles et des roches issus de l'extraction (schistes), et non des résidus. Mina Reocín comble une mine à ciel ouvert épuisée, ce qui explique le pourcentage élevé de remblayage. Zinkgruvan et Garpenberg procèdent à des opérations de remblayage qui utilisent de 45 à 50 % des résidus comme remblais. La région minière de Boliden a reçu du minerai provenant d'une mine à ciel 136 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 ouvert et d'une série de mines souterraines. Si on soustrait le minerai provenant de la mine à ciel ouvert de la production de résidus, le pourcentage de résidus utilisés comme remblais est de 34 %. Cette valeur est trompeuse car durant l'année 2001, de grosses quantités de stériles ont été ramenées sous terre dans les mines de Renström, de Petiknäs et d'Åkerberg (au total, 140 000 tonnes de stériles ont été ramenées sous terre pendant l'année 2001). Les minerais de métaux communs contiennent généralement plusieurs minéraux métallifères. Il est fréquent que le cuivre, le plomb et le zinc soient exploités conjointement. Généralement, les métaux communs sont extraits sous forme de sulfures. De ce fait, le drainage acide est une question majeure dans la gestion des résidus et des stériles. La stabilité chimique à long terme représente donc un enjeu. Les résidus se présentent sous forme de boues et les bassins et digues peuvent être de grandes dimensions. Les résidus boueux contiennent une série de complexes métallifères et de produits chimiques de traitement. La stabilité physique est donc de la plus haute importance pour ce secteur. 3.1.2.3.1 Caractéristiques des résidus A Almagrera, il existe deux types de résidus : la fraction fine des résidus et les cendres produites par le grillage et la lixiviation de la fraction grossière des résidus. Les résidus sont principalement la pyrite et engendrent un DA. Les cendres peuvent être facilement lessivées à l'eau. Les résidus ont une teneur en solides de 66 % et la masse volumique compacte des matériaux de résidus est de 4,0 t/m3 (principalement de la pyrite). Lors de leur déversement dans le bassin de résidus, les résidus ont un pH initial d'environ 9 mais le pH du bassin se situe autour de 3,2. A Aitik, la question principale, pour les plans de fermeture et de déclassement du bassin de résidus, est le potentiel acidifiant. Suite à l'hypothèse, émise dès le début, selon laquelle les matériaux risquaient de provoquer un DA, plusieurs solutions pour modifier la composition des matériaux ont été étudiées. Dans leur forme brute, les résidus ont une valeur de bilan acido-basique (ABA) de -13 kg CaCO3/t, déterminée par la teneur en pyrite (0,9 % S). Des essais de flottation et des prélèvements de différents produits réalisés dans l'usine de traitement du minerai ont permis d'obtenir une gamme d'échantillons avec des teneurs en sulfures allant de 0,12 % pour des résidus dépyritisés à 31 % pour le produit de flottation de la pyrite. Ces échantillons ont été soumis à des essais en cellule humide au cours de différentes campagnes. Les résultats des essais et de la modélisation cinétiques indiquent que les silicates contenus dans les résidus constituent une capacité substantielle de consommation d'acide. Toutefois, un élément plus important encore est le taux d'oxydation des sulfures sur le terrain. La dissolution des silicates est capable de consommer l'acide produit par l'oxydation de la pyrite dans les résidus jusqu'à une certaine vitesse. En dessous de cette vitesse, les carbonates sont consommés lentement, mais au-dessus, ils s'épuisent lentement, les silicates étant ensuite incapables de neutraliser à eux seuls l'acide produit. Des mesures du flux d'oxygène ont été réalisées sur le terrain pour illustrer le comportement des matériaux en grandeur réelle. Les résultats indiquent qu'une production d'acide aura lieu, correspondant seulement à la capacité de consommation ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 137 Chapter 3 d'acide par les silicates des vingt premiers centimètres de la couche de résidus. Aucune production d'acide n'aura lieu dans les strates inférieures, ce qui indique une capacité de neutralisation fortement excédentaire. A Aitik, où des conditions de gel sévissent sept mois sur douze, la cinétique est très différente des conditions qui règnent en laboratoire et pendant l'essai réel sur le terrain. Pour vérifier que les résidus ne présentent pas de capacités de DA, des essais en colonne ont également été réalisés, dans des conditions qui sont représentatives de la période de dégel à Aitik. Lors de ces essais, la vitesse mesurée de consommation d'oxygène était 50 % inférieure à la plus basse vitesse de consommation d'oxygène calculée à partir de l'exportation de sulfates lors des expériences en cellule humide. Parallèlement à ces essais, la modélisation hydrogéologique de l'écoulement des eaux souterraines dans le bassin a montré que plus de 90 % du volume serait définitivement saturé d'eau ce qui équivaut, au plan technique, à une gestion subaquatique des résidus. Seules de petites zones des digues amont et aval sont susceptibles d'être occasionnellement insaturées. Pour tenter de régler ce problème, il a été avancé une solution proposant d'établir une zone humide dans les parties basses du bassin de résidus. Cela permettrait d'éviter des zones insaturées dans les parties basses du bassin, et le problème restant à résoudre ne concernerait plus qu'une petite fraction du volume total de résidus, au niveau de la digue amont. Pour la partie restante, la partie haute du bassin, une solution possible est la séparation de la pyrite et sa gestion sélective (la dépyritisation). Or, une telle solution ne permet pas d'éliminer d'éventuels problèmes, elle ne fait que concentrer la pyrite en un matériau à fort potentiel acidifiant. Il faut pour cela une solution technique de haute qualité et à faible risque. Cette solution pourrait consister à déposer ces matériaux au fond de la fosse épuisée lors de sa fermeture, où ils seraient alors définitivement recouverts d'eau. [63, Base metals group, 2002] La région minière de Boliden est constituée de minéralisations sulfurées complexes. L'exploitation minière de cette région a commencé en 1925 et à ce jour, environ 30 mines ont été exploitées dans la région. Les résidus du bassin possèdent par conséquent des caractéristiques chimiques et des propriétés physicochimiques variables. Les caractéristiques des résidus produits aujourd'hui sont résumées dans les tableaux ciaprès. La fraction fine issue du cyclonage est déposée dans le bassin de résidus et la fraction grossière est utilisée comme remblai dans les mines souterraines. Granulométrie µm 350 250 180 125 88 63 45 20 -20 Volume total de résidus Pourcentage de passant cumulé 100 99,9 99,7 97,8 93,5 85,9 76,6 53,2 0 Surverse des hydrocyclones évacuée vers le bassin Pourcentage de passant cumulé 100 100 100 100 95,6 87,8 78,3 54,4 0 Tableau 3.13 : Distribution granulométrique des résidus sur le site de Boliden [65, Base metals group, 2002] 138 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 La composition des résidus avant cyclonage et lixiviation au cyanure est la suivante : • • • • • • Au : 0,85 g/t Ag : 24,9 g/t Cu : 0,10 % Zn : 0,40 % Pb : 0,13 % S : 17,8 % Plus de la moitié des résidus sont constitués de particules d'une granulométrie inférieure à 2 μm. Les résidus boueux pompés vers le bassin de résidus contiennent de 20 à 25 % de solides. La masse volumique des résidus une fois déposés dans le bassin est de 1,45 t/m3. [65, Base metals group, 2002] A Mina Reocín, les résidus se présentent sous la forme d'une boue constituée d'un mélange d'eau et de dolomite, avec une teneur en solides de 65 % et une masse volumique des solides de 2,75 t/m3. Les résidus, alcalins lors de leur déversement (pH 6,5 à 8), sont réputés aisément compactables et non réactifs (en raison de leur alcalinité). A Garpenberg, la composition et les caractéristiques de dégradation des résidus ont été étudiées. Les méthodes employées comportaient des analyses minéralogiques, une analyse complète de la roche, un bilan acido-basique (ABA) et des essais de cinétique d'altération (réalisation d'essais poussés en cellule humide entre 1995 et 1999) associés à une modélisation prédictive. Tous les résultats indiquent que les résidus ne produiront aucun DA. Les concentrations en métaux des eaux interstitielles des résidus auront une solubilité limitée avec le pH naturellement élevé du bassin, même si on laisse s'altérer les résidus avec plein accès à l'oxygène de l'atmosphère. Les métaux mobilisés par l'oxydation des sulfures à la surface des résidus seront immobilisés par absorption et par précipitation au fur et à mesure qu'ils traversent les résidus. Ces résultats ont permis de conclure qu'il était inutile de prendre des mesures pour limiter la mobilisation des métaux par dégradation du dépôt lors de la fermeture. Les résidus actuellement produits présentent de fortes variations de minéralogie du fait de l'exploitation d'autres parties du gisement ayant une teneur en sulfures plus élevée, et notamment une teneur plus élevée en pyrrhotite (FeS). D'après les prélèvements et les analyses effectués au cours de l'année 2001, on prévoit que ces "nouveaux" résidus produiront un DA (voir les détails de l'analyse dans le tableau ci-après). Suivant l'évolution de cette altération, les caractéristiques des résidus sont considérées comme importantes, même si la méthode de déclassement prévue (inondation) convient parfaitement à des résidus susceptibles de produire un DA. Par conséquent, les prélèvements d'échantillons et les essais sur les résidus vont se poursuivre à l'avenir. [64, Base metals group, 2002] Elément As Ba Be ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Concentration (mg/kg) 56,3 338,8 0,45 juillet 2004 139 Chapter 3 Ca Cd Co Cr Cu Fe Li Mn Mo Ni P Pb S Sn Sr V Zn 30933 18,6 6,1 3,2 317,7 65533 4,6 4163 2,9 7,8 149 4011 44600 <5 19,6 9,5 7051 Tableau 3.14 : Moyenne des résultats de l'analyse des résidus du site de Garpenberg (2001) [64, Base metals group, 2002] Les principales indications concernant les résidus déposés dans le bassin de résidus sont les suivantes : • • • 500 000 tonnes de résidus/an déversement dans le bassin à une teneur en solides de 20 % distribution granulométrique type (pourcentage de passant) (d50 = 20 µm, d80 = 64 µm). Granulométrie Pourcentage de passant (µm) cumulé 500 100 350 99,8 250 99,7 180 99,4 125 97,5 90 93,3 63 79,1 45 68,1 20 50,8 10 31,6 Tableau 3.15 : Distribution granulométrique des résidus du site de Garpenberg [64, Base metals group, 2002] Les principales indications concernant les résidus utilisés comme remblais sur le site de Garpenberg sont les suivantes : • • 450 000 tonnes de remblais/an de 80 à 85 % de solides. Granulométrie 140 Pourcentage de passant July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 cumulé 96,6 86,8 46,4 18,8 (µm) 250 180 90 45 Tableau 3.16 : Distribution granulométrique type des résidus utilisés comme remblais sur le site de Garpenberg [64, Base metals group, 2002] Sur le site de Hitura, des examens des résidus identiques à ceux de Pyhäsalmi ont été effectués. Le problème majeur de ces résidus est leur teneur en cuivre et en nickel. Ils ne produiront aucun DA car leur capacité de neutralisation est supérieure à leur potentiel acidifiant. La distribution granulométrique des résidus est 60 % < 74 µm. [62, Himmi, 2002] Pour le projet de Las Cruces, les résidus générés pendant toute la durée de vie du projet se monteront à environ 4 Mm3 (ou 15 millions de tonnes). Ces résidus sont pyriteux et engendreront vraisemblablement un DA. La granulométrie moyenne est estimée à 100 μm. Les résidus seront déposés "à sec", après déshydratation, avec une teneur en humidité d'environ 7 à 8 [67, IGME, 2002]. Dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow, les résidus provenant des trois usines de traitement du minerai sont pompés vers un unique bassin de résidus avec une teneur en solides de 14 à 20 %. Leur composition et leur distribution granulométrique sont indiquées dans les tableaux ci-après. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 141 Chapter 3 Elément/ composé Cu Pb Zn Fe S (total) S (s2–) C (total) C (organique) SiO2 CaO MgO Al2O3 Mn Na K As Ag Co Ni V Mo Au Unité % % % % % % % % % % % % % % % g/t g/t g/t g/t g/t g/t g/t Usine de traitement du minerai Lubin Rudna Polkowice 0,16 0,06 0,007 0,57 0,27 0,15 2,80 0,48 68,03 5,43 3,15 3,09 0,094 0,26 1,23 71 13 39 27 72 15 0,002 0,21 0,04 0,006 0,54 1,12 1,01 4,14 0,32 53,05 12,14 5,72 4,11 0,153 0,40 1,20 10 7 10 16 38 12 0,006 0,26 0,026 0,004 0,48 0,66 0,12 9,26 0,54 18,42 26,25 6,88 4,58 0,190 0,40 1,17 37 6 21 42 110 8 0,008 Tableau 3.17 : Analyse chimique des résidus provenant du bassin cuprifère de Legnica-Glogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] Type de résidus : Minerai de grès carbonaté (transformé à Lubin et Rudna) Minerai de schiste dolomitique (transformé à Polkowice) > 0,1 mm (%) Granulométrie 0,1 - 0,045 mm (%) < 0,045 mm (%) 27 - 36 16 - 35 40 - 60 - 8 - 11 89 - 92 Tableau3.18 : Distribution granulométrique des résidus provenant du bassin cuprifère de LegnicaGlogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] Les résidus ayant une faible concentration en soufre (S2- < 1%) et une forte concentration en carbonates neutralisants (de 20 à 80 %), aucun DA ne s'est encore produit ni ne risque de se produire à l'avenir. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] Les résidus sont envoyés dans l'IGR de Lisheen avec une teneur en solides d'environ 35 % et contiennent du zinc, du plomb, certains réactifs de traitement et des sels métalliques dont la granulométrie est à 80 % inférieure à 95 μm. La masse volumique des résidus à sec est de 3,5 g/cm2. Leur masse volumique in situ est d'environ 1,7 g/cm2. Un bilan acido-basique a été effectué au stade de délivrance des autorisations, et les résidus sont réputés acidifiants [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995]. Les résidus de Neves Corvo sont relativement fins, avec un d80 de 30 à 40 µm. Le tableau ci-après recense les minéraux présents dans ces résidus : 142 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Minéral Pyrite (FeS2) Arsénopyrite (FaAsS) Chalcopyrite (CuFeS2) Sphalérite (ZnS) Tétraédrite, Ténandrite (Cu, Fe)12(Sb, As)4S13 Minéraux non métalliques Autres % en poids 84 – 90 3–7 1,5 – 2.5 1,0 – 2.5 1–2 8 – 12 1–2 Tableau 3.19 : Composition minéralogique des résidus du site de Neves Corvo [142, Borges, 2003] Les résidus présentent un fort potentiel acidifiant (AP : 910 kg CaCO3/tonne). Il est probable que pendant toute la durée de vie de la mine, 42 millions de tonnes de résidus seront produites au total, dont 14 millions de tonnes seront utilisées comme remblais. [142, Borges, 2003] A Pyhäsalmi, la composition chimique et le comportement à la lixiviation des résidus (solubilité maxi/DIN 38614-S4 par la méthode de Kuryk et comportement à long terme) ont été déterminés lors d'essais de simulation à l'échelle de laboratoire. La capacité de neutralisation en fonction du potentiel acidifiant du matériau a été étudiée. Des essais d'érosion par le vent ont également été effectués à l'échelle de laboratoire. Les problèmes principaux sont les teneurs en métaux lourds (As, Cd, Cu, Pb, Zn) et en soufre, qui entraînent un potentiel de DA. D'autres méthodes de traitement destinées à modifier les caractéristiques des résidus ont été envisagées. Un exemple est la flottation sélective de la pyrite dans les résidus, pour obtenir une teneur finale en soufre inférieure à 1 %. Cette méthode est possible au plan technique, mais n'est pas viable du point de vue économique dans ce cas. Ce procédé entraînerait la formation d'un produit (la pyrite) qui n'est pas commercialisable et dont le dépôt ou la destruction impliquent des techniques et des dispositions spéciales. Il a également été envisagé de mélanger de la tourbe aux résidus lors de leur pompage vers la zone de résidus, afin de créer des conditions de réduction. L'essai a été interrompu en raison de difficultés techniques, mais l'objectif est de continuer l'étude à l'échelle de laboratoire. L'inconvénient de cette technique est le fait qu'une ressource naturelle est "consommée". La distribution granulométrique des résidus est à 65 % inférieure à 74 µm. [62, Himmi, 2002] A Tara, le concentré de sphalérite subit un lavage à l'acide sulfurique destiné à éliminer la dolomite (CaCO3.MgCO3). Ce traitement précipite les sulfates de magnésium et de calcium, qui viennent s'ajouter au flux des résidus. Les résidus boueux contiennent également des collecteurs, des suppresseurs et du MIBC. [101, Tara mines, 1999] A Zinkgruvan, les résidus contiennent principalement du quartz, du feldspath et de la calcite. De faibles quantités de sulfures sont également présentes (teneur en soufre < 0,25 %). La teneur en calcium est d'environ 8 %. Le rapport entre le soufre et la calcite est < 0,1 ce qui semble indiquer que les résidus sont correctement neutralisés et ne produiront aucun DA. Des essais d'altération ont également montré que les résidus avaient un taux d'altération faible. La composition des résidus figure au tableau ci-après. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 143 Chapter 3 Minéral SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO BaO Na2O K2O H2O110-350 CO2 B2O3 FeS ZnS PbS Autres minéraux TOTAL % en poids 62,4 0,3 11,8 0,6 2,9 0,7 2,2 7,0 0,01 0,6 4,9 0,1 2,1 0,1 0,5 0,2 0,1 3,3 100 Tableau 3.20 : Analyse chimique des résidus du site de Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] Une fois décantés dans le bassin, les résidus ont une perméabilité in situ de 10-5 à 10-6 m/s et une masse volumique in situ de 1,35 à 1,45 t/m3. 3.1.2.3.2 Méthodes de gestion appliquées A Aitik, les résidus sont pompés vers un bassin de résidus de 14 km2 (7 km x 2 km). Pour ce faire, on utilise quatre pipelines (canalisations en acier garnies de caoutchouc) bien qu'en temps normal, seuls deux soient utilisés à la fois. Ces conduites sont équipées chacune de cinq pompes en série. La puissance totale installée de chaque conduite est de 2 000 kW. Les eaux provenant du bassin de résidus alimentent un bassin de purification de l'eau. Le bassin de résidus est limité par la topographie (site de type vallée) et par quatre digues, comme le montre la figure ci-après. Les résidus sont pompés sous forme de boues vers la zone d'évacuation située le long de la digue A-B. A cet endroit, le système de buses d'évacuation conduit à une accumulation des particules grossières à proximité de la digue A-B, tandis que les fractions fines se décantent successivement le long du bassin vers la digue aval, où les eaux séparées sont recueillies. Le volume d'eau active du bassin de résidus est généralement d'environ 2 Mm3, ce qui représente environ 1/5 de la surface du bassin. L'eau est évacuée à l'aide d'un déversoir et d'une buse en acier étanche située dans la zone de contact entre la digue et la vallée. A l'avenir, un système de canalisations à écoulement libre en terrain nu sera utilisé pour évacuer l'eau, et la buse qui traverse la digue sera supprimée. Le bassin de clarification se trouve à l'ouest du bassin de résidus, en aval de la digue EF et de son extension. La superficie de ce bassin est de 1,6 km2 et sa capacité est d'environ 15 Mm3. Ce bassin remplit les fonctions suivantes : • 144 comme dernière étape de traitement de l'eau de procédé July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • Chapitre 3 comme réservoir d'eau de procédé comme réservoir pour l'eau provenant de la fonte des neiges et pour l'eau de pluie. Le gel de l'eau de traitement durant l'hiver est un effet climatique d'une importance particulière pour le bilan hydrique. En cas de pluies excessives et lors de la fonte des neiges, l'eau se déverse du bassin dans les cours d'eau récepteurs. En outre, si nécessaire, un déversement d'eau à partir du canal de recyclage de l'eau est possible. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 145 Chapter 3 Figure 3.13 : Situation des résidus et des bassins de clarification sur le site d'Aitik en 2000 [63, Base metals group, 2002] Les digues imperméables qui entourent le bassin ont été construites à partir de 1966 et ont été surélevées depuis cette date principalement par application de la méthode 146 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 ascendante (voir figure ci-après). Chaque élévation était d'environ 3 m. Les matériaux utilisés pour ces élévations étaient du till pour l'étanchéité de la partie centrale et des stériles comme remblais de soutènement. Pour la construction de l'extension de la digue E-F, qui avait commencé en 1991, on a utilisé la méthode descendante, le sommet de la digue se déplaçant vers l'extérieur du bassin. Figure 3.14 : Coupe transversale de la digue d'Aitik [63, Base metals group, 2002] A Almagrera, la fraction grossière des résidus (33 % ou 300 000 t/an) est grillée et dégage de l'acide sulfurique. Les cendres sont ensuite lixiviées à l'acide sulfurique et le cuivre est extrait par extraction au solvant et électrorécupération. Les cendres sont déposées dans un bassin à cendres. Les 66 % restants des résidus (600 000 tonnes de fines) sont déposés dans un bassin de résidus. La digue a été construite sans l'utilisation de revêtements. Il s'agit d'une digue en terre avec une partie centrale en argile tassée. Le volume de la digue est de 3,2 Mm3. L'eau qui s'infiltre à travers la digue est réinjectée dans le bassin. L'eau clarifiée est pompée vers une station d'épuration (traitement à la chaux) et traitée avant d'être évacuée. Le déversoir d'urgence est construit dans la roche naturelle. Les cendres sont déposées sur une digue de cendres. [61, IGME, 2002] La gestion des résidus dans la région de Boliden est décrite à la section 3.1.6.3. A Mina Reocín, 94 % (900 000 tonnes sur 950 000 t/an) des résidus grossiers, qui sont filtrés pour obtenir une teneur en humidité de 15 %, servent à combler une ancienne mine à ciel ouvert. Les 50 000 t/an restantes sont déposées dans un bassin de résidus, à cause de la capacité de filtrage limitée. Le bassin a une capacité de 2,6 Mm3 et contient actuellement environ 2,5 Mm3 de résidus. Les digues ont été construites avec des matériaux d'emprunt. Le bassin est aménagé sur le sol naturel. L'eau de décantation est évacuée vers le récepteur après être passée par une série de bassins de clarification. L'eau n'est pas recyclée dans l'usine de traitement du minerai. 100 % des 2,2 Mm3 d'eau de traitement nécessaires sont pompés depuis la mine [54, IGME, 2002]. La totalité des excavations (ou orifices) créées à Garpenberg sont remblayées avec des stériles issus des chantiers de préparation et des résidus. Les concentrés constituent environ 10 % du minerai traité, ce qui signifie que les 90 % restants sont des résidus. La moitié des résidus est utilisée à des fins de remblayage. Lors de l'abattage, du concassage et du broyage du minerai, son volume augmente d'environ 60 % ; autrement dit, le volume des résidus de Garpenberg représente environ 145 % du volume du ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 147 Chapter 3 minerai exploité. Il est impossible d'utiliser davantage de résidus comme remblais souterrains, pour des raisons de géométrie. Les résidus subissent un cyclonage destiné à séparer les particules fines des particules grossières. Les particules grossières subissent un filtrage, destiné à les débarrasser de leur eau et à permettre de les transporter par camion. Dans une des mines, elles sont également mélangées à du ciment, ce qui permet de stabiliser le remblai. Après mélange avec de l'eau, le remblai cimenteux est transporté par voie hydraulique jusqu'à des zones épuisées de la mine et l'eau excédentaire est éliminée grâce à un système de drainage. Le bassin de résidus actuellement utilisé dans la zone de Garpenberg se trouve à environ 2 km au sud-ouest de l'usine de traitement du minerai. Avant qu'un dernier permis ne soit demandé pour augmenter la hauteur du bassin de résidus, diverses autres méthodes de gestion des résidus ont été étudiées, notamment : • • la gestion des résidus épaissis et le déversement subaquatique dans un lac. Ces solutions ont été refusées en raison de leur coût élevé (résidus épaissis) et de l'opinion publique hostile aux dépôts subaquatiques. La partie actuellement active du bassin de résidus couvre environ 35 hectares. La durée de vie du bassin dépend de la vitesse de production des résidus mais, compte tenu de la vitesse de production actuelle, elle est d'environ 8 ans. Les résidus ont une masse volumique effective de 1,5 t/m3. Actuellement, la digue est surélevée au moyen de la méthode descendante (voir figure ci-après). [64, Base metals group, 2002] Figure 3.15 : Coupe transversale de la digue de Garpenberg avant la dernière élévation [64, Base metals group, 2002] L'exploitant a étudié la possibilité d'utiliser la méthode longitudinale, et a découvert que cette méthode entraînerait : • • • 148 des coûts d'exploitation inférieurs l'utilisation de plus faibles quantités de matériaux de construction et, parallèlement, des critères de stabilité remplis. July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Par conséquent, il a effectué une demande auprès des autorités pour un permis d'élévation de la digue au moyen de la méthode longitudinale. En 2001, le volume d'eau déversé depuis le bassin était de 4,55 Mm3. Sur ce volume, une première moitié a été réutilisée dans l'usine de traitement du minerai. L'autre moitié a été déversée dans les eaux de surface. La zone de captage du bassin de résidus a une superficie de 1,56 km2. [64, Base metals group, 2002] A Hitura, la zone de résidus, d'une superficie totale de 110 hectares, se divise en trois bassins. Les résidus (480 000 tonnes en 2000) sont déchargés dans le premier bassin. Les deux autres sont des bassins de clarification. Les solides se décantent dans le premier bassin et l'eau clarifiée se décante par l'intermédiaire d'une tour et est amenée dans le bassin suivant depuis le centre du bassin de résidus. L'eau clarifiée est réutilisée pour le traitement du minerai. Seule l'eau excédentaire est envoyée dans le réseau hydrographique. Le bassin de résidus est de type en dehors d'une vallée. Les digues d'amorçage sont faites de moraines. Les résidus sont distribués au moyen de buses. Les digues sont surélevées tous les 12 à 15 mois avec des résidus. Les digues des bassins de clarification sont faites de moraines et sont garnies de graviers grossiers pour empêcher l'érosion. La distance qui sépare l'usine de traitement du minerai de l'IGR est d'environ 500 m. La distance entre la zone de gestion des résidus et le cours d'eau le plus proche est d'environ 3 km. Il existe des problèmes de percolation des eaux du bassin de résidus dans la nappe phréatique. Les eaux souterraines et les eaux de percolation sont pompées vers le bassin afin de contrôler l'écoulement des eaux souterraines et d'en limiter les effets. La pluviométrie annuelle, à Hitura, est d'environ 550 mm. La température moyenne sur une année est de 1 à 3 ºC. La température maximale en été est de 30 ºC et la température minimale en hiver est de –35 ºC. Cinq mois sur douze, la température est négative et six mois sur douze, elle est positive. Avant la construction de la zone de gestion des résidus, les sols ont été étudiés, mais apparemment de manière insuffisante car à un endroit, on observe des infiltrations jusqu'à la nappe phréatique. La nappe concernée est surveillée grâce à des puits de surveillance situés en aval du bassin de résidus et des prélèvements sont effectués sur les eaux rétropompées. [62, Himmi, 2002] Dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow, l'extraction du minerai de cuivre a commencé en 1967. L'intégralité des résidus, qui constitue 93 ou 94 % du minerai extrait, est stockée depuis cette date dans des bassins de résidus, qui ont été surélevés par la méthode ascendante. De 1968 à 1980, le premier bassin de résidus de 600 ha, construit en amont, était en activité et 93 millions de tonnes de résidus y ont été entreposées. Ce bassin a été déclassé en 1980. Il est probable que cette fermeture n'est que provisoire et qu'à l'avenir, le bassin pourra être remis en activité pour servir de capacité de réserve. Depuis 1977, un nouveau bassin de résidus de 1450 ha est en activité. Comme le bassin précédent, il reçoit des résidus en provenance des trois usines de traitement du minerai. Les mines étant toutes les trois situées en zone habitée et à une distance maximum de 20 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 149 Chapter 3 km les unes des autres, il a été décidé de trouver une zone d'une topographie adaptée et de la transformer en un bassin de résidus qui puisse desservir toutes les mines. L'avantage de ce système est qu'il permet de prendre en compte les différentes caractéristiques des résidus. Par exemple, étant donné que les résidus des mines de Lubin et de Rudna sont grossiers, tandis que ceux de la mine de Polkowice sont fins, on peut utiliser les résidus grossiers pour construire la digue et les résidus fins pour étanchéifier le fond du bassin de résidus. Les résidus sont transportés jusqu'au bassin de résidus par pipeline, sous forme de boues contenant de 14 à 20 % de solides. La solution d'un pompage de résidus épaissis avait été envisagée en 2001, mais cette idée a été abandonnée pour des raisons économiques, notamment à cause du coût en capital pour changer le système existant. La longueur des trajets de transport actuels depuis les trois usines de traitement du minerai est comprise entre 6 et 9 km. A la fin 2001, le volume total des résidus entreposés dans les bassins de résidus en cours d'activité se montait à 550 millions de tonnes. Les résidus ne sont pas utilisés comme remblais. Les fractions grossières, qui satisfont du point de vue technique aux critères des remblais hydrauliques, sont nécessaires à la construction de la digue. Les résidus fins ne peuvent être utilisés que sous forme pâteuse ce qui, à l'heure actuelle, reviendrait trop cher. Une partie des résidus carbonatés (150 000 t/an) est utilisée pour neutraliser l'acide sulfurique dilué provenant des fonderies de cuivre. Le procédé de neutralisation se déroule à l'usine d'enrichissement de Polkowice. Le produit de neutralisation est mélangé au flux principal des résidus. Le bassin de résidus précédent, qui était en activité de 1968 à 1980, avait été créé par construction d'une digue de terre en travers de la vallée de 600 ha. Les caractéristiques de cette digue étaient les suivantes : une digue de terre, constituée de terre in situ, avec un crible de béton de 15 cm d'épaisseur sur le flanc interne d'une inclinaison de 1:2 ; une longueur de digue de 6 760 m, une hauteur maximale de 22 m, et un système de drainage triangulaire avec graviers filtrants relié au fossé de la digue. Les eaux de décantation du bassin étaient recueillies au moyen de deux tours de décantation dotées d'orifices pour l'eau, puis transférées par un pipeline situé dans la galerie. Les eaux de décantation et de percolation étaient envoyées en flottation au moyen d'une station de pompage située en aval de la digue. Au début, on remplissait le bassin de résidus en déversant ces derniers depuis le sommet de la digue par des canaux en béton installés en pente sur les flancs. Plus tard, les résidus ont été déposés directement à partir des déversoirs situés tous les 40 m sur le sommet de la digue. Au début, le niveau des eaux de décantation montait jusqu'à 2 m au-dessus du niveau des résidus. Or, dès cette première période, des phénomènes délétères se sont produits dans la zone située en aval de la digue. Il y a eu, notamment, une élévation du niveau de la nappe phréatique, provoquant même une inondation, et l'apparition de zones de débordement à la surface des sols. Un front d'eau s'infiltrant depuis le bassin de résidus s'est créé, dans de nombreuses sections situées sous le fond du fossé de la digue, avec une teneur accrue en minéralisations. L'eau s'est ensuite transférée vers les fossés du réseau hydrographique de la rivière Zielenica, dans le bassin de l'Oder. 150 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 La zone objet, avant la construction du bassin de résidus, avait une nappe phréatique profonde, une pente longitudinale importante (de 11 à 16 ‰) et une forte perméabilité du sous-sol, notamment des sables. Pour faire face à cette menace, un système de drainage a été aménagé, constitué de fossés ouverts qui permettaient aux eaux de se déverser dans la Zielenica et qui protégeaient la zone industrielle, les routes, la voie ferrée et la zone forestière principale contre les inondations. A proximité de la digue, on a installé un puits de drainage destiné à recueillir les eaux polluées et à abaisser le niveau de la nappe phréatique. On a ensuite modifié le système de dépôt des résidus. Les résidus carbonatés issus de la flottation des minerais par l'installation de Polkowice pour la fraction excédentaire de limon argileux étaient dirigés à proximité du bassin versant afin d'étanchéifier le fond du bassin. On a également modifié le système d'élimination des résidus, en introduisant des déversoirs tous les 20 m. Cela a permis de stabiliser la plage sur une distance minimale de 100 m et de séparer les fractions de résidus dans cette zone. Les mesures susmentionnées ont permis de limiter les infiltrations d'eau dans le sous-sol et de transférer l'eau de manière efficace depuis la zone directement en amont de la digue. Grâce à l'ensemble des mesures susmentionnées, les infiltrations d'eau en provenance du bassin ont été réduites à un niveau similaire aux conditions qui avaient précédé la construction du bassin. Ces mesures ont eu pour conséquences, entre autres, des pertes de ressources en eaux souterraines (suppression de la structure de captage des eaux souterraines auparavant située à cet endroit), des pertes en ressources forestières (abattage précoce d'une zone d'environ 45 ha), des coûts supplémentaires liés aux mesures de protection contre les nuisibles dans les parties fragilisées de la forêt et des coûts supplémentaires pour la fertilisation minérale et le chaulage. Par ailleurs, les eaux de la Zielenica présentaient, dans cette partie, une minéralisation générale nettement accrue de 3300 mg/l. Le bassin de résidus se situait principalement dans la région minière de Lubin, et s'étendait partiellement jusqu'à celle des mines de Polkowice et de Rudna. Afin de protéger la digue, on a créé un pilier de protection. Les décharges minières auraient pu être exploitées par suite de l'augmentation des besoins des mines et de l'augmentation des pertes de décharges, mais cela aurait donné lieu à des exigences supplémentaires liées à l'exploitation du bassin de résidus, en raison du peuplement de la zone et des éventuelles vibrations parasismiques engendrées par l'activité minière. Les contraintes susmentionnées ont abouti à la décision de cesser toute utilisation du bassin, et de refuser la proposition de poursuivre son extension par une seconde tranche pour atteindre un volume de 160 millions de m3. Le tassement de la digue a atteint à ce jour une hauteur maximum de 3,25 m, et un déplacement horizontal a également été observé. Des zones denses et lâches ont été détectées dans le corps de la digue. Les déformations sont surveillées et analysées par les personnels de la mine pour les besoins du programme d'exploitation actualisé dans le pilier de protection de la digue. Cette surveillance a permis de déterminer que les déformations observées ne présentaient aucune menace pour la sécurité de la digue. La construction du bassin de résidus actuel a commencé en 1973. L'emplacement du bassin a été choisi car il se trouvait à l'extérieur de la zone d'activité minière et par conséquent, contrairement au bassin précédent, il n'était pas sous l'influence directe de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 151 Chapter 3 la mine et ne limitait donc pas les opérations minières. Le second facteur pris en compte dans le choix de l'emplacement du bassin était la proximité de celui-ci avec les usines de traitement du minerai. Le sous-sol du bassin est formé de gisements du quaternaire sur une profondeur de 30 à 50 m en dessous du niveau du sol. Par endroits, on observe également des gisements du tertiaire peu profonds et fortement perturbés par l'activité glaciaire. Pour trouver la meilleure méthode de remplissage du bassin de résidus, on a pris en compte les caractéristiques des résidus. Des résidus gréseux ont été transférés depuis le sommet de la digue sur des tronçons de 500 à 700 m de long, situés tous les 20 m, afin que la plage ne mesure pas moins de 200 m et pour permettre une ségrégation par gravité des résidus sur la plage. Les matières grossières se sont déposées sur la plage, tandis que la plus grande partie des matières fines (de 0,05 à 0,002 mm) était transférée dans le bassin. Au début, les résidus de carbonates fins étaient transférés par des canaux ouverts le long de talus naturels dans le but de créer un fond étanche. Ensuite, on a créé des traverses pour amener les résidus par pipeline au bord du bassin. Comme digues d'amorçage, des digues classiques en terre ont été construites sur un périmètre de 14,5 km. Depuis, ces digues ont été surélevées au moyen des résidus grossiers entreposés sur la plage. Des digues de 2,5 m de haut ont été construites, à partir des matériaux grossiers, par la méthode ascendante et par étapes sur des périodes de deux ans sur tout le périmètre, le bassin augmentant en moyenne de 1,2 m par an. L'étape suivante, qui consiste à évacuer les déchets par des buses de déversement sur la plage, se fait par couches de 25 à 30 cm d'épaisseur maximum par jour et ce, sur plusieurs semaines. En général, après un long temps d'arrêt, le cycle de déversement des résidus est réitéré plusieurs fois (de 4 à 7 fois). Le déversement des résidus dans une seule partie dure généralement environ 15 semaines, jusqu'à ce que le niveau de la digue soit atteint. Pour des temps d'arrêt plus longs, on stabilise la surface de la plage afin de la protéger contre les attaques du vent, au moyen d'une solution aqueuse d'une émulsion bitumineuse. On vaporise l'émulsion par hélicoptère. Ensuite, on enlève la surface stabilisée avec des engins lourds. Cette construction par étapes permet de drainer correctement les résidus et d'avoir une surface phréatique stable dans le corps de la digue. Dans cette partie sont stockés environ 2/3 des particules grossières de résidus. L'inclinaison longitudinale de la plage varie entre 6,5 ‰ à proximité de la digue et environ 4,0 ‰ à une distance de 100 m. Les élévations de la digue se font à l'aide de bulldozers qui compactent également les résidus. Les valeurs de masse volumique dans la couche supérieure vont d'environ 1,40 à 1,45 t/m3, et elles augmentent avec la profondeur (jusqu'à 10 m) pour atteindre environ 1,60 à 1,70 t/m3. La teneur en eau varie entre 5 et 20 %. La masse volumique des résidus est égale à 1,46 t/m3. Les mesures piézométriques et les sondages CPTU réalisés ont permis de conclure que la distribution de la pression interstitielle n'était pas hydrostatique, ce qui indiquait une percolation des eaux de résidus dans le sol. Cette quantité a été estimée à 0,862 m3/min en 2000 et à 0,690 m3/min en 2001. Des drains circonférentiels des résidus ont été installés sur la plus grande partie du périmètre du bassin de résidus pour permettre de contrôler le niveau de l'eau dans les digues de retenue et d'amorçage. L'installation de drains est également prévue à des 152 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 niveaux supérieurs. Les valeurs du coefficient de perméabilité "k" dans la zone de la plage et dans le bassin sont les suivantes : • • dans la zone de la plage : k est compris entre 2,0 x 10-7 m/s et 2,0 x 10-9 m/s dans le bassin : k est compris entre 5,0 x 10-8 et 1,0 x 10-10 m/s. Les eaux superficielles sont protégées de toute contamination grâce : • • • • • à l'intention d'étanchéifier le fond du bassin avec la fraction fine des résidus qui se consolide naturellement au captage des eaux de percolation sur tout le périmètre de la digue au maintien d'une barrière de puits le long de certaines parties à la mise en place de structures de captage des eaux de surface dans certains courants sur de plus longues distances, et à l'application d'une surveillance continue de toutes les eaux souterraines ou superficielles qui sont sous l'influence du bassin de résidus. Le réseau de surveillance des eaux souterraines et superficielles comprend plus de 800 points de surveillance. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] A Neves Corvo, les résidus sont stockés dans un bassin. La digue de retenue est de type classique. Le cœur de la digue d'origine est fait d'argile. Pour les deux élévations, réalisées à chaque fois selon la méthode descendante, on a eu recours à un revêtement en PEHD pour former le cœur de faible perméabilité. La digue a une pente de 1:1,8 (côté eau/résidus) et de 1:1,7 (côté air). En aval du cœur se trouve une couche filtrante. En raison du potentiel fortement acidifiant des résidus, ceux-ci sont déposés de façon subaquatique. La couverture d'eau est maintenue à une hauteur d'au moins 1 m. La solution qui consiste à utiliser des résidus épaissis pour la fermeture est actuellement à l'étude. A Pyhäsalmi, 16 % des résidus servent au remblayage de la mine, les 84 % restants (180 000 t/an) étant déposés dans un bassin de résidus. Ce taux de remblayage relativement faible s'explique par le fait que seuls les résidus grossiers peuvent servir de remblais. La superficie totale des installations de gestion des résidus est d'environ 100 hectares, superficie qui inclut trois bassins de résidus. Deux de ces bassins (les bassins B et D de la figure ci-dessous) sont utilisés parallèlement pour la décantation des solides et pour décanter l'eau clarifiée vers le troisième bassin (le bassin C de la figure cidessous). Le temps de séjour de l'eau de résidus dans la zone est d'environ deux mois. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 153 Chapter 3 Figure 3.16 : Structure de l'IGR du site de Pyhäsalmi [62, Himmi, 2002] Dans la figure ci-dessus, le bassin A est complètement rempli et ne sert plus. Les travaux de récupération de ce bassin ont commencé en 2001. Il sera recouvert d'une couche de 80 cm d'épaisseur de matériaux pédologiques (30 cm de limon et d'argile et 50 cm de moraine). La partie centrale du bassin restera sous l'eau. Avant la construction de la zone des résidus, le sol avait été étudié. Il était considéré comme suffisamment imperméable (limoneux) pour empêcher les infiltrations jusqu'à la nappe phréatique et suffisamment stable pour supporter la charge des résidus. Des études de base ont également été menées sur les réseaux de lacs situés en aval. La zone des résidus, de type paddock, est aménagée sur un terrain plat. La digue de base est constituée de moraine. Les résidus sont distribués par des tuyaux d'évacuation situés autour du premier bassin de résidus et l'eau clarifiée est ramenée du centre du bassin vers l'avant par l'intermédiaire d'une tour de décantation. Les élévations nécessaires des digues de retenue sont effectuées avec des résidus. La digue du bassin de clarification est constituée de moraine et garnie de débris de roche pour empêcher l'érosion. La zone est entourée d'un fossé servant à capter les eaux de percolation, qui sont réinjectées dans le bassin de résidus. La distance entre l'usine de traitement du minerai et l'IGR est d'environ 500 m et le lac le plus proche se situe à 200 m. A Pyhäsalmi, la pluviométrie annuelle est d'environ 650 mm. Les conditions climatiques sont semblables à celles du site de Hitura. La zone de gestion des résidus a été conçue au début des années 1960 et aucun plan de fermeture ou d'entretien après fermeture n'a été pris en compte lors de la phase de conception. 154 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Les procédures systématiques d'exploitation comprennent la conduite journalière de l'installation, la surveillance régulière du niveau de la nappe phréatique dans les digues, la surveillance des eaux évacuées et des audits des installations. [62, Himmi, 2002] A Tara, le flux de résidus est soumis au cyclonage. La fraction grossière (52 % du total des résidus) est injectée dans des forages jusqu'à la mine souterraine sous forme d'une bouillie cimenteuse (3 % de ciment) qui sert de remblai. Les résidus fins sont pompés vers le bassin de résidus en surface. [101, Tara mines, 1999] A Zinkgruvan, la méthode minière employée nécessite un remblayage. Jusqu'en 2001, on utilisait un remblai hydraulique. Ce type de remblai nécessite une capacité de drainage des résidus d'au moins 5 cm/h. C'est la raison pour laquelle la fraction grossière était extraite des résidus au moyen d'hydrocyclones, la fraction supérieure à 50 μm étant renvoyée vers la mine. Ainsi, environ 50 % des résidus étaient utilisés comme remblai par remblayage hydraulique. La fraction fine des résidus, elle, avait été pompée vers le bassin de résidus d'Enemossen. Le fait de changer de méthode d'extraction pour passer à une exploitation "par panneaux" nécessite un remblai pâteux. Il n'est plus nécessaire d'avoir une capacité de drainage du remblai, ce qui permet d'utiliser la fraction fine des résidus dans le remblai. Ainsi, il est prévu que jusqu'à 65 % des résidus pourront être utilisés comme remblais. En outre, les résidus pompés vers le bassin de résidus vont également contenir la fraction grossière, laquelle permettra d'utiliser les résidus pour construire les digues. Cette méthode est désormais mise en œuvre à Zinkgruvan, de sorte que le remblayage hydraulique n'a plus cours. Les résidus qui ne sont pas utilisés comme remblais sont pompés en même temps que l'eau de traitement de l'usine de traitement du minerai vers le bassin de résidus, situé à 4 km au sud, par des pipelines. Les sédiments solides du bassin de résidus et l'eau gravitaire sont amenés par gravité jusqu'à un bassin de clarification situé à 1 km du bassin de résidus pour y subir une clarification supplémentaire. Afin d'assurer un remplissage uniforme du bassin de résidus et d'éviter la formation de poussières et l'oxydation des résidus, les points de déversement sont déplacés en permanence le long de traverses faites de stériles. Les eaux sont renvoyées vers l'usine de traitement du minerai depuis le bassin de clarification (voir bilan hydrique). Les eaux sont également évacuées par le biais d'un pipeline et d'un tunnel vers le plan d'eau récepteur. Le bassin de résidus et le bassin de clarification sont formés par des bassins naturels (site de type en vallée). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 155 Chapter 3 Figure 3.17 : Vue de dessus de l'IGR de Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] Le bassin de résidus est aménagé dans une vallée et entouré de talus naturels et de deux digues. Le bassin est construit sur une tourbière et couvre actuellement une superficie d'environ 50 ha. Lorsqu'il aura atteint sa hauteur définitive, il couvrira environ 60 ha. Les digues présentent une structure à zones, constituée d'un enrochement de protection contre l'érosion sur la face amont, d'un cœur de till imperméable, d'une couche filtrante de roches de protection calibrées et d'un épaulement aval de remblai rocheux. Les caractéristiques des digues et du bassin de résidus sont présentées au tableau ci-après. Caractéristiques Capacité utilisée en déc. 2000 Capacité autorisée (depuis 1981) (Mm3) Surface totale du bassin de résidus (ha) Surface totale du bassin de clarification (ha) Volume des matériaux dans les digues (m3) Matériaux issus d'une zone d'emprunt externe Hauteur de la digue (m) Longueur du sommet (m) Largeur du sommet (m) Pente amont de la digue Pente aval de la digue Largeur de la berme de stabilisation (m) Pente du côté aval de la berme Digue X-Y Digue E-F 5,7 7,0 50 16 380000 70000 27 800 16 1:1,5 1:1,5 7 1:1,5 170000 30000 17 400 16 1:1,5 1:1,5 7 1:1,5 Tableau 3.21 : Caractéristiques des digues actuelles X-Y et E-F du site de Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] Pour éviter les poussières et l'oxydation, on a recours à l'évacuation subaquatique. Or, pour abaisser le niveau de la nappe phréatique, il faut une plage de 30 à 50 m, d'une hauteur de 0,1 à 0,5 m au-dessus du niveau de l'eau à proximité de la digue. Lors d'une 156 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 évacuation subaquatique des résidus, l'angle de repos est nettement plus important que pour une évacuation au-dessus du niveau de l'eau. Afin d'assurer un remplissage uniforme du bassin, les points de déversement sont constamment déplacés le long de traverses aménagées dans le bassin. La plage est irriguée pendant la période sèche de l'année (printemps-été-automne). Durant les périodes sans neige et pendant l'hiver, il est impossible d'éviter totalement les émissions de poussière, bien que plusieurs méthodes de couverture provisoire aient été testées. Le système de décantation est de type tour. Les eaux de décantation s'écoulent par gravité jusqu'au bassin de clarification. La moitié des eaux de décantation est réutilisée dans l'usine de traitement du minerai. Un déversoir d'urgence est aménagé, qui évacue automatiquement l'eau si le niveau dépasse un certain seuil. La capacité d'évacuation installée est de 0,7 m3/s (sans compter la capacité d'évacuation du déversoir d'urgence), ce qui correspond à une précipitation centennale et à une élévation maximale de 0,5 m du niveau d'eau du bassin. Les digues E-F et X-Y sont construites comme des digues classiques. Elles ont pour fondation la roche naturelle, partiellement recouverte de moraine ou de tourbe. Des excavations avaient été réalisées sous les digues, jusqu'à la roche mère ou au moins sur 4 m à l'intérieur de la moraine, pour relier le cœur imperméable de la digue à la fondation sous-jacente. Le cœur imperméable est constitué de moraine compactée, provenant d'une zone d'emprunt. La perméabilité de la moraine se situe entre 1 x 10-8 et 1 x 10-9 m/s. Pendant la construction des digues, des contrôles de qualité ont été effectués en permanence sur la moraine et le matériau filtrant, comprenant principalement des essais et/ou contrôles de compactage et une caractérisation des matériaux (distribution granulométrique). Des études hydrogéologiques menées dans la région indiquent que la roche mère de cette région comporte plusieurs zones de fracture. Ces fractures sont perméables et drainées, ce qui provoque des infiltrations à partir du bassin. Le bilan hydrique du bassin est indiqué sur la figure ci-après. Figure 3.18 : Bilan hydrique de l'exploitation de Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 157 Chapter 3 Conception d'une nouvelle IGR à Lisheen L'IGR probablement la plus moderne d'Europe a été construite récemment à la mine de Lisheen. Ce bassin a été aménagé en terrain plat (de type paddock), sur une tourbière et il est entièrement étanche. Bien qu'il ait été conçu pour un volume maximal de 10 millions de tonnes de résidus, il est prévu qu'il ne contiendra au total que 6,6 millions de tonnes de résidus sur toute la durée de vie du projet [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995]. Lors de la phase de conception de l'IGR de Lisheen, les principales méthodes disponibles de gestion des résidus ont toutes été abordées et évaluées. Lors du processus décisionnel ayant abouti à une méthode préférentielle de gestion des résidus, les différentes méthodes ont été étudiées en fonction des critères élémentaires de construction et des critères de conception plus détaillés de l'IGR. Ce processus est décrit ci-après. Principales méthodes de gestion des résidus Trois méthodes principales de gestion des résidus ont été étudiées pendant la phase de conception, à savoir le dépôt des résidus : • • • dans un plan ou cours d'eau de surface, par exemple lac, rivière ou mer dans la mine en tant que remblai dans un bassin de résidus en surface. La première de ces solutions a été considérée comme écologiquement inacceptable. Le déversement dans un lac, dans des conditions contrôlées, avait toutefois été accepté comme meilleure pratique dans plusieurs exploitations du nord du Canada. Or, ici, l'exploitant a adopté une philosophie selon laquelle la politique la plus souhaitable de gestion des résidus est celle qui consiste à utiliser le plus possible de résidus comme remblais dans les exploitations souterraines. Ce système présenterait les avantages suivants : • • • • une réduction des volumes de résidus à entreposer en surface un soutènement du toit de la formation afin de limiter les affaissements de surface la gestion des résidus dans un milieu souterrain qui sera définitivement immergé après la fermeture, d'où l'impossibilité d'une oxydation la récupération de minerai la plus importante possible. L'implantation de la mine et la séquence d'extraction permettent le remblayage souterrain de 6.9 millions de tonnes de résidus. Les 6,6 millions restants doivent par conséquent être gérés dans une retenue en surface. La topographie de Lisheen, à une distance raisonnable de l'usine de traitement du minerai, est telle qu'il n'existe aucune vallée ou colline susceptible de constituer un emplacement potentiel pour un bassin de résidus, et de ce fait, une retenue de type dyke annulaire (de type paddock) a été proposée. 158 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Autres éléments pris en compte Il s'était avéré que les résidus exposés à l'oxygène étaient susceptibles d'engendrer de l'acide, et que les eaux interstitielles des résidus contenaient certains ions métalliques. Sur la base de ces deux éléments, les décisions suivantes ont été prises : • • il fallait un système de digue de retenue ou de bassin de résidus pour retenir l'eau de telle sorte que les résidus soient évacués et maintenus sous l'eau il fallait gérer les résidus dans un bassin aussi imperméable que possible afin de réduire au minimum les infiltrations vers la nappe phréatique. Pour satisfaire ces exigences, on a estimé qu'il fallait un revêtement de faible ou très faible perméabilité et doté d'une capacité d'atténuation. Les grandes zones marécageuses de la région contiennent une tourbe à faible perméabilité, dont l'utilisation comme élément d'un revêtement composite est extrêmement intéressante. De plus, la tourbe présente l'avantage de pouvoir atténuer la libération d'un grand nombre des polluants susceptibles de se trouver dans d'éventuelles eaux d'infiltration. Dans le but d'identifier la résistance de la tourbe, sa perméabilité à l'état non comprimé et comprimé et ses propriétés d'atténuation, on a procédé à un programme d'essais. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 159 Chapter 3 Sélection Il avait été établi que la masse maximale de résidus à gérer en surface serait de 10,0 millions de tonnes et que l'IGR devrait comporter une barrière de faible perméabilité entre les résidus et le système local d'eau souterraine. Sur la base de caractéristiques topographiques moyennes et d'une épaisseur raisonnable des résidus, une surface de 80 à 120 ha était nécessaire. Cette superficie se basait sur une masse volumique sèche conservatrice de 1,6 t/m3 in situ, bien que la conception se soit ensuite basée sur 1,8 t/m3, et sur une hauteur moyenne relativement faible d'environ 10 m des résidus. Les résidus s'étant révélés avoir un effet acidifiant net, il avait été décidé que l'installation de retenue devrait empêcher l'oxydation de la pyrite et devrait être pourvue d'un revêtement étanche pour limiter l'infiltration des eaux dans le réseau des eaux souterraines. Deux méthodes permettant cela ont été présentées, à savoir : prévoir un revêtement artificiel composite si le site était situé sur des terres agricoles ou, s'il se trouvait sur une tourbière, l'utilisation de la faible perméabilité et du fort potentiel d'atténuation de la tourbe comprimée faisant partie d'un revêtement composite. Méthodologie Le choix du site de l'IGR impliquait une évaluation des facteurs économiques, écologiques et techniques. Les objectifs du processus de sélection étaient, par conséquent, de limiter les effets sur la communauté locale et l'environnement, tout en répondant aux exigences techniques de la manière la plus économique possible. Le processus de sélection du site comportait quatre étapes, à savoir : 1. des recherches au plan régional pour trouver une cuvette ou vallée topographique qui favorise un système de gestion des résidus dans un rayon de 15 km de l'emplacement de l'usine de traitement du minerai 2. une recherche localisée en vue d'éliminer les zones inadaptées dans un rayon de 8 km. Ce rayon était basé sur des considérations de pompage et sur l'absence de sites topographiques adaptés dans la zone immédiatement au-delà de ce rayon 3. l'identification d'emplacements possibles 4. une évaluation détaillée des emplacements possibles. [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995] Description de l'IGR construite L'IGR a été construite sur une tourbière qui était constituée de jusqu'à 4 m de tourbe recouvrant un till glaciaire sur une roche mère calcaire. Ce calcaire est une formation Waulsortienne dolomitisée du carbonifère inférieur compétente au plan géotechnique, sans faille majeure et présentant un faible risque de paléokarst. L'étude du site n'a révélé aucune cavité ouverte ou remplie et pour cette raison, et à cause du rabattement minime qui se produit sous l'IGR, l'assèchement de la mine avoisinante ne provoque aucune réactivation des caractéristiques paléokarstiques, même si elles existent. L'IGR consiste en un remblai de terre, qui forme une digue autour de la zone de retenue. La tourbe a été totalement éliminée de l'empreinte de la digue et la digue est entièrement construite sur un till ou une roche mère ferme. Le périmètre de l'IGR est une digue large constituée de remblai stabilisé à zones dont la section est conçue et aménagée pour agir en tant que structure de retenue d'eau. Les 160 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 digues sont faites de matériaux de remblai compactés, provenant d'emprunts ayant des pentes amont et aval respectivement de 1:3 et de 1:2. Le sommet des digues mesure 6 m de large pour permettre d'accéder à celles-ci pendant leur construction et leur exploitation. La figure ci-après présente une vue en coupe transversale de la digue. Figure 3.19 : Vue en coupe de la digue de l'IGR de Lisheen. Le bassin se trouve à droite de la digue [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995] Les digues ont été conçues pour s'élever à une hauteur maximale de 15,5 m au-dessus du till qui se trouve sous la tourbière. Cela permet la possibilité d'un recours à une capacité supplémentaire, suite à la découverte d'une réserve supplémentaire de minerai, à la diminution de la masse volumique à sec des résidus in situ ou à une modification des quantités de remblai. Les digues sont initialement érigées à une hauteur maximale de 9,5 m pour faire face aux 2,8 millions de tonnes de résidus qui seront évacuées en surface pendant les six premières années de l'exploitation. La plus grande partie de la zone de retenue reposera sur la tourbière. La tourbe de cette tourbière est généralement suffisamment épaisse et possède les caractéristiques physiques et chimiques nécessaires pour limiter la percolation et éliminer différents composants métallifères des eaux d'infiltration. Sous le poids des résidus, la tourbe va se comprimer pour devenir un revêtement naturel d'une perméabilité inférieure à 1 x 10-9 m/s. La perméabilité et la résistance de la tourbe sont suffisantes pour lui permettre de fonctionner avec une géomembrane pour former un revêtement composite capable de retenir les résidus et leur eau interstitielle. Un faible volume de percolation, estimé à 34 m3/jour, pourrait traverser le revêtement composite par suite de perforations dans la membrane. Il est vraisemblable que la plus grande partie de cette eau sera captée dans les drains périphériques et réinjectée dans la retenue. Sur la périphérie interne des digues, dans les zones où la tourbe mesure moins de 1,5 m d'épaisseur, et sur les digues, un revêtement d'argile géosynthétique a été placé sous la géomembrane pour compléter le système de retenue. Une série de tubes de drainage crépinés de 100 mm de diamètre ont été installés sur la périphérie interne, au niveau de la base de la tourbe. Ces drains s'étendront du départ du drain de couverture sous la digue, jusqu'à 50 m à l'intérieur du pied de la digue, et capteront une partie des eaux qui vont être libérées lors de la compression de la tourbe, ainsi qu'une partie des eaux de percolation. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 161 Chapter 3 Au démarrage, avant tout dépôt de résidus, la retenue était immergée sur une profondeur minimum de 1 m pour assurer la couverture des résidus. Les résidus étaient mis en place sous la surface de l'eau grâce à un système de distribution flottant qui effectuait un lent mouvement de va et vient à travers la retenue pour produire une couche de résidus relativement uniforme afin de limiter les différences de charge sur le revêtement tourbeux. Les eaux de charriage des résidus sont renvoyées à l'usine de traitement du minerai pour y être réutilisées, et les eaux excédentaires de l'IGR sont traitées dans l'installation de traitement des eaux d'exhaure avant d'être évacuées vers les cours d'eau. Du fait d'une pluviométrie annuelle nette d'environ 450 mm, et des faibles volumes d'eau de percolation, on observe généralement un excédent d'eau dans le bassin de résidus. Les eaux de percolation et de ruissellement des digues sont captées par le drain de surface situé autour de l'IGR et réinjectées dans le bassin. [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995] En bref, pour la conception du revêtement et des digues, les facteurs suivants ont été pris en compte : • • • • • stabilité  stabilité de la digue  stabilité de la fondation (ici, la tourbe) percolation : les vitesses de percolation ont été calculées sur la base de différents scénarios de défaillance qualité des eaux de percolation : on a conclu que les eaux de percolation respectaient généralement les normes de potabilité, notamment du fait de l'aptitude de la tourbe à fixer les ions métalliques eaux de décantation et bilan hydrique acheminement et évacuation des résidus. Il a été décidé que les résidus seraient évacués de manière subaquatique pour éviter l'oxydation des sulfures. Cette opération se fera par le biais de pipelines flottants (voir figure ci-après). 162 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.20 : Système de distribution des résidus de Lisheen Les têtes de distribution situées aux extrémités de chaque pipeline sont reliées à un treuil réversible à commande électrique (voir figure ci-après) qui passe sur une poulie principale. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 163 Chapter 3 Figure 3.21 : Treuil électrique commandant le pipeline de distribution des résidus à l'IGR de Lisheen Lisheen utilise une membrane en PEBDL (polyéthylène basse densité linéaire) comme élément de son système de revêtement. Le programme suivant a été mené durant l'installation du revêtement : • • • • • • essais de sol du matériau de remblai de la digue essais destructifs et non destructifs du revêtement en PEBDL essais destructifs et non destructifs des soudures du revêtement contrôle du revêtement d'argile géosynthétique analyse par micro gravité pour rechercher d'éventuelles caractéristiques karstiques recherche de fuites sur le revêtement. La documentation du contrôle qualité in situ du revêtement de l'IGR comportait les documents suivants : • • • • • • • • • • • • formulaire de contrôle d'inventaire des matériaux géosynthétiques registre de déploiement de panneaux de géomembrane registre d'essais sur couture de géomembrane registre des coutures de géomembrane registre d'essais de pression sur couture de géomembrane registre des essais à vide (à l'étincelle) sur couture de géomembrane registre de défauts de géomembrane registre des géomembranes enregistrement d'essais destructifs sur géomembrane registre d'échantillons d'essais destructifs sur couture de géomembrane registre des panneaux de revêtement d'argile géosynthétique enregistrement d'essais sur bentonite d'accessoires de revêtement d'argile géosynthétique • registre de suivi des échantillons ayant échoué aux essais destructifs. [41, Stokes, 2002] 164 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Toutefois, des contrôles récents ont montré qu'un certain nombre de fuites et de déchirures s'étaient produites dans la membrane de revêtement synthétique [76, Irish EPA, 2001]. Lorsqu'elles étaient accessibles, elles ont ensuite été réparées. L'exploitation pratique une politique de type "porte ouverte" qui comprend : • • un bureau d'information sur l'environnement au niveau de la municipalité la publication de toutes les données de surveillance dans des rapports mensuels et annuels adressés aux autorités • des registres de plaintes • des projets scolaires annuels. [41, Stokes, 2002] 3.1.2.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Les bassins de résidus d'Aitik, de Boliden et de Garpenberg font l'objet des procédures systématiques de sécurité des digues établies dans le manuel d'exploitation, de surveillance et d'entretien (ESE) des bassins de résidus (voir Section 4.2.3.1). En outre, chaque site procède à des opérations de surveillance systématique spécifiques. Par exemple, à Garpenberg, la pression interstitielle des digues est surveillée de façon hebdomadaire ou mensuelle à l'aide de 13 piézomètres installés dans la digue (surveillance manuelle). Chaque valeur relevée est comparée à un seuil d'alarme à partir duquel on effectue une enquête de suivi approfondie afin de détecter pour quelle raison on a obtenu une valeur anormale. Au point de déversement est installé un indicateur automatique du niveau d'eau qui est relié au système d'information de l'usine de traitement du minerai. Chaque jour, les digues sont contrôlées par des personnels de l'usine de traitement du minerai. Ces contrôles incluent les talus, l'évacuation du bassin de finition et les tuyaux destinés à l'acheminement du sable [63, Base metals group, 2002], [64, Base metals group, 2002, 65, Base metals group, 2002]. A Pyhäsalmi et Hitura, le sol sous-jacent avait été analysé avant que ne commence la construction de la digue. Le système a été conçu et construit de telle sorte que l'eau de surface de la zone des résidus puisse être maintenue en équilibre et que l'eau excédentaire provenant des précipitations puisse être éliminée de manière contrôlée, autrement dit, les bassins ont été conçus à partir d'un bilan hydrique équilibré. Les problèmes d'ingénierie et de stabilité ont été réglés par des spécialistes extérieurs avant que ne soient érigées toutes les digues du site de Hitura site. Aucune évaluation formelle des risques n'a été effectuée sur l'un ou l'autre des sites. La zone de l'IGR est contrôlée chaque jour par les exploitants de l'usine de traitement du minerai, inspectée chaque année par un expert indépendant et tous les cinq ans par l'autorité de sécurité des barrages. Les commentaires sont consignés dans un "fichier de sécurité des digues" qui est obligatoire en Finlande pour tous les types de zones de gestion des résidus. Les opérations d'exploitation systématiques appliquées comprennent également la surveillance régulière du niveau de la surface phréatique dans les digues, la surveillance des eaux évacuées et des audits des installations. Il n'existe pas de plan d'urgence documenté, mais il est prévu qu'un tel plan soit élaboré dans un proche avenir, conformément aux nouvelles lois. [62, Himmi, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 165 Chapter 3 Le bassin de résidus de l'exploitation du bassin cuprifère de Legnica-Glogow fonctionne sous le contrôle d'une division séparée, appelée "division des installations hydrotechniques". Les personnels qui travaillent sur le bassin ont accès à des véhicules tout-terrain, un aéroglisseur, une haveuse et du matériel lourd de terrassement (excavatrices, bulldozers, chargeurs, tracteurs, grue). Un système de communication (filaire et sans fil) et un système d'alarme sont en place, et les personnels coopèrent étroitement avec la station de sauvetage minier. Le sommet des digues est éclairé en permanence car les routes qui se trouvent sur le sommet des digues et sur les gradins inférieurs des digues sont continuellement utilisées. Le volume normal d'eau du bassin est de 5 à 6 millions de m3. La réserve destinée au stockage périodique de l'eau excédentaire a une capacité d'environ 8 millions de m3, la réserve supplémentaire pour les eaux de pluie étant d'environ 1 million de m3. Le volume d'eau total disponible dans le bassin est donc de 13 à 14 millions de m3. La largeur de la plage est maintenue au minimum à 200 m, avec un franc-bord minimum de 1,5 m. La surveillance du bassin se fait en coopération avec plusieurs experts externes. Des systèmes numériques d'enregistrement, de transfert et de stockage des données de surveillance sont également mis en œuvre. Les résultats sont analysés et les conclusions sont ensuite tirées, généralement dans un délai d'un an. La surveillance est effectuée par les concepteurs. En outre, une surveillance scientifique a été mise en place pour assurer la sécurité des structures hydrauliques. La surveillance et la consultation sont effectuées par une équipe d'experts indépendants (IBE – International Board of Experts). Les activités de l'IBE, coordonnées par le PGE (Polish Geotechnical Expert : groupement des experts géotechniques polonais), s'appuient sur la "méthode par l'observation" appliquée à l'évolution à long terme du bassin de résidus. Pendant la période 1992-1999, l'IBE a rédigé un rapport géotechnique sur la sécurité et les possibilités d'évolution du bassin actuellement en service. Ce rapport comportait des analyses approfondies du sous-sol ainsi qu'une détermination des propriétés géotechniques des résidus. Les données techniques suivantes étaient établies : paramètres des sols et des résidus, conditions de percolation, condition de stabilité des talus, et un programme de surveillance. De nombreux instruments de surveillance ont été installés, des gradins de stabilisation ont été placés dans certaines sections, et des drains circonférentiels ont été installés dans les résidus. 166 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Paramètre de contrôle Surveillance appliquée/ fréquence de surveillance Piézomètre ; mesures trois fois par jour Contrôle du niveau d'eau dans le bassin Distance minimum entre la côte et le sommet de la Repères de distance + jumelles avec digue – 200 m télémètre Contrôle de la position de la ligne phréatique dans les résidus et dans le corps de la digue  niveau d'eau piézométrique dans le corps de la  digue d'amorçage et dans les résidus  niveau d'eau piézométrique dans le corps de la  digue d'amorçage et dans les résidus, à proximité des pipelines A, B et C  niveau d'eau à proximité des bandes  drainantes circonférentielles dans les résidus  pression interstitielle dans les argiles tertiaires Mesures de déversement des eaux de drainage :  fossés  bandes drainantes circonférentielles dans les résidus  drainage de la digue d'amorçage  barrière de puits en aval de la digue Déplacements de la digue      une fois par mois deux fois par an deux fois par an trois fois par semaine   repères, deux fois par an, clinomètres, une fois par mois   Stabilité des talus groupes de piézomètres : 7 sections transversales avec mesure en continu et transfert de données à la station principale groupes de piézomètres : 7 sections transversales avec mesures manuelles chaque mois ou, pour certains, tous les 10 jours 12 groupes de piézomètres dans les résidus à une distance de 10 m en amont et de 20 m en aval de l'axe de drainage piézomètres examens visuels systématiques contrôles exceptionnels, notamment après de fortes vibrations et pendant de fortes pluies  inspection périodique par un comité chargé de l'état technique de la structure (une fois par mois, deux fois par an)  inspection par l'autorité compétente  système de transducteurs linéaires dans le corps de la digue d'amorçage, sur le périmètre du bassin, à deux niveaux avec transfert des signaux à la station principale Propriétés des résidus et du sous-sol (selon le Matériel Hyson, essais CPT, CPTU DMT, programme établi par les superviseurs scientifiques dispositif de prélèvement d'échantillons et le concepteur) Mostap Activité parasismique induite par l'exploitation Accéléromètres en cinq sections minière à une distance minimum de 800-900 m et transversales avec transducteurs en pied de talus et au sommet de la digue et en 1 sur 2 km au maximum section dans les résidus. Conditions météorologiques dans la zone du Station météorologique bassin : pluviométrie, température, vitesse et direction du vent, humidité Tableau 3.22 : Paramètres de contrôle et surveillance appliquée dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 167 Chapter 3 Le bassin de résidus ayant été classé structure à haut risque, des mesures d'urgence appropriées et un plan d'urgence ont été préparés en cas d'accident. Le système d'alarme et les abris d'évacuation destinés à la population locale sont actuellement en cours de construction, en coopération avec les autorités locales et gouvernementales. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] A Zinkgruvan, un classement des risques du bassin de résidus et du bassin de clarification a été effectué dans le cadre du système RIDAS (directives relatives à la sécurité des barrages, élaborées par l'industrie hydroélectrique, voir Tableau 4.2). Selon ce classement, les digues du bassin de résidus (E-F et X-Y) sont classées type 1B et celles du bassin de clarification sont classées type 2. Ce classement indique les mesures (minimum) de sécurité et les programmes de contrôle à appliquer. Pour les digues de Zinkgruvan, les mesures applicables sont, entre autres, les suivantes : • • • audit des digues de classe 1 au moins tous les 3 ans et des digues de classe 2 tous les 6 ans les digues de classe 1 doivent être capables de déverser la crue centennale et de stocker un événement de crue de classe 1. Les digues de classe 2 doivent seulement être capables de déverser la crue centennale la surveillance des digues de classe 1 et 2 doit se dérouler conformément au tableau ci-après. Paramètre Percolation Déplacements du sommet de la digue Déplacements des talus Pression interstitielle au niveau du cœur Niveau d'eau dans le remblai de soutènement Niveau d'eau dans la fondation Classe de conséquence 1B X, en continu Classe de conséquence 2 tous les 6 mois X, tous les 6 mois (X, tous les ans) (X, tous les 6 mois) (X) (X, tous les ans) (X) (X, tous les 6 mois) (X) X, tous les 6 mois (X, tous les 6 mois) X = la mesure doit être obligatoire si elle est faisable. () = la mesure est importante mais peut être omise dans certains cas. Tableau 3.23 : Régime de mesures élémentaires à appliquer aux nouvelles digues [66, Base metals group, 2002] La stabilité des deux digues a été évaluée grâce à l'aide d'experts externes. Les résultats indiquent des coefficients de sécurité de 1,5 et de 1,6. Un programme de sécurité des digues est néanmoins en cours comprenant, entre autres choses, la mise en place de relevés piézométriques, l'aplanissement de la pente des digues de 1:1,5 vers une pente de 1:2,5 à 1:3,0 et la surveillance du débit des infiltrations. Un certain nombre d'incidents se sont produits au fil des années, principalement à cause de l'érosion interne des digues. Ils ont entraîné des modifications des procédures d'exploitation systématiques concernant le dépôt de résidus dans la digue. Pour abaisser la pression interstitielle et empêcher ainsi l'érosion interne des digues de se poursuivre, une plage d'une largeur de plus de 30 m est maintenue sur le côté amont des digues. Le niveau de pression interstitielle est surveillé fréquemment (tous les mois, voire plus souvent si des niveaux anormaux sont relevés) par des piézomètres installés sur les digues. 168 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Un programme de contrôle pour la sécurité des digues, convenu avec l'autorité compétente, comporte les principaux éléments suivants : • • • • • audits externes annuels du bassin de résidus, des digues et du bassin de clarification. Ce contrôle porte également sur les pipelines destinés aux eaux et aux résidus, ainsi que sur les installations d'évacuation inspection hebdomadaire des digues par le service environnemental du site. Lors de ces inspections, on vérifie les digues pour rechercher d'éventuels dommages, niveaux d'eau, poussées dues aux glaces et événements de forte pluviométrie. Le débit de fuite des digues est mesuré au pied de celles-ci (stable autour de 5 à 10 l/s). Toutes les observations sont consignées dans un registre audits environnementaux annuels de l'ensemble du site, y compris des installations du bassin de résidus inspections annuelles par des experts de l'autorité compétente maintien de communications régulières avec le consultant concepteur de la digue. Depuis 2001, des relevés piézométriques sont inclus dans le programme de surveillance, afin d'enregistrer le gradient hydraulique sur la digue. Un total de 21 piézomètres à commande manuelle ont été installés. En outre, trois puits de contrôle ont été construits, afin de mieux surveiller et contrôler le débit et la qualité des eaux d'infiltration. Les installations de captage et de mesure des eaux d'infiltration des digues sont illustrées sur les figures ci-après. Des instruments permettant la lecture du gradient de potentiel électrique afin d'enregistrer les eaux ruisselant à travers les digues en remblai constituent une méthode supplémentaire de surveillance de l'état des digues. Figure 3.22 : Fossé pour le captage et la mesure de débit des eaux d'infiltration le long de la digue [66, Base metals group, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 169 Chapter 3 Figure 3.23 : Autre fossé pour le captage et la mesure de débit des eaux d'infiltration le long de la digue [66, Base metals group, 2002] Un manuel de sécurité des digues, destiné à aborder toutes les questions liées à la gestion des résidus, est en cours de rédaction. Il abordera les aspects suivants : • • • organisation de la sécurité des digues plans d'urgence évaluation des risques, conséquences pour l'environnement et classement de ces conséquences • conception et construction • hydrologie et système de décantation • surveillance systématique • plans de fermeture de l'installation • autorisations officielles et autres documents d'importance. [66, Base metals group, 2002] 170 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 A Lisheen, le système de surveillance appliqué à cette IGR est le suivant : Tableau 3.24 : Exemple de système de surveillance d'une IGR [41, Stokes, 2002] L'annexe 2 fournit plusieurs exemples de défaillances de digues, principalement dans des exploitations de métaux communs. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 171 Chapter 3 3.1.2.3.4 Fermeture et entretien après fermeture Le plan de déclassement d'Aitik porte en particulier sur les trois parties principales de l'exploitation, à savoir les zones de stériles, le bassin de résidus et la zone industrielle, qui comprend la mine à ciel ouvert. Pour ce qui est des résidus, l'évaluation de leurs propriétés d'altération est en cours. Les résultats obtenus à ce jour indiquent qu'une couverture humide n'est pas nécessaire. Les mesures prévues se limitent donc à répandre de l'engrais et à semer de l'herbe et des graminées pour empêcher l'érosion par le vent de la couche supérieure. L'angle de pente des digues entourant le dépôt de résidus et le bassin de clarification sera modifié à 1:3 et de l'herbe sera semée sur les talus. [63, Base metals group, 2002] A Aznalcollar, après l'accident, le programme d'urgence a évolué vers un déclassement complet de la digue rompue et de la totalité du bassin. Cela impliquait, entre autres : • • détournement du cours d'eau voisin construction d'un mur parafouille imperméable contre les infiltrations autour des faces nord et est de la digue • installation d'une barrière hydraulique comprenant un système de rétropompage à l'intérieur du mur parafouille • coupure et modification de la pente de la digue à 3:1 et couverture de celle-ci • remodelage de la surface des résidus pour limiter les infiltrations et contrôler les eaux de ruissellement de surface • aménagement d'une couverture végétale composite sur la surface remodelée des résidus. A partir des résidus, cette couverture est constituée d'une couche géotextile, de 50 cm de stériles, d'une couche de colmatage de 10 cm, de 50 cm d'argile compactée, d'une couche de protection de 50 cm et de végétation. [68, Eriksson, 2000] Le plan de déclassement du bassin de résidus de Boliden est décrit à la section 3.1.6.3.4. A Garpenberg, d'après les résultats de modélisation hydrogéologique, la partie haute du bassin de résidus de Ryllshyttan sera presque totalement saturée d'eau souterraine. Des zones limitées le long des digues ouest et sud auront une couche arable en partie non saturée. D'après le plan de déclassement, le bassin de résidus sera recouvert de végétation. En référence à beaucoup d'autres sites, il est probable qu'un ensemencement direct de la surface des résidus avec l'adjonction de nutriments constituera une solution économique et réaliste. En cas de problème, des mesures destinées à renforcer la végétation seront prises, comme l'application d'une couverture organique ou similaire. Les zones qui restent non saturées le long des digues seront recouvertes en cas d'acidification. Les digues, susceptibles de contenir des matériaux acidifiants, seront recouvertes d'une couverture artificielle de 1,1 m d'épaisseur contenant une couche de 0,4 m d'argile compactée comme agent d'étanchéité. La pente des digues sera modifiée à 1:2,5 à 1:3.0 avant que celles-ci ne soient recouvertes et reverdies. La partie basse du bassin de résidus (la partie actuellement en activité) est située de telle manière qu'elle permet de garantir un bilan hydrique positif, de sorte qu'elle restera immergée. Pendant plusieurs années, des contacts ont été entretenus avec une usine à papier voisine, à propos d'une utilisation éventuelle de leurs déchets organiques à des fins de remise en état. Ces contacts ont abouti à un programme d'essai qui a été lancé après la 172 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 construction de la partie haute du bassin, en 2000. Cette fabrique de papier produit une boue organique et un produit à base de cendres volantes, combinaison dont les propriétés rendraient le matériau apte à servir de couverture. La réserve de ce matériau est suffisante pour recouvrir la totalité de la surface du bassin dans les 5 à dix prochaines années, et pourrait constituer une solution technique robuste et écologique. [64, Base metals group, 2002] Un plan préliminaire de fermeture et entretien après fermeture a été élaboré à Hitura, plan qui n'a pas encore été approuvé par les autorités [62, Himmi, 2002]. A Lisheen, des plans de fermeture ont été élaborés dans le cadre des procédures initiales de délivrance des autorisations, et seront révisés tous les ans. Cinq années de soins actifs et dix années de soins passifs seront probablement nécessaires. Pour l'IGR, une immersion définitive, en raison du potentiel acidifiant des résidus, serait la meilleure solution. La protection des digues contre l'érosion sera assurée par la végétation et, si nécessaire, par une couverture rocheuse [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995]. Un financement de fermeture d'environ 14 millions d'euros (y compris entretien perpétuel après fermeture) a été mis en place avec les autorités depuis le début de la construction (c'est-à-dire 11 millions de livres irlandaises). [41, Stokes, 2002] A Pyhäsalmi, le plan de fermeture du premier bassin de résidus rempli (bassin A) a été finalisé et présenté aux autorités environnementales, mais il n'est pas encore officiellement approuvé. Les coûts de fermeture sont estimés à environ 1 million d'euros pour ce bassin. Aucun plan détaillé n'existe pour les autres bassins, mais le coût total de fermeture et d'entretien après fermeture pour les résidus de Pyhäsalmi est estimé à 5,4 millions d'euros. Ce coût est révisé tous les ans. Les 5,4 millions d'euros nécessaires à la fermeture ont été réservés, dans le compte de résultat de l'entreprise, pour couvrir les coûts de fermeture et d'entretien après fermeture. Les fonds n'ont toutefois pas été déposés. Par conséquent, il n'existe aucun mécanisme d'assurance si l'entreprise connaît des difficultés économiques. La production est programmée pour durer encore 15 ans. Il sera donc possible de recueillir des données sur le comportement à long terme des matériaux et des digues du bassin A. Ces données serviront à planifier la fermeture future des autres digues. Le mode de surveillance future de la zone de gestion des résidus, autrement dit, après la fermeture, n'a pas encore été déterminé. Le principal objectif des travaux d'entretien après fermeture sera d'empêcher la formation de DA par les résidus (de 5 à 10 % de soufre) et d'éviter de devoir capter et traiter indéfiniment les eaux de drainage. Au niveau du bassin A, les résidus seront recouverts de 80 cm de terre. La couche inférieure sera constituée de limon et d'argile (d'environ 30 cm d'épaisseur) et la couche supérieure, de moraine. L'épaisseur de la couverture a été décidée en fonction de critères de conception propres au site et des matériaux disponibles à l'échelle locale. D'autres matériaux de couverture avaient également été envisagés, par exemple de la tourbe, du sable, etc., mais le choix final s'est fait sur la base de motifs économiques et techniques, là encore avec une prise en compte de la disponibilité des matériaux à l'échelle locale. La partie centrale du bassin A restera immergée. Il faut construire un système de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 173 Chapter 3 contrôle du niveau de la surface de l'eau, qui comportera une tour de décantation et une buse. Enfin, la surface de la zone traitée sera recouverte d'une végétation adaptée. [62, Himmi, 2002] Grâce aux réserves de minerai existantes et indiquées, on estime que la mine de Zinkgruvan pourrait avoir une durée d'exploitation d'encore au moins 15 ans. Les plans de réhabilitation des zones concernées par l'exploitation minière sont conçus en fonction de l'état actuel de la technique de réhabilitation. La technologie et les exigences émises par les autorités évoluant en permanence, ce plan de fermeture peut être considéré comme un modèle, développé à partir des exigences et des normes d'aujourd'hui. La réhabilitation de la zone de résidus précédente a commencé en 1982, avec la construction d'un parcours de golf de 18 trous et a été finalisée en 1991, avec l'aménagement d'une marina, d'une plage et d'habitations au centre de la zone. Un programme de surveillance des eaux réceptrices de l'eau provenant de la zone du terrain de golf est en cours. Jusqu'à ce que les installations actuellement en service aient été déclassées, le plan de fermeture sera révisé au moins tous les cinq ans. Il est prévu que la retenue de résidus actuelle sera asséchée et recouverte. Une fois que la zone aura été restaurée et réhabilitée, les terrains seront rendus à leurs propriétaires originels. A ce stade, ils pourront être utilisés aux mêmes fins qu'avant la mine, par exemple pour de l'exploitation forestière. Le calendrier prévisionnel des travaux de réhabilitation dépend de la durée d'exploitation de la mine et par conséquent, les travaux ne commenceront pas avant la fin de l'exploitation de la mine, aujourd'hui estimée aux alentours de 2025. Selon le mode d'extension qui aura été choisi pour la zone de retenue des résidus, dont on estime actuellement qu'elle atteindra les volumes autorisés autour de 2007, il sera peut-être nécessaire de réhabiliter la retenue de résidus actuelle plus tôt. Si les autorités exigent la construction d'un nouveau bassin de résidus, alors la réhabilitation des installations existantes aura lieu. Lors de la demande d'une nouvelle autorisation, l'extension du bassin actuel de résidus est la première solution. Cette exploitation est capable au plan technique, en surélevant la digue, de gérer des quantités de résidus correspondant à 25 années supplémentaires de production de minerai. L'élévation de la digue à une hauteur correspondant à la durée de vie de la mine implique qu'aucune mesure de réhabilitation ne sera prise avant la fermeture de la mine. Une exception à cette règle concerne les parois aval des digues, qui peuvent être réhabilitées avant la restauration définitive. Une couverture "humide" du bassin existant est impossible car la zone de captage est trop restreinte pour garantir une surface d'eau permanente pour couvrir cette zone. Il faut donc prévoir une couverture "sèche" afin de limiter les infiltrations et diffusions et empêcher l'eau et l'oxygène d'atteindre les résidus. Une fois que le bassin aura été asséché, les digues ne subiront plus la pression de l'eau. Les parois des digues pourront au contraire être classées comme des formations de terre stables soumises à la pression de la nappe phréatique. A ce stade, les digues ne pourront plus être inondées et ne subiront pas d'érosion interne, deux facteurs qui sont normalement à l'origine de la plupart des ruptures de digues. En période de crue, il est toutefois important d'empêcher l'eau de pénétrer dans le bassin. 174 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Des mesures seront prises pour assurer la stabilité physique et chimique des digues et des résidus gérés dans le bassin. Pour assurer la stabilité à long terme et l'accès aux engins lourds, il est possible d'aplanir la pente des digues, en la faisant passer de la valeur actuelle de 1:1,5 à 1:2,5 ou 1:3. La plus grande partie des matériaux nécessaires à l'aplanissement des talus seront mis en place simultanément à l'élévation continue des digues. Les talus et la surface du bassin seront végétalisés pour résister à l'érosion et pour s'intégrer harmonieusement au paysage. La réhabilitation définitive du bassin de résidus peut se résumer ainsi : • • • • • • • creusement de fossés de dérivation le long des talus naturels avoisinants, sur environ 2000 m assèchement et consolidation du bassin contourage de la surface du bassin aplanissement des pentes aval de la digue mise en place d'une couverture anti-poussière mise en place de la couverture définitive reverdissement de la couverture. Le tableau ci-après présente la structure de couverture prévue. Cette proposition s'appuie sur les recommandations des autorités, sur les pratiques au plan international et sur l'expérience tirée d'autres projets de réhabilitation dans des paysages similaires. La conception de la couverture est susceptible d'évoluer dans le temps, la fermeture étant prévue dans un lointain avenir. La proposition ci-après a été choisie dans le but de remplir sa fonction avec une bonne marge. L'hypothèse est qu'on utilisera les matériaux suivants pour former une couverture, du haut vers le bas : 0.2 m Terre végétale 0,5 m Couverture de protection en moraine 0,2 m Couche de drainage en moraine 0,2 m Couverture étanche de faible perméabilité 0,2 m Couche anti-poussière de débris de roche ou de sable et de gravier - Résidus Tableau 3.25 : Structure d'une couverture à l'IGR de Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] La surface de l'eau du bassin de clarification sera abaissée à un niveau qui peut être maintenu par les précipitations naturelles dans la zone de captage. A ce niveau, des zones limitées comportant des résidus seront exposées, principalement dans la partie haute (sud) du bassin. Dans ces zones, il suffira sans doute d'utiliser une couverture d'un type plus simple que celle utilisée au niveau du bassin de résidus. Cette couverture simplifiée serait constituée de 0,2 m de terre végétale et d'encore 0,2 m de moraine. [66, Base metals group, 2002] 3.1.2.4 Gestion des stériles ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 175 Chapter 3 Dans tous les sites où le minerai est extrait sous terre, les quantités relativement faibles de stériles engendrées par les travaux préparatoires restent sous terre. 3.1.2.4.1 Caractéristiques des stériles Les stériles d'Aitik ont fait l'objet d'analyses approfondies, notamment une caractérisation des matériaux, une modélisation du transport en grandeur réelle, des essais de traçage hydrogéologique, une étude minéralogique et géologique. La série d'essais réalisés comporte, entre autres : • • • • • • une analyse de la roche totale des recherches minéralogiques un bilan acido-basique (ABA) des essais cinétiques de type batch, colonne, cellule humide, et essais d'altération en colonne à grande échelle des essais de traçage pour déterminer les trajets d'écoulement de l'eau dans les stériles la détermination de superficies effectives. La caractérisation sur le terrain comprend : • • • • • • des mesures in situ de la concentration en oxygène en fonction de la profondeur dans les terrils les profils de température dans les terrils des essais de traçage en grandeur réelle la détermination du coefficient de diffusion effectif des mesures de débit et de qualité de l'eau des bilans hydriques. Tout ce travail de caractérisation a été utilisé pour différents exercices scientifiques et dans la planification de la gestion des stériles du site d'Aitik. Les activités comprenaient, par exemple, la modélisation prédictive de l'évolution de la qualité de l'eau au fil du temps, la modélisation de l'équilibre et de la cinétique de la composition des eaux interstitielles et de drainage, des calculs de bilan massique, des modélisations hydrogéologiques et de transport couplées. Grâce à l'ampleur des essais réalisés, il a même été possible d'utiliser les données d'Aitik pour tenter de résoudre l'un des plus grands problèmes scientifiques dans ce domaine, en l'occurrence la dépendance entre les essais en laboratoire et les conditions réelles sur le terrain. Ces résultats permettent de conclure qu'à Aitik, deux types de stériles sont produits : environ 65 % qui n'engendreront aucun DA et 35 % qui produiront potentiellement un DA. La fraction qui produira effectivement un DA est très faible, mais il est impossible de la séparer de la roche susceptible d'engendrer un DA. Sur la base de ces résultats, il a été décidé de tenter de déposer séparément les stériles ne produisant aucun DA, et de réduire ainsi la surface sur laquelle sont déposés les stériles engendrant un DA. Depuis 1999, la mine d'Aitik mine utilise une nouvelle halde à stériles pour le dépôt sélectif de stériles exempts de sulfures. Cette halde est appelée "halde à stériles écologique". Les résultats ont également servi à l'élaboration d'un plan de déclassement adapté concernant les haldes à stériles. 176 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Ces stériles écologiques sont fréquemment testés, et doivent avoir une teneur en soufre inférieure à 0,1 % et une teneur en cuivre inférieure à 0,03 % avec un rapport PN/PA supérieur à 3 pour que leur utilisation en dehors de la zone minière soit acceptée et pour pouvoir être déposés sur la "halde à stériles écologique". Des essais effectués dans différents laboratoires ont montré que la qualité de ces stériles permettait d'utiliser ceuxci comme ballast pour les routes et les voies ferrées ainsi que pour l'asphalte. [63, Base metals group, 2002] Dans la région de Boliden (cinq mines en activité), la gestion des stériles repose sur une caractérisation détaillée de ces derniers, principalement axée sur leurs caractéristiques d'altération. Les stériles produisant un DA sont utilisés de préférence directement comme remblais. Pour les mines à ciel ouvert, les stériles engendrant un DA sont déposés séparément et dans la mine de Maurliden, ils sont mis provisoirement en terrils et serviront au remblayage de la mine à ciel ouvert épuisée lors de sa fermeture, ils seront alors définitivement immergés. [65, Base metals group, 2002] Les stériles de Mina Reocín sont principalement dolomitiques (calcaires). Au stade initial de l'exploitation minière à ciel ouvert, de l'argile (marne) et de la terre végétale ont également été produites et stockées séparément pour une utilisation future lors de la phase de déclassement. [54, IGME, 2002] A Zinkgruvan, la composition minéralogique des stériles est indiquée au tableau ciaprès (sur la base d'analyses au microscope). Ces stériles sont principalement constitués de quartz et de feldspath (>70 %) et peuvent contenir des traces de minéraux sulfurés. Le rapport des carbonates au soufre étant supérieur à 10, les stériles ont une forte capacité neutralisante et ne produiront donc aucun DA. Les stériles font régulièrement l'objet de prélèvements et d'analyses destinés à déterminer leur teneur en zinc et en plomb, laquelle s'est révélée, sur un grand nombre d'échantillons être respectivement de 0,3 % et de 0,2 %. La masse volumique des stériles concassés est de 1,75 t/m3, tandis que la masse volumique compacte de la roche varie entre 2,6 et 2,7 t/m3. [66, Base metals group, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 177 Chapter 3 Minéral Quartz Plagioclase Microcline Biotite Muscovite Hornblende Diopside Grenat Pourcentage de la fraction 32,8 1,0 27,3 4,3 1,6 11,7 9,9 4,2 Minéral Epidote Zoïzite Calcite Titanite Zircon Apatite Autre Total : Pourcentage de la fraction 0,4 3,1 2,5 0,3 0,3 0,1 0,5 100 % Tableau 3.26 : Minéralogie des stériles à Zinkgruvan [66, Base metals group, 2002] 3.1.2.4.2 Méthodes de gestion appliquées Les dépôts de stériles d'Aitik sont situés à l'est et à l'ouest de la mine et couvrent une superficie d'environ 400 ha. En 2001, 26 millions de tonnes de stériles ont été extraites de la mine, dont 67 % ont été déposés séparément en raison de leur faible teneur en soufre et en métaux. La politique actuelle consiste à éviter d'agrandir la zone de terrils contenant des stériles sulfurés. En 1999, une nouvelle halde à stériles a été ouverte. Cette halde est destinée exclusivement aux stériles non sulfurés, pour permettre des procédures de déclassement moins poussées selon l'autorisation. En outre, la qualité de la roche offre des possibilités pour utiliser celle-ci comme matériau de construction. La gestion sélective des stériles a été identifiée comme source potentielle de revenus et d'économie sur les coûts si les matériaux faiblement soufrés pouvaient être isolés. La roche mère issue du toit de la formation a une teneur en sulfures moins élevée et convient donc mieux à une gestion sélective que la roche issue d'autres parties de la région minière. Le matériau est constitué d'un gneiss à amphibole et biotite, parcouru de filons de pegmatite. Ce gneiss à amphibole et biotite se caractérise par un degré variable de rubanage de l'amphibole, avec une matrice d'amphibole, de biotite, de quartz et dans une moindre mesure, de plagioclase. Les pegmatites contiennent principalement du feldspath et du quartz. La faille de poussée forme un contact net entre le toit et la zone à minerai, ce contact est donc facile à suivre. Il est connu que le toit est dépourvu de cuivre, et une cartographie antérieure des trous de forage au diamant ne montre aucun changement dans la roche mère. Les analyses effectuées montrent une faible teneur en cuivre et en soufre. Une nouvelle procédure d'essai destinée à assurer la qualité des stériles a été mise au point. Elle comportait des analyses chimiques, un bilan acido-basique (analyse ABA) et des essais de type cellule humide sur des carottes prélevées sur les futurs stériles. Ces travaux ont donné lieu à des recherches plus poussées. Des échantillons de déblais issus des forages de production ont été recueillis et analysés pour plusieurs tirs différents, avec des résultats positifs. Aujourd'hui, on procède à des essais systématiques sur ce type de roche mère à chaque tir, en vue de classer rapidement les matériaux destinés à être déposés sur la nouvelle halde à stériles. Ces matériaux sont en principe du gneiss à amphibole et biotite et ou de la pegmatite. Les teneurs en cuivre, en soufre et l'essai 178 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 acido-basique ne doivent pas dépasser les valeurs recommandées. Tous les résultats sont enregistrés dans des bases de données. Dans le dernier plan de dépôt des stériles, qui date de 1999, les conditions de gestion sélective des différentes fractions de stériles sont régulées. Les critères de dépôt sélectif de stériles exempts de sulfure sont une teneur en soufre inférieure à 0,1 %, une teneur en cuivre inférieure à 0,03 % et un rapport PN/PA supérieur à 3. Des analyses sont réalisées sur des échantillons cumulés provenant d'au moins huit trous de forage, ce qui représente 150 000 t de stériles. Pour assurer la qualité des stériles, il faut exclure ceux qui se trouvent à moins de 30 m de la zone du minerai. La méthode de déclassement consiste à recouvrir la halde à stériles dépourvue de sulfures avec 0,3 m de till et/ou d'un autre matériau faisant office de couche végétale. Le déclassement se fait progressivement, et l'apparition de végétation commence dans les deux ans qui suivent le dépôt de chaque terrasse. Les eaux de ruissellement de surface et les eaux de drainage des fossés de captage sont captées et réutilisées comme eau de traitement dans l'usine de traitement du minerai. Les fossés de captage qui reçoivent les effluents des anciennes sections des haldes à stériles reçoivent actuellement des eaux de drainage à forte teneur en métaux et à faible pH. La qualité des eaux des fossés de dérivation est fortement influencée par la géologie locale quaternaire, avec des teneurs en sulfures élevées dans le till. Les recherches hydrogéologiques ont montré que les haldes n'étaient pas reliées hydrauliquement à la fosse. Toute la zone sur laquelle se trouvent les haldes est recouverte d'une couche de 10 m de till glaciaire imperméable qui surmonte la roche mère. La quasi-totalité de l'eau infiltrée sort au pied de la halde et est facilement recueillie dans des fossés. Un drainage acide ayant une teneur élevée en cuivre a été observé dans les années 1970. D'après des enquêtes détaillées menées en 1992 - 1993 sur le terrain, la quantité totale de cuivre sortant des haldes a été estimée à 80 tonnes, dont 55 tonnes provenaient de l'ancien terril de minerai marginal. La quantité totale correspondante de sulfates était de 4 000 tonnes annuelles. Ces dernières années, la plus grosse partie du minerai marginal a été retraitée et l'influence de cette opération sur la charge de pollution est en cours d'évaluation. Un élément critique du plan de déclassement était l'élaboration de mesures visant à résoudre le problème du DA. Une couverture artificielle a été identifiée comme seul moyen réaliste pour gérer les haldes à stériles et entre 1993 et 1996, un projet a été entrepris, utilisant des outils de modélisation pour concevoir une couverture permettant de réduire le flux d'eau et d'oxygène dans les stériles. L'objectif était de parvenir à réduire de 99 % le flux d'oxygène dans la halde. Les propriétés hydrauliques des matériaux de couverture potentiels ont été mesurées, et plusieurs modèles de couverture comportant des couches de moraine et de sable de résidus ont été étudiés. A l'issue du programme de modélisation, un modèle de couverture a été sélectionné pour les haldes à stériles. Des analyses physiques du till glaciaire de la région, c'est-à-dire des terrils et des morts-terrains qui avaient été supprimés ou qui le seraient à l'avenir, ont indiqué que ces matériaux convenaient à la fabrication d'une couverture pouvant servir de barrière contre la diffusion de gaz d'une qualité suffisante. Plusieurs solutions de couverture ont été évaluées. Les résultats indiquaient qu'une couche de 1 m de moraine compactée, d'une conductivité hydraulique de 1,5 x 10-7 m/s permettrait de limiter le transport d'oxygène dans la halde à 1,2 x 10-9 kg O2/m2s - soit ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 179 Chapter 3 moins de 1 % du cas de référence sans la couverture. A partir de ce résultat, on a estimé, sur la base d'essais d'altération, que la réduction de la charge de pollution au cuivre serait du même ordre de grandeur, entraînant une libération de cuivre inférieure à 1 000 kg/an. La neige limite la pénétration du gel. Selon une estimation de l'influence du gel susceptible de nuire aux performances à long terme de la couverture, le gel pénétrerait dans la couverture sur une épaisseur de 0,7 m. La pénétration du gel dépend en grande partie de la profondeur du manteau neigeux, considérable à Aitik pendant l'hiver. Pour consolider l'établissement de végétation et mieux assurer la résistance de la structure à la pénétration du gel, on a conclu qu'il fallait appliquer une couche supérieure supplémentaire de 0,3 m de till non compacté. La figure ci-après illustre la halde à stériles déclassée et la couverture proposée. Figure 3.24 : Structure de la couverture de la halde à stériles et illustration de la halde à stériles déclassée du site d'Aitik [63, Base metals group, 2002] L'autorisation de 1997 a permis à Aitik de commencer en 1997 la mise en place de la couverture, avec une superficie de 14 hectares à l'est de la halde à stériles. Cette couverture se composait de 1 m de moraine, répartie en deux couches de 0,5 m compactées individuellement, et de terre végétale sur 0,2 à 0,3 m. Selon l'autorisation, la conductivité hydraulique maximum était de 2 x 10-7 m/s et le taux de compactage était de 93 % proctor. La surface a enfin été ensemencée avec de l'herbe à l'automne de cette même année. Afin de détourner les eaux de ruissellement de surface, des canaux ont été aménagés le long des gradins et des talus, avec du géotextile et du till. On s'est vite rendu compte qu'il fallait mettre au point une autre solution pour les eaux de surface, car l'érosion provoquée par les eaux de la fonte des neiges avait gravement endommagé la couverture. La solution dans l'immédiat consistait à remplacer la couverture par du till neuf et de nouveaux stériles résistant à l'érosion, mais pour les étapes futures de la couverture, il fallait concevoir des solutions de gestion de l'eau qui ne mettent pas en danger l'intégrité de la couverture. 180 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 La mise en place de la couverture sur les talus, en revanche, ne posait aucun problème. La pente de 1:3 est suffisamment faible pour permettre de faire fonctionner normalement des engins de construction classiques. Dans les prochaines années, d'autres sections des haldes à stériles vont être recouvertes afin de limiter l'exposition des stériles aux conditions d'oxydation et de limiter la manutention des matériaux et les coûts. Par conséquent, pour de futures extensions de la mine, la mise en place d'une couverture sera synchronisée avec l'enlèvement des mortsterrains. Depuis 1999, la mine d'Aitik utilise une nouvelle halde à stériles pour le dépôt sélectif des stériles exempts de sulfures. Cette halde a reçu, à ce jour, 40 millions de tonnes de stériles. Elle est soumise à de fréquentes analyses destinées à vérifier que les valeurs autorisées, soit une teneur en soufre inférieure à 0,1 % et une teneur en cuivre inférieure à 0,03 % avec un rapport PN/PA supérieur à 3, sont respectées. Des analyses réalisées par différents laboratoires sur la qualité des copeaux, la fragilité, la broyabilité en broyeurs à boulets et la densité particulaire ont montré, en outre, que la qualité des stériles était suffisante pour que ces derniers puissent être utilisés comme ballast pour les routes et les voies ferrées ainsi que pour l'asphalte. [63, Base metals group, 2002] Dans les mines souterraines de Boliden, de grandes quantités de stériles sont transférées directement vers des zones épuisées au sein de la mine. Seuls les stériles qui ne sont pas utilisés comme remblais sont amenés à la surface. Dans les exploitations à ciel ouvert, la totalité des stériles doit être amenée en surface et déposée. A la fermeture, une partie des stériles, notamment les roches fortement acidifiantes, peuvent servir de remblais dans la fosse épuisée. Au cours de l'année 2001, les quantités de stériles suivantes ont été utilisées comme remblais ou déposées dans la région minière de Boliden. Mine Renström Petiknäs Kristineberg Maurliden Åkerberg Stériles utilisés comme remblai (kt) 82,1 103,4 127,6 24,3 Stériles déposés (kt) -104,0 -15,7 4,6 875,7 -21,0 Tableau 3.27 : Quantités de stériles utilisées comme remblais ou déposées dans la région de Boliden Les stériles provenant des terrils de Petiknäs et Åkerberg ont été utilisés comme remblais (d'où les valeurs négatives). Les haldes à stériles de la mine de Renström ont considérablement diminué, les matériaux des haldes étant utilisés pour la construction d'une voie publique régionale. De façon générale, on peut en conclure que les quantités de stériles gérées sont relativement limitées, à l'exception de la mine à ciel ouvert de Maurliden. La gestion des stériles repose sur une caractérisation détaillée de ces derniers, principalement axée sur leurs caractéristiques d'altération. Les stériles produisant un DA sont utilisés de préférence directement comme remblais. Pour les mines à ciel ouvert, les stériles engendrant un DA sont déposés séparément et dans la mine de Maurliden, ils sont mis provisoirement en terrils et serviront au remblayage de la mine à ciel ouvert ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 181 Chapter 3 épuisée lors de sa fermeture, ils seront alors définitivement immergés. Tous les dépôts de stériles sont entourés de fossés de dérivation et de fossés de captage des eaux de drainage. Si nécessaire, les eaux de drainage peuvent être traitées avant leur évacuation. La terre végétale et la moraine sont déposées séparément pour une utilisation future lors du déclassement du site. [65, Base metals group, 2002] Les mines de Lubin, de Polkowice-Sieroszowice et de Rudna situées dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow produisent deux types de stériles. Le premier type de stériles est produit pendant les travaux de préparation des mines souterraines. Du fait de la forme différente du gisement au niveau de chaque mine, le volume des stériles est variable. Sur une base annuelle, la mine de Lubin produit environ 450 000 t et la mine de Rudna produit environ 600 000 t. La mine de Polkowice-Sieroszowice en produit dix fois plus (6 000 000 t.), car elle a le gisement le plus mince (de 0,4 à 3,5 m) et en de nombreux endroits, il faut extraire les stériles et le minerai en même temps et les séparer sur place. Tous les stériles sont utilisés comme remblais solides dans les chantiers épuisés ou servent à la construction de routes souterraines. L'autre flux de stériles qui arrive périodiquement provient de la construction des puits (en 2001, par exemple, 61 500 t de stériles ont été extraits pour la construction d'un puits à la mine de Rudna). Ces matériaux sont stockés sur des terrils qui sont remodelés et réhabilités. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] A Mina Reocín, les stériles sont déposés dans une partie épuisée de la fosse à ciel ouvert. Les anciennes haldes à stériles engendrées par la phase initiale de l'exploitation à ciel ouvert sont recouvertes de terre et reverdies. La réhabilitation est effectuée à l'aide d'argile (marne) et de terre végétale stockées séparément à cet effet [63, Base metals group, 2002]. A Zinkgruvan, environ 0,2 millions de tonnes de stériles sont produites annuellement lors des travaux de préparation. A la fin de la vie de la mine, il sera possible de produire du minerai pendant quelques années sans produire de stériles. Les stériles sont utilisés pour la construction de la digue de retenue, pour le remblayage de la mine et sont également commercialisés à l'extérieur de celle-ci. Environ 0,5 millions de tonnes de stériles sont gérées à la surface à proximité de l'ancienne fosse à ciel ouvert, comme barrière anti-bruit autour de la partie est de la zone industrielle. L'excédent de stériles est entreposé dans des haldes gérées par un entrepreneur externe qui concasse les matériaux et les vend à des tiers. De 1996 à 2000, 58 % des stériles ont été vendus. [66, Base metals group, 2002] 3.1.2.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.1.2.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs Consommation d'eau Le tableau ci-après indique les consommations d'eau et les pourcentages de réutilisation de l'eau de traitement des sites de production de métaux communs. Site 182 Minerai traité Consommation d'eau (m3/tonne) Pourcentage réutilisé dans July 2004 dont pourcentage dont pourcentage ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 (tonnes/an) Aitik Almagrera Boliden area Garpenberg Hitura Mina Reocín Neves Corvo Pyhäsalmi Zinkgruvan 17700000 1000000 1450000 984000 518331 1100000 1750 1250000 850000 1,8 3,2 3,2 2,9 6,2 2,0 0,8 5,3 2,7 l'usine de traitement du minerai 100 0 0 68 100 100 75 0 63 provenant de provenant de l'IGR la mine 100 0 0 100* 90 0 100 0 73 0 0 0 0* 10 100 0 27 *: eau d'exhaure initialement pompée vers l'IGR Tableau 3.28 : Consommation d'eau et réutilisation de l'eau dans les sites de production de métaux communs On notera que dans les mines de Pyhäsalmi et Boliden, l'eau est en partie réutilisée dans l'usine de traitement du minerai. L'usine de traitement du minerai d'Aitik utilise 100% de l'eau recyclée issue du bassin de résidus. En temps normal, la totalité des besoins en eau, soit 31,5 Mm3/an, sont assurés par de l'eau réutilisée provenant du bassin de résidus. Environ 1,8 m3 d'eau par tonne de minerai est utilisée dans l'usine de traitement. En période de fonte des neiges, l'eau excédentaire est généralement renvoyée du bassin de clarification vers le récepteur. L'eau libérée est de bonne qualité et ne nécessite aucun traitement (voir Section 3.1.2.5.3). [63, Base metals group, 2002] L'eau d'exhaure de la mine de Garpenberg est pompée vers l'usine de traitement du minerai et utilisée comme eau de traitement avant d'être pompée avec les résidus vers le système de bassin de résidus, où le traitement de l'eau se fait par interaction avec les nouvelles surfaces minérales qui absorbent efficacement tous les métaux dissous. A Garpenberg Norra, l'eau d'exhaure est envoyée vers le récepteur après clarification. A l'usine de traitement du minerai de Garpenberg, la consommation d'eau utilisée et/ou réutilisée s'élevait à 1,95 Mm3 pendant l'année 2001 et la consommation d'eau douce pendant cette même période était de 0,93 Mm3. L'eau évacuée par le bassin de résidus se montait à 4,55 Mm3. Sur ce volume, environ la moitié était recyclée vers l'usine de traitement du minerai et réutilisée comme eau de traitement. L'autre moitié était évacuée vers un lac. [64, Base metals group, 2002] A Hitura, l'eau clarifiée provenant de l'IGR est recyclée dans le procédé. La quantité de cette eau correspond à la quasi-totalité du volume total d'eau utilisé dans le procédé. Ce système ne permet pas de réaliser d'économie significative sur les réactifs, car les produits chimiques de flottation tels que le xanthate et les agents moussants se décomposent dans la zone des résidus, et les résidus consomment l'acide sulfurique. Le bilan hydrique est présenté sur la figure ci-dessous. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 183 Chapter 3 Figure 0.1: Bilan hydrique à Hitura [62, Himmi, 2002] On peut voir que selon les précipitations, la quantité d'eau du bassin de résidus qui est utilisée et/ou réutilisée dans l'usine de traitement du minerai varie entre 88 et 100 % (de 0 à 0,4 Mm3 allant dans la rivière). Les mines du bassin cuprifère de Legnica-Glogow pompent au total environ 70 000 m3 par jour d'eau d'exhaure. La teneur en chlorure de cette eau varie de 0,5 à 127 g/l et la teneur en sulfates est d'environ 2 g/l. Toutefois, la quantité réelle d'eau pompée vers la surface est plus élevée, et sa salinité est moindre en raison des flux d'eau complémentaires provenant du remblayage et forage avec recirculation. Toutes ces eaux réunies sont utilisées dans l'usine de traitement du minerai. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] A Lisheen, l'eau de traitement est réutilisée et complétée par de l'eau récupérée de l'IGR [73, Ivernia West, ]. A Pyhäsalmi, il n'y a pas de réutilisation de l'eau de traitement issue de la zone de l'IGR dans le procédé. En effet, le gypse (CaSO4) présent dans l'eau engendre des problèmes de blocage dans les tuyaux. Il n'y a qu'une réutilisation interne de l'eau dans le procédé, où l'eau provenant de l'épaississeur dans la flottation de la pyrite est renvoyée dans le circuit de broyage pour économiser de l'acide sulfurique dans la flottation de la pyrite et économiser de la chaux dans la flottation du cuivre. Cette quantité d'eau correspond à 10 % de la quantité totale nécessaire à l'usine de traitement du minerai. L'eau douce est pompée depuis un lac. Le bilan hydrique pour 2001 est présenté sur la figure ci-dessous. 184 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.26 : Bilan hydrique à Pyhäsalmi pour l'année 2001 [62, Himmi, 2002] A Zinkgruvan, la consommation d'eau dans l'usine de traitement du minerai est d'environ 2,7 m3/tonne soit 2,4 Mm3/an au total. Les besoins en eau sont assurés par la réserve d'eau fraîche des lacs voisins et par le recyclage de l'eau en provenance du bassin de résidus (pour partie de l'eau de traitement et pour partie de l'eau d'exhaure). L'eau est consommée principalement par le traitement lui-même, par le remblai sous forme pâteuse, et pour le refroidissement. Le bilan hydrique complet est illustré sur la figure suivante. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 185 Chapter 3 Figure 3.27 : Bilan hydrique des exploitations de Zinkgruvan montrant les débits moyens annuels et le débit maximum pendant l'exploitation [66, Base metals group, 2002] Consommation de réactifs Le tableau ci-après recense les différents réactifs utilisés dans les usines de traitement du minerai pour la production de métaux communs. On notera que le cyanure peut être utilisé de deux façons, soit comme dépresseur pour la sphalérite, la pyrite et certains sulfures de cuivre, soit comme lixiviant pour l'or. 186 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Aitik Almagrera Mina Reocín Boliden Site Garpenberg Hitura Lisheen Pyhäsalmi Zinkgruvan Consommation Consommation Consommation Consommation Consommation Consommation Consommation Consommation Consommation Réactif g/t g/t g/t g/t g/t g/t g/t g/t g/t Groupe : Type : Collecteurs 1791 Xanthates 209 300 135 250 100 - 120 Thionocarbamate 10,9 Moussants 28 Sylvapine 150 50 MIBC 8,8 30 - 40 Dowfroth 0,9 Activateur Sulfate de cuivre 441 433 876 500 Sulfure de sodium Hydrosulfure de sodium Dépresseurs 90 Cyanure de sodium 3102 4 Sulfate de zinc 92 306 234 400 30 - 50 Sulfate de fer 47 Acide acétique 15 Chromate de sodium 30 10 Dithiophosphate 55,1 PH Chaux 408 3448 773 350 43685 9000 Acide sulfurique 7500 56096 120003 300 - 500 Hydroxyde de sodium 30 400 - 600 Acide nitrique 150 Acide chlorhydrique 1 Floculants CMC 100 Autre 13,5 1 Autres Carbonate de sodium 472 "Agents de flottation" 19 Dioxyde de soufre 8694 1. Type de collecteur non renseigné, probablement des xanthates ; 2. Utilisé dans la lixiviation de l'or au cyanure ; 3. sur base de 100 % de H2SO4 4. Pour la destruction du cyanure après cyanuration ; 5. pH et traitement de l'eau ; 6. pH et lixiviation Tableau 3.29 : Consommation de réactifs sur les sites de production de métaux communs ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 187 Chapter 3 Pour remplacer les xanthates comme agents collecteurs, il existe plusieurs marques différentes sur le marché. Ces collecteurs sont du type des diaryldithiophosphates. Passer à ces collecteurs signifie, pour Zinkgruvan, changer de procédé de flottation pour passer à un procédé direct de flottation sélective du plomb/zinc. Le coût total des agents chimiques utilisés dans ce procédé est le double de celui du procédé utilisé à l'heure actuelle. Cela s'explique par le fait qu'on va utiliser une série d'agents chimiques différents, à savoir du sulfate de cuivre, du dioxyde de soufre et de la chaux éteinte [66, Base metals group, 2002]. La séparation du cuivre à Neves Corvo s'opère par flottation. Les collecteurs suivants sont utilisés : • • dithiophosphate, de 80 à 120 g/t, pH 10-11 xanthate amylique de potassium (PAX), de 30 à 40 g/t, pH 11 La séparation de l'étain s'opère par séparation gravimétrique sur des tables à secousses de Holman-Wilfley puis par flottation de la cassitérite. 3.1.2.5.2 Rejets atmosphériques Les rejets atmosphériques du site de Boliden sont abordés dans la section relative aux métaux précieux. Le site d'Aitik fait l'objet d'un programme de surveillance complet des rejets atmosphériques. Au niveau du site, il existe principalement trois sources de rejets atmosphériques : • • • le séchage des concentrés les tirs de mine et les véhicules diesel, et les poussières diffuses provenant de l'ensemble du site, y compris du bassin de résidus. Toutefois, les émissions dues aux tirs de mine, aux véhicules diesel et au séchage des concentrés ne sont pas abordées dans le présent document. Il est à noter, cela dit, que les étuves à séchage sont progressivement remplacées par des filtres. Les immissions de poussière diffuse sont mesurées en huit points de surveillance au niveau du site en tant que particules sédimentées. On analyse les échantillons recueillis pour déterminer la teneur en cuivre et le poids total des particules sédimentées (normalisés vers la surface du collecteur). Les résultats pour les années 1999 à 2001 sont résumés sur le tableau ci-après. [63, Base metals group, 2002] Point de surveillance S1 S7 S8 S9 188 1999 2000 2001 Particules Cu Particules Cu Particules Cu sédimentées sédimentées sédimentées mg/m2mois mg/m2mois mg/m2mois mg/m2mois mg/m2mois mg/m2mois 1210 1,5 1910 2,5 3030 2,6 450 0,4 330 0,3 480 0,4 394420 21,4 55550 19,8 23440 12,7 1100 0,7 720 0,3 2610 1,0 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 S 10 S 11 S 12 S 13 920 690 1820 520 0,9 0,7 0,8 0,3 750 1200 1360 860 0,7 0,8 0,8 0,5 540 480 1000 780 0,5 0,5 0,9 0,4 Tableau 3.30 : Mesures des quantités totales de particules sédimentées et de cuivre à Aitik [63, Base metals group, 2002] A Garpenberg, il existe deux sources principales de rejets atmosphériques : • • la ventilation des mines (SO2, NO2 et CO2). [64, Base metals group, 2002]. le séchage des concentrés et A Hitura, les principales sources de rejets atmosphériques identifiées sont les suivantes : • • les poussières provenant de la zone industrielle, y compris de l'IGR et de l'usine de traitement du minerai les poussières des routes. La zone d'influence est surveillée en plusieurs points de captage. Les poussières de l'IGR sont problématiques en cas de sécheresse et de vent. Des tentatives ont été effectuées pour empêcher la formation de poussière en recouvrant les berges immédiatement après l'élévation avec des matériaux pédologiques et en utilisant du lait de chaux sur les berges. En outre, le niveau de la surface de l'eau dans le bassin de résidus est maintenu aussi haut que possible en été, et la distribution des résidus est organisée de telle sorte que la zone de la plage soit aussi humide que possible. [62, Himmi, 2002] Dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow, il existe trois types de rejets atmosphériques : • • • poussières, métaux lourds, émissions de SO2 et de NO2 des puits de ventilation des mines souterraines poussières, métaux lourds, émissions de SO2 et de CS2 des trois usines de traitement du minerai émissions de poussière de la partie superficielle sèche du bassin de résidus. Pour ce qui est du dernier type d'émissions, c'est la plage qui constitue une source considérable d'émissions de poussière, notamment les jours de vent. Pour limiter cette poussière, un "rideau" d'eau a été installé au sommet de la digue. En outre, pour stabiliser la surface dans les parties qui sont provisoirement sèches, une émulsion d'asphalte est vaporisée à partir d'un hélicoptère. Actuellement, d'autres "rideaux" d'eau sont à l'essai. Ces derniers sont installés à l'intérieur du bassin, sur la plage, à une distance de 150 m, et sont mis en service lorsqu'une section sèche, après enlèvement de la couverture d'asphalte, est utilisée pour la construction d'une digue. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 189 Chapter 3 A proximité du bassin de résidus, un système de surveillance de l'air a été installé. Il se compose de trois stations de mesure en continu, d'une station météorologique et d'une station centrale. Les stations de mesure sont équipées de dispositifs FAG de mesure de la poussière atmosphérique, qui mesurent les particules (totales). On compte en outre une autre station, qui appartient à l'autorité d'inspection locale et qui fonctionne sous son contrôle. Les résultats des immissions totales de particules sont présentés au tableau ci-après. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] 190 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Particules moyennes annuelles (total, µg/m3). Point de mesure (distance de la digue) Rudna (à 1000 m au sud-est) Kalinówka (à 600 m au nord-est) Tarnówek (à 500 m au sud-ouest) Station de l'autorité locale (à 1800 m au sud-est) Année 1998 36,3 33,9 35,7 Année 1999 34,3 29,1 34,0 Année 2000 29,2 28,7 31,3 Année 2001 33,6 30,2 23,9 24,3 18,0 14,8 12,7 Tableau 3.31 : Immissions de poussière depuis le bassin de résidus du bassin cuprifère de LegnicaGlogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] Sont également mesurées les concentrations moyennes annuelles de particules (totales) et la teneur en métaux dans l'air ambiant à proximité immédiate (60-2250 m) du bassin de résidus. Les résultats pour 2001 sont présentés au tableau ci-après. D241 Dam2 1. 2. Particules (total) (μg/m3) Cu (μg/m3) Pb (μg/m3) 1,0 - 70,0 <0,01 - 0,07 0,05 - 0,26 12,7 0,019 0,099 plage des résultats de mesures obtenus sur 24 heures valeur annuelle moyenne Métal Zn (μg/m3) 0,001 - 1,321 0,151 Cd (μg/m3) As (μg/m3) 0,0001 - 0,0226 0,0007 0,0001 - 0,0515 0,0038 Tableau 3.32 : Concentrations moyennes annuelles de particules (totales) et teneur en métaux dans l'air ambiant à proximité immédiate (60-2250 m) du bassin de résidus dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] A Lisheen, les rejets vers l'atmosphère sont surveillés au moyen des mesures suivantes : • source ponctuelle • air ambiant • dépôt de poussière. [41, Stokes, 2002] Les rejets de 2001 sont recensés dans le tableau ci-après. Paramètre Particules Oxydes d'azote Monoxyde de carbone Dioxyde de carbone Unité kg/an kg/an kg/an kg/an Quantité 3375 243266 129546 186713872 Tableau 3.33 : Rejets atmosphériques sur le site de Lisheen [76, Irish EPA, 2001] A Pyhäsalmi, les principales sources de rejets atmosphériques identifiées sont les suivantes : • • poussières et particules de SO2 provenant du concentré en séchage à l'usine de traitement du minerai poussières de l'IGR ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 191 Chapter 3 • • poussières provenant de la zone de chargement des concentrés poussières des routes et de la zone industrielle. Les émissions de poussière sont mesurées en plusieurs points de captage, l'objectif principal étant de surveiller la zone d'influence. Depuis juin 2001, les émissions sont contrôlées en outre grâce à un dispositif automatique qui effectue des mesures en continu. Les émissions de poussière de la zone de gestion des résidus sont problématiques en cas de sécheresse et de vent. Des tentatives ont été effectuées pour les empêcher en vaporisant du lait de chaux sur les berges. [62, Himmi, 2002] 3.1.2.5.3 Rejets aquatiques Le tableau ci-après résume les rejets aquatiques totaux provenant des sites d'exploitation de métaux communs. Site Aitik Paramètre Boliden Garpenberg Hitura Unité LegnicaGlogow Lisheen Pyhäsalmi 2001 2001 2000 22,9 51,4 89,4 2465 8,1 17 28,5 1412 565 0,6 311,9 263 2321 40892 - 6,89 4727 12057 334 47,1 7 309 9141 1464 - Année 2001 2001 2001 2000 Rejet Mm3 6,44 11,10 2,60 0,08 21,1 Ca t/an 26164 SO4 t/an 254 58742 DCO t/an 654 Solides t/an 6,2 0,9 633 Al kg/an 446,0 As kg/an 1,71 156 18 422 Cd kg/an 1 0,8 591 Co kg/an 5,3 Cr kg/an 0,21 25 1160 Cu kg/an 36,0 72 40 1435 Fe kg/an 24 9495 Mn kg/an Hg kg/an 0,1 0,3 6,33 Ni kg/an 5,11) 107 Pb kg/an 0,1 191 52 3376 Zn kg/an 34,6 1070 586 949 N t/an 17,0 6,52 130 CL 176269 1. Métaux dissous, l'échantillon est analysé sur le terrain avant d'être acidifié 2. Année 2000 Tableau 3.34 : Volume total des rejets aquatiques annuels par les sites d'exploitation de métaux communs Le volume total des rejets annuels de Zinkgruvan s'est monté à 1,5 Mm3. Le tableau 3.35 indique les concentrations des rejets émis par les installations de gestion des résidus. 192 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Aitik Paramètre pH Particules en susp. Huile minérale Cuivre (dissous) Cuivre (total) Zinc Plomb Cadmium Arsenic Chrome Mercure Fer Aluminium N total Garpenberg Unité mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l 2001 7,1 2,1 7,3 1,7 0,02 0,004 0,3 0,004 0,009 8 38,5 2,6 2001 10 2,4 0,1 15 218 20 0,37 9 - Site Legnica-Glogow Année 2001 7,9 30 68 45 (total) 160 (total) 28 (total) 20 (total) 55 (total) 0,3 (total) 450 (total) 6,16 (total) Zinkgruvan 2001 7,5 3,1 2,7 220 27,3 0,3 1,9 <1,0 <0,1 5,4 Tableau 3.35 : Concentrations des rejets émis par les sites d'exploitation de métaux communs A Aitik, des prélèvements d'eau sont effectués au point d'évacuation (bassin de clarification) et dans 12 stations de prélèvement des réseaux hydrographiques conformément au programme de surveillance normal. Les échantillons sont soumis à des analyses destinées à déterminer leur teneur en un certain nombre de métaux, leur pH, leur taux d'azote total, leur teneur en huile, en SO4-S, leur conductivité et leur turbidité. Au cours de l'année 2001, l'eau s'est déversée uniquement du bassin de clarification dans la rivière Leipojoki. Aucune évacuation n'a eu lieu depuis le bassin de recyclage ou le canal de recyclage [63, Base metals group, 2002]. Les rejets aquatiques du bassin de résidus de Boliden sont détaillés dans la section relative aux métaux précieux. Garpenberg applique un vaste programme de surveillance des eaux de surface ainsi que des prélèvements et des contrôles des récepteurs, qui se déroule dans le cadre d'un programme intégré pour la zone de captage (principal cours d'eau de la région). Ce programme comporte des analyses des échantillons d'eau, des études sur les ressources halieutiques, des études sur les sédiments et sur la faune de fond. Les rejets du bassin de résidus sont prélevés toutes les deux heures par un dispositif de prélèvement automatique et un échantillon composite est produit tous les mois. Une qualité de l'eau suffisante pour le traitement et pour l'évacuation est obtenue dans le système bassin de résidus/bassin de clarification. Les principaux contaminants sont le zinc et l'azote contenus principalement dans les eaux d'exhaure. Les eaux d'exhaure contiennent environ 4,5 mg/l de zinc et jusqu'à 50 mg/l de l'azote total. De très fortes diminutions des rejets de zinc dans l'environnement ont été obtenues grâce au pompage des eaux d'exhaure conjointement aux résidus boueux vers le bassin de résidus, moyennant quoi le zinc s'adsorbe sur les surfaces minérales. Des travaux d'analyse en laboratoire ont montré que cette méthode permettait de réduire efficacement la concentration en zinc des eaux d'exhaure de 4,5 mg/l à moins de 0,2 mg/l en 40 min. Les composés azotés sont en partie dégradés dans les bassins de résidus et de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 193 Chapter 3 clarification. En 1998, on estimait qu'environ 10 tonnes d'azote étaient apportées au réseau par les eaux d'exhaure. [64, Base metals group, 2002]. A Hitura, des rejets de l'IGR vers la nappe phréatique ont été signalés, mais on ne dispose pas des chiffres exacts. L'écoulement des eaux souterraines a été coupé et l'eau contaminée est rétropompée et acheminée vers la rivière [62, Himmi, 2002]. Dans le bassin de résidus du bassin cuprifère de Legnica-Glogow, pour respecter le bilan hydrique et la salinité de l'eau dans le circuit, il faut évacuer du système, en moyenne, 60 000 m3/d d'eau clarifiée contenant de 16 à 20 g/l des matières solides totales en suspension. L'eau évacuée est pompée jusqu'à l'Oder par un pipeline de 17 km. La quantité d'eau est contrôlée et doit correspondre au débit actuel du fleuve, afin que le cumul des chlorures et des sulfates dans l'Oder ne dépasse pas 500 mg/l. Pour éliminer une concentration localement supérieure des matières solides totales en suspension dans le fleuve, le système d'évacuation déverse l'eau évacuée dans le fond, sur toute la section transversale du fleuve. La concentration des matières solides en suspension dans l'eau à la sortie du bassin varie en fonction de leur volume actuel dans le bassin et des conditions météorologiques. Comme les matières solides en suspension contiennent des métaux lourds, une installation de traitement de l'eau est provisoirement mise en service pour purifier les eaux évacuées afin de faire baisser le niveau à moins de 50 mg/l. Cette technique de purification repose sur une coagulation (avec environ 300 mg/l de chlorure ferrique) réalisée à l'aide du polyélectrolyte praestol (1 mg/dm3) et une sédimentation effectuée dans un bassin de décantation lamellaire. Les tableaux 3.34 et 3.35 indiquent le volume total de rejets aquatiques et les concentrations des rejets émis par les installations de gestion des résidus. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] A Lisheen, l'arsenic est traité au sulfate ferrique si la concentration des rejets est supérieure à 0,0048 mg/l. Dans ce procédé, l'arsenic se précipite sous forme d'un composé d'arséniate ferrique métastable. De même, si on ajoute du cyanure comme suppresseur dans le procédé et que les concentrations des rejets s'approchent de 0,048 mg/l, le cyanure sera détruit [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995]. A Zinkgruvan, le système des résidus et du bassin de résidus constitue une excellente installation de traitement pour les eaux de procédé et les eaux d'exhaure grâce à sa forte capacité d'adsorption. En exploitant au maximum les caractéristiques du système et en faisant passer la totalité des eaux d'exhaure et de traitement dans le système, on a pu obtenir ces 15 dernières années des diminutions importantes des rejets de zinc, comme le montre la figure ci-après. 194 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.28 : Concentration annuelle moyenne en zinc (en mg/l) des eaux excédentaires évacuées du bassin de clarification vers le récepteur et calcul des masses acheminées (kg/an) 1984 - 2000 [66, Base metals group, 2002] 3.1.2.5.4 Contamination des sols Dans un rayon d'environ 400 m autour de l'IGR, une contamination des sols a été découverte à Hitura. A Pyhäsalmi, une contamination des sols a été observée à proximité immédiate de l'usine. Elle était due aux poussières de soufre (pyrite). Aucune teneur importante en métaux lourds ou en substance chimiques n'a été signalée dans les sols. [62, Himmi, 2002] Chaque année, la contamination des sols est surveillée en 54 points situés à proximité immédiate (de 50 à 2 000 m) du bassin de résidus du bassin cuprifère de LegnicaGlogow. Les résultats obtenus sur la période 1996-2001 indiquent qu'une concentration plus élevée en cuivre dans le sol est observée uniquement à proximité immédiate de la digue. Les concentrations en autres métaux se situent au niveau de fond. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] 3.1.2.5.5 Consommation énergétique Le tableau ci-après résume la consommation énergétique des sites d'exploitation de métaux communs. Consommation énergétique Unités Site Aitik Mine Usine de traitement du minerai, total Broyage Boliden Garpenberg Hitura kWh/t1 kWh/t1 n/r n/r n/r n/r n/r n/r n/r 32,8 GWh1 kWh/t1 n/r 11 - 12 n/r 22 n/r n/r n/r n/r ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 Neves Pyhäsalmi Lisheen Corvo 21,44 n/r n/r 36,95 34,9 47,3 24,93 n/r n/r 53,4 20,6 195 Chapter 3 Déshydratation IGR Gestion des stériles Total électricité Total toutes énergies Minerai traité kWh/t1 kWh/t1 kWh/t1 n/r 2 n/r 2 n/r n/r 3 n/r 0,22 1 n/r 1,28 1,97 n/r 3,9 1,6 n/r n/r n/r n/r kWh/t1 GWh 22,1 545,5 n/r 214,6 n/r 123,5 n/r n/r n/r n/r n/r n/r n/r n/r kWh/t Millions de tonnes 30,7 17,77 148 1,45 126 0,98 n/r 0,52 1,75 n/r 1,25 n/r 1,15 1. Energie électrique Tableau 3.36 : Consommation énergétique des sites d'exploitation de métaux communs 3.1.3 Chrome Cette section contient des indications relatives à la mine de chrome de Kemi, en Finlande. Toutes ces données sont issues de [71, Himmi, 2002]. 3.1.3.1 Minéralogie et techniques minières La chromite, qui se forme dans des magmas ultramafiques profonds, est l'un des premiers minéraux à se cristalliser. C'est pour cela qu'on trouve de la chromite dans certains gisements de minerai concentré. Au fur et à mesure que le magma refroidit lentement sous la croûte terrestre, des cristaux de chromite se forment et, du fait de leur masse volumique, ils se déposent au fond du magma et s'y concentrent. Les minerais de chrome de Kemi sont associés à une intrusion de couches mafiquesultramafiques dans la zone de contact entre le granit migmatitique et le schiste. La formation commence dans la ville de Kemi et s'étend à environ 15 km au nord-est, sur une largeur maximum de 1500 m. L'horizon compact riche en chromite apparaît 50 à 200 m au-dessus du fond de la formation. L'épaisseur de l'horizon de chromite continu varie entre quelques millimètres et quelques mètres mais dans la région de NuottijärviElijärvi, la couche de chromite contient huit couches qui sont économiquement viables sur une distance de 4,5 km. Les deux roches hôtes sont une serpentinite et une roche de talc et de carbonate. La chromite idiomorphe est le minéral de minerai apparaissant dans des quantités économiques. Le minerai présente une teneur moyenne en Cr2O3 de 26 % et un rapport Cr/Fe de 1,55. La mine de chrome de Kemi est une mine à ciel ouvert avec un rapport stériles-minerai de 5,5 :1. Le volume de production de la mine en 1999 était d'environ 250 000 tonnes. 3.1.3.2 Traitement du minerai A Kemi, le minerai extrait de la mine contient 11 % de fer et 25,5 % de Cr2O3. Après traitement du minerai, le concentré contient entre 35 % de Cr2O3 dans la fraction grossière (blocs) et 44 % de Cr2O3 dans les fines. Le schéma de traitement du site de Kemi est présenté ci-après : 196 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.29 : Schéma de traitement de l'usine de traitement du minerai de Kemi [71, Himmi, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 197 Chapitre 3 Les étapes de traitement seront abordées de façon plus détaillée dans les sections ci-après. L'usine de traitement du minerai fonctionne avec un débit de 207 t/h. A Kemi, la fragmentation s'effectue de la manière suivante : • • concassage en trois temps avec un concasseur à mâchoires et deux concasseurs à cône broyage en deux temps avec un broyeur à barres (Ø 3,2 x 4,5 m) et un broyeur à boulets (Ø 2,7 x 3,6 m). Les matériels et techniques suivants sont utilisés à Kemi pour séparer le minéral de la gangue : • • deux séparateurs à tambour et trois cribles d'égouttage dans une installation de séparation à milieu dense, pour les gros morceaux neuf séparateurs à cône et un séparateur magnétique haut gradient dans le concentrateur, pour les fines. 3.1.3.3 Gestion des résidus 3.1.3.3.1 Caractéristiques des résidus La composition chimique des deux types de résidus du site de Kemi a été déterminée et le comportement à la lixiviation (solubilité maxi/DIN 38614-S4 par la méthode de Kuryk et comportement à long terme) a été étudié par des essais de simulations à l'échelle de laboratoire. Des essais d'érosion par le vent ont également été effectués à l'échelle de laboratoire. Dans les résidus, les teneurs les plus importantes sont celles du chrome et du nickel, ces derniers apparaissant sous forme de composés insolubles dont l'exploitant considère qu'ils ne provoquent aucun effet négatif. 3.1.3.3.2 Méthodes de gestion appliquées L'IGR de Kemi se compose de trois bassins actifs et de trois bassins déclassés et couvre une superficie totale de 120 ha. Les résidus sont pompés du procédé vers un premier bassin où les matières solides se décantent avant que l'eau gravitaire ne soit dirigée vers l'un des deux bassins de clarification. L'eau est réutilisée dans le procédé. L'eau excédentaire est acheminée vers le réseau hydrographique. L'un des bassins déclassés a été recouvert et réaménagé, les deux autres sont en attente de réaménagement. La distance entre l'usine de traitement et l'IGR est d'environ 1 km. Un ruisseau coule à côté des bassins. La qualité de l'eau du ruisseau est médiocre, car ce dernier provient d'une zone de mousses. A proximité immédiate de la mine et de l'IGR se trouve une zone de protection contre les mousses. En ce qui concerne la flore et la faune, il s'agit donc d'une zone sensible. Les eaux de drainage s'écoulent directement dans le ruisseau, sans aucun fossé de captage ou système de contrôle spécial. Aucune étude de base n'a été effectuée. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 45 Chapter 3 L'IGR a été construite sur un terrain plat, avec des digues de type paddock. Les digues d'amorçage, faites de moraine, reposent sur un sol stable et de faible perméabilité. Le corps de soutènement est constitué de débris rocheux. Là où il fallait améliorer la stabilité des digues, on a construit des renforts de berge. Les résidus du traitement sont distribués directement par la canalisation de résidus autour du premier bassin de résidus. L'orifice de déversement est déplacé périodiquement de manière à assurer un remplissage uniforme du bassin. Les digues sont surélevées tous les ans avec de la moraine et des débris de roche comme corps de soutènement. Des experts externes participent généralement aux plans préliminaires d'élévation des digues. La digue du bassin de clarification est faite de moraine et renforcée par des débris rocheux pour empêcher l'érosion. La zone de gestion des résidus a été conçue dans les années 1960 et à cette époque, aucun plan de fermeture ou d'entretien après fermeture n'avait été envisagé. En revanche, une évaluation des risques a récemment été réalisée. 3.1.3.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Le système a été conçu de manière à maintenir en équilibre la surface de l'eau dans la zone des résidus et à pouvoir éliminer de manière contrôlée l'eau excédentaire provenant des pluies et autres. La zone de gestion des résidus est inspectée tous les jours par les exploitants de l'usine de traitement du minerai. Les digues sont inspectées tous les ans par un expert externe et tous les cinq ans par l'autorité de sécurité des digues. Leurs commentaires doivent être consignés dans un document relatif à la sécurité des digues. Une loi récente rend désormais obligatoire un plan d'urgence documenté. [71, Himmi, 2002] 3.1.3.4 Gestion des stériles A Kemi, les stériles sont actuellement déposés dans trois zones distinctes situées à proximité de la mine. A partir de 2003, la production de la mine va évoluer progressivement vers une exploitation souterraine. Les quantités annuelles de stériles vont donc diminuer et d'ici la fin de la décennie, l'intégralité des stériles servira directement au remblayage de la mine souterraine. A l'avenir, les stériles provenant des anciennes haldes à stériles seront également utilisés comme remblais. Lors de la construction des terrils à stériles, les paramètres de conception les plus importants étaient les suivants : • • • • un haut degré de stabilité des strates une faible perméabilité des strates sous-jacentes une courte distance de transport depuis la mine de bonnes possibilités d'utilisation future des matériaux. Les eaux de drainage de la zone de la halde à stériles ne sont pas spécifiquement surveillées, mais les émissions sont incluses dans les statistiques des rejets (voir Section 3.1.3.5.3), se 46 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 rapportant aux calculs effectués par rapport à des échantillons prélevés régulièrement dans le ruisseau, en amont et en aval de la mine. Une partie des eaux de drainage est captée dans un fossé et acheminée avec le reste des eaux de drainage de la zone industrielle à la zone de gestion des résidus. Il y a également une partie des eaux de drainage qui s'évacue directement dans le ruisseau voisin. 3.1.3.4.1 Fermeture du site et entretien après fermeture Aucun plan de fermeture ou d'entretien après fermeture n'a été élaboré. De même, aucune somme n'a été réservée pour la fermeture et l'entretien après fermeture. La durée de vie prévue pour la mine de chrome de Kemi est de plusieurs dizaines d'années. Par conséquent, aucun plan de fermeture n'a été réalisé, l'hypothèse étant que des plans techniques et économiques vont être encore développés. Il n'existe aucune exigence légale pour réserver des fonds à la fermeture et à l'entretien après fermeture. Comme évoqué ci-dessus, les stériles seront utilisés à l'avenir comme remblais dans la mine souterraine. Aucune autre utilisation des stériles ne peut être prévue. Un plan d'aménagement des sols a été élaboré, mais il n'existe aucun autre plan de fermeture. 3.1.3.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.1.3.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs Le tableau ci-après indique les quantités de réactif et d'acier consommées dans les broyeurs par tonne de minerai traité. Réactif Floculant Boulets d'acier Barres d'acier Ferrosilicone (pour la séparation en milieu dense) Consommation (g/t de minerai traité) 13 50 200 80 Tableau 3.37 : Consommation de réactifs et d'acier sur le site de Kemi Dans le procédé, il existe des systèmes permettant d'effectuer une recirculation interne de l'eau de traitement pour limiter la consommation d'eau douce. La réutilisation de l'eau clarifiée provenant de la zone de gestion des résidus couvre la quasi-totalité des besoins en eau du procédé. Un apport en eau douce est parfois nécessaire (généralement lorsqu'une digue est en cours d'élévation). L'eau excédentaire du système est évacuée dans le ruisseau sans autre traitement. Il n'existe pas de bilan hydrique. 3.1.3.5.2 Rejets atmosphériques Les émissions de poussière ne sont pas considérées comme un problème important. L'usine de traitement du minerai a installé un matériel de lutte contre la poussière. Les émissions de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 47 Chapter 3 poussière par l'usine de traitement du minerai ont été estimées à environ 1,8 t/an. La zone d'influence serait très limitée, si on se base sur les résultats des études réalisées sur les mousses. Tous les cinq ans, des prélèvements de mousses sont effectués pour permettre de déterminer leur teneur en métaux lourds et en particules en suspension. Les poussières émanant de la mine à ciel ouvert et de la zone de chargement ont été estimées à environ 30 t/an. Là encore, la zone d'influence est très limitée. Les émissions des haldes à stériles vers l'atmosphère ne font pas l'objet d'une surveillance spécifique. Toutefois, les poussières des terrils sont surveillées de manière intégrée pour tous les rejets atmosphériques lors des études sur les mousses susmentionnées. 48 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 3.1.3.5.3 Rejets aquatiques Les eaux évacuées dans le ruisseau font l'objet de prélèvements tous les mois, effectués par un expert externe, et des échantillons sont également prélevés dans les ruisseaux environnants. Pour l'année 2000, le volume total des rejets dans les eaux de surface est résumé sur le tableau ci-après. L'année 2000 était exceptionnellement pluvieuse et humide, ce qui a entraîné le déversement de volumes extraordinairement élevés depuis le système de bassins. En revanche, cela n'a pas eu d'influence sur les autres paramètres recensés dans le tableau. Paramètre Déversement depuis le système de bassins Ca Fe Matières solides totales Cr dans les matières solides totales Unités Mm3 t kg t kg Volumes 1,67 191 11000 33 79 Tableau 3.38 : Rejets dans les eaux de surface sur le site de Kemi 3.1.3.5.4 Contamination des sols Aucune contamination significative des sols n'a été signalée à Kemi. Des zones limitées, notamment les emplacements des anciens terrils de concentré de chrome, peuvent être contaminées. 3.1.3.5.5 Consommation énergétique La consommation énergétique pour la gestion des résidus est indiquée au tableau ci-après pour l'année 2000. Etape de traitement Traitement du minerai Déshydratation Gestion des résidus Consommation d'énergie électrique (kWh/tonne de minerai traité) 16,6 1,5 0,9 Tableau 3.39 : Statistiques de consommation énergétique sur le site de Kemi 1.1.1 3.1.4 Fer Cette section fournit des données sur les mines de Kiruna et de Malmberget, en Suède, et de Steirischer Erzberg en Autriche. 3.1.4.1 Minéralogie et techniques minières Les minerais de fer de qualité commerciale sont principalement extraits de formations de fer rubané et sédimenté du protérozoïque. Les principaux minéraux du minerai sont l'hématite (Fe2O3), la magnétite (Fe3O4) et la sidérite (dans l'ordre d'importance). Les principaux producteurs mondiaux sont la Russie, le Brésil, la Chine, l'Australie, l'Inde et les Etats-Unis. En Europe, le principal producteur de minerai de fer est la Suède. Ce minerai apparaît sous forme de gisements phosphoreux de magnétite, liés à l'activité volcanique de la syénite et du porphyre protérozoïques. Plusieurs mines de moindre envergure, principalement en Europe centrale et méridionale, (par exemple "Steirischer Erzberg") produisent des minerais de fer ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 49 Chapter 3 sidéritiques de qualité inférieure (carbonates de fer) qui sont également des formations de minerai d'origine sédimentaire. Les opérations d'extraction se composent généralement des travaux préparatoires, notamment la découverte ou le percement des galeries, du forage, de l'abattage aux explosifs et du transport avant traitement. [49, Iron group, 2002] Mines souterraines Le gisement de magnétite de la mine de Kiruna mesure environ quatre kilomètres de long, avec une largeur moyenne de 80 m et s'étend sur une profondeur estimée à environ deux kilomètres selon une pente d'environ 60˚. Le principal niveau de roulage se situe à une profondeur de 1045 m. L'exploitation du gisement entre les niveaux à 1045 m et à 775 m va se poursuivre probablement jusqu'en 2018. A ce jour, quelque 940 millions de tonnes de minerai ont été extraites du gisement de Kiruna. Environ 20 à 23 millions de tonnes de minerai brut sont extraites chaque année du minerai, avec environ 5 millions de tonnes envoyées vers l'installation de gestion des résidus grossiers et 1,7 million de tonnes vers l'installation de gestion des résidus fins. Le gisement se divise en une dizaine de blocs. Chaque bloc a son propre groupe de puits, constitué de quatre puits chacun, à l'exception des deux blocs les plus au nord (minerai du lac), qui en ont trois. Au total la mine de Kiruna possède 38 de ces puits. Dans un groupe, chaque puits se trouve à environ 30 m du suivant. L'accès aux dix blocs d'exploitation se fait par cinq rampes séparées. Une extension de chaque rampe pénètre dans les deux blocs voisins d'un côté. En reliant ainsi les blocs, on crée cinq "mines" plus petites. Chaque bloc possède ses propres puits d'admission et d'évacuation d'air. La répartition géographique du gisement en cinq mines permet une meilleure efficacité d'extraction. Les mines étant bien séparées les unes des autres, le minerai peut être extrait d'une mine pendant que des opérations de tir ou d'entretien se déroulent dans une autre. L'exploitation minière a dépassé le niveau des 775 m durant l'été 1999. L'extraction se fera au-dessus du niveau des 1045 m jusqu'en 2018. Entre 775 m et 1045 m, le gisement est divisé horizontalement en neuf tranches, chacune d'une hauteur de 27,5 m. La distance entre les cheminées est de 25 m. Chaque tir abat environ 10 000 tonnes de minerai. [49, Iron group, 2002] La mine de Malmberget se compose d'une vingtaine de gisements dont une dizaine sont en cours d'exploitation. La base du minerai est principalement constituée de magnétite, mais on observe également des occurrences de minerai d'hématite non magnétique. Le nouveau niveau de roulage principal de Malmberget se situe à une profondeur de 1000 m. A ce jour, environ 350 millions de tonnes ont été extraites des gisements. Environ 12 millions de tonnes de minerai brut sont extraites des gisements chaque année, produisant 5,6 millions de tonnes de résidus chaque année. 50 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.30 : Illustration du gisement de minerai de Malmberget [49, Iron group, 2002] Le gisement mesure 4,5 km de longueur dans le sens est-ouest et 2,5 km dans le sens nordsud. Dans la partie occidentale de la mine, les minerais forment des bandes ondulantes plus ou moins continues de gisements lenticulaires. Les minerais de la partie orientale de la mine présentent une structure tectonique plus complexe, fortement pliée. Les gisements sont en pente raide, avec de fortes variations localement. L'épaisseur des gisements varie entre 20 et 100 m. La roche hôte se compose de roches volcaniques acides à intermédiaires, fortement déformées et métamorphosées, aujourd'hui sous forme de "leptites" (roches à grain fin à base de feldspath et de quartz) et de gneiss. Le minerai est généralement métamorphosé au faciès inférieur des amphibolites. Dans la partie occidentale du gisement, on trouve localement une qualité métamorphosée supérieure. Les deux mines suédoises utilisent le foudroyage par sous-étage à grande échelle comme technique d'extraction. Préparation/Développement A Kiruna, la première étape consiste à percer des galeries d'avancement directement dans le gisement. Le forage s'effectue à l'aide de foreuses hydrauliques à commande électrique. Des séries de jusqu'à 60 trous, d'une profondeur de cinq mètres chacun, sont forés. Ces trous sont ensuite chargés d'explosifs et mis à feu. Les tirs ont lieu pendant la nuit. Le minerai produit par ces tirs est évacué sur des chargeuses. On fore ensuite une autre série, et ainsi de suite, jusqu'à ce que les galeries d'avancement soient prêtes. Ces galeries peuvent mesurer jusqu'à 80 m de long. Si nécessaire, les parois et les toits sont renforcés à l'aide de boulons et/ou de béton (dit "shotcrete" ou béton projeté). Une fois que les travaux préparatoires sont terminés, ou dès que plusieurs travers-bancs ont été percés dans la même zone, l'étape suivante de la chaîne de production démarre, à savoir le forage et l'abattage de production. Production Une fois qu'un certain nombre de galeries d'avancement ont été percées, le forage de production d'une "tranche" de 27,5 m de hauteur peut commencer. Cette opération s'effectue au moyen de foreuses de production télécommandées. Les exploitants commandent à ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 51 Chapter 3 distance, depuis des salles de commande, plusieurs foreuses situées dans la zone de production. La foreuse fore vers le haut dans le minerai, en formant des motifs en éventail comportant chacun dix trous. Ces trous mesurent généralement de 40 à 45 m de long, et sont rectilignes, pour permettre ensuite un chargement et un abattage efficace aux explosifs. Une fois qu'un motif de trous a été foré, la foreuse recule de trois mètres et le forage du motif suivant commence. Une vingtaine de ces motifs vont être forés dans une galerie de 80 m de long. Une fois l'opération terminée, le chargement des trous peut commencer. Un robot injecte des explosifs dans les trous de forage d'un premier motif. L'abattage se fait chaque nuit. A chaque série, environ 10 000 tonnes de minerai sont abattues. Une fois que l'abattage a été ventilé, le chargement sur des chargeuses sur pneus (LHD) peut commencer. Ensuite le motif suivant est chargé, et ainsi de suite. L'opération se répète jusqu'à épuisement complet de la cheminée. Des chargeuses électriques sur pneus chargent le minerai et le transportent jusqu'à des puits verticaux (cheminées), situés le long du gisement. Chaque chargeuse porte une charge utile de godet de 17 à 25 tonnes et bascule sa charge dans une cheminée. Sous l'effet de la gravité, le minerai tombe dans des silos qui se trouvent juste audessus du niveau principal. A la mine de Kiruna, on utilise également des chargeuses électriques télécommandées. Ici, l'opérateur est assis devant un moniteur dans une salle de commande et "pilote" les engins situés dans la zone de production. Ces engins naviguent à l'aide de lasers rotatifs et de réflecteurs situés sur les parois des galeries. Les données, par exemple la position de l'engin, sont envoyées par l'intermédiaire de plusieurs stations de base sans fil au système de commande de l'ordinateur situé dans la salle de commande. Le niveau principal de roulage de la mine de Kiruna se trouve à 1045 m. Le minerai est prélevé par télécommande dans les silos et chargé dans des wagonnets. Un train automatique, composé d'une motrice et de 24 wagonnets, amène le minerai à l'une des quatre stations de déchargement. Lorsque le train passe dans la station, le fond des wagonnets s'ouvre et le minerai tombe dans un silo de concassage, d'où il est acheminé jusqu'à l'un des quatre concasseurs. Le minerai est concassé en blocs d'environ 100 mm de diamètre. Neuf locomotives et environ 185 wagonnets circulent au niveau principal. Chaque train transporte environ 500 tonnes de minerai. A Malmberget, l'extraction se fait sur plusieurs niveaux car les gisements sont nombreux. Les niveaux principaux de roulage se situent à 600, à 815 et à 1 000 m. Chaque niveau comporte des concasseurs. Une douzaine de gros camions de mine, avec des capacités utiles de 70 à 120 tonnes, circulent à ces niveaux. Ces camions sont conduits jusqu'à des puits verticaux. Le conducteur commande le chargement depuis la cabine du camion. Une fois complètement chargé, il le conduit ensuite jusqu'à une station de déchargement où le minerai est déversé, sur le côté, dans un silo de concassage. Cette opération est entièrement commandée depuis la cabine du camion. Le minerai est envoyé dans le concasseur et concassé en blocs d'environ 100 mm de diamètre. [49, Iron group, 2002] Mines à ciel ouvert Le minéral de valeur à Steirischer Erzberg est le minéral de fer sidérite, le minéral de gangue étant l'ankérite. La teneur en fer du minerai est d'environ 21 %. 52 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 La mine d'Erzberg est une exploitation à ciel ouvert, avec une production annuelle de 3,8 millions de tonnes, dont 1,2 million de tonnes de stériles. Des méthodes classiques sont utilisées pour le forage et l'abattage aux explosifs. Le transport se fait par chargeuse sur pneus et par camions. Dans la fosse se trouvent 20 gradins d'une hauteur moyenne de 24 m en activité. [55, Iron group, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 53 Chapter 3 3.1.4.2 Traitement du minerai En règle générale, après avoir extrait le minerai, on le concasse et on le broie en plusieurs temps pour obtenir la granulométrie souhaitée. Cette opération est suivie d'un criblage destiné à obtenir des produits finis, blocs et fines, ou d'un traitement complémentaire. Le choix des méthodes de traitement du minerai dépend du type de minerai, de sa composition chimique, de sa finesse, etc. Les méthodes les plus couramment utilisées sont la séparation magnétique, généralement avec des aimants à haute intensité pour concentrer les minerais d'hématite et à basse intensité pour la magnétite, ainsi que la séparation gravimétrique et la flottation. La qualité du minerai et la méthode de traitement vont influer chacune sur la quantité, le type et la composition des résidus. A Steirischer Erzberg, l'usine de traitement du minerai transforme 1,7 million de tonnes de minerai par an, dont 0,98 million de tonnes deviennent du concentré, 0,7 million de tonnes des résidus grossiers (déposés conjointement avec les stériles) et 0,1 million de tonnes des résidus fins. Chaque année, 0,9 million de tonnes de minerai sont directement commercialisées en tant que minerai de qualité inférieure, sans traitement. 3.1.4.2.1 Fragmentation Les exploitations de Kiruna et de Malmberget comportent des concasseurs en fosse (100 % de produit passant à 100 mm) et des systèmes de concassage secondaire pour la production de fines pour agglomération. Pour produire des boulettes, on utilise le concassage en fosse, le concassage secondaire, des broyeurs AG et/ou à boulets et des broyeurs à galets [49, Iron group, 2002]. Dans l'exploitation d'Erzberg, on utilise deux concasseurs giratoires (100 % de produit passant à 120 mm) et un concassage secondaire [55, Iron group, 2002]. 3.1.4.2.2 Séparation Les exploitations de Kiruna et de Malmberget ont recours à la séparation magnétique par voie sèche (dans une installation dite de "triage") puis à la séparation magnétique par voie humide pour la production de fines pour agglomération. La séparation magnétique par voie sèche, la séparation magnétique par voie humide, l'hydrocyclonage et la flottation sont utilisés pour la production de boulettes dans un "concentrateur" (à Malmberget, la flottation est inutile) [49, Iron group, 2002]. La figure ci-après représente le concentrateur de Kiruna, qui produit les fines destinées à l'usine de bouletage. 54 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.31 : Concentrateur de Kiruna A Erzberg les fractions grossières, c'est-à-dire les granulométries de 8 à 30 mm et de 30 à 120 mm, sont séparées par séparation en milieu dense. Les fractions fines de 1 à 4 mm et de 1 à 8 mm, sont séparées par séparation magnétique haute intensité par voie sèche. Le concentré subit ensuite un concassage complémentaire pour obtenir une granulométrie inférieure à 8 mm. Les fines, de 0,1 à 1 mm, sont déshydratées par des classificateurs à vis et acheminées par roulage, conjointement avec les résidus grossiers issus de la séparation en milieu dense et de séparation magnétique haute intensité, sur des tas situés dans la zone d'exploitation. Le mélange du concentré avec le "minerai direct" (minerai non traité) se fait lors du concassage ultime et du criblage. L'eau de traitement, qui est principalement la surverse des classificateurs à vis, est traitée dans trois épaisseurs continues de 32 m. La surverse est recyclée dans le procédé, tandis que les boues épaissies sont pompées vers le bassin de résidus. [55, Iron group, 2002] 3.1.4.3 Gestion des résidus 3.1.4.3.1 Caractéristiques des résidus Les minerais de fer sont généralement extraits en tant qu'oxydes (notamment à Kiruna et à Malmberget) ou en tant que carbonates. Deux fractions de résidus, une fraction grossière et une fraction fine, sont produites lors de l'étape de traitement du minerai. Les résidus grossiers sont entreposés sur des tas et les fines sont pompées dans des bassins. Les résidus et les stériles, si le fer est extrait sous forme d'oxydes, ne sont pas acidifiants. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 55 Chapter 3 Dans la région de Kiruna, les résidus de la production de minerai de fer sont bien caractérisés en ce qui concerne les éléments suivants : • • • la minéralogie la géochimie (essais cinétiques de lixiviation, analyse des éléments trace) les propriétés mécaniques/géotechniques. Les résidus de Malmberget n'ont pas été caractérisés. [49, Iron group, 2002] Des exemples des résultats obtenus pour Kiruna sont présentés dans les tableaux ci-après. Composés SiO2 TiO2 Al2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O V2O5 P2O5 FexOy Total Elément Concentration moyenne (pourcentage en poids) 33,82 1,21 6,82 0,15 6,9 15,7 2,02 1,89 0,06 8,1 16,5 93,17 Fe P S 11,6 3,55 0,35 Tableau 3.40 : Concentrations moyennes des résidus du triage par voie humide de Kiruna et de Svappavaara [82, Iron group, 2002] 56 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Elément As Ba Be Cd Co Cr Cu Hg La Mo Nb Ni Pb S Sc Sn Sr V W Y Yb Zn Zr Résidus triés par voie humide (ppm) 3,67 168 8,25 0,14 94,2 13,4 356 <0,0400 107 15,4 11,9 82,4 9,35 4990 48,2 36,8 30,3 523 11,9 40,6 7,78 53,5 114 Autres résidus (ppm) 18,1 205 6,10 0,10 67 23,5 211 0,060 331 11,8 <12,0 56,5 7,56 4130 26,7 31,1 80,4 290 <12,0 170 15,4 42,5 161 Notes : les échantillons marqués du symbole < sont sous le seuil de détection, la valeur indiquant le seuil de détection Tableau 3.41 : Concentrations moyennes en éléments trace pour les résidus de triage par voie humide et autres résidus à Kiruna et à Svappavaara [49, Iron group, 2002] Les propriétés géotechniques des résidus de Kiruna ont été étudiées, en vue de l'utilisation de ces derniers comme matériau de construction de la digue. Cette étude a permis de conclure que les résidus devraient subir un cyclonage afin de satisfaire aux critères de construction des digues, en raison de leur distribution granulométrique. Des échantillons non remaniés des résidus ont été prélevés à différentes profondeurs de la retenue à Kiruna et à Svappavaara. Les valeurs généralement obtenues sont les suivantes : • • • • masse volumique apparente 1,71 - 2,30 t/m3 masse volumique calculée à sec 1,66 - 1,97 t/m3 masse volumique des particules 3,2 t/m3 angle de frottement 19°- 26,5° Les échantillons de résidus prélevés dans les circuits de séparation gravimétrique (à l'exception des particules issues de la production de boulettes) montrent la distribution granulométrique suivante : Granulométrie Pourcentage de passant cumulé (µm) 700 100 60 75 2 5 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 57 Chapter 3 Tableau 3.42 : Distribution granulométrique des résidus de la séparation gravimétrique [49, Iron group, 2002] Les échantillons de résidus prélevés après la séparation par classificateur à vis montrent la distribution granulométrique suivante, légèrement plus fine : Granulométrie Pourcentage de passant cumulé (µm) 60 91 40 80 2 8,8 Tableau 3.43 : Distribution granulométrique des résidus après séparation par classificateur à vis [49, Iron group, 2002] Des échantillons sont fréquemment prélevés dans le flux de déposition des résidus pour permettre d'évaluer l'efficacité de la méthode de séparation. 3.1.4.3.2 Méthodes de gestion appliquées Note : la partie grossière des résidus, déposée conjointement avec les stériles, est considérée comme des stériles et sera décrite dans la section relative aux stériles (voir ci-dessous). Les installations de gestion de résidus de Kiruna (qui possède des bassins de résidus à Kiruna et à Svappavaara) et de Malmberget sont constituées de bassins de résidus suivis de bassins de clarification. Toutes les exploitations déposent leurs résidus au moyen de méthodes hydrauliques (pompage dans des pipelines ou par écoulement gravitaire dans des tranchées). Des digues classiques en terre sont utilisées pour toutes les digues. Le cœur est constitué de till compacté et de filtres. Le remblai de soutènement est principalement constitué de stériles. Les trois bassins de résidus sont décrits de manière détaillée ci-après, les données principales sur chaque bassin de résidus étant également résumées sur les tableaux. Tous les sites pratiquent une gestion des résidus très similaires du fait que les matériaux déposés, ainsi que les conditions météorologiques, géologiques et hydrologiques, sont relativement similaires. Dans tous ces sites, les résidus boueux ont une teneur en matières solides qui est faible, allant de 3 – 5 % à 10 – 15 %. Le point de décharge est resté pratiquement au même endroit pendant toute l'activité des bassins de résidus. Afin d'augmenter la teneur en solides et de modifier la distribution des résidus, l'utilisation d'un point de décharge mobile ou de cyclones est envisagée pour les futures élévations des digues. Le franc-bord des digues de retenue est de 2 m pour deux des installations et de 1,2 m pour la troisième. Le franc-bord de Kiruna et de Malmberget se base sur les directives suédoises relatives aux barrages de retenue (RIDAS), et il tient compte des précipitations, de l'inclinaison de la surface de l'eau et du déferlement des vagues. Une digue de classe 2 doit être capable, en principe, de décanter l'eau excédentaire d'un événement centennal ou d'un orage de 24 heures, sans faire monter le niveau de l'eau. Le déversement des résidus dans les bassins est commandé par un système d'exploitation relativement continu, qui produit un flux continu de résidus. La digue d'amorçage de l'installation de gestion des résidus de Kiruna a été initialement construite en 1977. La digue de retenue a ensuite été surélevée deux fois, en 1984 et en 1992, 58 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 par la méthode longitudinale. Actuellement, la hauteur maximale de la digue de Kiruna est de 15 m. Une nouvelle élévation a été demandée, car la retenue sera pleine d'ici à la fin 2003. A partir du bassin de résidus, l'eau est décantée vers le bassin de clarification par l'intermédiaire de deux structures de décantation. Ces structures se composent chacune de deux tours de prise d'eau verticales, avec un niveau de prise immergé, en raison de la glace qui se forme à la surface l'hiver. A partir de ces tours de prise, des tuyaux horizontaux sont reliés à un tuyau/buse (de 1 400 mm de diamètre) par structure de décantation passant sous la digue. En aval de la digue se trouve une chambre de contrôle depuis laquelle il est possible de régler le débit. Depuis le bassin de clarification, l'eau est décantée de manière similaire, à la différence près qu'en aval du bassin de clarification, l'eau est rétropompée dans le procédé par l'intermédiaire d'un bassin de stockage situé à proximité de l'usine, ou se déverse dans le récepteur. Par suite des nouvelles directives, un nouveau déversoir d'urgence a été construit en l'an 2000 pour le bassin de clarification. Ce déversoir d'urgence est un canal de 13,5 m de large qui traverse le sommet de la digue à proximité d'une des culées. Les principales caractéristiques techniques du système de digues de retenue de Kiruna sont résumées au tableau ci-après. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 59 Chapter 3 Type de digue Digue de retenue Bassin de clarification implantée en dehors d'une vallée implantée en dehors d'une vallée 4,2 0,96 9 s/o 7,4 2,3 Superficie de la 2 digue (km ) Volume des résidus Volume de l'eau 3 (Mm ) Corps de la digue Type de digue C-D O-R R-B R-S Longitudinal Longitudinal Longitudinal Longitudinal e e e e S-F Longitudinal e 8 15 15 11 13 1450 2560 1040 1440 850 Largeur de la digue (m) 15 15 15 15 15 Franc-bord minimum (m) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Pente amont 1:1,8 1:1,8 1:1,8 1:2 1:2 Pente aval 1:1,4 1:1,4 1:1,4 1:1,5 1:1,5 Volume des matériaux de construction de 3 la digue (Mm ) 0,66 1,58 0,86 3,00 0,39 4 4 4 4 4 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 0 - 6 ou 0 - 8 0 - 6 ou 0 - 8 0 - 6 ou 0 - 8 0 - 6 ou 0 - 8 Hauteur maximale (m) Longueur de la digue (m) Largeur de la partie centrale Largeur du filtre fin, (m) 1) Granulométrie du 0 - 6 ou 0 - 8 filtre fin (mm) 1) 1) 1) 1) Largeur du filtre grossier (m) 0 - 30 ou 0 - 100 0 - 30 ou 0 - 100 0 - 30 ou 0 - 100 0 - 30 ou 0 - 100 0 - 30 ou 0 - 100 Matériau de remblai de soutènement et de protection contre l'érosion Stériles Stériles Stériles Stériles Stériles Granulométrie du remblai de soutènement (mm) 0 - 200 0 - 200 0 - 200 0 - 200 0 - 200 Granulométrie de la protection contre l'érosion (mm) 0 - 100 0 - 100 0 - 100 0 - 100 0 - 100 60 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Système de décharge 2 tours de décantation Déversoir d'urgence 2 tours de décantation Tableau 0.1: Caractéristiques du système de digue de retenue de Kiruna [49, Iron group, 2002] L'autre installation de gestion des résidus utilisée pour le minerai de Kiruna traité à Svappavaara est l'installation de gestion des résidus de Svappavaara, à 50 km au sud-est de Kiruna. Cette installation se compose de trois bassins, le bassin de résidus, le premier bassin de clarification et un second bassin de clarification appelé bassin récepteur. Outre ces bassins aménagés, un lac naturel fournit des ressources en eau. Toutes les digues sont des retenues situées en vallée. Le bassin récepteur a été le premier construit, et est entré en activité en 1964. Il avait pour fonction de capter les eaux de drainage provenant des résidus se décantant naturellement à flanc de coteau. L'eau se décantait ensuite du bassin récepteur vers un lac. En raison des propriétés des résidus et de la configuration du terrain (en pente raide), la plus grande partie des résidus se décantait trop près de la digue aval. On a donc construit une deuxième digue de retenue, en l'occurrence la digue de retenue des résidus, pour empêcher les résidus de se décanter trop près de la digue réceptrice, qui sert depuis lors de bassin de clarification. Ensuite, en 1973, on a construit une troisième digue directement en face de la retenue de résidus, pour maintenir ces derniers dans la partie amont et pour utiliser la partie aval comme bassin de clarification. Cette digue est constituée d'un enrochement qui sert de digue de drainage. Suite à des problèmes de gel, on a construit un déversoir dans cette digue en 2001. Depuis le premier bassin de clarification, l'eau se décante vers le bassin récepteur par l'intermédiaire de deux structures de décantation avec des tours de prise d'eau verticales et des buses horizontales sous la digue. Des batardeaux situés au niveau de la tour de prise régulent le débit de l'eau. La structure de décantation de la digue réceptrice ressemble à celles de Kiruna, où l'eau est régulée du côté aval. De là, l'eau peut être réinjectée dans le procédé en passant par un lac, ou déversée dans le récepteur. Normalement, il n'y a pas d'eau excédentaire du fait que l'eau est en grande partie recyclée. Les digues qui entourent le bassin de résidus et le bassin de clarification, ainsi que la digue d'enrochement qui sépare les deux bassins, ont été surélevées à plusieurs reprises (11 fois au total). Pour la digue de clarification aval, on a utilisé la méthode descendante et pour la digue de retenue et la digue à enrochement, la méthode ascendante. Aujourd'hui, la hauteur maximale est de 21 m et environ 15 millions de tonnes (poids à sec) de résidus ont été déposées à ce jour. [49, Iron group, 2002] Les caractéristiques techniques du système de digues de retenue de Svappavaara sont résumées au tableau ci-après. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 61 Chapter 3 Bassin de résidus Type de digue Superficie de la digue, en km2 Volume des résidus, en Mm3 Volume d'eau, en Mm3 Section de la digue Type de digue Hauteur maxi, en m Longueur de la digue, en m Largeur de la digue, en m Franc-bord minimum, en m Pente amont Pente aval Volume approximatif des matériaux de construction de la digue utilisés à ce jour, en Mm3 Système de décharge en dehors d'une vallée Bassin de Bassin récepteur clarification en dehors d'une vallée en dehors d'une vallée 1,2 0,7 0,42 4,5 1,5 0,2 4,5 Digue en terre 0,45 Digue réceptrice Descendante 21 2350 Descendante 10 800 7,2 6,0 1,8 2,5 0,4 Digue en terre Ascendante 15 2030 Digue de blocage Ascendante 15,5 1100 8,3 12 2,0 1:2 1:1,5 1:1 1:3/1:7 1:2 1:1,5 1:2 1:1,8 0,36 0,5 0,46 0,17 déversoir 2 structures de décantation 1 structure de décantation Tableau 3.45 : Caractéristiques du système de digues de retenue de Svappavaara [49, Iron group, 2002] Bassin de résidus • digue en terre La digue d'amorçage est constituée de moraine homogène avec une protection contre l'érosion d'une granulométrie de 0 à 100 mm. Cette protection contre l'érosion mesure 1 m d'épaisseur sur la pente aval et 1,5 m d'épaisseur sur la pente amont. L'angle de pente est de 1:1,5 et de 1:2 pour les pentes aval et amont, respectivement. Des surélévations de la digue ont été réalisées par la méthode ascendante, avec un cœur imperméable de quatre mètres d'épaisseur constitué de moraine. On trouve une couche de transition d'un mètre d'épaisseur de part et d'autre de la partie centrale, avec une granulométrie de 0 à 100 mm. La protection contre l'érosion côté aval mesure environ 0,5 m d'épaisseur, avec une plage granulométrique de 0 à 100 mm. Le remblai de soutènement amont et la couverture de protection contre l'érosion sont constitués de matériaux d'une plage granulométrique de 0 à 200 mm et de 0 à 500 mm, respectivement. Une augmentation de deux mètres de la hauteur de la digue, par la méthode descendante, est prévue pour l'été 2002. • digue de blocage La digue de blocage est constituée d'une digue de stériles sans partie centrale imperméable. La digue a été construite par la méthode ascendante, avec une plage granulométrique de 0 à 500 mm. Bassin de clarification 62 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Le bassin de clarification est aménagé avec une digue en terre construite de façon classique. La digue d'amorçage est faite d'une moraine homogène, avec une couverture de protection contre l'érosion constituée d'un matériau d'une granulométrie de 0 à 100 mm. La couverture de protection contre l'érosion mesure 1,0 m d'épaisseur sur la pente aval et 2 m d'épaisseur sur la pente amont. Les angles de pente sont de 1:1,5 et de 1:2 pour les pentes aval et amont, respectivement. D'autres surélévations ont été réalisées selon la méthode longitudinale. Bassin récepteur La digue située au niveau du "réservoir récepteur" a été construite comme une digue classique et surélevée par la méthode longitudinale. La partie centrale imperméable verticale est constituée, dans sa partie haute, de moraine de 3 m d'épaisseur. De part et d'autre de cette partie centrale imperméable se trouve un filtre de sable fin de 2 m d'épaisseur constitué d'un matériau d'une plage granulométrique de 0 à 32 mm. A l'extérieur de ce filtre fin se trouve un matériau filtrant grossier d'une granulométrie de 8 à 64 mm. Au-dessus de la partie centrale et du filtre fin se trouve une couche horizontale de 0,5 mètre d'épaisseur constituée d'écorce. Le matériau de remblai est constitué de part et d'autre de roches d'abattage. L'angle de pente aval est de 1:1,8 et l'angle de pente amont est de 1:2. [49, Iron group, 2002] L'exploitation minière de Malmberget comporte cinq barrages : une digue de retenue, un bassin de clarification, un bassin de dégradation biologique, un bassin de réserve et un bassin tampon. Seuls les deux premiers barrages sont décrits dans le présent document. Le bassin de résidus a été construit dans un lac. Il se compose principalement de deux digues de structure différente, la digue B-A et la digue C-D-E-F. L'eau est canalisée par une tour de décantation du bassin de résidus dans le bassin de clarification. Elle est ensuite rétropompée du bassin de clarification vers l'usine de traitement. La digue de retenue de Malmberget a été construite en 1977 et a depuis connu cinq élévations. La hauteur de la digue atteint 35 m. Elle sera pleine d'ici à la fin 2002 et une élévation par la méthode ascendante est prévue. Cette élévation permettra d'assurer le dépôt de résidus pendant encore 25 ans, si on se base sur la cadence de production actuelle qui est de 1,5 million de tonnes/an. Le bassin dans son ensemble contient actuellement environ 16 millions de tonnes (poids à sec) de résidus. Le tableau ci-après recense les caractéristiques de l'IGR de Malmberget. La digue de retenue et le bassin de clarification ont été construits par utilisation du terrain naturel, avec une digue principale à l'extrémité de la vallée. [49, Iron group, 2002] Digue de retenue Type de digue Superficie de la digue (empreinte) Volume des résidus Volume de l'eau Section de la digue Type de digue Hauteur maximale Longueur de la digue Largeur de la digue Franc-bord minimum ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Digue en vallée 1,8 Mm2 16,8 Mm3 0,4 + 1,2 Mm3 b-a c-d-e1-f Asc,/descendante Descendante 13 m 35 m 700 m 2500 m 40 m 40 m 1,2 m 1,2 m juillet 2004 Bassin de clarification Digue en vallée 0,12 Mm2 s/o 0,25 Mm3 j1-j2 Longitudinale 14 m 1100 m 8,0 m 0,5 m 63 Chapter 3 Pente amont Pente aval Volume approximatif actuel de la digue de retenue 1:2 1:1,5 0,2 Mm3 1:2 1:1,5 2,5 Mm3 1:1,5 1:1,5 0,2 Mm3 Tableau 3.46 : Caractéristiques de la digue de retenue et du bassin et des digues clarification de Malmberget [49, Iron group, 2002] Digue de retenue La digue a été conçue pour s'étendre sur toute la largeur du lac, bloquant ainsi l'eau du lac. L'intérieur de cette digue de blocage est conçu comme une digue ascendante jusqu'à un niveau de 271 m (voir Figure 3.32). Cette digue ascendante comporte une partie centrale imperméable de 7 m d'épaisseur faite de moraine d'une perméabilité de 10-8 m/s. Cette partie centrale imperméable a une inclinaison de 1:1,5. Au-dessous et au-dessus de la partie centrale imperméable se trouve un filtre de 1 m d'épaisseur d'une granulométrie de 0 à 100 mm et d'une perméabilité de 1 x 10-3 à 1 x 10-4 m/s. A partir du niveau 271 m, la digue est réalisée selon la méthode descendante, avec une pente intérieure de 1:2 et une pente extérieure de 1:1,5. Entre le matériau de soutènement et la partie centrale imperméable se trouve un filtre de 1 m comme décrit ci-dessus. La partie centrale est recouverte d'une couche de protection contre l'érosion de 1 m d'épaisseur constituée d'un matériau d'une granulométrie de 0 à 70 mm et d'une perméabilité de 1 x 10-5 m/s. [49, Iron group, 2002] Figure 3.32 : Coupe transversale de la digue de retenue de Malmberget [49, Iron group, 2002] Bassin de clarification La digue du bassin de clarification est conçue comme une digue classique avec une partie centrale imperméable de 4 m d'épaisseur faite de moraine. De part et d'autre de cette partie centrale se trouve une couche filtrante de 1 m d'épaisseur. A l'extérieur de cette couche se trouve une couche de soutènement et sur le dessus, une couche de protection contre l'érosion. La couche de soutènement et la couche de protection contre l'érosion sont constituées chacune 64 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 de résidus grossiers secs. Les pentes extérieure et intérieure sont de 1:1,5 [49, Iron group, 2002]. A Steirischer Erzberg, les installations de gestion des résidus où sont déposés les résidus fins couvrent une superficie d'environ 40 ha et sont divisées en 6 bassins de résidus dont 3 sont actuellement en service. Jusqu'en 2002, environ 5,2 Mm3 (9,4 millions de tonnes) de résidus ont été déposés au total. La figure ci-après donne un aperçu de l'exploitation. Figure 3.33 : Steirischer Erzberg [55, Iron group, 2002] Les bassins de résidus sont construits sur le sommet des haldes à stériles d'une hauteur de 50 à 100 m et sont conçus pour être de faible perméabilité mais utilisent des zones d'infiltration pour drainer l'eau clarifiée. Cette eau de drainage s'infiltre à travers la halde à stériles et se mélange à l'eau d'un cours d'eau qui coule sous la halde. Ce mécanisme est détaillé ci-après. La distance entre l'usine de traitement et l'IGR en activité varie entre 500 et 2000 m. Les résidus doivent être pompés d'une altitude de 745 m à une altitude de 873 m et de 980 m, respectivement. Pendant la première moitié du 20ème siècle, cette zone servait de halde à stériles pour l'exploitation minière. Cela a enterré le ruisseau de cette vallée sur la quasi-totalité de sa longueur. La méthode appliquée à l'époque - transport par sentiers avec des hauteurs de déversement relativement élevées - a produit une forte proportion de blocs de grande taille à la base de la halde, du fait de la séparation par taille. Pour construire la base de la halde, on a enlevé la couche arable et on a installé une couche inférieure constituée de gros blocs de rocher. On a ainsi obtenu une perméabilité suffisante pour l'assèchement de la vallée, qui est restée inchangée à ce jour. La majeure partie de l'eau drainée depuis la halde émerge au pied de celle-ci. Les matériaux de la halde sont principalement de l'ankérite et du calcaire. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 65 Chapter 3 Les principaux critères de conception étaient la stabilité et l'étanchéité à l'eau. Toutes les digues sont constituées de résidus de carbonate (de 0,15 à 120 mm) et d'une couche rocheuse de schiste ("Werfener Schiefer") sur la paroi interne de la digue. L'étanchéité est assurée par l'établissement d'une couche comprimée de schiste ("Werfener Schiefer") et de résidus qui, selon l'expérience de la société, leur confère une imperméabilité suffisante. Afin de prouver l'adéquation des matériaux et des techniques employés pour la construction des digues, des études approfondies ont été réalisées, comprenant des essais in situ aussi bien qu'en laboratoire (paramètres géotechniques, perméabilité, angle de frottement interne, etc.) Des études ont montré que la stabilité de la structure des digues était quasiment indépendante de l'état des résidus à l'intérieur du bassin, si une couche d'étanchéité suffisamment imperméable, composée de schiste et de résidus comprimés, était mise en place avant que ne commence le déversement des résidus. C'est pourquoi l'imperméabilité de la couche d'étanchéité est de la plus haute importance. Lors de la conception et de la construction, on a veillé à l'exécution de la couche d'étanchéité et au drainage de l'eau des résidus. En fonction du matériau constituant les digues de chaque bassin, on choisira telle ou telle position pour le déversement de l'eau depuis le bassin. Ces zones de déversement mesurent 20 à 30 m de longueur et sont constituées de matériaux résistants à l'érosion et dont la fragmentation permet d'assurer la perméabilité nécessaire. [55, Iron group, 2002] 3.1.4.3.3 Mise au point de nouvelles méthodes de dépôt La construction d'un bassin de cellules drainées est actuellement à l'étude à Kiruna et Malmberget. Si les résultats de ce projet test sont positifs, on modifiera la méthode pour l'adapter à des applications à grande échelle. Cette technique repose sur un dosage granulométrique des stériles en aval du lieu de vidange des camions. Ce dosage permet d'obtenir une digue filtrante perméable/fortement drainante. Des cellules contraintes peuvent être constituées grâce à cette technique, dans laquelle les résidus sont déversés par voie hydraulique. La digue filtrante retient alors les résidus, tandis que l'eau de traitement est drainée. Un fossé ou des parois de captage vont être construits autour des digues filtrantes pour capter les eaux de drainage. Les eaux captées seront acheminées vers la digue de retenue actuelle. Avec l'emplacement proposé pour ces bassins de cellules drainées, la digue de retenue servira de bassin de clarification pour les matières en suspension acheminées à travers la digue filtrante. Une partie des résidus passera à travers la digue filtrante jusqu'à la digue de retenue actuelle. Il faudra donc peut-être surélever la digue de retenue actuelle pendant les 16 années de la période de dépôt prévue, selon l'efficacité de la digue filtrante. Il faut un haut rendement de filtrage (dépôt de sable dans la cellule) pour que le dépôt par cellule drainée soit une méthode viable. L'augmentation de hauteur éventuellement nécessaire (au maximum de 1 à 2 m pendant la période de 16 années selon l'efficacité de la digue) peut être réalisée sur la digue existante. L'avantage de cette technique de drainage est qu'il n'est pas nécessaire d'augmenter l'empreinte des digues de retenue existantes. De plus, la cellule drainée étant un système "à sec", les résidus peuvent être entassés plus haut. L'eau du dépôt de résidus étant drainée, une 66 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 rupture de la digue filtrante est moins probable. Toutefois, en cas de rupture, l'effet de cette rupture serait moindre du fait que la teneur en eau est inférieure à celle du système actuel et que les résidus seront emprisonnés dans la digue de retenue actuelle. Dans le système de digue classique actuel, les résidus grossiers sont traités en tant que stériles et acheminés par camion jusqu'à la halde à stériles, ce qui est une opération très coûteuse et gourmande en main-d'œuvre. L'avantage économique pour l'exploitant est que grâce à cette nouvelle méthode, les résidus grossiers comme les résidus fins peuvent être pompés vers la nouvelle IGR sous forme de boues. [49, Iron group, 2002] 3.1.4.3.4 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents A Kiruna et Malmberget le déversement sur les digues de retenue est commandé par un système de commande relativement continu qui produit un flux continu de résidus. Les digues sont inspectées plusieurs fois par semaine conformément aux directives définies dans un manuel d'exploitation, d'inspection et d'entretien (EIE) élaboré pour les trois installations. Ces inspections comportent une évaluation du niveau de l'eau des digues et des fossés/entonnoirs anti-débordement. Toutes les observations sont consignées dans le registre de terrain afin que les modifications puissent être évaluées. Des inspections mensuelles et annuelles sont également mises en œuvre conformément aux manuels EIE. Les inspections sont effectuées plusieurs fois par semaine par des personnels d'exploitation, tous les mois par le directeur et tous les ans par un expert (généralement le consultant interne). Un classement de toutes les digues en fonction de la dangerosité (pour la vie humaine, pour l'environnement ou au plan économique) d'une rupture de digue a été réalisé conformément aux directives suédoises (RIDAS, voir Section 4.2.3.1). Pour ce classement, il a été réalisé une évaluation des risques plus particulièrement axée sur le pire cas de rupture de digue. Du fait de la stabilité chimique des matériaux, évoquée précédemment dans ce document, le risque de dommages pour l'environnement est très faible. Les manuels EIE élaborés à Kiruna et à Malmberget sont décrits ci-après. Généralités En 2001, des manuels d'exploitation, d'inspection et d'entretien (EIE) similaires aux manuels d'exploitation, de surveillance et d'entretien (ESE) décrits à la Section 4.2.3.1, ont été rédigés pour trois grosses digues de retenue. Ces manuels ont été créés afin d'éviter toute rupture d'une digue ou bien, en cas de rupture, pour indiquer les mesures d'urgence à prendre pour en limiter les effets. Les trois manuels sont très similaires et feront donc l'objet d'une description commune. Ils ont également pour objectif de faciliter et de documenter de futures modifications de structure. Ces manuels sont mis à jour tous les ans. Ces manuels abordent les points suivants : • • • • • structure de la digue classement de la digue en fonction de sa dangerosité (y compris évaluation des risques) possibilités d'actions visant à améliorer la sécurité opérations systématiques d'exploitation, d'inspection et d'entretien plan de préparation à l'intervention d'urgence en cas d'incident sur une digue. L'état des digues en exploitation peut se classer en quatre niveaux différents : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 67 Chapter 3 • • • • exploitation normale, s'il n'y a pas d'indication de changement des conditions exploitation restreinte, au cas où il pourrait y avoir des indications d'éventuelles fractures sur une digue, de fortes pluies, de déversement d'eau de traitement, etc. exploitation perturbée, en cas de niveau d'eau anormalement élevé d'une digue, de fractures distinctes et de fuite d'eau ; et enfin incidents, en cas d'arrêt probable de l'exploitation. Les paragraphes ci-après décrivent les opérations systématiques de surveillance et d'inspection des digues ainsi que les plans d'urgence en cas de rupture d'une digue. Surveillance et inspections d'une installation de gestion des résidus La surveillance de la nappe phréatique s'effectue par le biais de colonnes montantes installées en certains points des différentes digues. Il existe neuf de ces colonnes montantes à la digue de retenue de Kiruna, cinquante-trois à Svappavaara et quatre pour les digues de retenue de Malmberget. Les mesures sont prises manuellement et de façon mensuelle tant que les relevés sont stables, plus souvent dans le cas contraire. Les données climatiques proviennent d'une station météorologique située à l'aéroport le plus proche. Les manuels EIE décrivent les paramètres critiques d'exploitation, d'inspection et d'entretien. Ils portent, sauf en ce qui concerne les manuels relatifs aux digues, sur les structures de décantation et les déversoirs, les systèmes de décharge de résidus, les canaux de détournement des eaux pluviales, etc. Ces manuels proposent des inspections régulières par des personnels d'exploitation formés, trois fois par semaine, qui consisteront à contrôler les changements de pentes, de percolation, de matériaux acheminés dans les eaux de percolation, indicatifs d'une érosion interne. Toutes les observations émises lors des inspections seront consignées dans un registre de terrain. Les manuels demandent la tenue de réunions hebdomadaires pour les personnels d'exploitation, d'inspection et d'entretien, lors desquelles les données recueillies pendant la semaine seront présentées et commentées et des décisions concernant des améliorations de la sécurité des digues seront éventuellement prises. Une inspection mensuelle est effectuée afin d'évaluer la sécurité des digues et d'éventuelles améliorations à apporter pour maintenir un niveau élevé de sécurité. Ces inspections doivent être réalisées par la personne responsable de la digue de retenue, conjointement avec les personnels d'exploitation. Outre les inspections visuelles, des relevés des colonnes montantes, des eaux de percolation et des niveaux d'eaux des bassins seront également effectués. Un expert procède à une inspection annuelle (audit). Lors de cette inspection, toutes les notes recueillies sur le terrain et les rapports d'inspection mensuels sont passés en revue et un contrôle visuel est effectué. Le rapport d'inspection résume toutes les mesures recueillies au cours de l'année, évalue les résultats et propose d'éventuelles améliorations ou d’éventuels ajustements des digues et des inspections journalières et mensuelles. Les inspections annuelles passent également en revue et évaluent les calculs relatifs aux digues et utilisés pour leur conception, y compris les données d'exploitation et d'entretien. Des plans de préparation à une intervention en cas d'urgence ont été élaborés pour les quatre niveaux de conditions d'exploitation recensés et décrits ci-dessus. Ces niveaux nécessitent des réactions différentes, résumées ci-après. Exploitation normale : les procédures systématiques pour une exploitation normale décrites dans le manuel EIE sont effectuées. Exploitation restreinte : lorsque les conditions indiquent l'augmentation du risque d'un éventuel incident sur une digue, par exemple une augmentation des infiltrations, un niveau 68 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 d'eau anormalement élevé dans le bassin ou autres, l'installation fera l'objet d'inspections plus fréquentes (tous les deux jours ou tous les jours) pour évaluer si les conditions sont en train de s'améliorer ou d'empirer. La personne responsable de la sécurité de la digue note toutes les observations dans le registre de terrain. Exploitation perturbée : en cas de changements majeurs sur les digues, plus sévères que ceux décrits ci-dessus, par exemple des conditions climatiques extrêmes, une érosion sévère, une érosion interne ou une érosion le long des buses de décantation, des fissures importantes, des dolines ou des tassements, le fonctionnement sera classé comme "perturbé". A ce stade, il faut prendre des mesures préventives. Les manuels EIE décrivent des scénarios possibles et les mesures proposées pour ceux-ci, et recommandent la consultation d'un expert le cas échéant. Toutes les observations et les mesures doivent être décrites en détail dans le registre de terrain par la personne responsable de la sécurité des digues. Incident : en cas d'incident, un arrêt provisoire de l'exploitation minière est probable. Un plan d'action destiné à faciliter le processus décisionnel a été établi, ainsi qu'une liste de numéros de téléphones internes et externes. Un incident doit faire l'objet d'un suivi, avec un rapport mentionnant la raison pour laquelle l'incident a eu lieu et les mesures qui ont été prises pour en limiter les effets. Pour une exploitation en toute sécurité des bassins de résidus situés sur le dessus des haldes à stériles d'Erzberg, il est prévu une série de mesures de contrôle et de surveillance axées sur les paramètres cruciaux. Les paramètres observés à intervalle régulier sont, entre autres : • • • le niveau de la surface de l'eau à l'intérieur des digues (mesures piézométriques) le niveau d'eau des bassins les mesures d'affaissements (relevés). Des instructions d'exploitation sont également prévues, concernant : • • • • • les observations visuelles le contrôle du drainage et la documentation des défauts de drainage et des travaux d'entretien la surveillance de l'eau la surveillance de la stabilité des digues par des relevés de points fixes la surveillance des niveaux d'eau à l'intérieur des digues. La qualité de l'eau est régulièrement analysée aux points de prélèvement définis par les autorités et une analyse interne de la qualité de l'eau est réalisée en fonction des besoins. Toutefois, comme les résidus déchargés ont été classés sans danger du point de vue de leurs caractéristiques environnementales et géochimiques, la surveillance environnementale sera de nature purement documentaire et effectuée à titre de prévention. [49, Iron group, 2002] 3.1.4.3.5 Fermeture et entretien après fermeture Pour les trois grands bassins de résidus de Kiruna et Malmberget des plans formels de fermeture normale n'ont pas été soumis à l'approbation des autorités de réglementation. Un plan de fermeture sera élaboré en collaboration avec les agences de réglementation locales et régionales. Les parties du système de digues de retenue susceptibles d'être déclassées avant la fermeture de la mine seront recouvertes et reverdies et, en cas de mise en bassin, un pompage et une remise à niveau des eaux pourront être effectués. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 69 Chapter 3 A Erzberg, certains petits bassins de résidus ont été déclassés. Il n'existe pas de plan de fermeture approuvé pour les bassins en activité, mais des études ont été réalisées et des concepts de fermeture développés. La méthodologie employée jusqu'à présent pour les bassins fermés consistait en un assèchement et une couverture végétale, suivis d'un reverdissement. Le reverdissement a également pu se faire directement dans des résidus asséchés. Ces mesures sont efficaces pour éliminer les émissions de poussières par les bassins. Le problème de la contamination de l'eau ne se pose pas (comme en témoignent les résultats de surveillance depuis 30 ans) du fait que les résidus sont stables au plan chimique et qu'aucun réactif n'est utilisé pour le traitement du minerai. Les bassins fermés font l'objet d'une surveillance et de relevés continus. D'autres modes d'utilisation des résidus sont actuellement à l'étude. 3.1.4.4 Gestion des stériles Deux des exploitations minières sont des mines souterraines (en l'occurrence, Kiruna et Malmberget). Par conséquent, seules de faibles quantités de vrais stériles, tels que définis pour les besoins du présent document, sont excavées pour les tunnels d'accès. En revanche, les résidus de la séparation magnétique par voie sèche sont inclus dans la question des stériles, du fait que la gestion de ces résidus grossiers se rapproche davantage de celle des stériles que de celle des résidus. Dans les exploitations de Kiruna et de Malmberget, les résidus grossiers sont acheminés par convoyeur depuis l'usine de traitement jusqu'aux silos et de là, sont acheminés par roulage à l'installation dite de gestion des stériles, par camion benne. Les résidus grossiers sont déversés sur des terrils d'environ 15 m de haut et selon l'angle de repos naturel. Au total, ces deux sites gèrent environ 12 millions de tonnes/an de "stériles" selon cette méthode. A Erzberg, environ 1,9 million de tonnes/an de "stériles" sont gérées, dont 0,7 million de tonnes sont les résidus grossiers issus de la séparation en milieu dense et 1,2 million de tonnes correspondent aux stériles proprement dits, qui proviennent directement de la mine à ciel ouvert. 3.1.4.4.1 Caractéristiques des stériles Les stériles de Malmberget (les résidus grossiers) n'ont pas été caractérisés, mais ceux de Kiruna ont été soumis à des analyses de lixiviabilité et des bilans acido-basiques (ABA), en complément de la caractérisation du minerai et de la roche mère durant l'exploration. Des analyses détaillées de la minéralogie et des éléments trace ont été précédemment décrites, dans le chapitre relatif aux résidus (voir ci-dessus). Des essais ont également été réalisés pour évaluer la quantité d'explosifs non explosés qui restait dans les stériles. Les études de lixiviabilité et d'ABA indiquaient que la fraction fine des stériles (provenant de l'installation de triage) avait la plus forte teneur en sulfure (de 1,4 à 3 % en poids de S). Or, la capacité neutralisante de la calcite est supérieure au potentiel acidifiant des sulfures. Les essais de lixiviation effectués (en l'occurrence des essais en cellule humide) indiquent que l'acide produit par l'oxydation des minéraux sulfurés est neutralisé par la calcite. L'étude indiquait également que les minéraux de silicate présents dans le matériau d'essai servaient également d'agents neutralisants. Les essais de lixiviation indiquent que le sulfate, le calcium et le magnésium sont les principaux constituants lixiviés par les stériles. 70 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Les essais de lixiviation au nitrate ou à l'ammoniac indiquent que le nitrate d'ammonium laissé par un explosif non détoné se lixivie facilement, et qu'il est lixivié principalement par les premières pluies qui s'infiltrant dans les stériles. Au plan géotechnique, les stériles sont stables. La nature grossière de ces matériaux et leur déversement par camion stabilisent les stériles au moment du dépôt. L'altération chimique est très lente sous le climat sub-alpin qui règne au nord de la Suède. La formation de minéraux argileux par altération est extrêmement lente. Par conséquent, aucune autre méthode de dépôt n'a été envisagée. [49, Iron group, 2002] Sur le site d'Erzberg, les stériles ne présentent aucun signe de lixiviation et ont été caractérisés au plan minéralogique comme suit : • • • • • ankérite calcaire schiste ("Werfener Schiefer", "Zwischenschiefer") : quartz 46 %, dolomite 14 %, hématite 6 %, mica 4 %, feldspath 0,18 %, pyrophyllite 30 % porphyroïde (faibles quantités) : mica 8 %, quartz, 63 %, feldspath 5 %, chlorite 25 % fragmentation : 0 - 1500 mm. L'ankérite, le calcaire et le porphyroïde sont très résistants à l'altération. En revanche, le schiste présente un degré d'altération relativement élevé, notamment à cause des conditions météorologiques qui règnent sur le site. [55, Iron group, 2002] 3.1.4.4.2 Méthodes de gestion appliquées La création des installations de gestion des stériles sur deux des sites n'a été précédée d'aucune étude de base. En revanche, sur l'un des sites, une conception avancée a été effectuée sur la base de recherches menées sur place. Le lieu d'implantation de toutes les haldes a été choisi de telle sorte que ces dernières aussi proches que techniquement et pratiquement possible de la mine ou de l'usine de traitement. Pour deux des sites, l'installation de gestion des stériles se trouve à proximité de l'usine de traitement et s'étend jusqu'aux fosses épuisées. En fait, sur l'un des sites les résidus grossiers issus de la séparation magnétique par voie sèche ont été évacués pendant une courte période dans la mine à ciel ouvert épuisée, à l'aide d'un système de convoyeur à bande. Cette opération n'a plus cours à cause des problèmes de poussières. A Kiruna et Malmberget les stériles sont déposés sur une couche de terre fine ou à même la roche mère. Cette roche mère est constituée de roches volcaniques primaires, de trachytes, de trachyandésite, de rhyolites et de rhyodacites. Ces roches, extrêmement résistantes, ne présentent que peu de risque de s'effondrer dans une exploitation minière souterraine [49, Iron group, 2002]. A Erzberg, la mine étant située en zone alpine, l'espace est limité. L'ancienne halde à stériles a été en activité jusqu'au milieu du 20ème siècle. Après sa fermeture, les bassins de résidus ont été construits dans cette zone de décharge. Une fois la capacité de la halde épuisée, il a fallu trouver de nouvelles installations de déchargement. Sur la base d'études réalisées par l'exploitation et en collaboration étroite avec la communauté locale, les propriétaires fonciers et les autorités concernées, une nouvelle zone a été identifiée pour la halde à stériles. Cette nouvelle halde à stériles se trouve dans une petite vallée située à proximité de l'exploitation minière. Le déchargement s'est effectué par-dessus les ruisseaux, en prenant soin d'assurer une ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 71 Chapter 3 perméabilité suffisante pour l'eau. La terre et les matériaux meubles ont été enlevés, jusqu'à la roche résistante. Cette formation est perméable et s'appuie sur une assise imperméable constituée de schiste et de porphyres. Dans la vallée, le socle rocheux se compose de porphyres, de schistes argileux et de carbonates. La superficie totale de la halde est d'environ 400 ha. Jusqu'en 2002, environ 550 millions de tonnes de stériles ont été déchargées sur cette installation. La halde s'étend du niveau des 1230 m jusqu'au pied de la digue de retenue, au niveau des 821 m. Elle est constituée de plusieurs zones de décharge et s'étend verticalement sur plus de 400 m. La hauteur maximale d'un talus de halde est de 70 m. La digue de retenue, qui se trouve dans la partie la plus basse de la vallée, a une hauteur de 147 m. La distance entre les fronts de taille et la halde varie entre 500 m et 1500 m en distance linéaire. Les distances de roulage pour le transport par camion vont jusqu'à 3 km. [55, Iron group, 2002]. Conception et construction Comme indiqué précédemment, Erzberg devait implanter sa halde à stériles dans une vallée, du fait de la topographie de la zone. Lors de la planification et de l'exploitation de l'installation de gestion des stériles, un soin particulier a été apporté aux aspects suivants, en raison de la situation spécifique de cette halde : • • • • le déchargement à flanc de montagne le déchargement par-dessus des ruisseaux la distance par rapport aux habitations les conditions climatiques alpines. Ainsi, lors de la planification du projet, trois facteurs clé ont été pris en compte : • • • l'état des sols (géologique et hydrogéologique) les caractéristiques des stériles la méthode de déchargement. De nombreuses solutions pour gérer l'exploitation, la mécanique des sols, la géologie et les systèmes hydrauliques ont été abordées. Les aspects suivants ont été évalués : • • • • lutte contre l'érosion et stabilité des pentes de la halde lutte contre l'accumulation d'eau derrière les haldes et à l'intérieur études sur les débits au travers des halde en cas de crue évaluation de la qualité de l'eau après sa percolation au travers des haldes. Les bases de la conception et de la construction de l'installation de gestion des stériles ont été jetées par un consultant externe. Selon le concept élaboré, la couche inférieure de la halde (socle de la vallée) est constituée de roches carbonatées de gros gabarit. La section transversale de cette couche a été conçue pour résister à une crue (événement centennal), l'eau peut percoler à travers la halde sans difficulté et sans faire monter la pression d'écoulement. En outre, un programme d'essai complet a été exécuté par l'autorité responsable. Pendant deux ans, des essais de pénétration ont été menés, montrant que le débit d'eau maximum pouvait être géré si la base de la halde était réalisée sur le modèle proposé. Sur la base de ces avis et études d'expert, l'installation de gestion des stériles a été approuvée par les autorités minières en 1969. Cette approbation s'accompagnait d'une série d'obligations strictes en matière de conception et d'exploitation, notamment : • • 72 avant tout déchargement, le sol devait être débarrassé de toute végétation, arbres, racines et terre la halde ne devait pas dépasser un angle de pente global de 31° une fois terminée July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • • • • • Chapitre 3 la section transversale du fossé latéral de drainage devait être suffisamment large pour gérer les eaux ruisselant le long des talus la couche inférieure de la halde devait être intégralement constituée de blocs de roche carbonatée d'un gabarit compris entre 400 et 1000 mm et devait mesurer au moins 1,5 m de hauteur dans la zone de l'ancien lit du ruisseau, il fallait utiliser des blocs d'au moins 700 mm dans les zones de décharge désignées, il fallait utiliser uniquement des roches carbonatées au pied de la halde, en direction de la vallée, il fallait créer une structure d'évacuation perpendiculaire à celle-ci un système de surveillance permettant de surveiller la nappe phréatique à l'intérieur du terril devait être mis en œuvre tous les travaux de la digue et les différentes phases de la construction devaient être correctement documentés. La conception et la construction ont chacune été évaluées par un expert externe sur la base des documents existants relatifs à la fermeture en 1996. Cette évaluation montrait que toutes les consignes émises par les autorités avaient été respectées et qu'il n'y avait aucune indication d'une quelconque instabilité de la pente de la halde. Comme indiqué précédemment, les haldes ont été conçues pour permettre à un ruisseau de couler sous celles-ci. Mis à part cela, dans la conception de la halde à stériles le facteur principal est la distance de roulage jusqu'à la zone d'extraction. Comme expliqué plus haut, les stériles et les résidus de séparation magnétique par voie sèche sont transportés par camion et déversés dans l'installation de gestion des stériles. Ce déversement est basé sur l'angle de repos naturel sans autre modification des pentes. C'est la méthode traditionnellement employée pour déposer les stériles. Les matériaux étant considérés comme n'ayant qu'un impact limité sur les eaux de surface ou souterraines ou sur les sols avoisinants, ces pratiques n'ont pas été modifiées. Le recours aux convoyeurs à bande ou au pompage des boues est fréquemment évalué, pour remplacer le transport par camion. Toutefois, le transport par camion s'est avéré être à ce jour le moyen le plus efficace et le plus économique pour transporter les stériles. [55, Iron group, 2002] Principe Le dépôt des stériles se fait de manière similaire sur tous les sites. Les stériles sont transportés par camion depuis les différents gradins des fronts de taille par un système de rampe et de la zone de déchargement jusqu'aux différents points de déchargement. Les matériaux sont déversés directement des camions sur le talus de la halde ou au pied de celle-ci. A Erzberg, les hauteurs de déversement varient entre 40 et 70 m. Avec cette méthode, les pentes de la halde seront comprises entre 33° et 38°. L'angle de pente global est maintenu à moins de 28° [55, Iron group, 2002]. Sur les sites de Kiruna et de Malmberget, les haldes sont structurées en levées de 15 m de hauteur. La méthode de déchargement par camion entraîne une gradation dans laquelle les granulométries les plus grosses descendent jusqu'en bas du talus, tandis que les grains plus fins se déposent plus haut sur le talus. Cette gradation a été utilisée dans la conception de l'une des haldes décrites ci-dessus, pour permettre à un ruisseau de couler en dessous. En outre, un certain tassement est susceptible de se produire sur le sommet de chaque levée, du fait de la circulation des camions benne. Un tassement naturel des parties les plus profondes des haldes à stériles peut également se produire ultérieurement. Aucun de ces différents tassements ne va influer outre mesure sur l'écoulement de l'eau. La plus grande partie de l'eau de pluie qui ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 73 Chapter 3 tombe sur les stériles est susceptible de s'écouler verticalement à travers les haldes. Une fois que les eaux d'infiltration ont percolé à travers les haldes, une partie de ces eaux va s'infiltrer dans la nappe phréatique et une partie va s'écouler sur la roche mère et apparaîtra sous forme d'eau de percolation au pied de la halde. Il est d'usage courant d'aménager des fossés au pied de l'installation de gestion des stériles pour contrôler ces eaux de percolation. Dans l'un des sites, toutefois, ces eaux de percolation vont directement dans le ruisseau qui coule sous la halde. [49, Iron group, 2002] 3.1.4.4.3 Sécurité de l'installation de gestion des stériles et prévention des accidents Sur deux des sites, les stériles sont considérés comme stables aux plans chimique et géotechnique. C'est pourquoi aucun système de surveillances des installations de gestion des stériles n'est utilisé. Pour le site où le ruisseau coule sous les stériles, un plan de surveillance est appliqué, qui comporte une surveillance géotechnique (relevés, mesures piézométriques) et une surveillance environnementale. 3.1.4.4.4 Fermeture du site et entretien après fermeture Dans le cadre du processus d'autorisation pour l'installation de gestion des stériles, une société a élaboré un plan de fermeture. Comme décrit précédemment, les haldes à stériles sont structurées en levées de 15 m. Les stériles situés sur le sommet de chaque levée sont déplacés vers l'intérieur, laissant une corniche de 30 m. Le concept de remise en état consiste à se focaliser sur le reverdissement des corniches par l'apport de terre et de graines qui s'accordent avec la végétation locale. Un petit talus rocheux sera érigé au bord de chaque corniche. De l'eau sera apportée aux zones reverdies dans les premiers stades du projet de remise en état, mais cet apport ne sera plus nécessaire par la suite. Le sommet des stériles sera incliné du centre vers le bord des haldes à stériles. Les résidus grossiers secs séparés par voie magnétique s'étaleront sur le sommet de chaque levée sur une épaisseur de 0,5 à 0,7 m. Par-dessus ces résidus grossiers, il est proposé d'ajouter une couverture de terre de 0,2 m d'épaisseur. Il est également proposé d'apporter à la terre des matières organiques favorisant la croissance. Sur un autre site, les mesures de remise en état à prendre après la fermeture sont incluses dans l'autorisation délivrée par les autorités. Ces mesures diffèrent entre des zones distinctes et comprennent un aménagement du paysage et la plantation d'arbres. Toutefois, elles seront difficiles à réaliser, compte tenu de la situation locale caractérisée par les éléments suivants : • • • • • absence de sol minéralogique déficit en nutriments (principalement en carbonates) fragmentation grossière (due à la technique d'exploitation et à la résistance à l'altération) gradient de température angles de pente aigus. En raison de ces difficultés, la société a lancé un projet de recherche avec des spécialistes (biologistes, experts en remise en état, experts en forêts, ingénieurs des mines) pour mettre au 74 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 point des techniques de remise en état améliorées et propres à chaque site. L'autre objectif important est de réaliser un reverdissement propre à chaque site afin de parvenir à une remise en état durable. A l'issue d'une période de trois années passées à tester les différentes techniques de remise en état, les méthodes les plus appropriées ont été choisies. Après six ans d'observation de l'évolution de la végétation, il est clair que la durabilité des mesures est possible. Par conséquent, l'entreprise possède désormais le savoir-faire nécessaire pour appliquer cette remise en état à l'avenir ; avec de grandes chances de succès et de manière économique. Les effets observés et documentés d'une remise en culture progressive des haldes à stériles sont les suivants : • • • • amélioration du bilan hydrique (percolation et vitesse de drainage des eaux de surface) améliorations de l'impact visuel augmentation de l'habitat pour la flore et la faune amélioration de la biodiversité dans la région. Il est également prévu d'utiliser les méthodes mises au point dans les zones actuellement en activité. La surveillance à long terme de l'installation de gestion des stériles consiste en une surveillance fréquente de la ligne de percolation à l'intérieur de la digue de retenue. 3.1.4.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation Tous les exploitants appliquent des programmes de surveillance établis, convenus avec les autorités compétentes. L'exploitant des sites de Malmberget et Kiruna sites a mis en œuvre un système de surveillance des effets des rejets sur l'environnement. Ce programme contient une description des procédures de prélèvement, d'analyse et de compte-rendu pour le contrôle de l'environnement. Le système d'exploitation de la société comporte des consignes et des procédures qui décrivent ces modes de prélèvement de manière détaillée. La surveillance s'effectue conformément au protocole minimum suivant : • contrôle des rejets en un point de prélèvement au moins dix fois par an. L'analyse porte sur le pH, les carbonates, les nitrates, le phosphore, les hydrocarbures et les métaux • le contrôle du récepteur se fait à partir de deux points de prélèvement et d'une position de référence (pour le niveau de fond) au moins six fois par an. Les paramètres analytiques comprennent le pH, les carbonates et le phosphore • des études du récepteur et de la zone avoisinant le milieu récepteur sont réalisées tous les trois à cinq ans. Ces études consistent principalement en des évaluations sédimentologiques et biologiques • une évaluation des inondations par débordement des eaux du bassin de clarification est effectuée en permanence. [49, Iron group, 2002] 3.1.4.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 75 Chapter 3 A Kiruna, le volume total d'adduction d'eau dans l'usine de traitement du minerai était de 61 Mm3 en 2001. Sur ce total, 3 Mm3 étaient des eaux de ruissellement de surface capturées, 9 Mm3 des eaux d'exhaure et le reste, soit 49 Mm3, des eaux réutilisées provenant du bassin de clarification. Pour les 23 millions de tonnes de minerai traitées cette année-là, le procédé a utilisé 2,6 m3par tonne de minerai, dont 80 % sont recyclés depuis le bassin [51, Iron group, 2002]. Dans le procédé de flottation appliqué à Kiruna, les quantités de réactifs consommées chaque année sont les suivantes : • • • collecteur : acide gras, 290 tonnes dépresseur : silicate de sodium, 1 500 tonnes contenant 94 tonnes de Na et 194 tonnes de Si conditionneur : hydroxyde de sodium, 60 tonnes contenant 35 tonnes de Na. L'acide gras issu du procédé de flottation et qui va dans les résidus correspond à 250 t/an (86 % de la consommation totale), dont environ 63 % de carbone méthylique et 27 % de carbone carboxylique. Les acides gras se fixent aux phases minérales et sont transportés jusqu'au bassin de résidus où ils se sédimentent et se décomposent. La décomposition aérobie complète se décrit à l'aide des formules ci-après : CH2- + 2 O2(g) + 2H+ = CO2(g) + 2 H2O COOH + ½ O2(g) + H+ = CO2(g) + H2O Il n'y a pas de captage des eaux de ruissellement ou de percolation provenant des installations de gestion des stériles, à l'exception d'un fossé de drainage qui entoure certaines parties de la halde. Dans ces deux cas, les eaux de percolation s'écoulent naturellement dans les bassins de résidus. Dans l'exploitation d'Erzberg, l'usine de traitement du minerai utilise 90 % des eaux recyclées provenant des classificateurs à vis. Les eaux de drainage des bassins de résidus percolent à travers la halde à stériles et sont évacuées dans un ruisseau qui coule sous celle-ci. Aucun agent chimique n'est utilisé dans ce procédé. Les résidus sont inertes et ne subissent ni lixiviation ni altération notable. Aucune de ces exploitations n'a réalisé de bilan hydrique. Cela dit, à Kiruna, dans le cadre des analyses effectuées sur les eaux souterraines pour estimer l'origine des agents contaminants d'un lac, on a calculé que le débit de drainage des stériles vers ce lac était d'environ 1,13 Mm3/an. 3.1.4.5.2 Rejets atmosphériques Au niveau des haldes à stériles, les problèmes de poussière les plus sérieux se posent les jours de temps sec, avec le concassage, le transport et le déchargement des stériles. On arrose les pistes de roulage pour limiter le problème et on arrête les déchargements face aux zones habitées les jours de vent ou de temps sec. Sur l'un des sites, la remise en état progressive réduit la superficie de la halde à stériles à ciel ouvert et limite donc également les éventuels rejets de poussière. Les bassins en activité à Erzberg sont maintenus immergés ou saturés d'eau. Cela peut se faire grâce aux conditions d'un climat alpin, notamment : • 76 une pluviométrie élevée, d'environ 1 200 mm/an July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • Chapitre 3 un été court la protection contre le vent par les montagnes environnantes. A Kiruna et Malmberget le prélèvement de particules en suspension dans l'air se fait en permanence en plusieurs points localisés aux alentours des trois exploitations minières et dans les zones d'habitation. L'hiver, de la neige est prélevée aux points de prélèvement et analysée pour ses particules. Les analyses de rejets atmosphériques réalisées ces dernières années au niveau des trois sites indiquent que les particules solides mesurées à ce jour sont inférieures à 220 g/(100 m2 x 30 jours) pour Kiruna, qu'elles sont comprises entre 18 et 220 pour Malmberget et qu'elles sont inférieures à 200 pour la zone d'habitation de Svappavaara. Les particules solides emprisonnées dans ces analyses proviennent principalement d'autres parties de l'exploitation minière et non des digues de retenue. Des échantillons de neige sont prélevés pendant l'hiver en plusieurs points de captage. Ces échantillons sont soumis à des analyses visant à déterminer la distribution des particules en suspension et les résultats sont communiqués tous les ans. 3.1.4.5.3 Rejets aquatiques A Erzberg les rejets d'eau sont surveillés. Aucun effet négatif sur la qualité des eaux en aval n'a été détecté ni aucune valeur seuil n'a été dépassée. Pour ce qui est des autres sites, les rejets aquatiques sont variables pour chacun des gros sites. Les paragraphes ci-après fournissent une description de chacun de ces sites. Des échantillons d'eau souterraine ont été prélevés en vue d'une évaluation du transport des nitrates depuis les installations de gestion des résidus grossiers. A Kiruna un volume d'environ 9 Mm3 se déverse annuellement du bassin de clarification dans les eaux de surface. Le débit de déversement annuel est d'environ 16,8 m3/min. Sur l'année, le débit est extrêmement variable et suit le cycle de drainage naturel, mais parfois avec des retards. Le volume total de nitrates et de phosphates déversé en 2001 était respectivement de 116 tonnes et de 251 kg, valeurs qui sont comprises dans la plage des rejets de ces 10 dernières années. Les concentrations des rejets en nitrates sont d'environ 13 mg/l et pour les phosphates, elles sont d'environ 0,03 mg/l (concentrations moyennes sur l'année). Les nitrates proviennent des explosifs non détonés et les phosphates proviennent du minerai. Le tableau ci-après présente une analyse complète des rejets de ce site. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 77 Chapter 3 Paramètre Al Aliphatiques Aromatiques As Ba Ca Cd Cl Co Cr Cu F Fe HCO3 Hg K Conductivité Mg Mn Mo Na Ni NO3-N P Pb pH S Si SO4 Sr Solides en suspension N total P total Turbidité Zn Concent. 10,7 <0,1 <0,2 0,59 31,35 160,7 0,009 123,8 0,18 0,049 1,79 1,71 0,049 1,10 <0,002 35,1 139,7 20,05 32,36 53,94 80,37 0,92 11,33 25,54 0,0429 8,03 141,1 3,684 431,2 551,1 3,14 12,77 0,0274 1,871 0,924 Unités μg/l mg/l mg/l μg/l μg/l mg/l μg/l mg/l μg/l μg/l μg/l mg/l mg/l mmol μg/l mg/l mS/m mg/l μg/l mg/l mg/l μg/l mg/l μg/l μg/l mg/l mg/l mg/l μg/l mg/l mg/l mg/l FNU μg/l Tableau 3.47 : Concentrations moyennes des rejets d'une installation de gestion des résidus de minerai de fer dans des eaux de surface pour 2001 Depuis les installations de Svappavaara il n'y a normalement aucun déversement direct des eaux de traitement dans les eaux réceptrices, ou ce déversement n'est que marginal, à l'exception des infiltrations à travers les digues. Pour l'année 2000, on rapporte qu'un volume d'environ 130 000 m3 d'eau aurait été déversé pendant la période du 23 mai au 14 juin, à cause d'un niveau d'eau anormalement élevé dans le bassin de clarification. Des échantillons sont fréquemment prélevés en quatre points de prélèvement en vue d'étudier la qualité de l'eau en liaison avec l'installation de gestion des résidus. La qualité de l'eau dans les bassins de résidus est conforme aux normes suédoises et européennes relatives à la qualité de l'eau. L'eau des bassins de résidus se déverse dans les bassins de clarification. L'eau excédentaire du bassin de clarification est utilisée soit comme eau de traitement soit pour le transport des résidus jusqu'aux digues de retenue. L'eau 78 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 excédentaire de ce cycle se déverse dans les cours d'eau conformément aux autorisations de rejet. En 2000, environ 80 % de l'eau excédentaire pénétrant dans le bassin de clarification a été réutilisée dans l'usine de traitement, tandis que 20 % a été évacuée. Le volume évacué s'est monté à 16,7 m3/min (moyenne annuelle). La qualité de l'eau rejetée dans les cours d'eau classe celle-ci, selon l'agence suédoise de protection de l'environnement, comme une eau à faible concentration pour les trois installations de Malmberget et de Kiruna. Un volume d'environ 6168 m3 d'eau a été déversé de l'installation de Malmberget dans la rivière. Les eaux rejetées et les eaux réceptrices ont été surveillées et la masse totale des composants rejetés est estimée sur une base annuelle. L'eau de traitement constitue environ 2 % du débit total de la rivière. Dans l'un des sites, une étude approfondie de la nappe phréatique a été effectuée pour évaluer le transport des contaminants depuis l'installation de gestion des stériles jusqu'à un lac voisin. Quatre puits de surveillance ont été installés à des profondeurs de 2,5 à 3 m et des échantillons sont prélevés à plusieurs reprises pendant l'été. Cette étude a indiqué que les quantités de composants transportées depuis l'installation de gestion des stériles par le biais des eaux souterraines n'étaient que mineures, en raison de la forte capacité neutralisante des stériles et de la capacité de sorption de l'aquifère. Erzberg pratique le rejet direct des eaux de drainage provenant des haldes à stériles. Après 30 ans de surveillance des eaux de surface, aucun effet nocif pour la qualité des eaux de surface n'a été détecté. 3.1.4.5.4 Contamination des sols Sur les sites de Kiruna et de Malmberget, des échantillons des sols sont prélevés à intervalle régulier (tous les cinq ans environ). L'objectif est de surveiller toute contamination ayant pour origine les rejets atmosphériques. L'étude comporte une analyse/évaluation des mousses qui poussent sur les sols avoisinant (à différentes distances et dans différentes directions) les installations minières. Les analyses portent plus particulièrement sur les concentrations en métaux. Les résultats de cette étude sont comparés à ceux des études régionales réalisées par les autorités compétentes. Un bilan hydrique a été calculé pour le système de digues de retenue, y compris : • • • • • • • les précipitations directes les eaux de ruissellement de surface les rejets d'eau de traitement l'eau de traitement rétropompée l'évaporation les rejets dans le réseau hydrographique le rechargement de la nappe phréatique et la percolation à travers les digues. A partir de ce bilan, on estime à 2 m3/min le débit d'écoulement dans la nappe phréatique du système de digues/bassins de résidus. Il existe toutefois une incertitude relativement importante concernant ce chiffre, du fait que plusieurs paramètres ne sont pas mesurables et doivent donc être estimés. Il n'existe aucune étude de la nappe phréatique permettant d'évaluer les effets de son rechargement par l'IGR. En revanche, la qualité des eaux des bassins de résidus/de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 79 Chapter 3 clarification est régulièrement surveillée, et on considère qu'elle présente de faibles concentrations. Une contamination de la nappe phréatique par le système de digues de retenue est peu probable. Aucune étude n'a été réalisée pour évaluer directement la possibilité d'une contamination des sols par les installations de gestion des stériles. La lixiviation de ces haldes est faible, à l'exception essentiellement des nitrates et de quantités plus faibles de sulfates. On considère que mis à part la surveillance des particules en suspension dans l'air et l'étude de la végétation, qui sont actualisées tous les cinq ans, il n'est pas nécessaire d'étudier la contamination des sols par l'installation de gestion des stériles. 3.1.4.5.5 Consommation énergétique Un site a fait état d'une consommation unitaire de gasoil pour le transport des stériles : 0,18 litre/tonne (moyenne 2001). 3.1.5 Manganèse Dans cette partie sont présentées uniquement des données relatives à la mine hongroise d'Úrkút. 3.1.5.1 Minéralogie et techniques minières La pyrolusite (MnO2) est le minéral de manganèse le plus répandu, et c'est un minerai important. Le terme anglais "wad" s'emploie dans le contexte minier pour désigner des minerais qui sont un mélange de plusieurs oxydes de manganèse, notamment la pyrolusite, le psilomélane et d'autres plus difficiles à distinguer. La pyrolusite est un produit d'oxydation de minéraux de manganèse altérés, et elle se forme également à partir de dépôts marécageux d'eau salée ou d'eau douce stagnante et peu profonde. Des minéraux comme la rhodochrosite, la rhodonite et l'hausmannite sont souvent remplacés par de la pyrolusite [37, Mineralgallery, 2002]. 3.1.5.2 Gestion des résidus Sur les multiples occurrences du manganèse en Hongrie, une seule mine est aujourd'hui en activité. Il s'agit d'Úrkút, où l'extraction a commencé en 1917. La mine à ciel ouvert a fonctionné jusqu'en 1930 mais depuis 1935, le minerai est extrait sous terre. La méthode d'exploitation employée est l'exploitation par chambres et piliers associée au foudroyage par sous-étage. Jusque dans les années 1970, le minerai d'oxyde de manganèse était transformé dans une usine de traitement du minerai. Les boues riches en Mn (12 % de Mn et 17 % de Fe) ont longtemps été évacuées à proximité de la mine (2,5 millions de tonnes). Aujourd'hui, le minerai est simplement concassé à des granulométries inférieures à 10 mm et vendu directement à un seul utilisateur final, l'aciérie de Dunaferr située à Dunaújváros. Il n'y a pas de production de résidus. Les faibles quantités de stériles produites servent à remblayer la mine à ciel ouvert voisine, déclassée. 80 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 3.1.6 Métaux précieux (or et argent) La liste ci-après recense les exploitations minières actuelles de l'or en Europe. Site Baia Mare Bergama-Ovacik Boliden, Bjoerkdal Orivesi Río Narcea, Filón Sur Salsigne Sardaigne Pays Roumanie Turquie Suède Finlande Espagne France Italie Tableau 3.48 : Liste des producteurs d'or européens actuels connus/rapportés à ce jour Parmi les sites recensés dans le tableau ci-dessus, ceux d'Orivesi, de Río Narcea, de Boliden et de Bergama-Ovacik ont communiqué des informations pour le présent chapitre. 3.1.6.1 Minéralogie et techniques minières L'or et l'argent diffèrent considérablement dans la manière dont se présentent les gisements. L'argent est intégralement exploité comme sous-produit d'une minéralisation de métaux communs ou d'une minéralisation aurifère et par conséquent, n'est pas spécifiquement mentionné dans le présent chapitre. L'or se présente sous forme d'or libre ou sous forme d'or sulfuré. Sur les sites d'exploitation de métaux précieux, divers environnements géologiques et caractéristiques minéralogiques sont représentés : • • • • • • minerais sulfurés complexes où Cu, Zn et Pb sont complémentaires, voire constituent les principaux minéraux de valeur (Boliden) minéralisations sulfurées contenant de la pyrite, de l'arsénopyrite, de la galène et de la sphalérite, où l'or est présent en quantité inframicroscopique (<1 μm) et finement dispersé dans les trames de pyrite et d'arsénopyrite (or réfractaire) (Olympias Gold) quartz épithermal à faible sulfuration et filons bréchiques dans la roche mère andésitique (mine d'or d'Ovacik) roches volcaniques fortement altérées : quartz, séricite et roches ou schistes riches en andalousite (Orivesi) or natif avec sulfures de cuivre dans du skarn et du jaspe bréchique (Río Narcea) gossan (Filón Sur). Ces différentes minéralogies nécessitent l'utilisation de techniques d'extraction et de traitement du minerai différentes pour obtenir une récupération optimale de l'or. L'exploitation se fait sous terre (avec ou sans remblayage) et dans des mines à ciel ouvert. Il est prévu, dans deux cas, que les mines à ciel ouvert deviendront au fil de temps des mines souterraines. Il existe plusieurs exemples dans lesquels l'or est extrait d'un flux de résidus provenant d'une usine de traitement de minerais de métaux communs (Boliden) ou d'anciennes haldes à stériles (Filón Sur) et de bassins de résidus (c’est-à-dire Baia Mare). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 81 Chapter 3 3.1.6.2 Traitement du minerai Différentes techniques de traitement du minerai sont utilisées, principalement du fait que telle ou telle technique convient à telle ou telle minéralogie. Selon la manière dont se présente l'or dans le minerai, il peut être nécessaire d'utiliser différentes méthodes pour libérer l'or afin de pouvoir l'extraire. Dans nombre de cas, l'or pourra être récupéré dans le concentré de cuivre et séparé ensuite du cuivre par un procédé de fusion. L'or natif peut être concentré et récupéré par gravimétrie. Sous sa forme d'oxyde, l'or peut être directement lixivié au cyanure. Pour l'or réfractaire, une oxydation, en l'occurrence une biooxydation, peut être nécessaire pour libérer l'or et le rendre accessible à la lixiviation au cyanure. 3.1.6.2.1 Fragmentation Toutes les exploitations ont ceci de commun qu'il faut concasser et broyer le minerai pour pouvoir libérer l'or. Dans certains cas, cette opération s'effectue lors de la récupération antérieure des métaux communs. Pour la lixiviation en cuve, il faut une granulométrie plus fine pour permettre un temps de séjour relativement court dans les cuves de lixiviation. La lixiviation en tas autorise une granulométrie plus grossière, le temps de lixiviation étant beaucoup plus long. Pour la lixiviation en tas, une granulométrie relativement grossière (voire des conglomérats) est souhaitable, pour permettre l'afflux d'oxygène et assurer une perméabilité suffisamment élevée des matériaux en tas. Comme matériel de fragmentation, on utilise différents types de concasseurs ainsi que différents types de broyeurs, notamment les broyeurs à sec semi-autogènes, les broyeurs à boulets, les broyeurs autogènes, etc. La mine d'Orivesi utilise le matériel suivant pour le procédé de fragmentation : • concassage en trois temps avec un concasseur à mâchoires, un concasseur giratoire et un concasseur à cône • broyage en deux temps avec un broyeur à barres (3,2 X 4,5) et un broyeur à boulets (3,2 X 4,5) • classement par hydrocyclones. [59, Himmi, 2002] Le circuit de fragmentation de Boliden est décrit à la Section 3.1.2.2.1 Les circuits de broyage sont tous deux équipés de cônes Reichert, de spirales et d'une table à secousses pour la séparation gravimétrique de l'or. Pour les opérations de lixiviation en cuve, il faut généralement parvenir à une granulométrie de 50 à 80 % inférieure à 45 µm voire dans certains cas, si l'or est dispersé de manière extrêmement fine, inférieure à 40 µm pour permettre une libération optimale. [50, Au group, 2002] 3.1.6.2.2 Séparation Les méthodes de traitement du minerai les plus courantes sont les suivantes : • 82 la flottation, où l'or se fixe principalement au concentré de cuivre (l'or étant récupéré à partir du concentré lors du procédé de fusion) July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • Chapitre 3 la séparation en milieu dense pour les gros morceaux, à l'aide de séparateurs à tambour et de cribles d'égouttage les séparateurs à cône et les séparateurs magnétiques à haute intensité pour les fines les cônes Reichert, les spirales et les tables à secousses pour la séparation gravimétrique de l'or. Le schéma de la figure ci-après illustre un exemple d'usine de traitement du minerai. Cette usine, avec un rendement relativement faible de 35 t/h, produit un concentré contenant 125 g d'or par tonne. La lixiviation d'une partie du concentré d'or permet de réduire la teneur en impuretés (Tellure (Te) et Bismuth (Bi)). Cette étape est destinée à séparer le bismuth et le tellurium du concentré par dissolution. Les résidus de ce procédé sont amenés dans un fossé séparé, situé dans l'ancienne IGR (utilisée lors de la phase d'exploitation du nickel). L'eau du procédé de lixiviation étant acide, on lui ajoute de la chaux pour la neutraliser. Le bismuth est précipité à cette occasion, mais la plus grande partie du tellurium reste en solution. Le procédé de lixiviation n'est employé que lorsque c'est nécessaire, en fonction des caractéristiques du minerai. Le fossé n'ayant pas de déversoir, l'eau s'évapore et filtre à travers les anciens résidus. Selon les analyses des eaux de percolation à l'extérieur de la zone de l'IGR, aucune concentration importante de tellurium n'a été rapportée. Aujourd'hui, le procédé de lixiviation n'est plus utilisé, car la qualité du minerai a évolué et le bismuth et le tellurium ne posent plus de problème. Figure 3.34 : Schéma de traitement d'un exemple de circuit de traitement de minerai d'or [59, Himmi, 2002] La lixiviation de l'or se déroule de la manière suivante : • • lixiviation au cyanure dans des cuves, par la méthode "Carbon-In-Pulp" (CIP) (par exemple dans la mine d'or d'Ovacik) lixiviation au cyanure dans des cuves, par la méthode "Carbon-In-Leach" (CIL) (par exemple à Boliden et à Río Narcea) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 83 Chapter 3 • • biooxydation et oxydation sous pression, suivies d'une lixiviation au cyanure par la méthode CIL (tous les procédés se font dans des cuves fermées) (par exemple dans le projet aurifère d'Olympias) lixiviation en tas par solution cyanurée, suivie d'un procédé de Merrill-Crowe où l'or est précipité sur de la poudre de zinc (par exemple à Filón Sur). Les procédés de lixiviation susmentionnés nécessitent tous un traitement complémentaire permettant l'obtention d'un produit commercialisable, à savoir le transfert de l'or et de l'argent du charbon activé vers un métal aurifère contenant de l'or et de l'argent. Une installation complète de lixiviation de l'or en cuve comporte les phases principales suivantes : • • • • lixiviation au cyanure (procédé CIL ou procédé CIP) raffinage de l'or (élution, électrorécupération, fusion et production de métal aurifère) destruction du cyanure (par exemple par oxydation) préparation des réactifs (chaux et cyanure de sodium). La figure ci-après illustre de façon schématique une installation complète. Celle-ci (Boliden), mise en service en 2001, récupère l'or et l'argent du flux de résidus produits par une usine de traitement de minerais de métaux communs. Ce système est conçu pour un rendement de 800 000 t/an avec une production d'or de 850 kg/an. Le taux de récupération est d'environ 80 % de l'or. La récupération de l'or a augmenté de 50 % après la mise en place du procédé de lixiviation de l'or. 84 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 3 Figure 3.35 : Illustration schématique du procédé CIL [50, Au group, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 85 Chapitre 4 Dans tous les sites qui pratiquent la lixiviation en cuve, les résidus boueux subissent une détoxification avant d'être évacués dans le bassin de résidus. 3.1.6.3 Gestion des résidus 3.1.6.3.1 Caractéristiques des résidus Les résidus non traités provenant du traitement du minerai d'or au cyanure contiennent différents composés, selon le procédé utilisé, le type de minerai, le dosage du cyanure, le degré d'aération, etc. La composition des résidus va également changer en fonction de l'évolution du minerai [24, British Columbia CN guide, 1992]. Lors d'un procédé de lixiviation de type CIP/CIL, une petite partie s'échappe dans l'atmosphère de l'usine de traitement du minerai par volatilisation. Une partie va réagir avec les autres agents consommateurs de cyanure éventuellement présents dans le minerai, pour produire des complexes tels que le ferrocyanure, le thiocyanate, le cyanate et des complexes de cuprocyanure. Lors de la lixiviation, l'or est extrait de la solution par adsorption sur du charbon, et du cyanure peut être extrait avec lui. Le cyanure non réagi restant, ainsi que des produits de réaction avec d'autres consommateurs de cyanure, s'évacue avec les résidus. Le cyanure présent dans les résidus peut subir un traitement d'élimination du cyanure (pour la plupart des sites européens) ou être laissé tel quel pour s'éliminer par dégradation naturelle dans le bassin de résidus (norme internationale). Le cyanure qui pénètre dans le circuit d'adsorption sur charbon est soit réinjecté dans le circuit de lixiviation, soit détruit lors de la réactivation du charbon dans le four à charbon [24, British Columbia CN guide, 1992]. Le flux de résidus non traités issus d'un procédé de type CIP/CIL est constitué de résidus boueux comportant des taux élevés de cyanure, de complexes métalliques, de cyanate et de thiocyanate. Il peut également contenir de l'arsenic et de l'antimoine, selon le type de minerai et le mode de traitement du minerai. Il est courant de contrôler régulièrement les autres caractéristiques des matériaux (les paramètres déterminés varient parfois d'un site à l'autre) et notamment : • • • • • la distribution granulométrique le rapport solide à liquide les caractéristiques de DA la minéralogie la teneur en éléments trace. Les paramètres susmentionnés servent à déterminer les caractéristiques de lixiviation du matériau, qui influent de manière importante sur la gestion de l'exploitation et sur le choix de méthodes de déclassement appropriées pour les résidus. C'est pourquoi tous les sites ayant recours à la lixiviation en cuve ont pris grand soin d'évaluer les caractéristiques de production de DA de leurs résidus. L'usine de traitement du minerai de Boliden, avec 18 % de soufre et une faible teneur en carbonate, doit gérer des résidus susceptibles de produire un DA [50, Au group, 2002]. A Bergama-Ovacik, une caractérisation détaillée de certains échantillons a montré que les résidus et les stériles ne produiraient aucun DA, comme l'illustre la figure ci-après. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 45 Chapter 4 Figure 3.36 : Courbe du potentiel acidifiant par rapport au potentiel de neutralisation des échantillons du site d'Ovacik [56, Au group, 2002] Le tableau ci-après montre la moyenne des résultats obtenus sur 99 échantillons. Moyenne de 99 échantillons pH 7,52 PA* 0,47 PN* 5,5 PNN* 5,18 PN/PA* 4,67 % S20,02 *: Equivalent en tonnes de CaCO3 pour 1000 tonnes PA : Potentiel acidifiant PN : Potentiel de neutralisation NNP : Potentiel net de neutralisation Tableau 3.49 : Potentiel de production d'acide dans la mine d'or d'Ovacık La région minière de Boliden est constituée de minéralisations de sulfures complexes. L'exploitation minière de la région a débuté en 1925 et à ce jour, environ 30 mines ont été exploitées dans cette région. Les résidus du bassin ont donc des caractérisations chimiques et des propriétés physicochimiques variées. Les caractéristiques des résidus produits aujourd'hui sont résumées dans les tableaux ci-après. La fraction fine après cyclonage est évacuée dans le bassin de résidus et la fraction grossière extraite des hydrocyclones est utilisée comme remblai dans les mines souterraines. Granulométrie Volume total des résidus µm 350 250 180 125 88 63 45 20 -20 Pourcentage de passant cumulé 100 99,9 99,7 97,8 93,5 85,9 76,6 53,2 0 Volume évacué des hydrocyclones dans le bassin Pourcentage de passant cumulé 100 100 100 100 95,6 87,8 78,3 54,4 0 Tableau 3.50 : Granulométrie des résidus de la mine de Boliden 46 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 [50, Au group, 2002] Les résidus ont la composition suivante avant cyclonage et lixiviation au cyanure : • • • • • • Au : 0,85 g/t Ag : 24,9 g/t Cu : 0,10 % Zn : 0,40 % Pb : 0,13 % S : 17,8 % Plus de la moitié des résidus sont constitués de particules inférieures à 0,002 mm. Les résidus boueux pompés vers le bassin de résidus contiennent de 20 à 25 % de solides. La masse volumique des résidus, une fois mis en bassin, est de 1,45 t/m3. [50, Au group, 2002] 3.1.6.3.2 Méthodes de gestion appliquées Dans l'usine de lixiviation en tas de Filon Sur, les résidus (le tas de matières lixiviées) sont laissés sur place et déclassés. Les tas sont construits sur un matelas doté d'un revêtement synthétique. Le lixiviat, ou "liqueur mère" est récupéré dans un petit bassin avant d'être pompé jusqu'à l'usine pour précipitation de l'or et de l'argent. Le lixiviat est ensuite pompé vers un bassin de conditionnement avant d'être réutilisé dans le procédé de lixiviation. Comme il existe très peu de données à l'heure actuelle permettant d'évaluer la façon dont sont réalisés et planifiés la gestion des résidus et des stériles et leur déclassement, ces sujets ne seront pas détaillés à ce stade. Aucune caractérisation des matériaux n'a été rapportée [57, IGME, 2002]. Tous les autres sites, qui utilisent les méthodes CIL ou CIP pour lixivier l'or en cuves, produisent des résidus sous forme boueuse qui sont acheminés par pipeline, après destruction du cyanure, vers des bassins de résidus. Le procédé le plus courant de destruction du cyanure est le procédé SO2/air. En général, ce traitement permet d'obtenir une concentration totale en CN inférieure à 1 mg/l dans le flux de résidus traités. Un des sites (Bergama-Ovacik) qui mesurent les concentrations de cyanure WAD, rapporte des concentrations inférieures à 1 mg/l. Boliden utilise la fraction grossière des résidus comme remblais dans les mines souterraines. Ces résidus sont extraits du flux de résidus des hydrocyclones situés en aval de l'installation de destruction du cyanure. Les résidus utilisés comme remblais sont également analysés afin que soit déterminée leur teneur totale en cyanure (généralement inférieure à 1 mg/l). La moitié des sites utilisent des bassins de résidus pourvus d'un revêtement étanche et l'autre moitié utilise des bassins de résidus sans revêtement. Différents types de digues sont utilisés pour contenir ces bassins. Dans la mine d'or de Bergama-Ovacik, qui produit 0,3 million de tonnes/an de minerai, les résidus sont gérés dans un bassin d'une capacité de 1,6 Mm3 pourvu d'un enrochement aval de 30 m de hauteur et d'un système de revêtement composite géomembrane-argile. Comme expliqué précédemment, les résidus subissent un traitement de destruction du cyanure et de précipitation des métaux lourds par oxydation au SO2 suivi d'un traitement au sulfate ferrique [56, Au group, 2002]. Un schéma conceptuel de l'IGR est présenté ci-après : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 47 Chapter 4 Figure 3.37 : Schéma en coupe du bassin de résidus d'Ovacik [56, Au group, 2002] Il est à noter que le fond du bassin, ainsi que la face aval de l'endiguement amont et la face amont de l'endiguement aval sont étanches. Le bassin de résidus étanche est situé en vallée, à moins de deux cents mètres des installations de traitement. Les matériaux de construction des digues en enrochement (principalement des andésites) proviennent de l'excavation des morts-terrains de la mine à ciel ouvert. La région est une zone aride où l'évaporation est en grande partie responsable du déficit en eau du bassin pendant la saison d'été. L'IGR a été conçue comme une unité de type "zéro évacuation" où l'eau du bassin est remise en circulation pendant l'exploitation de la mine. En raison de la faible concentration en cyanure dans le bassin (inférieure à 1 mg/l WAD), la volatilisation de HCN est négligeable. Les études géotechniques et sismologiques réalisées dans la zone de l'IGR avant et après sa construction ont révélé la présence d'un environnement propice aux digues en enrochement et à la stabilité des réservoirs. Les endiguements ont été réalisés selon un modèle de digue classique. La couche arable a été raclée et stockée sur place pour une utilisation future lors de la réhabilitation du site. Lors de la fermeture du bassin, les résidus seront asséchés et le sommet sera recouvert de roche et de terre puis reverdi. Lors du choix de l'emplacement de l'IGR, les principaux éléments pris en compte ont été les suivants : • • • • • • • perturbations réduites au minimum pour le paysage et les sols proximité avec l'usine de traitement utilisation efficace des morts-terrains et des stériles dans les digues afin de réduire l'empreinte stockage de la couche arable en vue d'une couverture végétale lors de la fermeture destruction du cyanure et précipitation des métaux lourds pour les résidus réutilisation de l'eau de traitement dans le procédé aucune évacuation d'eau par l'IGR. La politique de l'entreprise a consisté à choisir des digues de retenue de type à enrochement pour leur stabilité améliorée et leur facilité d'entretien (par opposition à l'utilisation des résidus grossiers). Le système de revêtement composite argile-géomembrane a été choisi pour obtenir un confinement efficace et pour accélérer les processus réglementaires d'approbation et de délivrance des autorisations. 48 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Du point de vue géotechnique, les digues ont été conçues pour résister à une accélération horizontale de 0,6 g en cas de tremblement de terre. Lors de l'opération consistant à déposer les morts-terrains et les stériles sur le talus aval de la digue principale, la pente a été modifiée de moins de 10˚, ce qui a augmenté le coefficient de sécurité de la digue à 2,23, par rapport au coefficient de 1,2 généralement appliqué dans le monde aux barrages de retenue d'eau. Le fond du bassin de résidus est couvert d'un système de revêtement composite constitué de 50 cm d'argile compactée, recouverte d'une géomembrane de polyéthylène haute densité (PEHD) de 1,5 mm d'épaisseur, de 20 cm d'une autre couche d'argile compactée et d'une couche filtrante de gravier de 20 cm. Des tuyaux de drainage ont été placés dans la couche filtrante pour drainer l'eau vers la structure de décantation. La figure ci-après montre l'architecture du système de revêtement composite. [56, Au group, 2002] Figure 3.38 : Architecture du revêtement composite du site d'Ovacik [56, Au group, 2002] Le dépôt des résidus se fait par des pipelines qui se déversent dans la zone du bassin à proximité de l'endiguement aval. Pendant l'exploitation de la mine, une hauteur minimum de 2 m de franc-bord est prévue dans la structure de l'IGR. La structure de l'IGR inclut une retenue des eaux de ruissellement de surface derrière la digue amont et un canal de dérivation pour les eaux de débordement excédentaires (pour des conditions de crue centennale). L'usine de traitement des minerais de métaux communs de Boliden a reçu au total 1,58 million de tonnes de minerai en provenance de cinq mines différentes mines en 2001 pour produire des concentrés de cuivre, de plomb et de zinc. L'or brut est également extrait à l'aide de tables à secousses. Selon le type minerai, une partie des résidus produits (environ 50 %) subit un traitement complémentaire dans l'usine de lixiviation de l'or. Cette dernière a produit 0,8 million de tonnes de résidus en 2001. Sur ces cinq mines, quatre sont des mines souterraines et une est une mine à ciel ouvert. Les mines souterraines utilisent la fraction grossière (>125 µm) des résidus comme remblais. La quantité de résidus utilisés pour le remblayage dépend du niveau de production des mines et du stade de production. Lors des travaux préparatoires effectués dans les mines, des volumes importants de résidus sont produits et utilisés comme remblais. Il est à noter qu'environ 33 % du minerai provient d'une mine à ciel ouvert, où aucun remblayage n'est effectué pendant l'exploitation. Si l'on soustrait ce volume de minerai, le pourcentage de remblayage est proche de 50 %. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 49 Chapter 4 Les résidus qui ne servent pas de remblai sont envoyés dans le bassin de résidus qui est utilisé depuis les années 1950. Auparavant, la région comportait un lac. Le volume de résidus dans le bassin se monte aujourd'hui à environ 16 Mm3 et couvre une superficie de 260 ha. D'après les niveaux d'exploitation actuels, le bassin de résidus existant peut servir encore quatre ou cinq ans. Les résidus sont pompés jusqu'au bassin et déversés au niveau de plusieurs points de déversement pour permettre un remplissage uniforme du bassin. Les résidus sont retenus dans le bassin grâce à cinq digues. Une autre digue a également été construite en aval du bassin de résidus, pour couper le débit sortant naturel des lacs et créer un volume de clarification supplémentaire. La superficie du bassin est actuellement de 260 ha et après élévation d'une digue à l'été 2002, cette superficie se montera à 280 ha. La zone de captage du bassin de résidus couvre 8 km2. L'afflux des eaux de ruissellement de surface a été estimé à 1 Mm3 au cours d'une année sèche et à 3 Mm3 au cours d'une année normale. Le bassin reçoit environ 4,5 Mm3/an d'eau de traitement en provenance de l'usine de traitement du minerai. Le bassin de résidus est à environ 3 km de l'usine de concentration. Les résidus sont pompés par l'intermédiaire de deux pipelines séparés, l'un au nord et l'autre au sud du bassin. En aval du bassin, de la chaux éteinte est ajoutée à l'eau d'évacuation pour augmenter son pH à 10 11. L'eau du bassin est intégralement déversée dans les cours d'eau situés en aval. Il n'y pour l'heure aucune recirculation des eaux de traitement. Des échantillons d'eau sont prélevés à intervalle régulier à des fins de surveillance de la qualité de l'eau, conformément à un programme de contrôle. Les prélèvements se font à la fois en amont et en aval du bassin de résidus, ainsi qu'autour de la zone industrielle. L'analyse comporte une analyse du flux et des échantillons d'eaux souterraines. Les digues ont été érigées en 1979 initialement à une hauteur de +216,2 m sur le modèle d'une digue de type longitudinal avec une partie centrale verticale imperméable et des remblais de soutènement à la fois côté amont et côté aval de la digue. En 1995, la digue a été surélevée à +220 m sur le modèle descendant (voir figure). Une élévation définitive à +225 m est en cours et doit être finalisée en 2002. Un canal d'évacuation aménagé dans le sol naturel remplacera la tour de décantation actuelle. [50, Au group, 2002] 50 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.39 : Vue en coupe transversale de la digue du site de Boliden [50, Au group, 2002] Toutes les eaux de drainage qui s'écoulent à travers et sous les digues sont collectées dans un fossé de captage et acheminées dans le bassin de clarification. Les eaux de drainage qui s'écoulent à travers et sous les autres digues sont réinjectées dans le bassin. [50, Au group, 2002] La zone de gestion des résidus de la mine d'Orivesi est constituée de deux bassins de résidus. Les résidus de traitement sont pompés vers le premier bassin (37 ha), où les matières solides se décantent et l'eau clarifiée est acheminée vers l'avant depuis l'autre extrémité du bassin. Le second bassin (14 ha) sert à stocker l'eau clarifiée. L'eau est réutilisée dans le procédé et seule l'eau excédentaire est acheminée jusqu'au réseau hydrographique. Les digues de départ ont été constituées de moraine. Les résidus sont déversés par des tuyaux d'un premier côté du premier bassin et l'eau clarifiée est acheminée vers l'avant depuis l'autre côté. Les digues du bassin de clarification sont constituées de moraine et revêtues de débris rocheux et de gravier grossier pour empêcher l'érosion. La zone de gestion des résidus a été conçue au début des années 1970 et à cette époque, aucun plan aucun plan de fermeture ou d'entretien après fermeture n'avait été envisagé. Le bassin de résidus ne sert toutefois que de façon occasionnelle, lorsque les résidus ne sont pas déposés dans l'ancienne mine souterraine de nickel, épuisée. [59, Himmi, 2002] Le système est illustré de manière schématique ci-après. Figure 3.40 : Illustration schématique du traitement des résidus et des effluents à la mine d'Orivesi [59, Himmi, 2002] La digue de base du bassin de résidus a été construite en moraine et il existe un système de captage à l'extérieur de la digue pour capter les eaux de percolation. Les élévations ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 51 Chapter 4 nécessaires des digues sont réalisées avec de la moraine pour la partie centrale et des résidus pour les remblais de soutènement. A l'origine, l'IGR a été construite pour une exploitation minière de nickel. Au bout de 20 ans d'activité, la mine de nickel a été fermée, mais l'usine de traitement sert depuis cette époque pour le traitement du minerai d'or de la mine d'Orivesi située à 85 km de l'usine. La distance entre l'usine de traitement et la zone de gestion des résidus est d'environ 500 m. La distance entre la zone des résidus et la rivière est d'environ 600 m. La région environnante n'est pas utilisée à des fins agricoles, mais l'habitation la plus proche n'est qu'à 200 m de la zone des résidus. L'exploitant ne considère pas que les poussières émanant de la gestion des résidus posent problème, car les matériaux situés à la surface de cette zone ont formé une couche dure. Les eaux de drainage sont collectées par un système de fossé et acheminées directement dans une rivière car, selon l'exploitant, elles ne présentent pas de contamination "significative". [59, Himmi, 2002] A Río Narcea, les résidus sont déposés dans un bassin de résidus étanche après destruction du cyanure. Le volume actuel du dépôt est de 2,4 Mm3 et le bassin est continuellement surélevé conformément aux exigences. Les digues sont faites d'argile compactée et d'un remblai de soutènement en stériles. Le bassin comporte un système de revêtement composite imperméable composé d'argile compactée et d'un revêtement de 1 mm en PEHD. Le bassin est entouré de canaux destinés à détourner les eaux de ruissellement de surface. Les eaux de ruissellement de surface collectées sont détournées vers trois bassins de sédimentation pour être clarifiées avant d'être évacuées [58, IGME, 2002]. 3.1.6.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Sur le site de Bergama-Ovacik, une évaluation complète des risques a été effectuée ainsi que des calculs de stabilité, et la conception a été réalisée par des experts externes. Comme expliqué précédemment, la conception vise à assurer la stabilité statique, la stabilité aux charges sismiques, aux événements de crues et à tout autre paramètre détecté lors de l'évaluation des risques. L'installation de gestion des résidus fait l'objet d'une surveillance journalière à des fins de surveillance environnementale et d'intégrité structurelle. Le site est systématiquement audité dans le cadre de la politique environnementale de la maison mère et un rapport sur le système de gestion environnementale de la mine d'or Ovacik est rédigé. La mine fera l'objet d'un programme d'audit interne annuel réalisé par le biais du procédé d'évaluation de la société afin d'évaluer l'efficacité des systèmes de gestion environnementale et le niveau de performance environnementale de l'exploitation. Un audit externe par un groupe d'expertise indépendant a été effectué lors des essais d'exploitation. De même, des plans de gestion concernant d'autres questions comme l'hygiène et la sécurité, le stockage des résidus, la fermeture et la réhabilitation de la mine, les interventions en cas d'urgence et les relations avec la municipalité sont en place. [56, Au group, 2002] Le bassin de résidus du site de Boliden est géré conformément à un manuel d'exploitation, de surveillance et d'entretien (voir Section 4.2.3.1) conçu selon les consignes de sécurité des digues élaborées par l'association suédoise des exploitants de centrales hydroélectriques (RIDAS). En 1997, lorsque Boliden a lancé un projet de sécurité des digues pour les digues de retenue, il a été décidé d'utiliser RIDAS comme guide lorsque ce dernier pouvait s'appliquer 52 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 aux digues de retenue. Des modifications pourraient être effectuées si nécessaire, plutôt que d'élaborer de nouvelles consignes pour les digues de retenue. D'autres sociétés minières ont suivi la même voie [50, Au group, 2002]. A la mine d'Orivesi, l'installation de gestion des résidus est inspectée quotidiennement, dans le cadre des opérations d'exploitation systématiques du site. Aucune évaluation formelle des risques n'a été effectuée. En revanche, la digue fait l'objet d'audits annuels réalisés par des experts indépendants et elle est auditée tous les cinq ans par les autorités compétentes. Les commentaires sont consignés dans le document de sécurité des digues, document qui est obligatoire pour tous les types similaires de gestion des résidus depuis le milieu des années 1980. Lors de la phase de construction de l'installation de gestion des résidus, les caractéristiques du sol ont été étudiées. Le système est conçu de telle sorte que la surface de l'eau dans la zone des résidus puisse être maintenue en équilibre et que l'excédent des eaux pluviales puisse être éliminé de manière contrôlée. Aucun instrument n'a été installé pour surveiller le niveau phréatique dans le corps de la digue. Il n'existe pas de plan d'urgence documenté. Il n'est pas certain que l'impact environnemental du remblayage des résidus ait été évalué. [59, Himmi, 2002] A Río Narcea, les digues sont contrôlées à l'aide de piézomètres et de clinomètres. Le bassin de résidus fait l'objet d'audits réguliers effectués par des experts externes. Une évaluation des risques a été effectuée [58, IGME, 2002]. 3.1.6.3.4 Fermeture et entretien après fermeture A la mine de Bergama-Ovacik, la réhabilitation se fera, dans la mesure du possible, de manière concomitante avec l'exploitation. La couche arable évacuée lors de la construction est conservée sur place pour une réhabilitation ultérieure. Un plan conceptuel de fermeture et de réhabilitation a été élaboré et sera révisé annuellement pendant l'exploitation. A la fermeture de la mine, la zone du bassin de résidus sera tout d'abord recouverte de roche, de gravier, d'argile et de terre végétale puis replantée d'arbres. Avant l'exploitation de la mine, une garantie d'assurance financière a été souscrite auprès des autorités compétentes pour assurer la réhabilitation et la fermeture conformément au protocole d'autorisation d'exploitation [56, Au group, 2002]. A Boliden, une solution de couverture d'eau a été choisie pour la fermeture du bassin de résidus. Les digues entourant le bassin de résidus ont été surélevées à leur hauteur définitive. Le bassin sera rempli dans un délai de cinq ans, après quoi il sera immergé conformément aux autorisations actuelles. Outre l'immersion de la surface ouverte des résidus, les pentes des digues seront modifiées à 1:3, les talus recouverts et reverdis, des déversoirs stables à long terme seront mis en place et des brise-lames seront construits en eau peu profonde pour empêcher la remise en suspension des résidus sous l'action des vagues. Toutes les digues bénéficieront d'une protection supplémentaire contre l'érosion, stable à long terme. Un rétropompage des eaux d'infiltration sera effectué jusqu'à ce que la qualité de l'eau se soit suffisamment améliorée pour permettre son évacuation directe. Le traitement de l'eau se fera par chaulage direct au niveau du déversoir pendant la même période, prévue pour durer moins de 8 ans. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 53 Chapter 4 La couverture d'eau comme méthode de déclassement s'utilise sur plusieurs sites de Boliden. La couverture d'eau établie en 1991 à Stekenjokk a fait l'objet d'une surveillance étroite avec des suivis détaillés, qui a montré de très bons résultats. Une autre technique de déclassement actuellement à l'étude est l'établissement d'une zone humide. Elle permettrait un niveau de sable plus élevé dans le bassin (une meilleure utilisation du bassin actuel), une quantité d'eau moindre stockée dans le bassin (moins de risque) et une couverture organique autogène et consommatrice d'oxygène sur le dessus des résidus. Boliden tente également une autre méthode appelée "saturation d'eau" ou "élévation du niveau des eaux souterraines", qui peut essentiellement s'appliquer lorsque le niveau naturel des eaux souterraines dans les résidus est très bas. En appliquant une simple couverture de terre, le niveau des eaux souterraines peut alors être élevé pour recouvrir définitivement les résidus et supprimer l'oxydation des sulfures (voir Section 4.2.4). [50, Au group, 2002] A Orivesi, un plan de fermeture et d'entretien après fermeture a été récemment mis en place, concernant le site de la mine et la zone industrielle. Seul un plan préliminaire a été établi en ce qui concerne la zone de gestion des résidus. L'idée maîtresse est de recouvrir les anciens résidus issus du traitement du nickel par les résidus issus du traitement de l'or. Une somme totale de 0,6 million d'euros a été réservée pour la fermeture [59, Himmi, 2002]. A Río Narcea, le bassin de résidus sera asséché et recouvert avec de la terre qui a été provisoirement stockée au bord du bassin. Il y aura reverdissement et la zone sera rendue à l'utilisation originelle des sols (pâturage). Les eaux interstitielles, dont les concentrations en cyanure WAD sont inférieures à 1 mg/l, seront captées par le biais des drains souterrains installés dans le bassin et analysées avant d'être évacuées. 3.1.6.4 Gestion des stériles A la mine d'or de Bergama-Ovacik, les morts-terrains et les stériles sont des andésites qui sont actuellement utilisées comme remblais rocheux sur le côté aval de la digue de l'IGR. Aux stades ultérieurs de la mine, les stériles proviendront des travaux souterrains (couloirs, galeries d'avancement etc.) et ces matériaux serviront de remblai dans les vides souterrains. Des analyses du potentiel de DA et des propriétés géotechniques ont été réalisées sur les stériles. Ces analyses ont révélé que les stériles étaient dépourvus de potentiel de DA et que leurs propriétés leur permettaient d'être utilisés dans la construction de la digue en enrochement et des structures de retenue. Le potentiel non acidifiant des stériles a permis à l'exploitant d'utiliser ces matériaux dans la structure de retenue de l'IGR tout en assurant une utilisation optimale de la superficie de stockage nécessaire au niveau de l'usine. Les stériles sont acheminés par camion depuis la mine à ciel ouvert, déposés sur le talus aval de la digue de l'IGR, répartis uniformément et compactés avec de l'argile. En raison de la nature des stériles, il n'existe aucun risque pour l'environnement lié à l'unité de décharge de stériles de la mine d'or d'Ovacik (selon une évaluation probabiliste des risques effectuée par un consultant indépendant). [56, Au group, 2002] A Boliden, les stériles sont produits dans les cinq mines qui alimentent en minerai l'usine de traitement du minerai. Ces mines étant principalement des mines de métaux communs, cette 54 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 gestion des stériles est décrite dans la section relative aux métaux communs (voir Section 3.1.2.4) [50, Au group, 2002]. A Filón Sur, 0,1 million de tonnes/an de stériles sont produites. Il n'existe aucune information concernant leur mode de traitement, ni aucune information sur les caractéristiques de ces matériaux [57, IGME, 2002]. Orivesi utilise la totalité de ses stériles comme remblai dans les exploitations souterraines. Aucun stérile n'est hissé à la surface [59, Himmi, 2002]. A Río Narcea, six millions de tonnes de stériles ont été produites en 2001. Environ 20 millions de tonnes de stériles sont conservées sur place, dans des haldes à stériles. La terre végétale est stockée séparément de manière à pouvoir être utilisée lors de la remise en état du site. Les stériles issus de la production minière serviront à remblayer les fosses épuisées au fur et à mesure de l'avancement progressif de la production. La halde à stériles d'origine, issue de la mine à ciel ouvert d'origine, sera déclassée in situ. Les stériles sont principalement constitués de silicates (granit et grès) et de différents carbonates (calcaire) [58, IGME, 2002]. 3.1.6.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation Outre le contrôle habituel de la santé et de la sécurité au travail, un programme de surveillance de l'environnement a été établi à la mine de Bergama-Ovacik. Un comité de surveillance officiel affecté par le gouvernement turc effectue un échantillonnage de vérification. Les données de surveillance environnementale sont compilées dans des rapports mensuels et soumises aux autorités compétentes. Elles sont également accessibles au grand public par divers moyens, y compris la presse nationale et autres rapports publics. Les lieux d'échantillonnage environnemental sont présentés sur la figure ci-après. Les données collectées pour la surveillance périodique de l'environnement sont les suivantes : • • • • • niveaux de poussière, bruit et vibration cyanure WAD dans les eaux de résidus quittant l'unité de détoxification et à l'entrée d'eau provenant du bassin de résidus métaux lourds (As, Sb, Cd, Hg, Cu, Pb, Zn, Cr) dans l'eau des résidus indicateur de la qualité de l'eau, y compris du cyanure WAD sur les six puits de surveillance des eaux souterraines situés vers le bas de la digue des résidus mesures HCN à divers emplacements de la mine, y compris la zone du bassin de résidus. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 55 Chapter 4 Figure 3.42: Emplacements de surveillance de l'environnement sur le site Ovacik [50, AU group, 2002] Le programme de contrôle suivi à l'usine de traitement du minerai de Boliden comprend : • • • • • la surveillance de la surface (nombreux points de surveillance avec fréquence variable) et des eaux souterraines (17 puits de surveillance avec échantillonnage mensuel) rejets atmosphériques (poussière et gaz) surveillance de destruction au cyanure (en divers points. La décharge de l'usine de destruction au cyanure vers le bassin des résidus est échantillonnée six fois par jour et la décharge du bassin de résidus de façon quotidienne) contrôle du bruit et des vibrations enquêtes sur le récepteur. Les données de surveillance de l'environnement sont compilées en rapports mensuels et soumises aux autorités administratives et partagées avec le grand public par divers biais, y compris un groupe de référence local qui se rencontre régulièrement sur le site pour discuter de questions préoccupantes et à des fins d'information générale. 3.1.6.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs Le système de critères de conception et de gestion du bassin de résidus de Bergama-Ovacik est défini pour une évacuation d'eau "zéro" vers les milieux environnementaux de réception. Ceci est possible lorsque l'exploitation est une consommatrice nette d'eau (en raison de conditions climatiques arides) et réutilise l'ensemble de l'eau du bassin des résidus dans le traitement. Les chutes de pluie et évaporations annuelles moyennes de la zone sont respectivement de 728 et 2313 mm (c'est-à-dire que le bilan hydrique est négatif). La zone de captage au niveau de la digue de gradient élevé est d'environ 0,6 km2. Un débit de crue maximum possible est calculé comme étant de 24,6 m3/s pendant la première heure d'un événement de très fortes chutes de pluie. Au cours de telles chutes de pluie, les eaux de crues potentielles provenant de la zone de captage seront stockées dans le bassin des eaux de ruissellement derrière l'endiguement en amont. L'eau accumulée sera pompée vers le bassin de résidus ou l'eau en excédent conduite directement dans le canal de dérivation, qui est construit le long du côté nord du bassin. 56 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 La consommation d'eau à l'usine de traitement du minerai de Boliden est d'environ 4.5 Mm3/an ou de 2.9 m3/tonne de minerai. L'eau est obtenue à partir d'un lac 2 km au nord de l'usine de traitement du minerai. Une eau recyclée est utilisée dans le broyeur pour le nettoyage et le cyclonage. Sur la quantité d'eau totale utilisée dans l'usine de traitement du minerai, environ 10,5 % est réutilisée. En raison de l'oxydation des thiosels et selon l'époque de l'année, l'eau contenue dans le bassin a un pH faible et contient des concentrations en métal élevées. La décharge du bassin de résidus est, par conséquent, traitée dans une installation de chaulage direct au niveau du déversoir du bassin de résidus. Un petit bassin de décantation a été construit pour collecter les précipités. Le bassin est dragué deux fois par an et les précipités sont déposés à l'intérieur du bassin de résidus. L'écoulement de l'eau déversée est mesuré chaque jour. Le volume d'eau déversée depuis le bassin de résidus est présenté dans le tableau ci-après. Année Ecoulement (l/s) Volume (Mm3) 1997 254 8,0 1998 238 7,5 1999 186 5,9 2000 218 6,9 2001 352 11.11 Tableau 3..51 : Eau déversée de l'IGR de Boliden de 1997 à 2001 La figure suivante illustre les variations saisonnières de la qualité de l'eau dans le système de bassin de résidus et la masse d'eau du récepteur (données de l'année 2001). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 57 Chapter 4 Figure 3.42: Variations saisonnières de la qualité de l'eau dans le bassin de résidus et le récepteur à Boliden en 2001 [50, AU group, 2002] Les points d'échantillonnage sur la figure ci-dessus se trouvent à quatre points d'échantillonnage différents : à l'intérieur du bassin de résidus, eau de déversement du bassin après chaulage vers bassin de clarification, eau déversée du bassin de clarification vers le récepteur et 1,5 km au sud du bassin avant déversement dans la rivière. Le pH dans le bassin de résidus pendant la saison d'hiver est de 10 - 11. Pendant le printemps et l'été, le pH tombe à environ 3,5 en raison de l'oxydation des thiosels et l'eau déversée est par conséquent chaulée à un pH 9-11 pour neutraliser les effets acides, comme décrit plus haut. En 2002, la digue en aval sera élevée, le système de décharge sera reconstruit et un nouveau système de surveillance de l'écoulement sera installé. La décharge du bassin de résidus sera réaménagée depuis une tour de décantation vers un canal de trop-plein dans le sol naturel. Un système de secours pour évacuer l'eau dans le bassin de résidus est en place et sera réhaussé. Un bilan hydrique pour l'usine de traitement de minerai de Boliden, le bassin de résidus et les environnements est illustré sur la figure ci-après sur un an avec précipitation moyenne. 58 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.43 : Bilan hydrique sur le site de Boliden [50, AU group, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 59 Chapter 4 Au sein de la zone industrielle, se trouvent une ancienne mine à ciel ouvert et un puits sous l'usine de traitement du minerai. L'eau drainée est pompée vers le bassin de résidus pour être traitée avant d'être déversée dans le récepteur. L'eau drainée du bassin de résidus est réinjectée dans le bassin en continu. Un petit lac au nord du bassin de résidus est pompé en continu afin de maintenir un plus bas niveau d'eau que dans la zone environnante, et, de ce fait, de capter toute infiltration éventuelle et de la réinjecter dans le bassin de résidus. Des données telles que la profondeur de la neige, le niveau de pluie et d'eaux souterraines sont collectées pour le bilan hydrique. Les données indiquant l'eau dans les concentrés sont également utilisées pour le bilan hydrique. Le système est utilisé pour la surveillance de la quantité d'eau dans le système. La décharge du bassin de résidus de Boliden s'effectue uniquement par le déversoir au niveau de la digue A. L'infiltration se produisant à travers les digues B, C, D et E est réinjectée dans le bassin depuis le petit bassin de collecte (voir Figure 3.43). Il est à noter que sur l'IGR de Boliden, une dilution par les précipitations et le ruissellement de surface ajoute (outre la décomposition naturelle des composés de cyanure) à la concentration en cyanure réduite. La consommation d'eau douce est surveillée en continu dans le système de traitement de l'usine de traitement du minerai. A l'usine de lixiviation de l'or de Boliden, du cyanure de sodium est utilisé pour collecter les métaux précieux. Du dioxyde de soufre est utilisé dans la destruction du cyanure et de la chaux est utilisée pour la régulation du pH, avant décharge dans le bassin de résidus. En 2001, la consommation de produits chimiques utilisés dans la récupération d'or (à un rendement de 0,8 million de tonnes) était répartie comme suit : • • • chaux (or et métaux communs) :5000 tonnes dioxyde de soufre : 1260 tonnes cyanure de sodium : 450 tonnes Le cyanure qui est déchargé dans le bassin de résidus subit une décomposition naturelle plus avancée dans le système de bassin. Ceci explique les baisses des concentrations en cyanure dans le bassin de résidus et, si une décharge se produit, dans la décharge du bassin de résidus. Les valeurs du site Ovacik, où il n'existe aucune décharge vers le récepteur, montrent que la concentration en cyanure WAD moyenne dans la décharge vers le bassin est de 0,33 mg/l alors que la concentration dans le bassin lui-même est de 0,19 mg/l. Sur le site de Boliden, la concentration en cyanure totale dans la décharge vers le bassin de résidus est en moyenne de 0,89 mg/l, alors que la décharge provenant du bassin contient uniquement un total de cyanure de 0,06 mg/l en moyenne. La décomposition naturelle des traces possibles de cyanure est censée avoir lieu dans le bassin de résidus, suite à un schéma complexe de processus. A la mine d'Orivesi, l'eau clarifiée provenant de la zone de gestion des résidus, y compris l'eau de pluie, ou provenant de l'ancienne mine souterraine, est réutilisée/utilisée dans le processus. L'usine de traitement du minerai ne fonctionne qu'avec cette eau, sans une quelconque adjonction d'eau à partir des eaux de surface naturelles. Selon les chutes de pluie, il est parfois (mais pas chaque année) nécessaire d'éliminer l'excédent d'eau du système en l'amenant à la rivière. Le recyclage permet également d'économiser de petites quantités de réactifs, mais les économies ne sont pas très significatives, car les réactifs de flottaison se 60 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 décomposent dans la zone de gestion des résidus. Un bilan hydrique schématique est présenté sur la figure ci-après. Figure 3.44 : Cycle de l'eau sur le site d'Orivesi [50, AU group, 2002] En 2001, la consommation (unitaire) de réactifs à la mine d'or d'Orivesi est indiquée dans le tableau ci-après. Réactif SIBX DTP Dowfroth Floculant Billes d'aciers Tiges d'acier Consommation (g/t) 50 50 8 2 1500 700 Tableau 3.52 : consommation de réactif unitaire 2001 à la mine d'Orivesi 3.1.6.5.2 Rejets atmosphériques A Bergama-Ovacik, la poussière et les émissions d'HCN sont contrôlées sur une base quotidienne. Les émissions de poussière sont éliminées par humidification superficielle des routes et par un système de laveur au niveau des concasseurs et convoyeurs. Le gaz HCN est surveillé au-dessus des cuves de lixiviation et sur le remblai du bassin de résidus, produisant des résultats de surveillance quasiment nuls. Un laveur traite les émissions de gaz dans l'air à partir du four de régénération du carbone activé. A l'usine de traitement du minerai de Boliden, les rejets atmosphériques sont contrôlés. Ces dernières années, la plus grande source de rejet atmosphérique, le séchage de concentrés, a été ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 61 Chapter 4 complètement éliminée par l'introduction de filtres à la place de l'utilisation de fours. L'usine de lixiviation de l'or possède une installation de purification complète pour l'ensemble de l'air d'aération. Cet air passe à travers un laveur humide où tout HCN possible est absorbé dans une solution de sodium-hydroxyde à un pH élevé. La solution chargée de CN est renvoyée dans le processus CIL. Le circuit de régénération pour le carbone activé est équipé d'un laveur humide où de la chaux est ajoutée pour l'ajustement du pH. Le rejet à partir de l'usine de lixiviation de l'or en 2001 est résumé dans le tableau ci-après. En dehors des rejets rapportés dans le tableau ci-après, l'usine de traitement du minerai de Boliden a rapporté des émissions de particules en suspension de 0,1 tonne. Date Régénération de carbone actif 16-10-2001 22-11-2001 Laveur humide 22-11-2001 16-10-2001 03-07-2001 Fours 03-12-2001 25-09-2001 Total Heures de fonctionnement h Particules CNtot kg kg 30 30 128.550 1,350 0,270 0,009 1400 1400 1400 Emissions Hg H2S SO2 kg kg kg 0,000 0,006 8,700 10,050 1,275 1,275 0,007 18,75 2,55 4,200 3,080 0,042 437,5 437,5 0,013 0,001 129,91 0,051 0,001 7,65 Tableau 3.53 : Rejets atmosphériques à partir de l'usine de lixiviation de l'or de Boliden A la mine d'Orivesi, les émissions de poussière ne sont pas mesurées, mais certaines émissions de poussière proviennent de l'installation de concassage. 3.1.6.5.3 Rejets aquatiques Il ne s'est produit aucun déversement d'eau à partir du site de Bergama-Ovacik en 2001, donc, aucune émission directe. La surveillance des eaux souterraines n'indique pas de déversement dans les eaux souterraines. Les rejets dans l'eau de surface provenant du site de Boliden sont résumés dans le tableau ciaprès pour les quatre dernières années (1998 - 2001). Les concentrations annuelles moyennes sont données conjointement avec la charge annuelle totale de chaque élément. Année Volume Mm3 2001 11,1 2000 6,9 1999 5,9 1998 7,5 Cu µg/l kg 7 72 10 70 8 51 22 134 Pb µg/l 19 34 10 20 Zn kg 191 235 59 100 mg/l 0,1 0,11 0,2 0,22 As Tonne 1,07 0,77 1,04 1,33 µg/l 14 8 10 1 kg 156 55 58,7 7,5 Cd µg/l kg 0,1 1 0,1 3,0 0,1 0,6 0,2 1,5 Tableau 3.54 : Rejets dans l'eau de surface provenant du site de Boliden La production à l'usine de lixiviation de l'or a démarré en juillet 2001. Pendant le reste de l'année, un total de 417 kg de CNtot ont été déchargés. Une fois que l'usine a atteint une production normale, la concentration moyenne en CNtot dans la décharge a atteint 0,06 mg/l. 62 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Sur la mine d'Orivesi, les rejets totaux dans l'eau de surface pour l'année 2000 sont indiqués dans le tableau ci-après. Paramètre Décharge d'eau de résidus Ca SO4 COD Solides Cu Zn Fe Cd Ni Cr Unité m3 t t t t kg kg kg g kg kg Année 2000 780000 680 15 10 278 - Tableau 3.55 : Rejets aquatiques à partir du site d'Orivesi Une légère augmentation des teneurs en métal dans les eaux souterraines (par rapport aux teneurs dans l'étude de base) a été observée une fois que la mine de nickel a été fermée et que les eaux souterraines ont atteint le niveau d'origine. L'eau de résidus provenant du traitement d'or courant n'a pas augmenté les teneurs en métal des eaux souterraines. 3.1.6.5.4 Consommation énergétique La consommation énergétique pour la gestion des résidus à Orivesi est rapportée comme étant de 1 kWh/t. La consommation énergétique totale sur le site par tonne de minerai traité est de 53.5 kWh/t. A la mine d'Ovacik, la consommation énergétique mensuelle totale (basée sur les 10 premiers mois d'exploitation) est de 1500 MWh. Par rapport au rendement prévu de 0,3 million de tonnes/an, ceci a donné une consommation énergétique totale de 60 kWh/t de minerai traité. A l'usine de traitement de minerai de Boliden, on estime que la gestion des résidus consomme environ 2 kWh/t. 3.1.7 Tungstène Cette section fournit des informations sur la mine de Panasqueira au Portugal et la mine de Mittersill en Autriche. 3.1.7.1 Minéralogie et techniques minières La wolframite ((Fe, Mn)WO4, tungstate de manganèse et de fer) est en fait une série entre deux minerais, huebnérite et ferbérite. La huebnérite est un élément terminal riche en manganèse de la série tandis que la ferbérite est l'élément terminal riche en fer à l'autre extrémité de la série. La wolframite est le nom de la série et le nom appliqué aux spécimens impossibles à distinguer et aux spécimens intermédiaires entre les deux éléments terminaux. La plupart des spécimens présents dans la nature tombent dans la gamme 20 - 80 % de la série et sont appelés wolframites. S'ils ont une pureté supérieure à 80 % de manganèse uniquement, ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 63 Chapter 4 ils sont appelés huebnérite et inversement, s'ils sont constitués à 80 % de fer, ils sont appelés ferbérite. La scheelite (CaWO4, Tungstate de calcium) est un minerai de tungstène important qui est un métal stratégiquement important. La Scheelite tire son nom de la personne ayant découvert le tungstène, K. W. Scheele [37, Mineralgallery, 2002]. La mine de Panasqueira au Portugal exploite la wolframite de type ferbéritique. En 2000, 332000 t de minerai ont été extraites, ce qui a donné 1269 t de concentré de wolframite (75 % de WO3), 12 t de concentré de cassitérite (72 % de Sn) et 132 t de concentré de chalcopyrite (28 % de Cu). Le gisement de Panasqueira se présente sous la forme d'une suite de filons de quartz quasiment parallèles contenant, entre autres minerais, de la wolframite et de la cassitérite. La zone minéralisée a une longueur d'environ 500 à 1000 mètres, et se poursuit 500 mètres vers le bas. Les parties supérieures du gisement ont été exploitées. La minéralisation de la wolframite se produit sous la forme de très gros cristaux ou de gros agrégats de cristaux, d'ordinaire concentrés vers les bords ou, éventuellement, près de la ligne intermédiaire du filon de quartz mère. La minéralisation peut être accompagnée d'une forte altération de la biotite. A Panasqueira, la méthode d'exploitation utilisée est une exploitation par chambres et piliers. [141, Panasqueira, 2003] En 1975, l'exploitation minière de Mittersill a débuté par une exploitation à ciel ouvert. En 1979, l'exploitation souterraine a été développée. La mine à ciel ouvert a été fermée en 1986. Aujourd'hui, 450000 tonnes de minerai sont extraites chaque année dans la mine souterraine avec une teneur en WO3 moyenne de 0,50 %. La roche mère du gisement de Mittersill comprend des lentilles de quartz, des quartzites laminées, pyroxenites, orthogneisses, amphibolites, hornblendites et granites. Le minerai tungstifère à Mittersill est la scheelite (CaWO4). Les minerais de gangue principaux sont le quartz, les silicates (mica, talc, biotite, hornblende, amphibole, pyroxène, etc.), les carbonates, l'apatite et les sulfures. La teneur en minerais de sulfure est <0,5 %. Le minerai de sulfure le plus fréquent est la pyrrhotite. Les moins fréquents sont pyrite, chalcopyrite, galéna et molybdénite. L'ensemble de l'exploitation minière de Mittersill se trouve sur un site protégé. Par conséquent, l'ensemble des installations sociales, des ateliers et entrepôts sont souterrains. Le minerai est broyé sous terre. La mine et l'usine de traitement du minerai sont reliées par une galerie de 3 km de long. Le minerai est transporté de la station de concassage à l'usine de traitement du minerai par un système de convoyeur à bande. Les méthodes d'exploitation principales utilisées pour l'extraction du gisement massif sont les suivantes : • • • exploitation en sous-étages foudroyage par sous-étage chambre remblayée. Les stériles qui sont extraits pendant le développement du gisement sont déversés dans des exploitations à ciel ouvert sous terre. On ne rencontre aucun déversement de stériles à la surface. Les résidus sont utilisés pour le remblayage des exploitations à ciel ouvert. 64 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 3.1.7.2 Traitement du minerai A Panasqueira, la wolframite est récupérée par une combinaison de séparation en milieu dense, tables à secousses et flottation. L'étain et le cuivre sont également éliminés par flottation. [141, Panasqueira, 2003] A Mittersill, en raison de la fine intercroissance de la scheelite avec les minerais de gangue, le minerai est traité par flottation étant donné que l'utilisation de la séparation par gravité entraînerait de fortes pertes de scheelite, rendant l'exploitation non économique. La section suivante décrit en détails le fonctionnement du circuit de Mittersill. 3.1.7.2.1 Fragmentation Le minerai est concassé à <14 mm au moyen d'un système de concassage à trois étages situé sous terre. Le minerai concassé est ensuite stocké dans deux réservoirs à minerai souterrains avant d'être transporté à l'usine de traitement du minerai par un système de convoyeur à bande situé dans une galerie de 3 km de long. Juste à côté de l'usine de traitement du minerai, se trouve un stock de réserve dimensionné pour assurer l'alimentation en minerai du processus pour une production discontinue à l'usine de concassage. La taille maximum de la réserve est en outre réduite à <10 mm dans un système de concassage à un seul étage constitué d'un concasseur conique qui fonctionne en cycle fermé avec un tamis vibrant. Le minerai concassé est stocké dans deux silos de minerai depuis lesquels le minerai est fourni à un broyeur à boulets à un seul étage à une vitesse d'alimentation de 80 – 82 t/h. Pour parvenir à une libération suffisante de la scheelite à partir de la gangue, le minerai doit être broyé à 80 % en deçà de 180 µm. La décharge du broyeur est pompée vers un système de classification, qui est constitué de tamis et d'un hydrocyclone. Les fines ayant une granulométrie maximale de 500 µm sont pompées vers le processus de flottation, la fraction grossière est recyclée vers le broyeur à boulets. [52, Tungsten group, 2002] 3.1.7.2.2 Séparation La flottation comprend un banc de dégrossissage et quatre étapes de nettoyage. Un concentré ayant une qualité moyenne de 40 % de WO3 est produit. Les résidus les plus grossiers sont pompés vers un hydrocyclone. La sousverse du cyclone, qui contient de la scheelite grossière et enchevêtrée, est recyclée vers un broyeur à boulets pour rebroyage, La surverse de l'hydrocyclone représente le flux de résidus final. Les collecteurs utilisés pour la flottation sont des acides gras (carboxylates), sulfonates d'alkyle et sulfates d'alkyle. Un organigramme schématique de l'usine de traitement est représenté sur la figure ci-après. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 65 Chapter 4 Figure 3.45 : Organigramme de l'usine de traitement de minerai de Mittersill [52, Tungsten group, 2002] 66 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 3.1.7.3 Gestion des résidus Les résidus de l'exploitation de Panasqueira sont gérés dans des bassins [141, Panasqueira, 2003]. Le flux de résidus sur le site de Mittersill représente 99 % de l'alimentation du processus initial. Au rendement actuel de 450000 t/an, un volume de stockage de 250000 m³ est nécessaire chaque année. Le site de Mittersill utilise deux systèmes de gestion des résidus : • un bassin de résidus, à environ 10 km de l'usine de traitement du minerai dans une vallée • un système de remblayage, avec une capacité maximale de 35 % de l'alimentation de l'usine de traitement du minerai. Les bassins de résidus couvrent une surface de 34 ha, dont 20 ha ont déjà été réhabilités. 3.1.7.3.1 Caractéristiques des résidus Le comportement chimique des résidus a été caractérisé. Les procédures d'essai ont impliqué : • • la réalisation d'essais de lixiviat la détermination de la teneur totale en métaux lourds par lixiviation des solides avec eau régale. Les tableaux ci-après présentent les résultats de ces essais. Paramètre Lixiviat PH Conductivité, mS/cm Ca, mg/l Mg, mg/l Al, mg/l Sb, mg/l As, mg/l Ba, mg/l Be, mg/l B, mg/l Pb, mg/l Cd, mg/l Cr total, mg/l Fe, mg/l Co, mg/l Cu, mg/l Mn, mg/l Ni, mg/l Hg, mg/l Se, mg/l Ag, mg/l Th, mg/l V, mg/l Zn, mg/l Sn, mg/l F, mg/l PO4, mg/l SO4, mg/l CN, mg/kg de solides secs F, mg/kg de solides secs ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 Résultats des essais 7,8 0,8 10 9 0,17 <0,01 <0,05 <0,5 <0,005 <0,01 <0,05 <0,005 <0,05 <0,1 <0,01 <0,01 <0,01 <0,05 <0,001 <0,01 <0,05 <0,01 <0,01 <0,5 <0,05 <0,01 0,6 156 n/d n/d 67 Chapter 4 NO3-N, mg/kg de solides secs Tensio-actifs anioniques, mg/kg de solides secs Total hydrocarbures-C, mg/kg de solides secs Hydrocarbures, mg/kg de solides secs Halogènes organiques extractibles, mg/kg de solides secs 0.8 <0,05 Non détectable Non détectable Non détectable Tableau 3.56 : Résultats de l'essai de lixiviat des résidus sur le site de Mittersill [52, Tungsten group, 2002] Paramètre teneur totale Résultats d'essai (mg/kg de solides secs) 7 <0,5 <0,5 31 <0,5 22 Non détectable 12 82 Non détectable Non détectable Non détectable As Cd Co Cr Cu Ni Hg Pb Zn THC HC PAH Tableau 3.57 : Teneurs en métal lourd des résidus sur le site de Mittersill [52, Tungsten group, 2002] La figure suivante montre la distribution granulométrique de l'alimentation de l'usine de traitement du minerai et des résidus. 68 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.46 : Distribution granulométrique de l'alimentation de l'usine de traitement du minerai et des résidus sur le site de Mittersill [52, Tungsten group, 2002] 3.1.7.3.2 Méthodes de gestion appliquées Le système de remblayage a été installé en 1987 et comprend un épaississeur à lames, une pompe à piston-membrane et un pipeline en acier qui relie l'usine de traitement du minerai aux différents niveaux de la mine souterraine. Le remblai doit être pompé sur une distance de 3000 m jusqu'à une hauteur maximale de 280 m. Le bassin de résidus actuellement exploité se trouve au sud du petit village de Stuhlfelden. Son démarrage date de 1982. Jusqu'alors, le premier bassin de résidus, le bassin ‘Felbertal’, situé sur le côté opposé de l'usine de traitement du minerai, était en exploitation. La hauteur finale de cette première digue de retenue était de 24 m. La digue a été construite en utilisant la méthode ascendante. Un système de drainage a été installé tous les 8 m. La digue de départ était composée de matériau d'emprunt, le deuxième et le troisième étage ont été construits en utilisant les résidus. Les bassins de résidus de Stuhlfelden sont construits en utilisant la méthode ascendante. La hauteur finale de la digue de retenue de Stuhlfelden I & II était de 16 m. Les digues IVA et IVB atteindront une hauteur finale de 24 m. Les digues de départ des bassins I et II avec une hauteur de 4 m ont été construites en utilisant un matériau d'emprunt. La digue de départ du bassin de résidus IVA a été construite avec des résidus. Pour empêcher l'érosion, la surface de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 69 Chapter 4 la digue est couverte d'humus et re-végétalisée. Sur un côté, la zone est limitée par une pente. Deux routes qui croisent la pente 30 et 60 m au-dessus du bassin empêchent une pénétration incontrôlée de l'eau superficielle dans la zone du bassin de résidus. Avant la construction de la digue de départ, la zone a été étudiée par des ingénieurs géotechniciens. Si nécessaire, la fondation de la digue de départ a été renforcée. La construction a été surveillée par des ingénieurs géotechniciens et examinée par les autorités responsables des eaux et des mines. Au printemps et en été, la surface de l'eau dans le bassin est maintenue suffisamment haute pour empêcher les émissions de poussière à partir de la zone du bassin de résidus. En automne, de l'eau est déversée dans le courant voisin. Pour empêcher l'empoussièrement à partir de la zone du bassin de résidus, un système d'arrosage automatique a été installé. Le système d'arrosage est démarré et surveillé depuis la salle de commande centrale de l'usine. Pendant les interruptions de fonctionnement de l'usine de traitement du minerai, des équipes de permanence sont chargées de contrôler la zone du bassin de résidus. La rivière la plus proche, la rivière Salzach se trouve à environ 600 m des bassins de résidus. 3.1.7.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Les digues sont élevées par sections de 2,5 m chaque année. La hauteur des couches appliquées à la surface des digues est de 0,5 m. La digue est divisée en sections de 50 m. A partir de chaque profil, quatre échantillons sont prélevés de la couche appliquée. Le tassement est vérifié en utilisant la méthode Proctor. A partir d'un échantillon de chaque profil, on effectue une analyse granulométrique. La construction, la surveillance et l'échantillonnage et les données sont contrôlés par un ingénieur civil et les autorités fédérales. Pour surveiller les tassements du bassin des résidus, des piézomètres ont été installés. Les mouvements du sol sont vérifiés annuellement. Les données sont contrôlées par les autorités fédérales. La surveillance de l'IGR est effectuée trois fois par jour par des superviseurs de processus. En cas de fortes chutes de pluie et d'une défaillance des barrières, l'eau en excédent peut être évacuée à travers une sortie d'urgence. Pour empêcher l'érosion de la digue par la boue, la surface interne de la digue est couverte par un géo-textile. 3.1.7.3.4 Fermeture et entretien après fermeture Il est prévu de couvrir la surface du bassin avec de l'humus et de l'herbe. Après remise en état, la terre est restituée aux propriétaires terriens. Les résidus de l'exploitation de Mittersill s'assèchent rapidement. On sait à partir des bassins de résidus déjà remis en état que les résidus s'assèchent et se consolident en une période de temps de 2 à 4 ans. Une remise en état partielle du bassin des résidus est déjà effectuée pendant l'exploitation. La digue est construite à l'inclinaison finale. La surface de digue externe est déjà couverte avec de l'humus et remise en état. 3.1.7.4 70 Gestion des stériles July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 A Mittersill, les stériles qui sont exploités pendant le développement du gisement sont déversés dans des exploitations à ciel ouvert sous terre. Aucun déversement de stériles n'est effectué à la surface. 3.1.7.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.1.7.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs Aucune eau n'est recyclée à partir du bassin de résidus vers l'usine de traitement du minerai. 3.1.7.5.2 Rejets atmosphériques Les émissions moyennes de particules de poussière à partir de la zone du bassin de résidus sont dans la plage de 50 mg/(m2 28 jours). 3.1.7.5.3 Rejets aquatiques Le tableau ci-après présente les paramètres mesurés dans l'effluent déchargé du bassin de résidus. Paramètre Température, °C PH Volume de sédiment, ml/l Aluminium, mg/l Fer, mg/l Tungstène, mg/l Nitrite, mg/l Phosphore, mg/l Demande d'oxygène chimique, mg/l Total d'hydrocarbures, mg/l Valeurs moyennes 1997 13,8 7,9 <0,1 0,072 0,285 <0,1 <0,1 <0,1 32,3 <1 Tableau 3.58 : Moyennes 1997 de paramètres mesurés dans la décharge de l'IGR du site Mittersill [52, Tungsten group, 2002] La surveillance de l'effluent du bassin de résidus est effectuée deux fois par semaine par les techniciens de laboratoire. Lors du déversement de l'eau dans la rivière voisine, l'échantillonnage de l'eau de la rivière en amont et en aval est effectué quotidiennement. Ces échantillons sont analysés dans le laboratoire de l'usine de traitement et par un laboratoire chimique. Un rapport est envoyé aux autorités fédérales chaque année. 3.1.8 3.1.8.1 Coûts Exploitation Le tableau ci-après répertorie les coûts de gestion des résidus et des stériles. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 71 Chapter 4 Opération Sous-opération Intervalle de coût Unités Site/ référence Extraction à la surface Transport de surface jusqu'à la halde Construction de la halde 0,5 - 1 0,2 – 0,5 0,1 – 0,5 EUR/t EUR/t x km EUR/t 1 Pompage jusqu'au bassin Distribution des résidus Suppression de poussière Assèchement des résidus Transport par camion jusqu'à la mine/halde Pompage des résidus et maintenance Elévation de la digue Traitement de l'eau à la chaux Surveillance Coût d'exploitation total Coût en capital pour un bassin de 7 Mm3 Coût en capital pompes, 100 l/s Pompage des résidus Pompage de l'eau de retour vers l'usine de traitement Usure des tuyauteries Traverses Coût d'exploitation global Surveillance de la sécurité de la digue Coût d'exploitation global Elévation de la digue Destruction au cyanure Autres (énergie, tuyaux, maint.) Coût d'exploitation global Coût d'exploitation global Coût d'exploitation global Coût d'exploitation global Coût d'exploitation global Coût d'exploitation global 0,1 0,05 - 0,3 >0,1 1,0 - 4,0 0,5 - 1 EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t 1 Gestion des stériles 1 1 Gestion des résidus 1 1 1 1 0,1 0,4 0,1 0,1 0,8 5,34 1 EUR/t 1 EUR/t 1 EUR/t 1 EUR/t EUR/t Boliden2 Millions d'EUR Zinkgruvan3 0,45 0,11 0,04 Millions d'EUR Zinkgruvan3 EUR/t Zinkgruvan3 EUR/t Zinkgruvan3 0,16 0,07 0,37 0,05 0,8 0,5 1,0 0,5 2,0 0,6 0,4 0,48 0,3 0,4 EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t Zinkgruvan3 Zinkgruvan3 Zinkgruvan3 Zinkgruvan3 Zinkgruvan3 Río Narcea4 Río Narcea4 Río Narcea4 Río Narcea4 Kemi5 Orivesi6 Pyhäsalmi7 Hitura7 Garpenberg8 Sources: 1 = [98, Eriksson, 2002] 2 = [65, Base metals group, 2002] 3 = [66, Base metals group, 2002] 4 = [58, IGME, 2002] 5 = [71, Himmi, 2002] 6 = [59, Himmi, 2002] 7 = [62, Himmi, 2002] 8 = [64, Base metals group, 2002] Tableau 3.59 : Coûts de gestion des résidus et stériles sur sites d'exploitation de métal A l'usine de traitement de minerai de Boliden, le coût opérationnel de dépôt des résidus est de 0,8 EUR/t Ce chiffre comprend le coût énergétique pour pomper les résidus et la maintenance (0,1 EUR/t) et le coût réel pour élever la digue (0,4 EUR/t), le traitement de l'eau évacuée du bassin (0,1 EUR/t) et les coûts de surveillance (0,1 EUR/t). 72 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 A Garpenberg, le coût opérationnel pour le dépôt de résidus est de 0,4 EUR/t de minerai traité. Ce coût inclut les coûts de pompage, l'élévation des digues, l'entretien des pipelines et des pompes, la surveillance, etc. Cependant, il n'inclut pas les coûts de déclassement. Les coûts de gestion des résidus dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow sont les suivants : Sous-opération Pompage de résidus vers le bassin de résidus 1) Construction de digue Pompage d'eau de retour vers l'usine de traitementt1) Pulvérisation de la poussière avec une émulsion d'asphalte2) Surveillance de l'air, de l'eau, du sol et sismique Procédures de supervision et de contrôle de sécurité (surveillance géotechnique) Système d'alarme de secours Taxe écologique pour la mise au rebut des résidus3) Pompage de l'excédent d'eau vers la rivière Oder4) Purification de l'eau déversée4) Surveillance hydrotechnique4) Taxes écologiques pour l'eau déversée4) Coût d'exploitation total Intervalle de coûts 0,530 0,060 0,333 Unité EUR/t EUR/t EUR/t 0,031 EUR/t 0,020 0,014 EUR/t EUR/t 0,0004 0,470 EUR/t EUR/t 0,064 0,046 0,043 0,031 0,003 0,002 0,135 0,097 1,634 EUR/m3 EUR/t EUR/m3 EUR/t EUR/m3 EUR/t EUR/m3 EUR/t EUR/t 1. Les chiffres correspondants relatifs à ces coûts sont présentés dans le tableau ci-après 2. Le coût inclut le coût de l'émulsion et la distribution à partir d'un hélicoptère et de véhicules au sol. La surface arrosée annuellement fait environ 1080 ha, en tenant compte du fait que certains endroits sont arrosés plusieurs fois. 3. Taxe obligatoire 4. En 2002 18.9 Mm3 d'eau ont été déversés du bassin de résidus, dont 18,6 Mm3 vers la rivière Oder et 362664 m3 vers le fond du bassin. Les données se réfèrent à 1m3 d'eau évacuée et 1 t de résidus (1t de résidus se réfère à 0,721 m3 d'eau déversée). Tableau 3.60 : Coût de gestion des résidus dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] Usine de traitement Lubin Polkowice Rudna Résidus générés en 2001 (Mt sec/an) 6,4 8,0 12,5 Distance horizontale (km) 13,4 13,7 11,2 Elévation (m) 47 39 23 Tableau 3.61 : Résidus appropriés générés, distance et élévation entre les usines de traitement du minerai et le bassin de résidus dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 73 Chapter 4 Usine de traitement Lubin Polkowice Rudna Eau retournée en 2001 (Mm3/an) 26,8 27 67 Distance horizontale (km) 12,1 9,7 6,4 Elévation (m) 45 60 60 Tableau 3.62 : Quantités appropriées d'eau retournée vers les usines de traitement du minerai, distance et élévation entre les usines de traitement du minerai et le bassin de résidus dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] A Zinkgruvan jusqu'au début des années 90, les résidus ont été gérés au-dessus de la surface de l'eau, ce qui était moins coûteux, étant donné que les conduits pouvaient rester immobiles à un point fixe pendant un long moment. Depuis le début du déversement principalement en dessous la surface de l'eau, les coûts par unité ont plus que doublé. D'autre part, la gestion sous l'eau a permis une réduction importante du transport de métal depuis le bassin et un empoussièrement moindre à partir de la zone des résidus. Les coûts d'exploitation peuvent être divisés en les rubriques suivantes (EUR/m3) : • • • • pompage des résidus : 0,15 recyclage de l'eau : agencements de conduits, usure : 0,22 traverses : 0,10 0,05 Le système de surveillance de sécurité de la digue actuellement en route ajoutera 0,07EUR/m3 de plus et peut également être complété par d'autres systèmes. [66, Base metals group, 2002] Le tableau ci-après présente certaines informations de coût concernant la gestion des résidus et stériles. Opération Coûts de la digue Sous-opération Construction de la digue Coût Unités 0,05 – 0,5 EUR/t Revêtement Surveillance environnementale revêtement HDPE, 16 ha Un échantillon d'eau (surface ou souterraine) 7,5 220 Commentaire/Site Fonction de l'échelle, du site et de la méthode1 2 EUR/m Ovacik2 EUR/échantillon Echantillonnage, préparation d'échantillon, expédition, analyse et rapport1 Installation du puits de surveillance Remblai Puits de surveillance eaux souterraines 200 EUR/m Etablissement, forage, revêtement et rinçage1 0,3 0,8 0,15 EUR/t EUR/t EUR/t 1 170000 EUR 3 Millions d'EUR Millions d'EUR 3 Coût de transport, 15 km Coût de transport, 100 km Résidus épaissis Coûts d'exploitation, à l'exclusion des coûts en capital Coût en capital épaississeur, (14 m de haut) Coût en capital total Dont pour la construction de la 74 2,2 1,4 July 2004 1 3 3 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 digue Sources : 1 = [98, Eriksson, 2002] 2 = [56, Au group, 2002] 3 = [31, Ritcey, ] Tableau 3.63 : Coût d'autres opérations concernant la gestion des résidus et stériles Le tableau ci-après donne des informations plus détaillées sur les coûts de destruction au cyanure en utilisant la méthode SO2/air. Site Tonnes/jour % en poids de solides A B C D 2800 920 800 2700 35 47 45 40 Cyanure WAD (mg/l) Alim. Traité 80 175 120 290 0,30 0,90 0,50 0,15 Coût d'exploitation USD/tonne 0,35 0,77 0,91 0,95 USD/kg Cyanure WAD 2,56 4,28 6,06 2,40 Tableau 3.64 : Coût d'exploitation en USD pour la destruction au cyanure en utilisant la méthode SO2/air en 2001 [99, Devuyst, 2002] Les coûts d'exploitation sont réels et incluent les coûts de SO2, chaux, sulfate de cuivre et énergie. Les coûts en capital pour ces opérations sont dans la plage de 360000 à 1,1 million d'USD après installation. Les coûts en capital incluent réacteur, agitateur, compresseur d'air, système de distribution de SO2 et système de distribution de sulfate de cuivre. Ils n'incluent pas la caisse de pompe et la pompe de résidus et le système de chaulage (qui fait d'ordinaire déjà partie de l'installation). Cela signifie que le système est à l'extérieur, y compris les systèmes de réactif et le compresseur d'air. Aucune installation de construction supplémentaire n'est nécessaire, il faut uniquement une préparation de site et des fondations correctes. Aucun des exemples dans le tableau n'utilise de brûleur à soufre pour la source de SO2. Si c'était le cas, le coût en capital serait bien plus élevé (d'environ 80 %), mais les coûts d'exploitation seraient réduits d'environ 60 %. La variation des coûts d'exploitation est liée au coût de réactif unitaire de SO2, chaux, cuivre, sulfate et énergie. [99, Devuyst, 2002] 3.1.8.2 Fermeture Le tableau ci-après donne des informations de coût concernant les coûts de fermeture. Sous-opération Intervalle des coûts 0,1 - 0,5 EUR/m2 Fonction de l'échelle1 3,0 – 10 EUR/m3 0,5 – 1 EUR/m2 Etablissement marécage 0,1 – 1 EUR/m2 Saturation eaux souterraines 0,2 – 2 EUR/m2 Assèchement de bassin Reverdissement 0,7 - 1,2 0,7 - 0,8 EUR/m2 EUR/m2 Fonction de l'échelle et de la méthode1 Fonction de l'échelle et du site1 Fonction de l'échelle et du site1 Fonction de l'échelle et du site1 Tara2 Tara2 Reverdissement de la halde ou du bassin de résidus Couverture artificielle sur halde ou bassin Inondation du bassin de résidus ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 Unités Commentaire/Site 75 Chapter 4 1,3 - 1,7 0,1 3,1 - 3,7 1,8 0,6 1,5 EUR/m2 EUR/m2 EUR/m2 million d'EUR million d'EUR million d'EUR Tara2 Tara2 Tara2 Ovacik3 Orivesi4 Boliden5 5,4 millions d'EUR Pyhäsalmi6 14,4 EUR/m2 Zinkgruvan7 18,5 EUR/m2 2,9 EUR/m3 Couverture de protection mise en place Réaménagement de la pente de la digue 3,1 EUR/m3 0,9 EUR/m3 Réaménagement de la pente de la digue 4 EUR/m3 0,05 EUR/m2 Coût total/surface totale1 Matériau lui-même non inclus1 Matériau lui-même non inclus1 <mouvement de 100 m du matériau (bulldozer)1 >mouvement de 100m du matériau (chargement, transport et mise en place)1 Plantation classique1 7 EUR/m2 Coût total/surface totale1 1,5 EUR/m2 Coût total/surface totale1 1,5 EUR/m2 6 EUR/m2 4 EUR/m2 Coût total/surface totale1 Coût total/surface totale1 Coût total/surface totale1 Surveillance Maintenance Remise en état totale et fermeture Fermeture (assèchement et couverture) Fermeture (non spécifiée), 37 ha Fermeture (couverture d'eau, végétation), 280 ha Fermeture et entretien après fermeture, 100 ha Réhabilitation Coûts réels Apirsa Remise en état bassin de résidus Apirsun Couverture d'argile mise en place Reverdissement avec herbe Coût de remise en état réel Saxberget Coût unitaire de couverture composite (1995) Coût de remise en état réel Stekenjokk Coût unitaire de l'immersion (1992) Coûts de remise en état réels Kristineberg Coût unitaire de l'immersion Coût unitaire de couverture sèche composite Coût unitaire de l'augmentation du niveau d'eau souterraine Sources : 1 = [98, Eriksson, 2002] 2 = [23, Tara, 1999] 3 = [56, Au group, 2002] 4 = [59, Himmi, 2002] 5 = [50, Au group, 2002] 6 = [62, Himmi, 2002] 7 = [66, Base metals group, 2002] Tableau 3.65 : Informations sur les coûts de fermeture et d'entretien après fermeture liés à la gestion des stériles et résidus miniers métallifères Les coûts de remise en état et de fermeture estimés pour l'usine de résidus de Tara sont calculés pour une phase de surveillance active de 5 ans, une phase de surveillance passive de cinq ans et une phase de surveillance à long terme de dix ans. Les coûts de reverdissement ont été calculés pour une surface de 66.8 – 85.4 ha avec un coût unitaire approximatif de 3200 EUR/ha, y compris l'engrais et la semence. Les coûts de surveillance sont basés sur l'hypothèse selon laquelle une équipe à plein-temps est employée pendant une phase de surveillance de cinq ans appelée période d'entretien active. D'autres facteurs de coûts inclus sont la performance de remise en état, l'évaluation de la performance agronomique (examen du troupeau en pâturage), la surveillance de la vie sauvage, la qualité de l'eau en surface, la 76 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 qualité des eaux souterraines, la surveillance de la poussière, la surveillance géotechnique (piézomètres et contrôles visuels). Les coûts de déclassement pour le bassin de résidus de Boliden sont estimés comme étant de 1,5 million d'EUR. Ceci inclut les agencements de sécurisation d'une couverture d'eau permanente, la stabilisation de fonds profonds, de reconstruction de dispositifs de décharge, de coûts de reverdissement, de surveillance et de gestion à long terme de la couverture d'eau. Lors de leur dernière élévation, les digues sont construites selon leur angle de pente stable à long terme final et une protection contre l'érosion requise est installée, coûts qui ne sont pas inclus dans les coûts de déclassement donnés plus haut [50, Au group, 2002]. A Pyhäsalmi, des dépôts de 3,6 millions d'EUR et à Hitura, de 0,6 million d'EUR ont été réservés dans les comptes pour la fermeture et l'entretien après fermeture. Les coûts totaux de fermeture et d'entretien après fermeture pour la zone des résidus de Pyhäsalmi sont estimés à 5,4 millions d'EUR. Río Narcea a souscrit une garantie d'environ 3 millions d'EUR, qui correspond à la norme espagnole (2 millions de PTS/ha). 3.2 Minerais industriels Le terme "minerais industriels" couvre une large gamme de matériaux différents. Leur dénominateur commun est qu'ils sont tous utilisés comme des charges fonctionnelles ou des aides à la production par l'industrie. Ils sont généralement réduits en taille à une poudre très fine avant usage. Les catégories principales regroupées par cette famille sont le talc, le carbonate de calcium (broyé et précipité), le feldspath, le kaolin, les boules d'argile, la perlite, la bentonite, la sépiolite, la silice, les borates, etc. Les caractéristiques minéralogiques et chimiques, ainsi que la distribution granulométrique du produit final, déterminent les usages finaux possibles. Les exigences de qualité sont d'ordinaire très précises. Les usages finaux de ces minéraux sont extrêmement diversifiés. La disponibilité géologique des minerais industriels dépend des catégories considérées : le talc, par exemple, est moins commun que le sable siliceux. Cependant, même pour les catégories qui semblent plus communes, les exigences physico-chimiques peuvent être si élevées et précises que seul un nombre limité de gisements peuvent être exploités. [48, Bennett, 2002] 3.2.1 Barytines Les sites de production suivants au seuil de l'UE-15 ont été rapportés pour ce type d'exploitation : Site Barytine de Chaillac, Chaillac Wolfach Dreislar Bad Lauterberg Vera, Coto minero Berja Foss Mine, Aberfeldy Closehouse Mine, Middleton-in-Teesdale Pays France Allemagne Espagne Royaume Uni Tableau 3.66 : Mines de barytine en Europe ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 77 Chapter 4 3.2.1.1 Minéralogie et techniques minières Les barytines sont la forme minérale naturelle du sulfate de baryum (BaSO4). Dans l'UE-15, 55 % des barytines sont produites par exploitation minière souterraine [29, Barytes, 2002]. Les dépôts de barytine à travers le monde apparaissent dans les gisements sous formes résiduelle, en filon ou litée. L'extraction s'effectue au moyen de techniques à la fois en surface et souterraine selon la géologie et l'économie de la région. Chaque dépôt et la voie d'extraction et de traitement la plus appropriée sont très spécifiques au site. Les morts-terrains et les stériles restent généralement sur site, et sont commercialisés comme produits de construction ou sont utilisés dans une remise en état/restauration générale. 3.2.1.2 Traitement du minerai Il n'existe pas d'organigramme standard pour l'industrie en raison du large éventail de produits. Le traitement des minerais varie d'une simple opération de concassage de type agrégat à un traitement en milieu dense, un pistonnage, un broyage fin et une flottation. Lors de certaines opérations, de petites quantités de produit fini sont ensuite et séparément lavées à l'acide pour des applications commerciales spécifiques [29, Barytes, 2002]. La séparation optique est également utilisée dans au moins une opération. L'exigence principale pour les applications de puits de pétrole et pour plusieurs des applications de charge (par exemple, amortissement de bruit, bouclier nucléaire) est la forte masse volumique (4,3 kg/l) et souvent une teneur en BaSO4 (80 – 90 %) est suffisante pour remplir cette exigence. Ces opérations ne requièrent généralement que le concassage du matériau tout-venant pour produire un produit fin sans déchet de traitement. Plusieurs autres opérations ne requièrent que de simples méthodes par gravité pour améliorer la qualité du produit fini, généralement, un pistonnage ou une séparation en liquide dense. Le traitement des minerais peut être nécessaire : • • • • pour des gisements plus complexes lorsque la barytine est associée à d'autres minerais (par exemple, fluorine, minerai de fer) lorsque la barytine est disséminée finement dans la roche mère (flottation) pour l'industrie chimique, où des qualités supérieures à 97 % de BaSO4 sont requises. L'organigramme suivant présente un site utilisant la séparation gravimétrique au moyen de bacs à piston et par flottation. 78 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.47 : Organigramme de l'usine de traitement de barytine utilisant des bacs à piston et la flottation Les sites avec opérations de flottation utilisent des réactifs standards pour le traitement, par exemple, les sulfates d'alkyle en tant que collecteurs et l'ensemble ou certains du silicate de sodium, du tannin quebracho (suppresseur de talc et de carbone) et de l'acide citrique en tant que modificateurs de pulpe [29, Barytes, 2002]. 3.2.1.3 Gestion des résidus Le tableau ci-après présente les méthodes de gestion des résidus qui sont appliquées à différents schémas de traitement de minerais. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 79 Chapter 4 Type de traitement de minerai Concassage uniquement Concassage + Bacs à piston uniquement Concassage + Broyage + Flottation Concassage + Broyage + Flottation N° de sites Gestion des résidus 2 4 % de production totale 15 23 2 22 Résidus secs 5 40 Résidus humides Néant Néant Tableau 3.67 : Méthodes de gestion des résidus appliquées aux mines de barytine en Europe [29, Barytes, 2002] On peut voir que cinq sites, qui produisent conjointement 40 % des barytines, utilisent la gestion par voie humide des résidus. Deux de ces cinq sites rejettent conjointement 12500 tonnes de résidus dans de petits bassins et presque la moitié de ce tonnage est régulièrement dragué comme un produit pour usage terrestre. En général, on peut dire que seul un petit pourcentage (2 %) des résidus produits au sein de l'UE-15 sont rejetés comme des boues dans des bassins. D'ordinaire, les résidus grossiers sont vendus comme agrégats. Les résidus plus fins sont pour la plupart asséchés et également vendus ou utilisés comme remblai dans la mine. Les options de gestion des résidus sont répertoriées de façon plus détaillée dans le tableau ciaprès. Fraction de taille Sous-total >250 - 300 μm (y compris les ventes) Sous-total <250 - 300 μm Total Quantité (kt/an) 77 <250 - 300 μm asséché, terril/vente <250 - 300 remblai <250 - 300 μm bassin de résidus, recyclage <250 - 300 μm bassin de résidus 214 20 5,5 7 255,5 323,5 Tableau 3.68 : Options de gestion des résidus sur les exploitations de barytines en Europe L'exploitation de Coto minero Berja avec une production minière totale de 150000 t/an produit trois types de résidus : • • • 80 résidus grossiers (>25 mm) : après concassage dans un broyeur à marteaux et criblage après séparation par densité, la fraction légère traverse un classificateur à vis. La fraction grossière de ces résidus est utilisée comme remblai après assèchement dans des bassins dans la mine (voir figure ci-après) les boues du classificateur à vis (17000 t/an base sèche) sont asséchées via évaporation dans de petits bassins de résidus en béton (capacité totale de 240 m3). Les boues sèches sont également ensuite utilisées comme remblai dans la mine à ciel ouvert (voir figure ciaprès). July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.48 : Assèchement des résidus de barytine dans la mine [110, IGME, 2002] Figure 3.49 : Assèchement des résidus dans bassins en béton [110, IGME, 2002] 3.2.1.4 Gestion des stériles En général, les stériles restent sur site, sont commercialisés comme produit de construction ou utilisés pour la remise en état du site. Sur l'exploitation de Coto minero Berja, les stériles (325000 m3/an) sont transférés avec des camions à l'intérieur de la mine et utilisés comme remblai sur le site épuisé de la mine à ciel ouvert et progressivement reverdis. [110, IGME, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 81 Chapter 4 3.2.2 Borates Cette section comprend des informations sur les sites de borates de Turquie, le seul producteur de borates en Europe. 3.2.2.1 Minéralogie et techniques minières La plus ancienne forme de bore connue est le sel minéral appelé borax brut (tétraborate de sodium décahydraté ou simplement borax). D'autres minerais naturels contenant du bore qui sont exploités commercialement sont, par exemple, colémanite (borate de calcium), hydroboracite (borate de calcium magnésium), kernite (autre borate de sodium) et ulexite (borate de sodium calcium). [92, EBA, 2002] 3.2.2.2 Traitement du minerai Les minerais de bore provenant de mines à ciel ouvert ou souterraines sont concassés à des tailles appropriées et sont ensuite fournis à l'usine de traitement du minerai. La figure suivante présente un organigramme simplifié de la production de produits de bore raffinés. 82 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.50 : Organigramme simplifié de la production de produits de bore raffinés [92, EBA, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 83 Chapter 4 Le tableau suivant répertorie les entrées et sorties lors des étapes principales du traitement du borate : Etape de traitement 1. Classification Entrées Matière première 2. Dissolution aqueuse Concentré de B2O3 Eau chaude 3. Criblage Solution saturée en borax non raffiné 4. Epaississement 5. Cristallisation 6. Séchage/ refroidissement Solution de borax + argiles fines Floculants Solution de borax Produits raffinés de bore (humides) Sorties Argiles et minerais calcaires (solides) Concentré de B2O3 Solution saturée en borax non raffiné Minerais calcaires grossiers Solution de borax et argiles fines Particules d'argiles fines et floculants Solution de borax Produits raffinés de bore (humides) Produits raffinés de bore (secs) Tableau 3.69 : Entrées et sorties lors des étapes principales du traitement du borate [92, EBA, 2002] 3.2.2.3 Gestion des résidus En bref, les résidus grossiers comprennent des argiles et minerais calcaires qui sont stockés sur des terrils à des fins de remblayage. Les boues de résidus, qui contiennent des particules d'argiles fines et des floculants, sont gérées dans des bassins. Après le tassement des particules d'argiles, l'eau est recyclée dans le traitement. Le tableau ci-après fournit une liste des résidus issus du traitement et le type de gestion qui leur est appliqué. Etape de traitement 1. Classification 2. Dissolution aqueuse 3. Criblage 4. Epaississement 5. Cristallisation 6. Séchage/refroidissement Résidus générés Argiles et minerais calcaires (solides) Non Minerais calcaires grossiers Particules d'argiles fines & floculants Non Non Méthode de gestion Terril s/o Bassins de résidus Bassins de résidus s/o s/o Tableau 3.70 : Liste des résidus issus du traitement et type de gestion appliqué [92, EBA, 2002] Les résidus issus du criblage et de l'épaississement sont déchargés dans des bassins étanches près des mines. Les bassins ont cinq niveaux, le premier étant au niveau le plus bas et le cinquième au niveau le plus élevé. La pulpe de résidus provenant de l'usine est pompée directement vers les deuxième, troisième et quatrième bassins. Une fois que les particules solides contenues dans la pulpe de résidus se sédimentent dans ces bassins, l'eau de trop-plein est transférée progressivement dans le premier bassin. L'eau "propre" dans le premier lac est ensuite repompée vers l'usine de traitement. Le déchargement des pulpes de résidus vers le cinquième bassin a récemment commencé et le niveau de l'eau augmente dans ce bassin. La quantité annuelle des déchets solides est d'environ 350000 - 400000 tonnes et la quantité d'eau pour pomper les résidus vers les lacs est de 300000 – 500000 m3/an. La capacité totale du système de bassin actuel est de 14 millions de m3. Les choix suivants sont en cours d'évaluation pour la gestion des résidus dans le futur : 1. construction d'un nouveau bassin 84 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 2. décharge des résidus solides des troisième et quatrième bassins vers la zone des terrils, et réutilisation des bassins 3. utilisation d'un système de décantation pour récupérer les résidus sous une forme solide, et mise au rebut des résidus sur un terril. [92, EBA, 2002] Il existe un système de surveillance des émissions de CO, SO2, NOx et poussière. Les particules de bore dans les ruisseaux voisins, la demande en oxygène chimique dans les ruisseaux voisins, les valeurs de pH et de conductivité des ruisseaux voisins sont mesurées sur une base régulière. L'analyse montre que la teneur en B2O3 dans l'eau est négligeable, et il a été démontré que cette teneur en B2O3 provenait des eaux souterraines en contact avec le dépôt. 3.2.3 Feldspath Sauf indication contraire, l'ensemble des informations fournies dans cette section proviennent de [39, IMA, 2002] 3.2.3.1 Minéralogie et techniques minières Le feldspath est de loin le groupe le plus abondant de minerais dans la croûte terrestre, représentant environ 60 % des roches terrestres. Les minerais de feldspath sont des composants essentiels des roches ignées, métamorphes et sédimentaires, dans une mesure telle que la classification d'un certain nombre de roches est basée sur la teneur en feldspath. La structure cristalline du feldspath consiste en un réseau infini d'octaèdres de SiO2 et de tétraèdres d’AlO4. Ils se cristallisent d'ordinaire dans le système monoclinique ou triclinique. La composition minéralogique de la plupart des feldspaths peut être exprimée en termes du système ternaire orthoclase (KAlSi3O8), albite (NaAlSi3O8) et anorthite (CaAl2Si2O8). Les minerais, dont la composition est comprise entre albite et anorthite sont connus comme feldspaths de plagioclase, alors que ceux compris entre albite et orthoclase sont appelés feldspaths alcalins. Cette dernière catégorie est d'un intérêt tout particulier en termes d'utilisation industrielle. Le feldspath est extrait de carrières par simple excavation (excavatrice de chargement). Le minerai est concassé à la taille appropriée et transporté vers l'usine de traitement par des convoyeurs à bande ou des camions. 3.2.3.2 Traitement du minerai Les feldspaths sont soit exploités sélectivement, soit traités par séparation optique, par flottation et/ou électrostatique, afin d'éliminer les minerais accessoires (par exemple, quartz, mica, rutile, etc.) présents dans le minerai. Le feldspath subit ensuite une étape de fragmentation. Le degré de raffinage et de fragmentation possible dépend très fortement de l'utilisation finale du produit. Pour un certain nombre d'utilisations, il est parfaitement acceptable, et même avantageux, que le produit contienne certains minerais accessoires, par exemple, quartz, alors que dans les autres applications extrêmes, il doit être d'une qualité extrêmement pure et finement broyé. En principe, les deux propriétés qui rendent les feldspaths utiles pour les industries en aval sont leur teneur en alcalin et alumine. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 85 Chapter 4 Le traitement par flottation est uniquement utilisé par AKW, INCUSA et SP Minerals. Le feldspath récupéré par flottation ne représente qu'environ 10 % de la production européenne de feldspath. Le traitement par flottation est essentiel pour obtenir une haute qualité (faible teneur en fer et teneur élevée en alumine) requise pour certaines applications spécifiques et importantes (par exemple, écrans TV/ordinateur). Par exemple, bien que le producteur italien Maffei soit le plus grand producteur en Europe, les trois sociétés susmentionnées fournissent au marché italien ces produits de haute qualité. L'usage essentiel du traitement par flottation peut être expliqué par la figure suivante : Figure 3.51 : Graphique de la granulométrie du feldspath en fonction de la récupération [39, IMA, 2002] Dans les sections I et III, une séparation mécanique principale (hydrocyclonage, centrifugation) peut être réalisée. Dans la section II, une séparation optique, par flottation ou électrostatique peut être utilisée pour séparer le feldspath du quartz, en fonction à la fois des caractéristiques intrinsèques de la matière première et des exigences du produit final. L'organigramme suivant montre les étapes impliquées dans la récupération du feldspath. 86 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.52 : Organigramme de récupération du feldspath par flottation [39, IMA, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 87 Chapter 4 Figure 3.53 : Etape de traitement à sec dans la récupération du feldspath [39, IMA, 2002] Dans le traitement du feldspath, on peut distinguer trois étapes de flottation différentes, à savoir, la flottation des micas, la flottation des oxydes et la flottation du feldspath. Chacune requiert un régime de réactif différent. 88 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Le tableau ci-après présente les entrées et sorties des étapes principales du traitement du feldspath. Etape de traitement 1. Broyage et classification 2. Hydrocyclonage 3. Assèchement par tamis et filtres à vide 4. Flottation de micas ou oxydes 5. Assèchement par tamis ou filtres à vide 6. Flottation de feldspath   Entrées matière première eau   mélange de boues eau           7. Assèchement par filtres   8. Séchage  9. Séparation magnétique  feldspath, sable fin et micas feldspath, sable fin et micas agent antimousse acides (H2SO4) tensio-actifs sortie de la sousverse de l'étape précédente feldspath, sable fin, quartz agent antimousse acides (HF) tensio-actifs sortie de la surverse de l'étape précédente feldspath (humidité <25 %) feldspath (humidité <25 %) feldspath (humidité <1 %) Sorties mélange de boues (contenant du feldspath)  sable grossier, gravier et pierres Surverse  feldspath, sable fin et micas  Sousverse  gangue : sable concentré  eau de traitement  feldspath, sable fin et micas  eau de traitement Surverse  micas ou oxydes Sousverse  feldspath, sable fin, quartz  eau de traitement  feldspath, sable fin, quartz  eau de traitement Surverse (flottation inverse possible)  feldspath Sousverse  sable fin et quartz  eau de traitement  feldspath (humidité <25 %)  eau de traitement  feldspath (humidité <1 %)   feldspath (humidité <1 %) oxydes de fer Tableau 3.71 : Entrées et sorties des étapes de traitement du minerai de feldspath [39, IMA, 2002] Sur les exploitations dans la région de Ségovie et en Finlande, le traitement utilisé pour la séparation des sables feldspathiques des sables de silice est celui de la flottation dans un environnement à forte teneur en acide, opération pour laquelle on utilise de l'acide hydrofluorique. Les installations de flottation sont alimentées en fractions inférieures à un millimètre. Les usines de traitement du minerai ont une capacité de 2400 t/j. [110, IGME, 2002] 3.2.3.3 Gestion des résidus 3.2.3.3.1 Caractéristiques des résidus Un exemple d'analyse chimique d'un éluat de résidus est présenté ci-après : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 89 Chapter 4 Paramètre pH- éluat après 2 heures pH- éluat après 8 heures pH- éluat après 24 heures pH- éluat après 48 heures pH- éluat après 72 heures pH- éluat après 102 heures pH- éluat après 168 heures pH- éluat après 384 heures Cyanure Chlorure Fluorure Nitrate Sulfate Arsenic Barium Cadmium Cobalt Chrome Béryllium Mercure Nickel Plomb Cuivre Sélénium Vanadium Zinc COD Unités μg/l mg/l mg/l mg/l mg/l μg/l mg/l μg/l μg/l μg/l μg/l μg/l μg/l μg/l μg/l μg/l μg/l mg/l mg/l d'O2 Résultat 7,76 9,06 9,14 9,20 9,04 9,03 8,5 8,0 <10 <10 <0,5 23 101 <5 <0,1 4 <100 14 <1 <0,1 2 19 16 <1 <100 2,4 27 Tableau 3.72 : Exemple d'analyse chimique d'éluat de résidus de feldspath Le tableau ci-après présente les caractéristiques des matériaux produits par le traitement. Etape de traitement Fragmentation et classification Hydrocyclonage Assèchement par tamis ou filtres à vide Flottation des micas Flottation des oxydes Assèchement par criblage ou avec filtres à vide Flottation de feldspath Assèchement dans filtres Séchage Séparation magnétique Matériau produit par le traitement Destination  sable grossier, gravier et pierres  produit dérivé ou terril de résidus  sable concentré  produit dérivé ou bassin de  eau de traitement résidus  La surverse d'eau propre est directement recyclée ou utilisée pour maintenir les réserves d'eau.  micas  produit dérivé ou bassin de  eau de traitement résidus  oxydes  bassin de résidus  eau de traitement  La surverse d'eau propre est directement recyclée ou utilisée pour maintenir les réserves d'eau.  sable fin, quartz, et micas  produit dérivé ou bassin de  eau de traitement résidus  La surverse d'eau propre est directement recyclée ou utilisée pour maintenir les réserves d'eau  eau de traitement, bassin de résidus  non  s/o  oxydes de fer  produit dérivé ou terril de résidus Tableau 3.73 : Produits et résidus issus du traitement de minerai de feldspath [39, IMA, 2002] Outre les terrils de résidus constitués de sable grossier, de gravier et de pierres, il existe des bassins de résidus qui contiennent : Matériaux solides : 90 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 • • • • sable fin et micas (50 – 70%) certains oxydes de fer (moins de 10 %) floculants (dans la plage ppm) fluorure fortement absorbé ou lié sur les solides. Liquide (eau de traitement) • • • eau à une valeur de pH d'environ 4,5 agent antimousse (traces) fluorure (100 – 1000 ppm). 3.2.3.3.2 Méthodes de gestion appliquées Sur la plupart des sites, les résidus sont stockés dans des bassins de sédimentation creusés à l'intérieur de la mine, et ainsi, ne présentent pas de digues. Les fonds des bassins sont revêtus de couches d'argile. Sur une des exploitations de Ségovie, 110000 t/an de résidus sont produites (production minière de 600000t/an). Elles sont constituées d'une fraction de sable (80000 t/an) et de résidus après flottation. La fraction de sable comprend des sables grossiers qui n'ont pas de marché. Ils sont utilisés comme remblai dans la mine à ciel ouvert. Les résidus de flottation sont filtrés. Le gâteau de filtration (28000 t/an) est également utilisé comme remblai, tandis que la boue résiduelle est envoyée vers de petits bassins. La zone de remblai dans la mine à ciel ouvert a été préparée en plaçant un système de drainage pour contrôler et échantillonner l'eau de drainage avant de la déverser dans la rivière. Le concentré de flottation est conduit à une installation de traitement qui génère 200 t/an de boue de fluorure de calcium grâce à une neutralisation de l'acide HF à l'aide de chaux. Après filtration dans un filtre-presse, la boue est utilisée comme remblai conjointement avec les résidus. Le flux de résidus de flottation n'est pas neutralisé directement. A la place, le bassin de résidus possède quatre puits de contrôle à sa périphérie à partir desquels l'eau d'infiltration est pompée vers l'usine de traitement d'eau. [110, IGME, 2002] Les terrils de résidus ont une pente naturelle de 30 à 45°. 3.2.3.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Les IGR sont contrôlées visuellement et par des études topographiques. 3.2.3.4 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.2.3.4.1 Gestion de l'eau et des réactifs 1. Flottation des micas : Produits chimiques utilisés dans le traitement : Produits chimiques ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL pH/concentration juillet 2004 91 Chapter 4 Acide (H2SO4) Tensio-actif Agents antimousse A ajuster à une valeur de pH de 3 environ 10 - 100 ppm 10 - 100 ppm 2. Flottation des oxydes : Produits chimiques utilisés dans le traitement : Produits chimiques Acide (H2SO4) Tensio-actif Agents antimousse pH/concentration A ajuster à une valeur de pH de 3 environ 10 - 500 ppm 10 - 100 ppm 3. Flottation du feldspath : Produits chimiques utilisés dans le traitement : Produits chimiques Acide (HF) Tensio-actif Agents antimousse Solution alcaline (CaO, Ca(OH)2, NaOH) pH/concentration pH <3 10 – 500 ppm 10 – 100 ppm A ajuster à une valeur de pH de 4,5 environ L'eau est neutralisée avec du CaO, Ca(OH)2, Na(OH) à des valeurs de pH d'environ 7 ; l'utilisation d'ions de calcium permet la liaison du fluorure et sa disparition en grande partie du bilan, car le CaF2 est presque insoluble. Après ce traitement, l'eau est ajoutée au flux d'eaux usées. 3.2.3.4.2 Consommation énergétique La consommation énergétique moyenne pour le traitement du minerai de feldspath est d'environ 300 MJ/tonne. Cependant, de grandes divergences ont été observées d'un site à l'autre (min : 10 – max : 1800). 3.2.4 3.2.4.1 Fluorine Minéralogie et techniques d'exploitation minière L'élément chimique F n'est pas rare dans la croûte terrestre (à 0,07 %, il est le 13ième élément le plus abondant en poids), mais les concentrations naturelles sont rares. Les éléments fluorine (F) et calcium (Ca) sont fortement liés dans CaF2 et cette molécule est très stable. [43, Sogerem, 2002] La minéralogie de l'exploitation fluorine/sulfure de plomb de Sardaigne peut être décrite comme suit : • • • • • 92 fluorine, avec une qualité de 26 – 38 % sulfure de plomb, avec une qualité de 1,5 – 8 % sulfate de baryum sulfure de zinc sulfure de fer, comme pyrites et marcassite July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • Chapitre 4 carbonate de calcium, comme calcite quartz silicates. Parmi les éléments indiqués ci-dessus, seuls les deux premiers ont un intérêt économique, étant donné que la taille de libération de 6 mm rend la fragmentation et la séparation relativement simples, pour préconcentrer le minerai dans un processus de séparation en milieu dense statique [44, Italy, 2002]. L'exploitation minière est à la fois souterraine et à ciel ouvert. Dans une exploitation, la méthode d'exploitation souterraine s'applique à une exploitation par filon en chambre remblayée [44, Italy, 2002]. L'exploitation de la fluorine aux Asturies est effectuée dans trois mines en utilisant la technique d'exploitation par chambres et piliers. Le dépôt est du type hydrothermique, où le CaCO3 a été remplacé par du CaF2. Environ 60000 m3 de stériles ont été produits par l'exploitation minière chaque année. Ces stériles sont utilisés comme remblai directement dans les salles épuisées de la mine [110, IGME, 2002]. 3.2.4.2 Traitement du minerai 3.2.4.2.1 Concentration gravimétrique Dans la mine de fluorine au sud des Pyrénées, après concassage à <30 mm, les différents composants du minerai sont séparés par séparation en milieu dense. Ce processus permet d'améliorer le minerai de 30 – 60 % de CaF2 à environ 90 % de CaF2. La concentration gravimétrique, un processus continu, est effectuée dans un milieu aquatique à température ambiante dans un circuit fermé (hydrocyclones ou tambours) avec une régulation automatisée. L'eau est recyclée dans un circuit fermé. Le matériau lavé est trié par taille (2 mm, 5 mm, 25 mm) et stocké à l'extérieur sur une surface de béton. L'ensemble des résidus sont ensuite traités dans l'usine de flottation décrite ci-après pour augmenter la récupération. Le produit fini peut être commercialisé sous forme humide et la distribution aux clients est effectuée par camions-benne couverts. S'il est fourni sec, le transport est effectué dans des camions-benne couverts ou dans des camions-silo. [43, Sogerem, 2002] 3.2.4.2.2 Flottation Dans la mine de fluorine au sud des Pyrénées, après concassage et broyage, le minerai avec une teneur en fluorine d'environ 40 % est réduit en taille à des particules inférieures à 1 mm et est ensuite dispersé dans l'eau. Les grains de fluorine sont rendus hydrophobes par l'action superficielle d'acides gras naturels (acide oléique, par exemple). Les particules "grasses" se fixent aux bulles d'air injectées pour former une mousse qui est écumée mécaniquement à la surface des cellules. Cette mousse, contenant principalement du fluorure de calcium, à savoir 97 – 98 % de CaF2 (base sèche), est lavée plusieurs fois avec de l'eau. La filtration de la boue donne un gâteau de filtration avec environ 10 % d'humidité. [43, Sogerem, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 93 Chapter 4 Aux Asturies, le minerai extrait de trois mines, 400000 t/an, est traité dans une seule installation. La distance entre les mines et l'usine de traitement du minerai est de 18 à 100 kms. L'usine permet le broyage primaire et secondaire, le broyage fin et la flottation à chaud. [110, IGME, 2002] 3.2.4.2.3 Traitement de la fluorine/du sulfure de plomb La mine Silius Mine de Sardaigne produit de la fluorine et un concentré de sulfure de plomb. Le taux moyen de production par an est de 45000 tonnes de CaF2 à 97 % et 5000 tonnes de PbS à 67 %. La Silius Mine est la seule mine exploitée en Europe pour la fluorine et le sulfure de plomb. Le produit de fluorine est vendu à une usine chimique et le sulfure de plomb à une fonderie au sud-ouest de la Sardaigne. Le minerai est pré-concentré sur le site minier en utilisant la concentration gravimétrique. Le pré-concentré avec une qualité de fluorine de 43 – 50 % est transporté via des camions à l'usine de traitement du minerai à 57 km de la mine, en raison de la disponibilité de grandes quantités d'eau, ce qui n'est pas le cas sur la mine. Le minerai est broyé dans des broyeurs à boulets à 100 % en deçà de 0,5 mm. Le premier minerai récupéré est le sulfure de plomb dans une unité de flottation à trois étages. Le rebut de cet étage est ensuite traité dans une unité de flottation de fluorine à 4 étages. Les produits commerciaux sont filtrés dans des filtres à tambours. [44, Italy, 2002] 3.2.4.3 Gestion des résidus 3.2.4.3.1 Méthodes de gestion appliquées Sur une exploitation au sud des Pyrénées, les résidus, contenant 1 à 5 % de CaF2, sont utilisés comme remblai dans la mine après assèchement avec des filtres-presses, situés à l'intérieur de l'usine elle-même. L'eau est entièrement recyclée. L'aspect grossier des résidus est proche de celui de la fluorine concentrée finie, avec une granulométrie inférieure à 350 µm. Les constituants sont la silice et le schiste (80 - 90 % de SiO2), et sur une plus petite échelle, des dérivés de fer (5 - 10 % de Fe2O3 : schistes, hydroxydes de fer, carbonate de fer), autres oxydes (1 – 2 % d'Al2O3), sulfures de fer/cuivre, et bien entendu, un CaF2 résiduel (généralement, 1 – 5 %). Dans un autre cas, comme celui de l'exploitation en Sardaigne, les résidus sont cyclonés dans un milieu dense pour séparer les sables des boues. Les sables sont sédimentés dans les "bassins de sable". Les boues sont pompées dans des "bassins de décantation". L'eau de traitement est nettoyée dans trois bassins. L'eau propre du troisième bassin est partiellement recyclée et partiellement rejetée dans la rivière. Le volume total des bassins de résidus est d'environ 1300000 m3. Les sables séchés sont stockés dans des terrils et sont commercialisés pour les travaux de construction civile ; les boues sont actuellement évaluées pour de nouvelles utilisations telles que des tuiles, du ciment. 94 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 D'autres développements visent à éliminer le bassin de décantation en introduisant des sections de filtres-presses. Les installations de résidus sont situées à proximité de l'usine très près de la rivière. Le sol sur lequel se trouvent les installations est une alternance de sables et de couches d'argile, empêchant ainsi toute infiltration dans le sol. Une digue courante avec un noyau d'argile de la forme trapézoïdale classique contient les résidus. La pente de la digue est de 1:1,5. Les digues sont relevées tous les trois à quatre ans. Une caractérisation du site est actuellement effectuée pour évaluer la situation chimique, le comportement de lixiviation, etc. Des solutions alternatives à la gestion actuelle seront prises une fois les résultats de l'étude obtenus. Dans ces conditions, il est primordial de considérer les teneurs en métal lourd et les systèmes pour éviter que ces métaux puissent migrer dans l'eau et les propriétés avoisinantes. [44, Italy, 2002] Les résidus de l'exploitation des Asturies sont rejetés dans la mer après élimination de la fraction grossière commercialisable dans des hydrocyclones [110, IGME, 2002]. 3.2.4.3.2 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Sur l'exploitation de fluorine/sulfure de plomb, les pentes de digue et le système de décantation sont vérifiés sur une base quotidienne. L'eau provenant de la susverse des bassins est vérifiée chimiquement de façon hebdomadaire avant déversement dans la rivière. La surface phréatique est contrôlée au moyen de piézomètres. Pour des raisons de sécurité, la hauteur de la digue est limitée à 7 - 10 m. Il n'existe pas de plans d'urgence spécifiques, car le risque de gros accident est en principe considéré comme nul. [44, Italy, 2002] 3.2.4.3.3 Fermeture et entretien après fermeture Le plan de fermeture et d'entretien après fermeture pour l'exploitation de fluorine/sulfure de plomb est actuellement en cours d'étude. Les coûts de fermeture devraient être de l'ordre de plusieurs millions d'EUR. La surveillance du site une fois la durée de vie en exploitation terminée peut être effectuée pendant plusieurs années (une durée de 10 ans environ est généralement prévue) afin d'établir s'il se produit une migration de métal lourd. Aucune assurance financière ne prend en charge le risque de pollution à long terme, mais un fond spécial a été établi par la société dans le bilan annuel pour financer les opérations de fermeture [44, Italy, 2002]. 3.2.4.4 Gestion des stériles Une exploitation utilise comme remblai l'ensemble des stériles ainsi que des résidus dans l'exploitation souterraine. Les stériles proviennent de l'excavation de galeries dans les masses rocheuses à l'extérieur du gisement. Les stériles sont utilisés comme remblai, permettant ainsi ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 95 Chapter 4 de réduire les terrils en surface à un minimum et de ne les utiliser que comme dépôt provisoire [44, Italy, 2002]. 3.2.4.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.2.4.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs Dans un cas, l'eau propre provenant du dernier bassin de clarification est partiellement recyclée et partiellement rejetée dans la rivière. Le volume total des bassins de résidus est d'environ 300000 m3 [44, Italy, 2002]. L'eau est nettoyée après décharge. Les réactifs utilisés dans le traitement des minerais sont d'origine végétale (par exemple, oléines provenant de l'huile d'olive ou de pin) ; les réactifs potentiellement dangereux sont traités chimiquement avant décharge. La consommation d'eau est en moyenne de 8000 m3 par jour. [44, Italy, 2002] Sur l'exploitation des Asturies, les réactifs suivants sont utilisés : • acide oléique, en tant que collecteur et agent moussant, 400 g/t • tanin quebracho, en tant que déprimant pour calcite • carbonate de sodium, en tant qu'ajusteur de pH. [110, IGME, 2002] 3.2.4.5.2 Contamination du sol Sur l'exploitation de fluorine/sulfure de plomb, en raison de la nature du matériau traité, il peut se produire une contamination par métaux lourds. Les métaux contenus sont le plomb, le zinc, le fer et le fluor. Cependant, les concentrations sont faibles et les émissions sont contrôlées. 3.2.5 3.2.5.1 Kaolin Minéralogie et techniques minières Les minerais d'argile sont divisés en quatre groupes majeurs Un de ces groupes est le groupe des kaolinites. Ce groupe possède trois membres (kaolinite, dickite et nacrite) et une formule d’Al2Si2O5(OH)4. Les différents minerais sont polymorphes, ce qui signifie qu'ils ont la même chimie, mais des structures différentes. La structure générale du groupe kaolinite est composée de feuilles de silicate (Si2O5) liées à des couches d'oxyde/hydroxyde d'aluminium (Al2(OH)4) appelées couches de gibbsite. Les couches de silicate et de gibbsite sont étroitement liées ensemble, seule une liaison faible existant entre les couches [37, Mineralgallery, 2002]. La kaolinite peut être formée comme un produit de dégradation résiduel, par altération hydrothermique, et en tant que minerai sédimentaire. Les occurrences résiduelles et hydrothermiques sont classées comme occurrences principales et les occurrences sédimentaires comme secondaires. Les kaolins primaires sont ceux qui se sont formés in-situ, généralement, par l'altération de roches cristallines telles que le granite ou le gneiss. L'altération résulte de la dégradation de 96 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 surface, du mouvement des eaux souterraines en dessous de la surface, ou de l'action des fluides hydrothermiques. Les kaolins secondaires sont des minerais sédimentaires qui ont été érodés, transportés et déposés comme des lits ou lentilles associés à d'autres roches sédimentaires. La plupart des dépôts secondaires ont été formés par le dépôt de kaolinite qui avait été constitué ailleurs. Un type de dépôts de kaolin qui peuvent être considérés comme primaires ou secondaires, selon le point de vue, sont les sédiments arkosiques qui ont été altérés après dépôt, principalement par les eaux souterraines. Le kaolin est extrait de carrières, soit par des moyens hydrauliques, soit par simple excavation (par exemple, en utilisant une pelle chargeuse). 3.2.5.2 Traitement du minerai Le traitement du kaolin varie fortement d'une entreprise à une autre ; chaque producteur de kaolin utilisant des équipements et procédés différents. Même lorsque des entreprises utilisent des méthodes identiques, elles peuvent les utiliser à différentes étapes du traitement. Le minerai de kaolin, généralement composé de résidus de kaolinite, quartz, micas, feldspath, etc., est généralement traité par voie humide pour éliminer les minerais indésirables. Les différentes étapes du traitement sont les suivantes : • • • mise en place du "minerai" en suspension dans de l'eau récupération de la fraction de kaolin par le biais de tamisage et cyclonage concentration de la suspension par décantation dans des bassins suivie par passage à travers des filtres-presses. Les propriétés du kaolin (brillance, rhéologie, pureté, distribution granulométrique) peuvent être améliorées pendant le traitement, en utilisant la séparation magnétique, le blanchiment ou la centrifugation. La fragmentation n'est généralement pas nécessaire. Parfois, l'hiver, des concasseurs (par exemple, concasseurs à mâchoire, concasseurs à cône, concasseurs à cylindres, hydrocône, etc.) sont utilisés pour casser la matière brute gelée. De l'argile grossière peut être utilisée comme charge de faible qualité ou argile céramique. En variante, sa qualité peut être améliorée par une poursuite du traitement. Le traitement de flottation est utilisé pour raffiner l'argile grossière et pour maximiser la récupération de kaolin. Il permet d'augmenter le rendement de récupération du kaolin jusqu'à 15 %, ce qui est une amélioration considérable dans la gestion de cette ressource naturelle. Tous les producteurs n'utilisent pas la flottation. Ceci dépend des exigences du produit et des caractéristiques du dépôt. La figure suivante présente un organigramme de traitement de kaolin type ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 97 Chapter 4 Figure 3.54 : Organigramme de traitement de kaolin type [40, IMA, 2002] L'utilisation essentielle du processus de flottation peut être expliquée par la figure suivante : 98 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.55 : Graphique de granulométrie du kaolin en fonction de la quantité [40, IMA, 2002] Dans les sections I, III, et V, une séparation mécanique principale (cyclonage, centrifugation) peut être obtenue. Dans les sections II et IV, la granulométrie des différents minerais est identique. S'il n'existe qu'une différence mineure spécifique dans le poids spécifique, la séparation mécanique n'est pas possible. D'autres différences devront alors être utilisées. A des tailles de grains plus petites (section II), la seule méthode de séparation possible est la flottation. A des tailles de grain plus grandes, section IV, d'autres méthodes, telles que la séparation électrostatique du feldspath, peuvent être employées. Le tableau ci-après montre les entrées et sorties des étapes principales du traitement de kaolin. Etape de traitement Classification Entrées Matière première Eau Hydrocyclonage Mélange de boues Eau Flottation Epaississement Séparation de produit Sousverse issue de l'étape d'hydroclonage, ou concentré de kaolin Acide (H2SO4, H3PO4) Tensio-actifs Produits chimiques antimousse Solution alcaline (NaOH) Surverse issue de l'étape d'hydrocyclonage ou flottation Floculant Concentration de kaolin ou mélange de kaolin ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 Sorties Sable grossier, gravier et pierres Mélange de boues (contenant du kaolin) Surverse Kaolin + sable fin, micas, (et feldspath) Sousverse Kaolin + sable fin, micas, (et feldspath) Eau de traitement Surverse Mélange de kaolin (après neutralisation acide) Sousverse Sable très fin, micas, (et feldspath) Eau de traitement Concentré de kaolin (teneur en solides de 15 – 30 %) Kaolin 99 Chapter 4 Séparation magnétique Oxydes de fer (très petite quantité) Blanchiment Hydrosulfure de sodium Gaz d'ozone Centrifugation Sable très fin et micas Filtrage Kaolin, concentré de kaolin Séchage Kaolin (humidité <18 %) Kaolin (humidité <18 %) Eau de traitement Produits de kaolin Tableau 3.74 : Entrée et sortie dans le traitement de kaolin [40, IMA, 2002] 3.2.5.3 Gestion des résidus 3.2.5.3.1 Caractéristiques des résidus Caractérisation des matériaux produits par le traitement Etape de traitement Classification  Matériau produit par le traitement sable grossier, gravier et pierres Destination  terril ou produits commercialisables (si disponibles sur le marché local)  s'il contient du feldspath, il est Hydrocyclonage  sable fin, micas, (et feldspath) encore raffiné dans le traitement du feldspath  le mica est un produit commercial  sable fin : terril ou produits  eau de traitement commercialisables (si disponibles sur le marché local)  bassin de résidus Flottation  sable très fin, micas,  bassin de résidus (et feldspath)  s'il contient du feldspath, il est  eau de traitement encore raffiné dans le traitement du feldspath Epaississement Une surverse d'eau propre est recyclée directement ou utilisée pour conserver les réserves d'eau.  bassin de résidus ou Séparation de produit  sable très fin et micas  oxydes de fer  terril (par rapport aux autres sorties, la quantité est ici négligeable – plusieurs ordres de grandeur de moins) Filtrage  eau de traitement  bassin de résidus  le filtrat ("eau de traitement") peut également être recyclé (en fonction des floculants utilisés) Séchage Tableau 3.75 : Résidus et produits issus du traitement du minerai de kaolin [40, IMA, 2002] En plus du terril de sable grossier, de gravier et de pierres, on trouve des bassins de résidus qui contiennent : 100 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Matériaux solides : • • • sable fin et micas (plus de 95 %) certains oxydes de fer (moins de 1 %) floculants (dans la plage ppm). Liquide (eau de traitement) : • • • • eau à une valeur de pH d'environ 4,5 certains phosphates certains sulfates agent antimousse. 3.2.5.3.2 Méthodes de gestion appliquées Outre les terrils de sable grossier, gravier et pierres, il existe également des bassins de résidus pour les résidus fins. Ils sont un mélange de fines particules d'argile (95 % de la teneur en solides) associées à certains tensio-actifs et agents antimousse (dans la plage ppm) dans une solution acide (pH d'environ 4,5). D'ordinaire, les bassins de résidus sont utilisés pour nettoyer l'eau avant recyclage ou déversement dans la rivière. Les bassins sont revêtus de couches d'argile imperméables. Sur l'exploitation de Nuria, les résidus sont des ultrafines après classification (2 % de charge totale). La flottation n'est pas appliquée. Ces fines sont asséchées dans plusieurs bassins de sédimentation en béton en série (chacun ayant une dimension d'environ 300 m2). Les bassins sont asséchés avec des siphons. En été, les fines asséchées sont transférées vers le terril de stériles [110, IGME, 2002]. La digue de mica de Kernick est une installation de résidus de mica pour l'industrie d'argile de Chine (kaolin) en Cornouaille, RU. Elle est utilisée depuis 30 ans et est une des plus grandes digues de retenue en Europe. Elle occupe une surface de plus de 55 ha et fait 92 m de haut (au-dessus du niveau du sol le plus bas). La digue contient environ 14 millions de tonnes de charge en vrac qui retient environ 28 tonnes de résidus divers. La structure comprend un remblai construit autour du périmètre d'une mine (carrière) d'argile de chine épuisée qui a été remblayée au préalable avec des résidus micacés. L'objet du remblai est de retenir les résidus au-dessus du rebord de la carrière. L'industrie d'argile de chine génère trois types principaux de résidus provenant de la matrice de dépôt : • • • des stériles, connus localement sous le nom de "stent" qui sont un mélange de granite non kaolinisé et d'autres filons de minerai dur extraits par forage ou abattage des résidus de sable, un sable de silice à grains grossiers retiré par séparation mécanique des résidus de mica, un résidu de mica et de sable très fin retiré par flottation. Les résidus de sable et les stériles ont été utilisés pour construire la digue dans des zones spécifiques séparées par des couches de transition. Les stériles, ayant une taille régulière entre 50 mm et 750 mm, forment un cœur central pour la capture et le drainage d'infiltration à travers la structure. Les résidus de sable, ne contenant aucun matériau ayant une granulométrie dépassant 150 mm, mais d'ordinaire inférieure à 25 mm, forment à la fois les parties en aval et en amont de la digue principale. La couche de transition, contenant une ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 101 Chapter 4 roche broyée propre d'ordinaire entre 75 mm et 125 mm, forme une couche de filtre entre les résidus de sable et le cœur des stériles. La structure du remblai repose sur une surface de sol préparée qui a été dégagée de toute végétation, couche arable, profil érodé et matériau mou. L'excavation a été laminée par des rouleaux vibrants et remblayée avec du sable propre afin d'établir une fondation d'exploitation régulière. Une couverture de drainage de 1 m d'épaisseur de pierres propres a été disposée en dessous de la longueur et la largeur totale du cœur de roches et en aval du remblai. Cette couverture incorpore une tranchée découpée longitudinalement à la base du cœur de roches dans laquelle se trouvent un certain nombre de collecteurs en béton armé (entrées). Les collecteurs sont en retour reliés à des conduits en béton armé utilisés pour transmettre l'eau d'infiltration au-delà du pied de la structure dans des chambres de collecteur avant déversement final dans le cours d'eau adjacent. Pendant la construction, le site de remblai a été protégé (séparé) de l'opération de remblayage de carrière par un cuvelage construit à partir de déchets placés de façon aléatoire. Les remblais de résidus de sable en aval et en amont ont été relevés en couches placées horizontalement d'environ 0,5 m d'épaisseur et compactés par des rouleaux vibrants. Le cœur de stériles a été "mis en tas librement" par des camions-bennes pour obtenir une répartition régulière, et n'a pas été compacté (autrement que par le poids et le passage of bulldozers utilisés pour niveler la surface). La couche de transition a été mise en place par une pelle mécanique pour obtenir une épaisseur maximale de 3 m. La face externe du remblai a un profil conçu de 35°/32° (1:1,5/1:1,7 (V :H)) auquel a été ajoutée une fine couche de terre végétale comme milieu de croissance pour une végétation à venir. Une technique d'ensemencement hydraulique est utilisée pour pulvériser la surface avec un mélange d'herbe, légumineuses, fertilisant, chaux et liants organiques, qui contribuent ensemble à former progressivement une croissance dense de broussailles d'ajonc/lupin, typique des surfaces non cultivées dans le sud-ouest de l'Angleterre. Le dépôt des résidus est effectué à l'aide de pipelines et robinets autour de l'ensemble de la crête de la digue. La séparation hydraulique laisse le mica le plus grossier plus près de la face interne de la digue, les particules plus fines se déposant progressivement vers l'extrémité arrière du bassin, où l'eau libre est décantée par une barge pompe. L'eau décantée est soit : • • recyclée dans l'opération de traitement, soit déversée dans le cours d'eau (conjointement avec le drainage de sous-bassin). La performance de la structure (stabilité) est surveillée par des bornes d'arpentage pour observer tout mouvement horizontal/vertical au moyen de piézomètres pour mesurer les modèles d'infiltration phréatiques à l'intérieur et en dessous du remblai, et par des déversoirs pour mesurer l'écoulement d'eau souterraine brut à travers le fleuve de déversement final. Une capacité de stockage supplémentaire est actuellement obtenue en surchargeant le bassin avec des digues de sable compacté, placées directement sur la plage "sèche" – ceci crée également un profil paysager à la surface finale de la lagune qui sera éventuellement asséché et végétalisé. [125, Grigg, 2003] 102 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 3.2.5.3.3 Sécurité des IGR et prévention des accidents Les IGR sont contrôlées visuellement et par des études topographiques. 3.2.5.4 Gestion des stériles L'exploitation de Nuria exploite un terril de stériles de 2.8 Mm3. La fondation de ce terril a été tout d'abord dégagée de la terre végétale avant installation d'un système de drainage (comprenant des tuyaux perforés couverts de gravier et d'un géotextile). Les eaux de ruissellement de surface, contenant une très grande quantité de fines, sont rassemblées et collectées dans une série de bassins de décantation. La hauteur de gradin est de 15 m avec des bermes de 10 m de large [110, IGME, 2002]. 3.2.5.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.2.5.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs Les réactifs utilisés dans la flottation du kaolin sont énumérés dans le tableau ci-après. Réactif Acide (H2SO4, H3PO4) Tensio-actif Agents antimousse Solution alcaline Concentration moyenne Atteindre une valeur de pH d'environ 2,5 10 – 100 ppm 10 – 100 ppm Neutraliser à une valeur de pH d'environ 4,5 Tableau 3.76 : Réactifs utilisés dans la flottation du kaolin [40, IMA, 2002] 3.2.5.5.2 Consommation énergétique La consommation énergétique moyenne pour le traitement de minerai de kaolin est d'environ 2000 MJ/tonne. La consommation diesel moyenne d'un camion est de 25 l/h. 3.2.6 3.2.6.1 Calcaire Minéralogie et techniques minières D'un point de vue minéralogique, le carbonate de calcium tombe dans trois groupes structurellement différents : les groupes calcite et aragonite (tous deux CaCO3), et le groupe dolomite (CaMg(CO3)2). La calcite (CaCO3) se cristallise dans le système hexagonal, mais ses cristaux ont des aspects extrêmement variés, et souvent hautement complexes. Le rhombohèdre et le scalénohèdre sont les formes les plus fréquentes. La calcite est un des minerais les plus communs et répandus sur terre, en particulier, dans les roches sédimentaires. L'aragonite (CaCO3) est formée dans une plage étroite de conditions physico-chimiques. Elle se cristallise dans le système orthorhombique, d'ordinaire dans les sources thermales. Cependant, l'aragonite est également formée par des procédés de biominéralisation ; les coquilles de mollusques, les perles et le squelette humain sont constitués d'aragonite. La dolomite est un double carbonate de calcium et de magnésium, avec la formule CaMg(CO3)2. Comme la calcite, elle se cristallise dans le système hexagonal. Elle se forme par la ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 103 Chapter 4 transformation secondaire de sédiments de calcite dans le calcaire, sous l'influence de l'eau en circulation, par le biais d'une substitution partielle de Ca par Mg. Ces minerais constituent des roches, parmi lesquels la craie, le calcaire, le marbre et la travertine sont les plus importants. La craie est une roche sédimentaire faiblement compactée, dont la diagénèse est incomplète, et qui est quasiment exclusivement constituée de carbonate de calcium (calcite). Les sédiments dont provient la craie incluent de façon prédominante les squelettes de coccolithophoridae compactés (algue calcaire) avec ciment limité, le cas échéant. Cette roche présente une granulométrie très fine, et est poreuse. Le calcaire est généralement utilisé comme terme générique qui désigne une roche sédimentaire compactée constituée de carbonate de calcium. Il est souvent utilisé comme un synonyme de carbonate de calcium naturel. Le marbre est une roche métamorphique, qui est le résultat d'un traitement de recristallisation du calcaire, dans des conditions de haute pression et température. Le marbre vrai a une faible porosité et peut loger des cristaux de calcite de plusieurs centimètres. La travertine, qui est généralement également appelée "tuf calcaire" ou "tuf de dépôt de source", provient de la précipitation chimique ou biochimique du carbonate de calcium dans des sources thermales, comme la calcite ou parfois, comme l'aragonite. Tous ces minerais, lorsqu'ils sont de la plus haute qualité, sont la source de carbonate de calcium industriel. [42, IMA, 2002] Le calcaire est quasiment exclusivement exploité dans des mines à ciel ouvert. Le calcaire de Flandersbach possède les paramètres suivants : • 97 – 98 % de CaCO3 • <1 % de MgCO3 • <1 % de SiO2 (quartz) • parfois, une teneur plus élevée de schiste ou de boue est incluse. [107, EuLA, 2002] 3.2.6.2 Traitement du minerai Roche calcaire Sur la carrière de Flandersbach, après abattage, le calcaire est transporté par des camions vers le concasseur. Ici, les stériles sont séparés et déchargés dans une autre carrière épuisée. Le calcaire est dirigé vers l'usine de traitement du minerai, qui est essentiellement une usine de nettoyage pour la séparation du sédiment de "boue" de la roche calcaire. La boue, après l'usine de nettoyage, est injectée dans le bassin de résidus, une autre carrière épuisée voisine. La quantité de matière première provenant de la carrière est comprise entre 7 et 8 millions de tonnes/an. Presque 10 % de cette matière première est représentée par des stériles. 10 % constituent du sédiment de "boue" qui est séparé dans l'usine de nettoyage. La quantité de sédiment injecté dans le bassin de résidus est, par conséquent, de presque 700000 t/an. Pour chaque tonne de roche calcaire lavée, 1 m³ d'eau de traitement est requis. [107, EuLA, 2002] Carbonate de calcium La grande majorité de la production minière est commercialisable, comme le montre le tableau ci-après. Minerai provenant de la carrière (carbonate de calcium 104 July 2004 Quantité (kt) 16655 Pourcentage 100,0 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 naturel) Stock pour la vente Résidus déchargés à l'extérieur Poussière gérée sur site Résidus gérés sur le site pour la réhabilitation des carrières 16100 75 111 369 96,7 0,4 0,7 2,2 Tableau 3.77 : Chiffres de production de carbonate de calcium dans l'UE en 2000 Résidus déchargés à l'extérieur : Ces résidus incluent les résidus de flottation contenant des impuretés de mica (telles que phlogobite, biotite, muscovite) et graphite. Ils sont parfois déposés dans des bassins ou déchargés directement vers le récepteur. Poussière gérée sur site : Cette poussière inclut tous les résidus provenant des divers collecteurs de poussière et systèmes de nettoyage dans les stations de conditionnement, etc. Résidus gérés sur site pour la réhabilitation des carrières : Ce type de matériau comprend principalement les charges et pigments de couleur inadmissible ou broyés en dehors de la spécification du produit. La production de carbonate de calcium broyé (GCC) débute par son extraction. L'identification du bon gisement en termes de composition, homogénéité, etc., est essentielle pour l'ensemble du processus de production consécutif ; une source de carbonate de calcium pur doit être identifiée. Généralement, le traitement comprend le lavage, le tri des sousminerais indésirables, le broyage, la classification par granulométrie et un éventuel séchage. Selon les circonstances et les usages prévus, l'ordre et la nécessité de ces différentes étapes peuvent varier. A la sortie du processus, le matériau est fourni en sacs ou en vrac (trains, bateaux, camions) lorsqu'il est sec, ou en conteneur en vrac lorsqu'il est sous forme de boues. Le GCC résulte directement de l'exploitation des gisements de carbonate de calcium pur (qualité du minerai >96 %). Le processus de production maintient le carbonate de calcium très proche de son état d'origine, donnant un produit broyé délivré soit sous forme sèche, soit sous forme de boue. Le marbre brut abattu est pré-concassé, et selon la géologie, lavé et parfois, passé au crible. Les fines sont normalement commercialisées pour différentes applications, telles que la fabrication de routes, les broyeurs à ciment, etc. Dans le traitement à sec, le carbonate de calcium est broyé dans des broyeurs à boulets, classifié et stocké dans des silos, ou des sacs, avant d'être expédié par wagons de train ou camions. Les produits sont principalement utilisés dans les industries de la peinture et des plastiques, trouvant des applications mineures dans l'industrie chimique, pour la fertilisation et la désulfuration. Les charges et pigments pour l'industrie du papier sont produits sous forme de boues, qui sont du carbonate de calcium finement dispersé dans de l'eau. Le matériau concassé est broyé avec de l'eau dans des broyeurs à barres, ou des broyeurs à boulets dans un circuit ouvert ou fermé, classifiés et stockés dans des silos avant d'être chargés dans des wagons de train ou camions. En raison de la géologie et de la minéralogie, certains dépôts de carbonate de calcium contiennent des minerais indésirables tels que le graphite, le mica ou le schiste. Pour éliminer ces impuretés naturelles, l'exploitation sélective et la séparation optique sont développées conjointement avec d'autres étapes de traitement de minerais afin de répondre aux exigences des clients. De tels systèmes de traitement de minerai peuvent être la flottation ou la séparation magnétique. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 105 Chapter 4 Lorsque des minerais magnétiques sont liés au marbre, la séparation magnétique est une méthode fructueuse pour séparer ces "impuretés". Les minerais de gangue tels que le mica (comme phlogobite, biotite, muscovite) entraînent l'abrasion dans les machines de production de papier, tandis que le graphite donne une couleur grise aux pigments. Par conséquent, les exigences du produit demandent de séparer ces minerais pendant le processus de production de la dispersion aqueuse par flottation. Le concentré épaissi est normalement asséché dans des filtres-presses. Comme avec tous les minerais, l'organigramme de production de charges et pigments de carbonate de calcium doit être ajusté selon les caractéristiques minéralogiques des dépôts de carbonate de calcium. La figure suivante montre un exemple d'organigramme de traitement de carbonate de calcium. 106 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.56 : Organigramme de traitement du carbonate de calcium [42, IMA, 2002] 3.2.6.3 Gestion des résidus 3.2.6.3.1 Caractéristiques des résidus Les résidus de roche calcaire sont un mélange de calcite, dolomite, wollastonite et autres silicates très insolubles et de très petites quantités de métaux lourds. La granulométrie des résidus est d'ordinaire inférieure à 0,25 mm. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 107 Chapter 4 3.2.6.3.2 Méthodes de gestion appliquées Calcaire Le bassin de résidus de la carrière de Flandersbach se trouve dans une carrière épuisée. Sa surface est aujourd'hui de 27 ha. Dans le futur, sa surface sera d'environ 60 ha. Sa capacité totale est supérieure à 30 Mm³. Le bassin se trouve près de l'usine de traitement du minerai. Les conduites d'eau de traitement vers le bassin et d'eau clarifiée de retour vers l'usine de traitement du minerai font environ 1 km de long. Il existe également une entrée d'eaux souterraines dans le bassin issue de l'assèchement de la carrière en exploitation. L'eau en excédent est acheminée vers une rivière voisine. [107, EuLA, 2002] Sur la carrière de Münchehof, les résidus sont stockés dans un bassin entouré par une digue. Le schéma de contrôle suivant s'applique : • • • • • • niveau des eaux souterraines autour de la digue (mesures mensuelles) surface phréatique dans la digue mesures des eaux d'infiltration (dans un puisard à partir duquel l'ensemble de l'eau de drainage est pompée collectivement) surveillance du sommet du barrage et du pied de digue en aval niveau de l'eau dans la digue (mesuré en continu) contrôle visuel par équipe expérimentée. Le schéma de contrôle est conçu de telle manière que des changements de la digue observés à temps, de sorte à permettre l'exécution de mesures appropriées pour maintenir la stabilité de la digue. [108, EuLA, 2002] Carbonate de calcium L'industrie du carbonate de calcium utilise des bassins de résidus à partir desquels l'eau est réacheminée vers l'usine de traitement du minerai. Les résidus sont un produit dérivé commercialisable. Dans la mesure du possible, les stériles et résidus secs sont également commercialisés pour d'autres applications telles que la fabrication de routes, la fabrication du béton ou du ciment, mais en l'absence de clients, ces agrégats doivent être rassemblés en terrils. Avant la mise au rebut, le sol est étudié afin de vérifier si la géologie, l'hydrologie, les problèmes d'environnement et la stabilité sont adaptés aux exigences définies par les autorités compétentes. Ces études sont essentielles pour obtenir la permission des autorités compétentes d'établir un terril. Les stériles et résidus sont déchargés ensemble en couches horizontales. Les gradins finaux sont immédiatement recouverts avec de la terre et remis en état avec de l'herbe et des arbres selon des plans de réaménagement à long terme. L'évolution du terril est contrôlée ainsi que la qualité de l'eau, le niveau des eaux souterraines et la stabilité de la pente si nécessaire ou exigé par les autorités. Les résidus sous forme de boues sont soit : • • • 108 séchés (épaississeur et filtre-presse) et mis au rebut sur un terril de résidus, soit déversés dans le système d'eau extérieur (effluent) dans des conditions contrôlées par les autorités compétentes, soit déversés dans un bassin de résidus (un seul cas en Europe). July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Dans le dernier cas, la qualité du dépôt de minerai est telle qu'environ un tiers de la pierre extraite n'est pas adaptée à l'usine de traitement du minerai et a été utilisée pour construire la digue de départ de 16 m de large après élimination de l'humus. La pente de la digue de départ était de 1:1 et le cœur imperméable est protégé contre l'érosion par une couche de 1 - 2 m de matériau de 0 - 20 mm. Le cœur imperméable comprend 2 - 3 m d'argile entouré par une membrane. Il se peut que la digue soit relevée. La digue de départ a été élargie (+ 12 m) et sa hauteur augmentée (+ 5 m). Aujourd'hui, la surface totale du bassin de clarification est de 45 ha environ. L'ensemble des résidus sont évacués au même point dans le bassin (décharge en un seul point). L'eau d'infiltration à travers la digue est rassemblée et réinjectée dans le bassin ou, si le niveau d'eau libre dans le bassin est trop élevé, elle est évacuée d'une manière contrôlée (qualité et quantité) dans le système des égouts, depuis lequel elle est en outre déversée dans le système des égouts municipaux. Lorsque le niveau du sable de flottation augmente à un certain niveau, la décharge est déplacée et le sable de flottation sec est excavé et vendu. Selon les analyses du sable de flottation (NEN 7341, NEN 7343 et ISO 11466), les teneurs en métaux lourds sont négligeables. En outre, la concentration des réactifs de flottation est très faible et ils sont très étroitement fixés sur les particules de minerai, mais se décomposent facilement lorsqu'ils sont libérés. [42, IMA, 2002] 3.2.6.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents La procédure d'autorisation de l'IGR de la carrière de Münchehof incluait, selon DIN 19700 T 10, une attestation de stabilité de la digue comprenant les aspects statiques et hydrauliques. Le calcul de la stabilité est effectué grâce aux éléments suivants : • • • • • • modelage géotechnique et hydrogéologique stabilité de la pente résistance au cisaillement sécurité contre les défaillances de base sécurité contre l'accumulation de pression interstitielle dans la fondation débordement et stabilité à l'érosion. Une autre exigence essentielle quant à la stabilité de la digue est l'adéquation du matériau de construction de la digue. Ceci est étudié dans des essais géotechniques. Les paramètres suivants sont examinés : • • • • angle de frottement densité spécifique compressibilité teneur en eau. Pendant la phase de construction, la gestion de la qualité a été appliquée pour s'assurer que les paramètres qui sont cruciaux pour la stabilité de la digue ont été respectés. Ceci s'applique à la fondation de la digue, au corps de la digue et au cœur de la digue. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 109 Chapter 4 [108, EuLA, 2002] Le contrôle et la surveillance des installations de résidus sont effectués à la fois par l'industrie et les autorités compétentes. L'ensemble des constructions (plans, conception, etc.) doivent recevoir au préalable l'approbation de l'autorité compétente. Les digues sont vérifiées tous les jours et l'ensemble des changements éventuels dans les constructions sont indiqués dans le journal de contrôle. Si une fuite est observée, elle sera réparée sur-le-champ et les informations seront envoyées à l'autorité. Un contrôle en profondeur est effectué chaque année, et l'autorité vérifie les constructions et les archives tous les cinq ans. [42, IMA, 2002] 3.2.6.3.4 Fermeture et entretien après fermeture Lors de la fermeture de l'IGR, les bassins sont asséchés et couverts avec une couverture végétale. [108, EuLA, 2002] 3.2.6.4 Gestion des stériles Sur la carrière de Flandersbach, les stériles sont séparés avant lavage et déversés dans une ancienne carrière [107, EuLA, 2002]. 3.2.6.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation 3.2.6.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs Grâce à la circulation de l'eau de traitement, la consommation d'eau douce est faible, étant donné que seule l'eau de porosité fixée au produit et l'eau évaporée est perdue. L'adjonction d'eau douce dépend fortement des conditions climatiques (évaporation et pluie). La carrière de Münchehof, par exemple, doit ajouter 437 m³/j pour 23000 m3 (base sèche) de résidus. [108, EuLA, 2002] 3.2.7 Phosphate Toutes les informations sont issues de [143, Siirama, 2003]. 3.2.7.1 Minéralogie et techniques minières : La mine de Siilinjärvi se trouve à l'est de la Finlande 400 km au nord-est d'Helsinki. Le dépôt de minerai connu fait 16 km de long à 800 m de large et est un affleurement presque vertical. Outre l'apatite de minerai de phosphate (10 %), le minerai comprend du mica de phlogopite (65 %), des carbonates (20 %) et silicates (5 %). La qualité du minerai varie fortement sur l'ensemble du corps du minerai. L'apatite est distribuée de façon quasi-régulière sur l'ensemble du dépôt, mais la répartition du mica et du carbonate varie de façon significative. Siilinjärvi est un des plus pauvres dépôts exploités du monde, la teneur en P2O5 moyenne in situ est de 4 %. L'exploitation dans la mine à ciel ouvert est effectuée par gradins de 14 mètres de large. Le forage est effectué en utilisant des marteaux perforateurs supérieurs hydrauliques utilisant 110 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 principalement des trous d'alésage de 203 mm de diamètre. Le transport du minerai extrait vers l'usine de traitement est effectué par camions-bennes de 100 tonnes. 3.2.7.2 Traitement du minerai L'organigramme du traitement du minerai de Siilinjärvi est représenté sur la figure suivante. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 111 Chapter 4 Figure 3.57 : Organigramme de l'usine de traitement de minerai de Siilinjärvi Le minerai abattu est tout d'abord concassé en trois étapes, et après homogénéisation, broyé dans des broyeurs à barres (RM) et des broyeurs à boulets (BM). Ensuite, le minerai d'apatite est récupéré par flottation, nettoyé et asséché, et le concentré est ensuite transporté par camions vers l'usine d'acide phosphorique. La calcite est éliminée des résidus d'apatite, ainsi 112 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 que le mica et les autres produits micacés. Les résidus sont pompés vers la zone de digue des résidus. 3.2.7.3 Gestion des résidus Il existe deux zones de digues de retenue à Siilinjärvi. Une est la zone de digue de Raasio (150 ha), qui a été utilisée pendant la phase de démarrage des opérations, mais n'est plus utilisée aujourd'hui que comme bassin de secours provisoire et en tant que partie du système de circulation d'eau fermé. L'IGR qui est utilisée depuis 1982 est la zone de digue de Musti (plus de 800 ha). La zone de Musti se trouve à environ 5 km de l'usine de traitement du minerai et se situe sur la digue de type hors vallée, construite sur un paysage en pente (le côté est pouvant faire 30 m de haut de plus que le côté ouest). En raison des élévations de digue répétées, la quasi-totalité de l'ensemble de l'installation est maintenant entourée par la digue. Les résidus à l'intérieur du bassin sont de la roche concassée et broyée (à savoir, du sable), comprenant principalement du mica de phlogopite, qui peut être considéré comme inerte. Après sédimentation, l'eau décantée est rétropompée via Raasio vers la station de pompage d'eau de traitement de laquelle l'usine obtient son eau de traitement, l'eau en excédent étant pompée via le traitement chimique vers le lac voisin. L'eau pompée vers le lac est traitée avec des produits chimiques de purification de l'eau, avec une réduction du pH à 7 pour permettre une sédimentation efficace des solides. La digue est du type en aval classique étagée (voir section 2.4.2.2), construite à partir de moraine, avec des stériles concassés comme filtre et de la roche abattue comme partie de soutien. Le fonctionnement des digues de retenue à Siilinjärvi comprend les programmes et routines suivants : • • • • • programmes de contrôle :  contrôles de niveau de l'eau en ligne et surveillé, avec présence d'alarmes dans le système d'exploitation de l'usine  mesures régulières de la quantité des eaux en circulation et en excédent  inspection quotidienne de la zone  mesures des infiltrations  mesure du mouvement de la digue évaluation des risques :  selon la loi finlandaise de sécurité sur les digues garantie de continuité sur la totalité de la durée de vie de la mine :  planification sur 10 - 15 ans  réalisation en continu des programmes de construction de digue et estimations de remplissage  possession de la terre  demande d'autorisation plusieurs années à l'avance  maintien de bonnes relations avec les autorités délivrant l'autorisation et également avec les personnes vivant autour de la mine utilisation de la méthode en aval pour élever les digues contrôles des émissions : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 113 Chapter 4 • •  contrôle de la qualité de l'eau d'infiltration, en excédent et en circulation contrôle de la surface d'eau libre en continu (quantités et qualité) plans d'urgence :  basés sur la loi finlandaise sur les digues, une simulation d'un effondrement total a été effectuée avec l'autorisation des autorités de sauvetage. 3.2.7.4 Gestion des stériles Les stériles issus de la mine à ciel ouvert sont utilisés comme matière première de produits de roche concassés ou comme matériau structurel dans la construction technique des sols (routes, barrages, chemins de fer). L'excédent de stériles est entassé dans certaines zones autour de la mine à ciel ouvert. Les tas de stériles sont aménagés suite à un plan d'aménagement paysager, qui est utilisé pendant l'entassement. Les plans d'aménagement paysager ont été établis avec les autorités locales et avec la participation des personnes vivant autour de la mine. 3.2.7.5 Niveaux actuels d'émission et de consommation Les rejets atmosphériques ne sont pas mesurés, mais les observations d'empoussièrement sont enregistrées. L'eau en excédent, qui ne peut pas être renvoyée à l'usine de traitement du minerai, est déversée dans le système de rivière, où la charge de phosphate, la DBO et les solides sont mesurés. La moyenne de flottation à mi année dans ces cours d'eau est d'environ 1,5 kg de phosphate par jour. 3.2.8 3.2.8.1 Strontium Minéralogie et techniques minières Il existe deux mines à ciel ouvert dans la région au sud de Grenade en Espagne. Dans un cas, le gisement est très pur et massif. Le minerai est extrait par forage et abattage. Sur l'autre site, le dépôt est irrégulier et pas aussi pur. A cet endroit, le minerai est extrait sélectivement avec des excavatrices, de sorte que pratiquement aucun stérile n'est généré. [110, IGME, 2002] 3.2.8.2 Traitement du minerai Le minerai provenant du gisement de minerai massif pur est d'une qualité si élevée que seule une classification est requise pour obtenir le produit final. Sur l'autre exploitation, les caractéristiques du dépôt requièrent l'installation d'une usine de traitement du minerai intégrant broyage, classification et concentration. Cette dernière est effectuée par un milieu dense, pour obtenir un pré-concentré, et pour finir, un broyage fin et une flottation. [110, IGME, 2002] 114 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 3.2.8.3 Gestion des résidus Il existe deux types de résidus issus de l'étape de traitement de minerai sur les sites de Grenade. Une fraction grossière issue de la pré-concentration en milieu dense et les résidus fins issus de la flottation. Les résidus grossiers sont utilisés comme remblai dans la mine à ciel ouvert où ils sont utilisés pour la restauration du site. Les fines de flottation, sous la forme d'une boue, sont gérées dans un bassin de résidus. Sur le bassin actuellement en exploitation, les résidus sont soumis à un cyclonage, la fraction grossière étant utilisée dans la zone structurelle de la digue, tandis que les fines sont déchargées dans le bassin (voir figure ci-après). Le bassin actuel, avec une surface de 14 ha, 17 m de haut et contenant 700000 m3 de résidus, sera bientôt remplacé par une nouvelle retenue. Cette nouvelle construction suit une approche complètement différente, à savoir : • • • une surface plane a été excavée sur un coteau la digue a été construite à sa hauteur finale à l'aide de la roche excavée et de matériau d'emprunt la fondation du nouveau bassin a été revêtue avec du PVC, sous lequel a été placée une autre couche géotextile pour protéger le revêtement contre d'éventuelles perforations en contact direct avec le substratum rocheux. Avec une capacité totale de 800000 m3, cette nouvelle IGR a une durée de vie prévue de 10 ans. Les images suivantes illustrent l'ancien et le nouveau site. Figure 3.58 : Ancienne IGR de strontium avec résidus dans la zone structurelle [110, IGME, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 115 Chapter 4 Figure 3.59 : Nouvelle IGR de strontium avec revêtement synthétique et tours de décantation [110, IGME, 2002] 3.2.9 3.2.9.1 Talc Minéralogie et techniques minières Le talc est un silicate de magnésium hydraté; il est le minerai connu ayant la nature la plus douce. Le talc se présente principalement sous deux formes : roche de talc de schistosemagnésite et talc pur massif. Il n'existe pas de technique d'exploitation spécifique pour l'excavation de ce type de minerai, car le choix de la technique dépend de la structure du gisement. Les dépôts de talc en Finlande se trouvent dans la première ceinture de schiste protérozoïque à l'est de la Finlande. Les dépôts de talc correspondent aux roches ultramafiques riches en Mg qui ont été modifiées en roches de talc-carbonate. La ceinture de schiste a environ 2 milliards d'années et le talc a été formé pendant l'orogenèse svécocarélienne il y a quelque 1,8 milliard d'années. Le talc est extrait d'une roche de magnésite de talc qui est principalement composée de talc, de carbonates (magnésite et dolomite), de minerais de chlorite et de sulfure. Les oxydes et sulfarséniures sont présents sous forme de traces de minerais. La quantité de talc varie de 45 à 60 % et les carbonates de 35 à 45 % alors que le chlorite (5 %) et les sulfures (13 %) ne sont que des composants mineurs. Certaines parties des dépôts sont relativement cisaillées aux endroits où le minerai de talc est également du schistose à grain fin. Le talc est d'ordinaire à grain fin (0,05-0,2 mm) et lamellaire, le chlorite se présente sous une forme similaire tandis que les carbonates sont plus grossiers (jusqu'à plusieurs mm ou cm de diamètre). D'autre part, certaines parties sont massives avec un talc à grain relativement grossier (jusqu'à 1 millimètre) et des carbonates. La roche de carbonate de talc est d'ordinaire 116 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 grisâtre, parfois d'une couleur verdâtre ou rougeâtre, tandis que le talc lui-même est d'ordinaire un minerai grisâtre ou très pâle, presque blanc. Le minerai de talc doit être broyé avant la flottation pour libérer différents minerais et la flottation est nécessaire pour obtenir une pureté et une brillance élevées du produit final. 3.2.9.2 Traitement du minerai Lors de l'utilisation de traitements à sec (67 % de la production européenne), aucun résidu n'est généré. L'ensemble des matières premières sont utilisées et commercialisées avec différentes spécifications de qualité. Le procédé de flottation est uniquement utilisé pour traiter les minerais finlandais, qui représentent environ 33 % de la production de talc européenne totale. L'utilisation du traitement de flottation est imposée par les caractéristiques des dépôts finlandais. L'organigramme suivant présente le processus de traitement par flottation de l'exploitation finlandaise. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 117 Chapter 4 Figure 3.60 : Organigramme du traitement du talc par flottation Les produits chimiques de traitement utilisés dans la flottation sont Montanol, Na Xanthate et CMC. 3.2.9.3 Gestion des résidus Trois bassins de résidus sont en cours d'utilisation avec un volume courant total d'environ 10 Mm3 et des hauteurs de digue allant jusqu'à 17 m. Une partie des résidus sont mis au rebut sur un terril (actuellement de 1 Mm3). Le terril est construit comme suit : 118 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Les boues de résidus sont pompées dans un bassin avec une tour de décantation en son centre. Les résidus sont distribués à partir des digues environnantes dans le bassin de sorte que le sable de résidus se sédimente près des digues et peut être utilisé comme matériau de construction pour augmenter la hauteur de la digue. De l'eau libre propre est déversée par le biais de la tour de décantation. En changeant systématiquement les points de déversement de la boue de résidus, la hauteur de l'ensemble de la zone peut être augmentée de 5 - 10 m. Les pentes externes des digues sont couvertes d'une couche arable pour empêcher l'empoussièrement et pour favoriser la végétation. Après assèchement des résidus, le bassin peut être considéré comme un terril. Le contrôle opérationnel est effectué comme suit : Chaque jour, les zones de résidus sont contrôlées visuellement et le contrôle de niveau nécessaire est effectué et enregistré. Si nécessaire, un contrôle (analyse Ni et As) de l'eau du bassin de résidus est effectué, avant drainage comme eaux usées. Pendant la saison de fonte des neiges, des contrôles visuels des zones de résidus et des digues sont effectués à chaque transition. Un contrôle annuel des digues est effectué en été et l'ensemble des données sont inscrites dans des manuels de sécurité de digues indiquant l'état des digues, l'évaluation de l'eau d'infiltration, etc. Selon les réglementations en matière de sécurité sur les digues finlandaises, chaque bassin de résidus doit avoir son propre manuel de sécurité des digues. Un inspecteur de l'autorité compétente visite la zone de résidus tous les cinq ans et effectue un contrôle visuel des digues et inspecte les données de surveillance opérationnelle collectées. Les manuels de sécurité des digues incluent les cartes de la zone des résidus et des digues, les valeurs de conception et les calculs de stabilité des digues de retenue, les critères de classification, les documents d'inspection et de surveillance, l'évaluation des risques des zones de résidus, etc. La gestion de l'eau des trois installations peut être décrite comme suit : • • • usine de Sotkamo : l'eau de traitement nécessaire pour la flottation vient de l'eau recyclée des bassins de résidus. Le pourcentage de recyclage est proche de 100 %. L'eau ajoutée au système d'eau de traitement vient de la mine à ciel ouvert adjacente (contenant du nickel), du système d'eau pure de la chaudière à vapeur et des chutes de pluie collectées sur site. La quantité additionnelle d'eau est drainée du bassin de résidus vers le lac local usine de Vuonos : l'eau de traitement nécessaire pour la flottation provient à environ 50 % de l'eau de recyclage dans les bassins de résidus. L'eau ajoutée au système d'eau de traitement vient du lac local, adjacent à l'ancienne mine à puits ouvert (contenant du nickel), du système d'eau pure de la chaudière à vapeur et des chutes de pluies collectées sur site. La quantité d'eau supplémentaire est drainée du bassin de résidus vers le lac local. L'eau de traitement est utilisée également dans la production de certaines qualités de talc papier usine de Kaavi : l'eau de traitement nécessaire pour la flottation provient à 100 % du lac local. L'eau ajoutée au système de traitement d'eau provient du système d'eau douce de la chaudière à vapeur et des chutes de pluie collectées sur site. Aucun recyclage d'eau de traitement de bassins de résidus n'est disponible. L'ensemble de l'eau de traitement est traitée et drainée du bassin de résidus vers le lac local. L'autorisation sur les eaux usées indique qu'un système de recyclage doit être opérationnel au plus tard fin 2003. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 119 Chapter 4 3.2.9.4 Gestion des stériles Des camions sont utilisés pour transporter et déverser les stériles sur les terrils qui sont conçus avec un facteur de sécurité d'au moins 1,3. Les terrils sont surveillés annuellement par une entreprise topographique externe et (inspectés) mensuellement par l'équipe des mines. Les évaluations de risques sont effectuées périodiquement par l'exploitant. Il existe un projet de réhabilitation finale des terrils comprenant un drainage des eaux et une plantation de végétaux (arbres et herbe locale). 3.2.10 Coûts Dans les exploitations de feldspath européennes, le coût moyen de déplacement des résidus solides vers un terril au sein d'un site se monte à 0,80 EUR et la consommation en carburant diesel moyenne d'un camion est de 28 l/heure. Pour l'exploitation de fluorine/plomb-zinc, le coût global de gestion de résidus sur plusieurs bassins, 1300000 m3 de volume total, avoisine les 210000 EUR/an ; ceci comprend la consommation énergétique et l'entretien de la section. Pour les exploitations de kaolin, le coût moyen de déplacement des résidus vers un terril au sein d'un site se monte à 1 EUR/tonne (si effectué de façon interne) et à 2 EUR/tonne (si effectué par un sous-traitant). Les coûts approximatifs par m³ d'eau sont, dans le système d'assèchement de 0,10 EUR/m³ et, dans le cycle d'eau de l'usine de calcaire de Flandersbach, de 0,10 EUR de plus/m³. [107, EuLA, 2002] Pour l'exploitation du talc finlandais, le coût de transport des résidus est de 2 EUR par tonne et km. 3.3 Potasse Les techniques utilisées pour l'exploitation de la potasse sont très différentes de celles utilisées pour les autres minerais industriels ; de ce fait, une Section particulière a été dédiée à la potasse. Sauf spécification contraire, les informations ont été soumises par le sous-groupe relatif à la potasse [19, K+S, 2002]. Cette contribution décrit les sites de potasse en Allemagne, Espagne et au RU. 3.3.1 Minéralogie et techniques minières Les dépôts de potasse ont été formés par l'évaporation d'eau de mer. Leur composition est souvent affectée par des changements secondaires dans les dépôts de minerai primaires. Plus de 40 minerais de sel sont connus, qui contiennent certains ou l'ensemble des cations de petit numéro Na+, K+, Mg2+, et Ca2+, les anions Cl- et SO42- ; et éventuellement, Fe2+ et Brégalement. Les minerais les plus communs sont énumérés dans le tableau 3.78. Nom du minerai Anhydrite Carnallite 120 Composition chimique CaSO4 KCl x MgCl2 x 6H2O July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Gypse Halite Kainite Kieserite Langbeinite Léonite Polyhalite Sylvite CaSO4 x 2H2O NaCl KCl x MgSO4 x 11H2O MgSO4 x H2O K2SO4 x 2MgSO4 K2SO4 x MgSO4 x 4H2O K2SO4 x MgSO4 x 2CaSO4 x 2H2O KCl Tableau 3.78 : Minerais de sel les plus courants dans les dépôts de potasse Les minerais de sel les plus importants sont halite, anhydride, sylvinite, carnallite, kiésérite, polyhalite, langbeinite et kainite. Le gypse et/ou l'anhydride sont présents sur les bords des dépôts de sel et dans la strate sus-jacente. Les dépôts de sel de potasse comprennent une combinaison de plusieurs minerais (Tableau 3.79). Le terme allemand "Hartsalz" (sel dur) se réfère à la dureté la plus élevée des minerais de potasse contenant du sulfate et du magnésium. Minerais de sel marin Sylvinite Carnallitite Sel dur Kainitite Composés principaux Sylvite, halite Carnallite, halite Sylvite, halite, kiésérite et/ou anhydrite Kainite, halite Tableau 3.79 : Minerais de sel marin Par la suite, pour éviter toute confusion, le terme sylvinite sera utilisé pour le mélange minéral de sylvite et halite, qui apparaissent généralement ensemble. Les dépôts de sel en Europe Centrale sont le résultat de l'évaporation intensive du sel marin de l'eau de mer voilà plus de 250 millions d'années. Sur des millions d'années, les dépôts de sel d'origine ont été recouverts avec d'autres sédiments, tels que l'argile, le calcaire et l'anhydride. Les influences tectoniques les ont laissés sous forme de couches plates (dépôts subhorizontaux) ou déformés en dépôts à forte pente (voir figures ci-dessous). Figure 3.61 : dépôt de potasse sub-horizontal ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 121 Chapter 4 Figure 3.62 : Dépôt de potasse à forte pente La potasse est d'ordinaire extraite par exploitation par chambres et piliers et parfois, par longue taille. Parfois, la méthode "exploitation par dissolution" est également utilisée. Cependant, l'exploitation par dissolution n'est aujourd'hui que d'une importance mineure en Europe. L'exploitation à ciel ouvert n'est pas une option possible, en raison de la solubilité de la potasse dans l'eau. Exploitation par chambres et piliers Avec cette méthode, la hauteur des tailles est d'environ deux à trois mètres. D'ordinaire, 25 60 % du minerai peuvent être extraits de la mine. Les piliers restent non extraits. Cette méthode est actuellement appliquée de deux manières : • • forage et abattage : Des machines de forage sont utilisées pour découper des trous d'alésage de petit diamètre sur une distance de 7 m à 30 m dans la face, soit horizontalement (dépôt sub-horizontal/plat), soit verticalement (dépôt incliné). Les trous sont remplis d'explosifs (granules de nitrate d'ammonium avec 3 % d'huile minérale) et la roche est abattue. Le sel fracturé est transporté par des chargeurs vers des stations de préconcassage souterraines où il est concassé à une taille pouvant être transportée par des transporteurs à bande exploitation en continu : une excavatrice avec une tête tournante, appelée "mineur en continu", est utilisée pour exploiter le minerai dans une taille qui peut être transportée directement par les transporteurs à bande. Les opérations de surface suivantes sont similaires à la méthode de forage et d'abattage. Des boulons sont placés dans le toit des galeries souterraines pour assurer le soutien et protéger les ouvriers et les équipements. Actuellement, l'exploitation de la potasse en Allemagne est effectuée à des profondeurs entre 400 et 1200 m. Le minerai est toujours transporté sous forme pré-concassée par des 122 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 transporteurs à bande vers un endroit de stockage souterrain intermédiaire avant hissage avec des wagonnets. Exploitation par longue taille C'est la même méthode que celle utilisée pour exploiter les dépôts de charbon en Europe. Exploitation en sous-étages Dans les dépôts fortement inclinés d'Allemagne du Nord, on utilise l'exploitation en sousétages (également appelée "exploitation en entonnoir"). Des galeries d'entrée sont creusées une au-dessus de l'autre à des intervalles de 15 - 20 m, et le sel de potasse résiduel est exploité en perçant des trous de forage verticaux et en procédant à l'abattage. Le minerai abattu tombe dans le niveau principal en dessous. La salle exploitée, 100 – 250 m de haut, est d'ordinaire remblayée avec des résidus de sel. Figure 3.63 : Exploitation en sous-étages avec remblai dans dépôts de potasse inclinés Exploitation par dissolution De la saumure insaturée au KCl est injectée dans un trou de forage dans le dépôt de sel pour dissoudre le chlorure de potassium. La saumure insaturée au KCl est rétropompée vers la surface. La solution saturée se cristallise et se précipite par évaporation de la saumure dans de grandes cuves d'évaporation. Un second processus de séparation – par exemple, flottation ou recristallisation – est ensuite exécuté pour purifier le chlorure de potassium et le chlorure de sodium comme produits commercialisables. Dépôts de potasse exploités en Europe Les dépôts de potasse exploités en Europe ont été principalement formés dans la période permienne, qui a eu lieu dans un vaste bassin d'évaporite, appelé le bassin européen central. Ce bassin s'étend du nord-est de l'Angleterre à la Pologne centrale et à la Lituanie, et de l'Allemagne centrale à la partie nord de la Mer du Nord. Les dépôts alsacien et espagnol ont été formés dans la période tertiaire et sont des bassins isolés. France Le dépôt d'Alsace contient deux couches de sylvinite dans une série de marne-sel de roche. La couche supérieure a une épaisseur pouvant aller jusqu'à 2 m et contient 19 - 25 % de K2O ; la ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 123 Chapter 4 couche inférieure jusqu'à 5,5 m d'épaisseur, avec 15 – 23 % de K2O, contient également 15 % d'insolubles (argile, anhydrite et dolomite). L'exploitation est effectuée à des températures de roche comparativement élevées à une profondeur de 500 - 1000 m en couches plates ou légèrement inclinées qui ont été perturbées par des défaillances. La dernière mine de production a été fermée en 2003. Allemagne Dans les zones Werra et Fulda, les couches de potasse de Hessen et Thuringia de la série Werra sont exploitées - sel dur et carnallitite dans des dépôts de niveau à une profondeur de 400 - 1000 m ayant une épaisseur de 2 - 5 m, contenant 9 – 12 % de K2O et 4 – 20 % de MgSO4 :. La couche de potasse de Stassfurt de la série Stassfurt a été exploitée dans la zone Harz-Unstrut-Saale (sel dur et carnallitite à une profondeur de 500 - 1000 m et une épaisseur de 5 m, contenant 20 % de K2O). Les dernières mines de potasse, où sont extraits des sels durs de la série Stassfurt, ont fermé en 1991 pour des raisons économiques. Les couches de potasse Ronnenberg et Riedel de la série Leine sont exploitées dans la zone de Hanovre dans des diapirs de sel (sylvinite dans les dépôts inclinés à une profondeur de 350 - 1400 m ayant une épaisseur de 2 - 40 m, contenant 12 – 30 % de K2O). Pour finir, la potasse est extraite dans le Massif de Calvörde près de Zielitz (à une profondeur de 350 - 1200 m, sylvinite de Ronnenberg inclinée à <18 - 25°, d'une épaisseur pouvant aller jusqu'à 10 m, contenant 14 – 20 % de K2O). Espagne Les dépôts sont situés dans deux zones du bassin de l'Ebre. En Catalogne et Navarre, les sels de potasse se trouvent au-dessus du sel de roche. Ces dépôts font jusqu'à 15 m d'épaisseur en Catalogne et jusqu'à 10 m en Navarre. Au-dessus, se trouve un dépôt de sel de roche, marne et anhydrite. Seules les couches de sylvinite A et B sont exploitées. Elles font jusqu'à 4 m d'épaisseur totale à une profondeur de 1020 m, certains dépôts sont de niveau et d'autres inclinés. Le sel brut contient 12.5 – 14 % de K2O. Royaume Uni Dans le Cleveland, on extrait un dépôt de niveau de sylvinite, qui est en liaison avec la couche Riedel allemande, à la fois pétrographiquement et stratigraphiquement (épaisseur moyenne de 7 m, contenant 25 % de K2O à des profondeurs de 800 - 1300 m). 3.3.2 Traitement du minerai Le traitement de la potasse implique généralement une série d'étapes comprenant la réduction de taille (concassage/broyage), la séparation (lixiviation-cristallisation à chaud, flottation, séparation électrostatique) et le désaumurage. Ces étapes sont décrites ci-après. 3.3.2.1 Fragmentation Les minéraux de sel dans le minerai de potasse tout venant sont interdéveloppés dans des mesures variables. Avant de pouvoir séparer les minerais et les composants utiles récupérés, le sel brut doit être réduit de façon suffisante en taille pour libérer le minerai souhaité de la gangue. Pour le traitement la lixiviation à chaud, une limite de taille de grain maximale de 4 - 5 mm est adéquate. Pour le traitement mécanique (par exemple, la flottation), les minerais de 124 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 potasse doivent être broyés à un degré de libération >75 %. Pour les minerais de sylvinite et les sels durs, ceci est obtenu en broyant à une taille maximale de 0.8 - 1.0 mm. Des fractions de granulométrie variable sont produites dans les broyeurs et différents types de tamis. Dans la première étape, des broyeurs à impact ou à marteaux produisent généralement des particules d'environ 4 - 12 mm, selon la matière première et la méthode de traitement utilisée. L'étape de broyage fin finale est effectuée avec des broyeurs à barres (lorsque le minerai est humide) ou dans des conditions sèches, avec des broyeurs à rouleaux ou des concasseurs à impact (voir figure ci-dessous). La sélection des équipements utilisés est basée sur la minimisation de la génération de fines et ultrafines qui ont une influence négative sur l'opération de séparation consécutive ; par exemple, dans la flottation, la consommation de réactif augmente de façon significative avec la quantité de fines en raison de la surface spécifique plus grande. Figure 3.64 : Broyage à sec et criblage (schéma) du minerai de potasse [19, K+S, 2002] 3.3.2.2 Séparation Si la potasse est exploitée "mécaniquement", à savoir pas par exploitation par dissolution, il est possible d'utiliser quatre méthodes pour séparer les sels désirés de la gangue : 1. lixiviation à chaud 2. flottation ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 125 Chapter 4 3. séparation électrostatique 4. séparation en milieu dense. Pour tous les procédés par voie humide (à savoir. 1,2,4) un désaumurage est nécessaire. Les sous-sections suivantes décrivent ces étapes de traitement. 3.3.2.2.1 Traitement de lixiviation à chaud Pour le processus de lixiviation à chaud, deux processus différents sont utilisés, en fonction de la composition des minerais de sel. Dans le processus de lixiviation à chaud de la sylvinite, les autres sels présents en plus de KCl et NaCl ne jouent qu'un rôle mineur dans les solutions de traitement. Les solutions du processus de lixiviation de sel dur contiennent des quantités appréciables de MgSO4 et MgCl2. Pour les sels durs contenant de la carnallite ou de la carnallitite seule, une décomposition préliminaire de la carnallite doit être effectuée si la quantité de carnallite présente dépasse un niveau critique d'environ 20 - 30 %. Dans les deux processus, les minerais de potasse, broyé à une finesse de <4 - 5 mm, sont agités dans un dissolveur en continu avec de la saumure de lixiviation chauffée juste en dessous de son point d'ébullition. La saumure de lixiviation (ayant une température d'environ 110 °C) est la liqueur mère préchauffée à partir de l'étape de cristallisation d'un cycle de traitement précédent. Le chlorure de potassium doit être extrait des minerais aussi complètement que possible, et la solution de produit obtenue doit être presque saturée. Les résidus contiennent deux fractions de granulométrie différente. La fraction grossière est retirée du dissolveur et désaumurée. La fraction fine (par exemple, boue) est retirée du dissolveur conjointement avec la solution brute. Après séparation dans un clarificateur, la fraction fine est filtrée. Les résidus sont lavés avec de l'eau ou des saumures de l'installation pauvres en chlorure de potassium pour éliminer la solution brute adhérante, qui a une teneur en chlorure de potassium élevée. Les résidus sont ensuite mis au rebut par entassement ou utilisés comme remblai dans la mine. Si la kiésérite doit être séparée, les résidus sont transportés pour subir un autre traitement du minerai (par exemple, flottation). Le filtrat des résidus de l'assèchement est recyclé vers la saumure en recirculation. La solution clarifiée chaude est refroidie par évaporation dans la station à vide. L'eau évaporée doit être remplacée pour éviter la cristallisation du chlorure de sodium indésirable. Les cristaux de chlorure de potassium souhaités, formés en refroidissant la solution brute étape par étape (jusqu'à environ 25 °C), sont séparés de la liqueur mère et traités encore. La liqueur mère (saturée avec KCl et NaCl à 25 °C) est chauffée et recyclée vers le dissolveur en tant que saumure de lixiviation. La disposition d'une installation de lixiviation assurant la cristallisation est représentée sur la figure ci-après. 126 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.65 : Organigramme du processus de lixiviation à chaud-cristallisation utilisé pour la production de KCl à partir de minerais de potasse (schéma) Ce processus simple est utilisé pour le traitement de minerais de sylvinite uniquement. Le traitement des minerais de sel dur est plus compliqué. Avec des teneurs en sel de magnésium plus élevées, la dépendance de la solubilité du NaCl vis-à-vis de la température devient indésirable et le rendement de chlorure de potassium diminue. Dans de nombreuses usines, en particulier au Canada, où la flottation est le principal processus de production, de petites installations de lixiviation à chaud sont également utilisées, dans lesquelles les "fines" de produit (<0.2 mm) sont re-cristallisées, ou du chlorure de potassium est séparé des résidus de flottation ou des boues d'argile épaissies. Ces procédures conduisent à une amélioration considérable du rendement total et aboutissent à un produit très pur complètement soluble dans l'eau. Le processus de lixiviation à chaud est nécessaire pour générer des produits de chlorure de potassium pur pour des utilisations chimiques ou pharmaceutiques. 3.3.2.2.2 Flottation Dans l'industrie allemande de la potasse, on utilise la flottation de potasse ainsi que la flottation de kiésérite. Après broyage ou des procédés de séparation préalables, la fraction de taille fine (0 - 1 mm) est ajoutée à une solution de potassium/kiésérite et de chlorure de sodium saturée aqueuse. Une huile de pin moussante est alors ajoutée. Des pales tournantes raclent la mousse de support de chlorure de potassium ou de kiésérite de la surface des cellules mécaniques pour poursuivre le traitement. Les agents de collecte les plus satisfaisants sont les alkylammoniumchlorures à longue chaîne. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 127 Chapter 4 La figure suivante présente une illustration schématique du traitement des minerais bruts ou intermédiaires, effectué dans des cellules de flottation dégrossisseuses et relaveuses. Figure 3.66 : Organigramme d'une installation de flottation (schéma) 3.3.2.2.3 Séparation électrostatique Le sel brut concassé et broyé est conditionné pour obtenir une meilleure retenue de la charge électrostatique par chauffage à moins de 100 ºC. Les cristaux sont recouverts d'un agent organique tel qu'un acide gras primaire, un sel, ester ou amine dérivé. Selon l'objectif de la séparation, 20 à 100 g d'agents de conditionnement par tonne de sel brut sont appliqués. Le minerai broyé est chargé électrostatiquement, sous une humidité relative spécifiée, par frottement dans un lit fluidisé chauffé (voir figure ci-après). La séparation des minerais d'halite se produit lorsque les cristaux chargés tombent sous gravité à travers un champ électrique d'environ 120000 volts dans un séparateur à chute libre. Le processus de séparation est contrôlé par des volets réglables, qui sont placés au fond du séparateur (voir Section). Les mixtes sont reconditionnés et recyclés. 128 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 3.67 : Organigramme d'un processus de séparation électrostatique (schéma) Dans la plupart des cas, une séparation ou un traitement en plusieurs étapes est utilisé. Les résidus solides (chlorure de sodium/halite) sont entassés directement sur le terril de résidus. D'autres options, telles qu'une séparation en premier lieu de la sylvinite et de la carnallite de la kiésérite, sont également possibles et sont effectuées dans d'autres usines. 3.3.2.2.4 Séparation en milieu dense L'halite a une densité supérieure à la sylvinite (gravité spécifique de 2,13 g/cm3 contre 1,9 g/cm3 pour la sylvinite). Les opérations commerciales en milieu dense utilisent un agent de pondération finement divisé, d'ordinaire un ferrosilicium ou une magnétite d'une qualité fine, qui est mis en bouillie pour créer un milieu dense artificiel à la gravité spécifique requise pour la séparation. Après séparation, la magnétite ou le ferrosilicium est retiré(e) par séparation magnétique et recyclé(e) dans le système. Une usine de ce type existe au Canada. Ce processus est également utilisé pour la séparation de la langbéinite (gravité spécifique de 2,83 g/cm3) de la sylvinite/halite dans des usines au Nouveau Mexique et aux Etats Unis. La technique n'est pour l'instant pas utilisée en Europe. 3.3.2.3 Désaumurage Les produits et résidus provenant de tous les processus de traitement de la potasse, excepté le traitement électrostatique à sec, sont obtenus sous forme de suspensions/boues avec diverses ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 129 Chapter 4 teneurs en solides et doivent être désaumurés – après avoir tout d'abord été épaissis dans des épaississeurs circulaires. Les équipements utilisés comprennent des centrifugeuses, filtres plats, filtres à tambour et filtres à bande, en particulier, pour le désaumurage de résidus fins (teneur en humidité d'environ 9 - 14 %) et, si nécessaire, pour laver le gâteau de filtration. Le choix des équipements est déterminé principalement par la granulométrie du matériau à traiter et la teneur en autres minerais tels que l'argile. Pour les produits et résidus bruts, des tamis vibrants et centrifugeuses à tamis et à vis sont communément utilisés. 1.1.2 3.3.3 Gestion des résidus Le traitement des minerais de potasse donne plus de 78 % de résidus solides ou liquides (voir figure ci-dessous). Figure 3.68 : Distribution de produits, résidus solides et liquides après traitement du minerai Six méthodes de gestion de l'eau de traitement et/ou des résidus sont utilisées : • • • • • • 130 mise au rebut des résidus solides sur des terrils utilisation des résidus solides comme remblai sous terre dans les tailles épuisées mise an rebut des résidus en bouillie sur des terrils de résidus (uniquement dans les mines de potasse canadiennes et américaines) utilisation de la gestion marine des résidus solides et liquides pompage des résidus liquides dans le sol (gestion des résidus en puits profond) déversement des résidus liquides dans des rivières. July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 3.3.3.1 Caractéristiques des résidus Les résidus de potasse solides comprennent le chlorure de sodium avec quelques pour-cent d'autres sels et matériaux insolubles tels que l'argile et l'anhydrite (voir figure "résidus de sylvinite"). Les résidus de sel dur contiennent en outre environ 5 % de kiésérite (voir figure "résidus de sel dur"). Figure 3.69 : Composition minérale des résidus de sylvinite et de sel dur Les résidus entassés durcissent immédiatement, et la densité des résidus augmente pour atteindre environ la même densité que sous terre en raison de la compaction. Ceci est a été représenté par des mesures effectuées à partir d'échantillons de trou de forage de terril de résidus. Les terrils sont empilés selon une pente naturelle de terrassement d'environ 37 ° (pente de sol naturelle : 25°). Par conséquent, la pente du terril ne présente aucun problème de stabilité si le sol sous-jacent est stable. Il existe une grande expérience en matière d'entassement de résidus de potasse. Les premiers terrils qui montent jusqu'à 200 m de haut ont été commencés voilà environ 30 ans. Des terrils plus petits avec des résidus issus de l'exploitation de la potasse existent depuis le début de l'exploitation de la potasse qui date de 1890. Les précipitations dissolvent lentement les terrils de résidus sur une longue période de temps. Suite à la compaction et au durcissement, l'intérieur des tas de résidus de potasse est imperméable à l'eau. L'eau et les saumures générées s'écoulent dans une sphère externe autour du noyau imperméable interne. Pour protéger le sol et les eaux souterraines, l'étanchéité de la couche externe des terrils à l'extérieur de la zone de noyau imperméable est assurée avec soin et les saumures sont collectées dans des fossés étanches autour du terril. La pente du terril est constituée de sel de roche durci sans une quelconque érosion après compaction et recristallisation. Le NaCl dissous doit être géré avec soin pour réduire son impact sur l'environnement local. Cependant, les résidus contiennent d'ordinaire des quantités insignifiantes de métaux lourds et autres éléments ou substances sous forme de traces. Les résidus de potasse liquide sont essentiellement le même matériau que dans les résidus de sylvinite (90 % de NaCl) mais qui ont été dissous dans de l'eau douce ou de l'eau de mer pour transport vers un récepteur approprié. Pour les déversements dans les eaux de surface ou à ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 131 Chapter 4 travers de longs pipelines (à savoir, comme en Espagne), la teneur de solides en suspension est généralement très faible. 3.3.3.2 Méthodes de gestion appliquées La quantité des résidus générés par une mine de potasse dépend principalement de la configuration de la couche de potasse, de la stabilité de la roche et de la composition du minerai. Ce sont toutes des conditions naturelles qui varient entre mines et dépôts et parfois même, à l'intérieur d'un même dépôt. En conséquence, il n'existe pas de modèle standard de mines en termes de traitement et de génération de produits et résidus. Chaque mine a ses propres conditions spécifiques qui varient sur la durée de vie d'une mine. Cependant, pour des raisons économiques, les exploitants vont chercher à minimiser la quantité de matériaux de gangue exploités et traités. Pour les résidus solides, la gestion des résidus sur les terrils et par remblai sous terre est utilisée. Les résidus provenant du processus de lixiviation à chaud et de flottation avec du chlorure de sodium en tant que composant principal sont asséchés par des centrifugeuses, des filtres et transportés ensuite par des convoyeurs à bande vers le terril de résidus. En outre, en Allemagne, le processus de séparation électrostatique permet la gestion à sec des résidus sur des terrils de résidus. Pour les résidus liquides, la gestion des résidus implique un déversement dans un puits profond (dans des conditions géologiques spécifiées) et/ou un déversement dans les eaux de surface. Dans des conditions géographiques spéciales, on effectue un déversement en mer des résidus solides et liquides. 3.3.3.2.1 Terrils de résidus Environ 21 millions de tonnes de résidus de potasse sont entassées par l'industrie de la potasse allemande chaque année. De grands terrils de résidus sont constitués avec des quantités de 25 à 130 millions de tonnes, à des altitudes de 90 à 240 m avec une superficie au sol de 47 à 110 ha. Les terrils de résidus les plus grands, leur emplacement, leur altitude, leur taille, la quantité de résidus et les composants principaux sont indiqués dans le tableau 3.80. Usine/ installations Emplacement Altitude (m) Taille (ha) Hattorf Wintershall Unterbreizbach Région de Werra Région de Werra Région de Werra 160 240 42 47 55 4.6 Quantité (millions de tonnes) 59 99 <1 Neuhof-Ellers Sigmundshall Région de Fulda Région de Hanovre Zielitz Zielitz 180 150 70 26 80 25 Halite Halite 50 90 53 110 130 Halite Halite Zielitz Composant principal Halite Halite Kiésérite Remarques En cours de retraitement Tableau 3.80 : Terrils de résidus des mines de potasse allemandes 132 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 La figure suivante montre un terril de résidus de sel type en Allemagne. Figure 3.70 : Vue aérienne d'un terril de résidus de sel Les études de l'impact sur l'environnement incluant les études préliminaires font nécessairement partie de la conception de ces terrils. Elles incluent la recherche concernant différents aspects du site, tels que : • • • • • • • • stabilité du terril stabilité de la strate de support protection de l'eau (eau souterraine et de surface, qualité de l'eau et alimentation) émissions de poussière opérations techniques habitat de la faune réhabilitation et entretien après fermeture systèmes de contrôle et de surveillance. Il est nécessaire d'assurer la stabilité du terril pour éviter les mouvements possibles de parties du terril. Le sel de roche durcit rapidement, en raison de la teneur en humidité suffisamment faible du matériau entassé. Par conséquent, il ne se produit aucune érosion significative et il n'est pas nécessaire de prévoir de soutien supplémentaire autour du terril. Par essence, la stabilité du terril de résidus est assurée par l'application de règles de génie civil fondamentales. La stabilité de la strate de support est contrôlée régulièrement par le contrôle sismique (voir systèmes de surveillance et de contrôle ci-après), qui recherche et détermine les événements sismiques, sismiques-acoustiques et géo-mécaniques. L'examen des piliers et la détermination de la composition des minerais sont utilisés pour calculer et observer la stabilité des salles épuisées. Pour assurer la protection de l'eau les éléments suivants sont pris en compte : • bilan hydrique (eaux souterraines et eaux de surface) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 133 Chapter 4 • • • • • • • • strate aquifère détectée bassins versants imperméabilité à l'eau de la strate de support possibilité de réutilisation de l'eau de traitement gestion de l'alimentation en eau et de la distribution d'eau quantité et gestion de l'eau de drainage accumulée quantités de sel à gérer besoins en terres pour entassement. L'intérieur des terrils de résidus de potasse est imperméable à l'eau. L'eau et les solutions salines générées ne s'écoulent que dans une sphère extérieure autour de l'intérieur imperméable (voir). Le pied des terrils à l'extérieur de la zone de noyau imperméable est étanchéisé avec soin et les solutions sont collectées. Figure 3.71 : Plan schématique d'un terril de résidus dans l'exploitation de potasse allemande Après collecte de la saumure dans le bassin de retenue pour stockage intermédiaire et selon la qualité de l'eau reçue, le liquide est pompé vers la rivière ou dans le sol (déversement en puits profond). Dans certains cas, les saumures collectées sont réutilisées pour le traitement (par exemple, granulation, saumure de traitement recyclée). En général, seules de petites quantités de saumure collectée sont réutilisées. Etant donné que l'écoulement d'eau issu des précipitations descend du terril en dessous de la surface (voir flèches bleues sur la figure ci-dessus), il ne se produit pas d'érosion au niveau en 134 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 surface. Si possible, le drainage salin à partir des terrils est maintenu séparément des eaux de ruissellement de surface. Ceci est une manière de minimiser la contamination du sol et des eaux souterraines par l'eau salée. Un autre objectif est de réduire l'utilisation de terres en entassant les résidus à une hauteur maximale. Dans cette technique d'exploitation (voir ci-après), la conception utilisée (terril conique/longitudinal) et la pente naturelle de terrassement sont primordiales pour remplir cet objectif. La technique couramment employée utilise des convoyeurs à bande, entassant en continu les résidus sur un terril, qui se trouve près de l'usine de traitement. Après adjonction d'une petite quantité de saumure de traitement aux résidus secs issus de la séparation électrostatique, l'humidité des résidus combinés entassés atteint les 5 - 6 % visés. Le sel entassé durcit immédiatement suite à la compaction et la recristallisation. Les opérations techniques d'entassement sont appliquées et optimisées depuis plus de 30 ans. Les résidus de sel sont entassés en utilisant des convoyeurs à bande et des systèmes d'étalement, ceci permet un entassement plus haut et plus incliné que l'entassement à l'état humide. Jusqu'à 1200 tonnes par heure de résidus solides sont entassés sur un terril. Ces quantités énormes de matériau sont empilées près de l'usine de traitement, pour minimiser le transport de matériau sur de longues distances ou à travers des agglomérations. La répartition de résidus sur le terril est effectuée par combinaison de plusieurs convoyeurs à bande. Selon le type de construction choisie, le convoyeur à bande peut être incliné, ajusté en hauteur et, si nécessaire, étagé. Une faible hauteur de décharge est préférée. Un dernier convoyeur à bande sous-jacent court, agencé au-dessus du convoyeur à bande principal est réversible (voir figure ci-dessous), ce qui est particulièrement efficace pour éviter la poussière dans des conditions venteuses. Le contrôle de la poussière n'est pas un problème avec les résidus issus des processus de séparation à l'état humide, étant donné que la teneur en humidité résiduelle de 5 - 10 % est suffisante pour éliminer les problèmes de poussière et pour causer une consolidation rapide avec le terril de résidus. Figure 3.72 : Photo d'un convoyeur à bande avec une bande inverse sous-jacente ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 135 Chapter 4 Le traitement, et par conséquent également, la décharge de résidus, est effectué en continu jour et nuit. Les employés travaillent généralement par roulement. Les systèmes de travail en continu génèrent moins de poussière et de bruit et il n'est pas nécessaire d'effectuer un transport de matériau sur de longues distances. Les effets possibles sur la vie sauvage, aujourd'hui tout comme à l'avenir, doivent être examinés, considérés avec soin et, autant que possible, évités pendant l'exploitation. Le régime de contrôle et de surveillance examine les événements sismiques ou l'affaissement de la surface liés aux activités d'exploitation minière. La stabilité de la strate de support et des salles exploitées souterraines peut être mesurée par le contrôle sismique. A la surface, différents systèmes de contrôle et de surveillance sont utilisés, par exemple, pour la protection des eaux souterraines, la détermination et le contrôle du déversement de la saumure dans la rivière et le processus de traitement du minerai, les émissions de poussière, la consommation énergétique, l'alimentation en eau, etc. Plusieurs sites possèdent des inclinomètres de pente qui sont utilisés pour étudier la déformation et la stabilité du terril de résidus. La stabilité de la pente requiert une moindre surveillance sur les tas de résidus qui sont confinés par topographie naturelle. 3.3.3.2.2 Terril de résidus D'ordinaire, les résidus des usines canadiennes/américaines sont pompés sous forme de boue avec une teneur en solides de 20 – 35 % jusqu'au sommet des amas de résidus dans la gestion de la zone de résidus. La boue s'écoule vers le bas en suivant la pente douce du tas, les schlamms fins venant se déposer au pied. Des digues à faible contention sont construites pour confiner la décharge de saumure vers la zone environnante. Actuellement, les amas de résidus font généralement 50 m de haut environ. En raison de cette faible hauteur par rapport aux terrils de résidus, de grandes zones sont occupées par cette méthode de gestion de résidus. Figure 3.73 : Vue en coupe type d'amas de résidus canadiens (schéma) 3.3.3.2.3 Remblai La seconde méthode de gestion des résidus pour les résidus solides est souterraine. Cette méthode est appliquée aux gisements en pente raide d'Allemagne du nord et aux mines de potasse de New Brunswick au Canada. Etant donné que la densité en vrac des résidus est bien inférieure à celle du minerai de potasse d'origine, seule une partie des résidus peuvent être logés par l'espace laissé après extraction du sel brut. 136 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Dans la plupart des usines de potasse, où le minerai est exploité à partir de gisements plats, un remblayage n'est pas effectué pour des raisons économiques. Une méthode similaire, bien que moins importante pour les mines européennes actives, est l'utilisation de boue de résidus comme remblai. La boue de résidus est renvoyée sous terre pour remplir les tailles de potasse montantes remblayées, qui sont façonnées comme des "dômes". Cependant, l'applicabilité de cette option, entre autres raisons, dépend de l'existence de formations géologiques appropriées (à savoir, dépôt local à pente plongeante). Sur une usine, Unterbreizbach dans la région de Werra, de la saumure est ajoutée aux résidus et la boue résultante est pompée pour remblayage. Figure 3.74 : Système de remblayage de résidus solides (chlorure de sodium) à l'usine d'Unterbreizbach, Allemagne L'usine d'Unterbreizbach diffère des autres usines de potasse avec gisements plats sur plusieurs aspects : Géologie : • • La couche exploitée de Thuringia contient une couche très épaisse de carnallite au-dessus de la couche de sel dur. Lorsque la carnallite est exploitée, une série de "dômes" vides sont laissés. Traitement du minerai : une combinaison du processus de dissolution thermique et de la flottation de kiésérite est utilisée. Gestion des résidus : • les résidus de sel (chlorure de sodium solide) issus de la flottation de kiésérite sont réduits en bouillie avec de la saumure MgCl2 (saturée en sel) à partir du processus de dissolution thermique et pompés sous terre pour remblayage. L'efficacité du système de remblayage ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 137 Chapter 4 pourrait être augmentée avec une seconde tuyauterie. La saumure est récupérée sous terre et rétropompée vers la surface pour réutilisation. Au RU, l'utilisation d'une proportion des résidus insolubles comme remblai sous forme de boue est en cours d'étude. Dans ce cas, des conditions géologiques appropriées et des installations minières à configuration adéquate dictent le volume disponible pour le placement. Des essais similaires en Espagne ont échoué en raison des mauvaises conditions géologiques. 3.3.3.2.4 Déversement dans l'eau de surface Sur les exploitations d'Allemagne et de Catalogne, la saumure issue de la production, parfois mélangée à de petites quantités d'eau salée issue du terril de résidus, est collectée dans des bassins de retenue étanches à partir desquels la saumure est déversée dans une eau de surface (par exemple, une rivière). La figure suivante montre un de ces bassins. Figure 3.75 : Bassin de retenue d'eau de la mine de potasse allemande En Allemagne, le déversement dans l'eau de surface est combiné à une décharge en puits profond (voir section suivante). 3.3.3.2.5 Décharge en puits profond Le rétropompage des solutions salines dans le sol est possible si certaines exigences géologiques sont remplies. La formation géologique requise à cette fin doit posséder une porosité et perméabilité suffisantes, et ne doit pas être en contact avec les formations qui peuvent être utilisées pour l'alimentation en eau. Dans l'industrie de la potasse allemande, une combinaison de déversement en rivière et de décharge en puits profond est utilisée. Autant d'eau que possible est rejetée dans le système de rivière. Ceci est déterminé par le seuil défini de chlorure dans la rivière en tenant compte de la 138 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 décharge totale de toutes les mines de potasse (voir figure ci-dessous). L'ensemble de l'eau en excédent est pompée dans les puits profonds. Figure 3.76 : Gestion de trois mines de potasse (WI, HA, UB) dans la région de Werra, Allemagne 3.3.3.2.6 Gestion marine des résidus Sur l'exploitation de potasse de Cleveland, le minerai est concassé et séparé en fractions de potasse et de résidus. Les résidus comprennent principalement du chlorure de sodium avec de petites quantités de sulfate de calcium et d'argile. Ces composants naturels sont mélangés avec de l'eau de mer et déversés dans la Mer du Nord par le biais d'un long pipeline de déversement. Les déversements dans la Mer du Nord sont contrôlés par la commission OSPAR (OSPARCOM, http://www.ospar.org/eng/html/welcome.html) et dans ce cas, autorisés par l'organisme de réglementation du RU ; ce qui signifie que la directive concernant les déversements en Mer du Nord développée par OSPARCOM a été adoptée par le gouvernement du RU, qui a utilisé les informations pour les exigences d'autorisation et de surveillance. Des études préliminaires approfondies ont été effectuées, englobant la bathymétrie, la flore et la faune benthiques, la qualité de l'eau et l'état des pêcheries locales importantes. Une surveillance continue de la quantité et de la qualité du déversement permet de s'assurer que tous les paramètres restent en deçà de valeurs consenties. L'analyse des éléments en trace des minerais, produits et effluents solides permet aux bilans massiques d'assurer des contrôles sur l'écoulement et autres données de surveillance. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 139 Chapter 4 Des études annuelles continues de tous les paramètres sont effectuées par des experts externes pour s'assurer que les effets du déversement sont déterminés et maintenus à un minimum. Des échantillons de contrôle sont prélevés par l'organisme de réglementation pour une confirmation indépendante des résultats de la société. Des réunions annuelles des parties prenantes permettent de s'assurer que les résultats du contrôle sont communiqués à l'ensemble des organismes intéressés et qui ont l'opportunité d'influencer la direction et le contenu de futurs programmes d'audit. 3.3.3.3 Sécurité de l'IGR et prévention des accidents Dans la conception des IGR, les facteurs suivants sont pris en considération : • • • • • examen de la stabilité du sol examen de la stabilité du terril réduction de la perméabilité de la strate de support si le coefficient de perméabilité moyen dépasse par exemple 1 x 10 – 9 m/s, mais spécifique au site et fonction des découvertes de l'évaluation de l'impact sur l'environnement suppression des couches d'étanchéité artificielles ayant une faible résistance au cisaillement (a un effet négatif sur la stabilité du terril) application de résidus humides mais avec une teneur en humidité inférieure à environ 10 %. Les inspections des terrils de résidus sont effectuées de manière régulière par l'exploitant. Elles incluent une surveillance annuelle des terrils et une observation des fossés et bassins. 3.3.3.4 Fermeture et entretien après fermeture Pour la réhabilitation et l'entretien après fermeture, la description de l'état actuel et du développement futur de l'installation incluant la gestion des résidus, et les plans de fermeture de l'exploitation minière sont compilés sous la forme d'un plan détaillé. Après acceptation du plan de contrôle et de surveillance pour fermeture, les installations d'exploitation de l'usine doivent être retirées. Cependant, les terrils de résidus restent inchangés pendant une longue période. Un fond destiné à couvrir les coûts de maintenance futurs est financé par les coûts opérationnels avant fermeture. 3.3.4 Gestion des stériles Etant donné que l'exploitation de la potasse est uniquement souterraine, les quantités de stériles obtenus sont relativement faibles. Les stériles restent sous terre dans les zones épuisées de la mine. D'ordinaire, ce mouvement souterrain de stériles est appelé "remblayage". 3.3.5 Niveaux d'émissions et de consommation courants Les quantités d'émissions et d'effluents varient d'une mine à l'autre. Elles sont également à un certain égard fonction des conditions naturelles – des composants du dépôt exploité et des minerais exploités. Les contributions spécifiques au site – la forme de minéralisation, le degré et la libération du matériau, le mélange de constituants minéraux dans le dépôt exploité – sont 140 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 toujours uniques. Selon le minerai exploité et les produits souhaités, on choisit un traitement avec des résidus solides et liquides en proportions variables. Les émissions et effluents sont également fonction de la méthode de gestion et de traitement. 3.3.5.1 Gestion de l'eau et des réactifs En général, il est possible de dissoudre l'ensemble des résidus solides et de décharger la solution obtenue incluant les substances insolubles dans des systèmes d'eau naturelle (par exemple, gestion marine des résidus au RU). Les terrils de résidus génèrent des solutions salines lorsque des précipitations atmosphériques dissolvent le sel. Cette eau de ruissellement est collectée dans des fossés étanches autour du terril de résidus et pompée dans des bassins de retenue étanches. A partir de ces bassins de retenue, l'eau saline est déchargée dans des eaux d'écoulement naturelles (par exemple, des rivières) ou pompée dans le sol (gestion des résidus en puits profond). L'étanchéité des fossés et des bassins de retenue est inspectée pour éviter une salinisation du sol et des eaux souterraines. En outre, l'eau des puits d'eau souterraine dans l'environnement d'un terril de résidus est périodiquement analysée pour vérifier sa qualité. Aucune adjonction d'eau n'est effectuée pour le remblayage. Pour le remblayage avec des boues à l'usine d'Unterbreizbach, de la saumure de traitement est combinée avec les résidus solides. La saumure est utilisée comme un moyen de transport uniquement et est recyclée. La saumure de traitement est réutilisée pour différentes applications dans le traitement du minerai pour minimiser la consommation de l'eau. Dans les résidus solides, aucune quantité significative de réactifs n'est détectable. Les seuls réactifs utilisés proviennent de la séparation électrostatique ou du processus de flottation. Ces méthodes de traitement fonctionnent avec une faible teneur de composés organiques (acide salicylique, amines grasses). Les composants principaux de la saumure liquide sont les sels inorganiques, alors que la présence de substances organiques (TOC) et de métaux lourds est négligeable. Ceci est une conséquence de la formation du dépôt par évaporation de l'eau de mer il y a environ 250 millions d'années. 3.3.5.2 Rejets aquatiques Aucune quantité remarquable d'éléments en trace, de métaux lourds ou de substances organiques peut être détectée dans les eaux de ruissellement de surface à partir des terrils. Les composants principaux des eaux de ruissellement de surface sont des sels tels que chlorures et sulfates de sodium, magnésium, potassium et calcium. Le volume des eaux de ruissellement de surface provenant du terril dépend de la consommation de terre, des précipitations (annuelles) et des composants des résidus de sel. Si le minerai kiésérite (MgSO4·H2O) est un composant du sel extrait, une certaine quantité de kiésérite sera également présente dans les résidus. Lors du contact avec l'eau de pluie, la kiésérite est hydratée et se lie à une partie de la chute de pluie. En conséquence, la capacité de liaison avec l'eau d'un terril de résidus issu de l'exploitation de la potasse dépend fortement de la teneur en minerais spécifiques. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 141 Chapter 4 Un second facteur important influençant la quantité des eaux de ruissellement de surface est l'évaporation de l'eau, qui dépend de plusieurs facteurs tels que la température, l'humidité, la vitesse du vent, la couleur des résidus, l'intensité du soleil, etc. 3.4 Charbon Cette section contient des informations sur les pratiques en Espagne, dans les régions de la Ruhr, la Sarre et d'Ibbenbüren en Allemagne et dans les régions d'Ostrava et Karviná de la République Tchèque. Elle contient également des commentaires concernant le RU. 3.4.1 Minéralogie et techniques d'exploitation L'ensemble des ressources de charbon dur d'Allemagne sont de l'âge carbonifère. Tandis que les bassins de la Sarre et d'Ibbenbüren représentent les restes de plus grands gisements houillers, la Ruhr contient des ressources massives qui plongent vers la Mer du Nord. Les zones d'exploitation actuelles se trouvent à des profondeurs allant de 900 à 1500 m. Les conditions dans le bassin de la Sarre sont plus complexes que dans la Ruhr. Les charbons à coke, à gaz et à vapeur de haute qualité contiennent 6 – 9 % de cendres, et moins de 1 % de soufre, bien que certaines couches requièrent un lavage en profondeur avant commercialisation. La mine de Niederberg et le gisement d'Ibbenbüren contiennent de l'anthracite, qui est un charbon ayant une teneur en carbone fixe entre 92 % et 98 % (sur une base sèche exempte de matière minérale). Des faces de longue taille allant jusqu'à 400 m sont maintenant en service. Les couches travaillées ont une épaisseur de 1,0 – 4,0 m, des rabots étant utilisés dans les couches les plus minces et des haveuses à tambour dans des applications plus épaisses. Le charbon dur en République Tchèque provient principalement du Bassin Silésien supérieur dans la partie Ouest (partie d'Ostrava), qui est plus ancienne et du caractère paralique des sédiments et couches de charbon, et la partie Est (partie de Karviná), qui présente un caractère limnique des sédiments ainsi que du charbon. La partie Ouest comprend plusieurs couches de charbon minces de charbon à coke de haute qualité, tandis que la partie Ouest est caractérisée par des couches épaisses abondantes contenant un charbon à coke mixte et un charbon à vapeur hautement volatile. Les caractéristiques du charbon dur sont notamment une teneur de carbone de plus de 73,4 %, moins de 50 % de matière volatile et une valeur calorifique sèche (sans cendres) dépassant 24 MJ/kg. L'exploitation minière dans la partie Ostrava du bassin a atteint des profondeurs d'environ 1000 m, qui avec des conditions d'exploitation et géologiques défavorables rendent l'exploitation économique extrêmement difficile. Par conséquent, les mines d'Ostrava ont été progressivement abandonnées. La majorité des mines dans la partie Est ont des réserves suffisantes qui peuvent être extraites à des coûts bien moindres. Cependant, ce charbon est d'une faible qualité, en ce qui concerne ses propriétés de cokéfaction. Des réserves relativement importantes de charbon ont été vérifiées au sud du bassin silésien supérieur original, en particulier, près de Frenštát pod Radhoštěm, où des sédiments carbonifères sont enfouis sous les sédiments de Miocène et les nappes de Beskydy. Ici, le charbon peut être extrait de profondeurs de 800 à 1300 m dans des conditions géologiques et 142 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 d'exploitation minière difficiles. Etant donné que le gisement se trouve sur le bord d'une zone protégée, des conflits d'intérêt peuvent découler de la protection de Beskydy. [83, Kribek, 2002] La plupart des exploitations en Europe sont basées sur une exploitation en longue taille, utilisant à la fois des haveuses à tambour et des rabots pour la production. La plupart des mines sont exploitées en plusieurs couches, chaque unité exploitant plusieurs faces. En Allemagne, un nombre croissant de longues tailles sont contrôlées à distance depuis la surface, des niveaux élevés d'automatisation permettant des productions commercialisables pouvant atteindre 20000 t/j par longue taille [79, DSK, 2002], [83, Kribek, 2002]. Au RU (environ 15 millions de tonnes/an) et en Espagne, du charbon est également extrait dans des mines à ciel ouvert [84, IGME, 2002] 3.4.2 Traitement du minerai En général, après l'étape d'extraction, la granulométrie varie de morceaux de plus d'un mètre de diamètre à des grains ultrafins (<5 µm). Dans les trois bassins houillers allemands de la Ruhr, la Sarre et Ibbenbüren, une large plage de qualités de charbon sont exploitées, de l'anthracite dans la houillère d'Ibbenbüren avec 6 % de matières volatiles (MV) jusqu'aux charbons bitumineux hautement volatils de la mine souterraine d'Ensdorf avec plus de 36 % de MV. En 2000, 12 usines de traitement du charbon avec des taux d'alimentation compris entre 950 et 1700 t/h étaient opérationnelles dans ces terrains houillers. [79, DSK, 2002]. Dans la plupart des cas, la fraction grossière (>10 mm) et la fraction fine (0,5 – 10 mm) sont séparées dans des bacs à piston. La fraction la plus fine <0,5 mm est séparée par flottation. Dans certains cas, la fraction >10/30 mm est séparée de la gangue plus lourde par séparation en milieu dense. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 143 Chapter 4 Un organigramme type est représenté sur la figure suivante : Figure 3.77 : Organigramme standard pour traitement du minerai de charbon [79, DSK, 2002] Il existe également un site qui utilise des hydrocyclones à la place de la flottation des fines [83, Kribek, 2002]. 3.4.3 3.4.3.1 Gestion des résidus Caractéristiques des résidus D'ordinaire, les résidus provenant des régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren en Allemagne comprennent 55 - 60 % d'argile litée, 30 - 40 % d'argile litée sableuse et 5 - 15 % de grès (mine de Prosper-Haniel) [79, DSK, 2002]. Les dépôts de charbon dur peuvent être influencés par des "empreintes" maritimes, lorsqu'ils sont formés de bassins paraliques, à savoir, dans un environnement marin marginal. Les bassins de charbon d'eau douce formés dans un delta de rivière, les dénommés bassins limniques, ne présentent pas une telle 144 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 évidence. Parmi les substances liées à l'environnement logées dans des couches intermédiaires, le chlorure et la pyrite sont les plus importants. Les précipitations venant en contact avec le matériau de résidus prélèvent le sel et sont acidifiées par oxydation sulfurique. En conséquence, la valeur de pH d'un lixiviat ou d'une eau de surface ainsi influencée diminue (DA, voir Section 2.7). Les résidus de flottation fins provenant des mines de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren <0,5 mm avec une teneur en solides >77 % et une composition homogène minéralogique ont été testés en détail. Dans les essais physiques et chimiques avec des considérations à long terme incluant une évaluation de l'impact sur l'environnement, il s'est avéré que les résidus de flottation peuvent être utilisés pour la construction de revêtements de surface, permettant même de satisfaire les exigences strictes de la norme technique allemande de construction de revêtements pour décharges [80, DSK, 2002]. Dans les essais de laboratoire, des boues de flottation pures issues du traitement du charbon brut peuvent atteindre des coefficients k d'environ 5 x 10-9 m/s. Des essais in situ ont donné des coefficients kf – de ~ 2 x 10-7 m/s. Ces coefficients k n'atteignent pas les valeurs requises par les normes TASi/LAGA pour les revêtements de minerai (kf = 5 x 10-10 m/s) et les joints de surface pour la catégorie de décharge I (k = 5 x 10-9 m/s). [79, DSK, 2002]. Dans les régions d'Ostrava et de Karviná, les résidus grossiers sont gérés sur des terrils et les fines issues de la flottation sont envoyées vers les bassins. Dans un cas, un niveau de radioactivité de 75,5 ± 6,9 Bq/kg a été mesuré dans les résidus [83, Kribek, 2002]. Deux autres aspects importants qui doivent être pris en considération dans la gestion de résidus de charbon sont les suivants : 1. les résidus de charbon peuvent avoir des teneurs accrues en matériaux radioactifs naturels (NORM) liés à la strate authentique 2. et peuvent causer des problèmes DA similaires aux minerais contenant du sulfure, en raison de la teneur en pyrite du charbon. 3.4.3.2 Méthodes de gestion appliquées Dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren, un total de 23 terrils de résidus et 7 bassins de résidus sont actuellement en exploitation [79, DSK, 2002]. Des quantités considérables de résidus issus de l'exploitation de charbon doivent être gérées (environ 33 millions de tonnes dans les régions de la Ruhr, la Sarre et l'Ibbenbüren en 2000), puisqu'elles peuvent se monter à environ 50 % de la production brute. D'ordinaire, trois options de gestion sont disponibles : • • • utilisation interne, à savoir, pour les projets de remblayage souterrain et de construction liés aux opérations d'exploitation minière (par exemple, mesures de compensation pour affaissement du sol induite par exploitation minière telle qu'élévation des ponts ou digues) utilisation externe, à savoir, produits commerciaux, tels que matériau de masse en vrac ou matériau de base dans le secteur de la construction et le génie civil gestion sur des haldes et dans des bassins. En gros, environ un quart de l'ensemble de la roche et des résidus de la région de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren est commercialisé à des fins internes et externes, tandis que le reste est géré sur des haldes (ou terrils) et dans des bassins (voir figure ci-après). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 145 Chapter 4 Figure 3.78 : Production de résidus et méthodes de gestion appliquées dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren sur l'année 2000 [79, DSK, 2002] Sur la houillère de Prosper-Haniel, les résidus de flottation, qui se montent à environ 13 à 18 % des résidus totaux, sont transportés avec des camions sur les voies publiques [79, DSK, 2002]. Assèchement de résidus fins Les résidus fins <0,5 mm issus de la flottation sont épaissis à 25 – 50 % de solides. Etant donné qu'une surface suffisante pour le dépôt final est disponible dans les bassins artificiels, les résidus fins sont directement transportés via des pipelines ou des camions vers ces installations. En ce qui concerne les dépôts de résidus fins sur les terrils, par exemple, pour des raisons de capacités de surface limitées, ils doivent être asséchés encore davantage pour obtenir une stabilité de structure suffisante. En principe, trois méthodes peuvent être appliquées pour réduire encore la teneur en eau des résidus épaissis: • • • filtres-presses de module plan, représentant d'ordinaire plus de 1000 m² de surface de filtrage (voir Section 2.3.1.10) dans ces cas, lorsqu'une teneur en eau plus élevée est acceptable, des centrifugeuses à bol plein (voir également Section 2.3.1.10), utilisées par exemple pour assécher des résidus de flottation bassins de décantation (stockage provisoire dans des bassins, à savoir, autour de trois ans). L'assèchement au moyen de bassins de décantation est effectué comme suit : en phase une, le premier bassin est rempli de résidus épaissis qui commencent ensuite à se déposer. En phase deux, la sédimentation du contenu du bassin progresse, et en phase trois, les résidus asséchés 146 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 sont excavés soit par déposition sur des terrils, soit pour un usage externe, par exemple, en tant que matériau de construction. Selon les conditions climatiques, chaque phase peut durer jusqu'à un an. Cela signifie à son tour qu'un ensemble de bassins de sédimentation comprend d'ordinaire trois bassins adjacents ou plus. Dans les mines de charbon espagnoles le matériau grossier est mis au rebut sur des terrils ou utilisé comme matériau de remblai dans d'autres zones. Les boues de flottation sont soit : • filtrées et vendues, soit • filtrées et mises au rebut avec les résidus grossiers, soit • déchargées sous forme de boues dans des bassins de résidus. [84, IGME, 2002] 3.4.3.2.1 Terrils de résidus Comme le montre la figure suivante, au cours de l'année 2000, quelque 23,4 millions de tonnes de résidus, sur un total de 33,1 millions de tonnes, provenant des régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren ont été mises au rebut sur des terrils de résidus. Le développement avec le temps de la conception des terrils de résidus dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren est représenté sur la figure suivante. Figure 3.79 : Développement de la conception de terril de résidus dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren [79, DSK, 2002] Depuis les années 1970, la troisième génération de haldes de résidus – appelées constructions terrestres intégrées au paysage – a été établie. Depuis lors, ces terrils ont été acceptés comme des éléments du paysage essentiels dans les régions industrielles fortement peuplées de la Ruhr et de la Sarre en raison de leur valeur récréative et écologique élevée. Principalement, les résidus sont déchargés sur les terrils en couches. L'épaisseur des couches va de 0,5 à 4,0 m. Le tassement est obtenu au moyen des roues des camions et par le biais de rouleaux vibrants pour réduire, autant que possible, la pénétration d'oxygène ou de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 147 Chapter 4 précipitations dans le corps de la halde et minimiser ainsi, voire empêcher la génération de DA par oxydation de la pyrite. Par exemple, on décrit les terrils de résidus sur la houillère de Prosper Haniel dans la région de la Ruhr : Actuellement, l'exploitation du terril de résidus de Haniel est dans son étape finale alors que le déchargement sur le nouveau terril de "Schöttelheide" a commencé en 1998. Les deux installations sont appelées gestion de ”troisième génération” des installations de résidus (voir). Le tableau ci-après fournit quelques informations sur les tailles des deux terrils. Début des opérations Surface finale (ha) Surface actuelle (ha) Elévation finale (m au-dessus du sol) Elévation actuelle (m au-dessus du sol) Capacité globale (millions de m³) Capacité résiduelle (millions de m³) Terril de résidus de Haniel 1963 108 108 126 Terril de résidus de Schöttelheide 1998 66,7 10,0 62 99 5 57,3 15,8 6,3 15,2 Tableau 3.81 : Terrils de résidus sur la houillère de Prosper Haniel dans la région de la Ruhr Terril de résidus de Haniel L'aménagement de la section supérieure du terril de résidus a compris la construction sur le sommet d'un amphithéâtre ayant une capacité de 750 places assises. Aujourd'hui, ce terril de résidus représente une structure terrestre aménagée unique pour la région de la Ruhr avec un grand intérêt culturel. Contrairement à l'approbation de planification précédente, les flancs du terril sur lesquels était jusqu'ici prévue une forestation ne sont actuellement que semés. Ceci requiert, à son tour, plus de 20 ha de compensation forestière dans le voisinage du terril de résidus. Schöttelheide Pour l'autorisation du nouveau terril de Schöttelheide, les informations suivantes ont été collectées : • • 148 gestion de l'eau :  étude hydrologique, y compris modèle des eaux souterraines  concept de drainage pur la surface du terril de résidus  plan d'un système de drainage hydraulique/souterrain dans la zone de bordure du terril  étude des procédés hydrochimiques dans le système de drainage, par rapport à la sécurité opérationnelle  mesures de compensation pour une gestion de l'eau équilibrée, retenue et décharge des précipitations et du lixiviat émanant du terril de résidus déchargement :  plan de déchargement, y compris les calculs essentiels sur la stabilité structurelle et les affaissements  opinion d'expert sur la protection contre l'incendie pendant la phase de déchargement July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 • • • • • • émissions, immissions :  opinion d'expert sur les émissions et immissions de poussière  évaluation d'expert sur les émissions et immissions de bruit climat :  opinion d'expert concernant les effets possibles sur les conditions climatiques locales à proximité du terril de résidus étude de l'impact sur l'environnement : plans de développement régional :  plans de développement régional pour construire une structure terrestre aménagée comprenant un plan de modelage et de remise en culture  plans de développement régional pour voies de transport par camions de résidus récréation:  contrôle des activités récréatives sur l'emplacement de terrils de résidus foresterie:  transition de la zone boisée. Au début des travaux préparatoires, on a effectué la récupération de la terre végétale cultivable de l'ensemble du sol. Pour l'installation de Schöttelheide, la méthode de drainage en anneau est utilisée (voir figure 4.16). Au-dessus du système de drainage, un fossé court le long du pied de la halde, qui collecte les eaux de ruissellement de surface et les transporte vers les bassins de décantation. A l'exception de la zone ouest de l'installation de Schöttelheide, le sol sous-jacent est imperméable. Sur une petite surface seulement, la moraine de fond présente des "fenêtres" hydrologiques. Leur étanchéité est assurée au moyen d'un matériau de résidus compacté. Les eaux de ruissellement de surface, suintement et eaux souterraines sont collectées dans une lagune de retenue et déversées au moyen d'un pipeline sous pression dans la rivière Emscher. Pour documentation et évaluation des effets résultant des impacts sur le système de cycle des eaux souterraines, on emploie un système de surveillance complet, utilisant les mesures des précipitations ainsi que la surveillance de l'eau de surface et des eaux souterraines. A cette fin, de nouveaux puits d'observation ont été creusés. Cet ensemble de mesures permet à l'exploitant de discuter de changements possibles dans la composition des eaux souterraines avec des experts à tout moment et de prendre rapidement les mesures nécessaires. Le terril final comprendra deux sommets de terril, ayant des hauteurs de 52 et 62 mètres et dépassera légèrement les bois environnants. Seule la pente la plus basse est construite avec une inclinaison de 1:2 dans les zones forestières limitrophes. L'ensemble de la surface du terril sera rendu accessible par un grand système de pistes à des fins récréatives, qui est intégré dans l'environnement du terril. La surface sera couverte en partie par de la terre arable ; certaines parties resteront toutefois "noircies" par les résidus. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 149 Chapter 4 La plantation sera constituée d'arbres et arbustes autochtones, à savoir, des plantes qui peuvent être trouvées dans la zone environnante. La remise en culture devrait commencer dès que possible et se faire progressivement. Dans un soucis de culbutage et d'autres mesures de construction, par exemple, d'une lagune de retenue, environ 15 hectares de bois ont dû être coupés. Environ 46,6 hectares sont reboisés sur le terril lui-même et d'autres mesures de remplacement de forêt doivent être prises dans la zone environnante. Au RU, les terrils de résidus sont relevés à un profil approuvé par les autorités compétentes et une fois terminé, le sol et le paysage sont aménagés. Les eaux de ruissellement de surface et le déversement dans les cours d'eau doivent respecter des limites spécifiques pour minimiser les impacts sur la qualité de l'eau. Les résidus grossiers, d'ordinaire des centaines de milliers de tonnes par an, provenant des mines de charbon des régions d'Ostrava et Karviná sont transportés vers le terril sur des transporteurs à bande ou avec des camions. Dans d'autres cas, ils sont utilisés dans la remise en état d'anciens bassins de résidus ou pour l'aménagement des zones d'affaissement. [83, Kribek, 2002] 3.4.3.2.2 Bassins de résidus La fine boue issue de la flottation est souvent pompée vers des bassins de décantation (par exemple, suite à un affaissement du sol) ou des bassins artificiels. La sédimentation des résidus se produit dans plusieurs bassins en série. Les résidus sédimentés sont excavés périodiquement et remis en flottation ou vendus. Les trop-pleins clarifiés sont pour la plupart recyclés vers l'usine de traitement du minerai [83, Kribek, 2002], [84, IGME, 2002]. Bassin de Hahnwiese Le texte qui suit décrit les expériences tirées de l'exploitation d'un bassin de résidus de charbon dans une zone influencée par l'exploitation de charbon souterraine, à la fois dans le passé et pour le futur. Les caractéristiques techniques sont les suivantes : • • • • • • volume de la digue : 1,6 million de m³ la plus grande hauteur de la digue au-dessus de la strate de la vallée : 36 m longueur de la digue à travers la crête : 636 m largeur de la crête de la digue c. 40 m, prévue comme base pour les futures élévations pentes : 1:2 (côté eau/amont), 1:3 (côté air/aval) volume de retenue : 2,2 millions de m³. En calculant les éléments de mouvement du sol dans la zone prévue provenant des activités d'exploitation passées dans deux districts d'exploitation voisins, on a tenu compte des effets suivants : Elément de mouvement du sol Affaissement, m Allongement Compression (mm/m) (mm/m) Quantité max. affectant la zone d'étude ~4 m au niveau de la crête de digue ~5.5.m au niveau du pied de digue 2 - 8 mm/m 2 - 4 mm/m dans la zone de la digue Tableau 3.82 : Effets sur l'IGR résultant des activités minières passées 150 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 En outre, les effets des activités minières futures ont été pris en considération. Etudes supplémentaires dans le processus de planification incluses : • • évaluation des conditions de subsurface géologique, y compris une analyse des systèmes de fracture existants développement d'un modèle d'eaux souterraines. La digue est une digue étagée avec un cœur amont et un système de drainage de filtre. Un système de tranchée parafouille constitué d'un empilement de feuilles emboîtées aux jonctions (”lèvre d'étanchéité”) représente l'élément d'étanchéité central. Un rideau d'étanchéité vise à empêcher les infiltrations en dessous de la digue. Ce système permet de bien maîtriser les déformations provenant des mouvements du sol liés à l'exploitation minière. Le concept de digue pour les structures de retenue exposées à des mouvements du sol liés à l'exploitation minière vise à permettre des situations dangereuses en installant un système de contrôle redondant. Les programmes de mesures et d'observation sont des moyens importants pour identifier les irrégularités au niveau de la structure de retenue ainsi que pendant les opérations. Seule une identification précoce permet de prendre des mesures directes et d'empêcher des endommagements majeurs des systèmes du bassin de résidus. Les mesures concrètes permettant d'améliorer les situations au détriment de la sécurité et de la stabilité opérationnelles sont énumérées ci-après. Source de Observation problème G + M Mobilité des eaux souterraines élevée dans les zones de digue, sous terre G+M M G M M Observé par ou au Risque résultant niveau de Points de jaugeage Pertes d'eau du nappe phréatique, bassin, problèmes station de jaugeage d'érosion hydraulique Mesures possibles, suivi Couches de boue et/ou injections, décharge de boue directionnelle, installation de bancs de décharge de boue Montée de l'eau en Stations de jaugeage Affouillement, Mesures d'étanchéité en dessous de la digue en conjugaison avec déchaussement, sous-sol, rideau trop-plein de érosion régressive d'étanchéité, contrôles de drainage drainage Après allongement Stations de Imperfection du joint Si possible, nouvelle du joint central : jaugeage, drainage central, érosion étanchéisation du cœur, montée des eaux sur éventuellement nettoyage le côté de digue en du drainage, renforcement aval, ligne de du pied de la digue, saturation couches de matériau approprié après relèvement de la ligne de saturation Sédimentation dans Inspection avec Ecoulement d'eau Rinçage/nettoyage, tuyaux de drainage caméra TV réduit jusqu'à l'eau de élimination des sédiments sous-bac, et affectant par moyens mécaniques ainsi la ligne de ou chimiques (par saturation dans la exemple, solution acide) digue Affaissement, Mesures de niveau, Trop-plein au niveau Relèvement de la digue, si glissement de jaugeage de la crête de digue nécessaire, en étendant un terrain, tassement de joint central interne (incl. la digue en terre déversoir) Taquets, fissures, Observations Affouillement, Remplissage ou scellage ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 151 Chapter 4 joints de contraction souterrains, dans la zone de la digue et de la retenue M M Mouvement au niveau de l'aboutement du pont de déversoir Mouvement au niveau des raccords des ouvrages de vidange visuelles, mesures linéaires, si nécessaire étude topographique du lit du bassin Observations visuelles, mesures d'inclinaison, mesure de position Mesures spéciales au niveau des déversoirs/pipelines M Mouvement du déversoir Mesure de la position/inclinaison M Mouvements au niveau des éléments de sécurité du pipeline de résidus (tendeur) Précipitations dans les tuyaux de sortie de drainage Contrôle géométrique du tendeur G G+M Indications de défaillance de la digue en terre érosion avec matériau imperméable (par exemple, mousse) Perte du moment de Adaptation de support nécessaire du l'aboutement du pont pont déversoir Endommagement des raccords du déversoir, déversement d'eau dans la tranchée de pipeline, dérivation, érosion régressive Dommages au niveau de la liaison au pipeline, dérivation Fuite, érosion régressive Inspection avec caméra TV Réduction du diamètre du tube, blocage/eau de sousbac suivie par érosion Criques dans la Défaillance de la digue avec érosion digue, affaissement de régression rapide de la digue en conjugaison avec une défaillance des éléments de joint et drainage Amélioration du pipeline, si nécessaire en insérant un revêtement interne Amélioration du pipeline, si nécessaire en insérant un revêtement interne Réajustement du pipeline dans les limites du tendeur Rinçage, nettoyage mécanique Evacuation rapide d'urgence via le déversoir (vers le niveau de boue) Source d'inquiétude : G: général, donné par les circonstances et les opérations M: provoqué par les activités minières Tableau .2: Bassins de résidus influencés par les mouvements du sol liés à l'exploitation minière : Catalogue des risques potentiels et contre-mesures 3.4.3.3 Sécurité de l'IMF et prévention des accidents La région d'Ostrava et Karviná présente un fort risque sismique. Par conséquent, les événements sismiques sont surveillés [83, Kribek, 2002]. 3.4.3.4 Fermeture du site et entretien après fermeture En principe, cinq types d'utilisation consécutive d'emplacements de culbutage sont courants dans les régions de la Ruhr, la Sarre et d'Ibbenbüren: • • • • • 152 utilisation forestière utilisation agricole installations à des fins de loisir et de récréation biotopes secondaires nouvelles zones industrielles. July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 La disponibilité en terre est très limitée dans les zones fortement peuplées des gisements houillers de la Ruhr et la Sarre. Les zones utilisées à des fins industrielles telles que pour la gestion des résidus doivent être réintégrées dans le paysage aussi rapidement que possible. Les résidus déchargés sont échantillonnés immédiatement après déchargement, au bout de deux ans et au bout de trois ans si nécessaire. Pour chaque 2500 m² de zone de déchargement, trois échantillons de profondeurs entre 0 et 20 cm sont prélevés et mélangés pour obtenir un échantillon mixte représentatif. Un échantillon est prélevé à une profondeur entre 40 et 50 cm. L'étude du matériau d'échantillon comprend la détermination d'une valeur de pH pour identifier le degré d'acidification, la teneur en soufre totale (premier échantillon) et la teneur d'alcalinité totale. Pour les seconds échantillons, les teneurs en P2O5, potassium, calcium et magnésium accessibles aux installations sont déterminées. Ces résultats sont pris en compte pour la couverture de sol et la revégétation. [79, DSK, 2002] L'utilisation consécutive d'un emplacement de résidus résulte d'une considération équilibrée des aspects écologiques, environnementaux, récréatifs et économiques. Comme le montre l'exemple d'un amphithéâtre (Bergtheater (”théâtre de la montagne”)) érigé sur le terril de résidus de Haniel, des aspects culturels et sportifs peuvent être pris en compte. D'autres exemples incluent une grande structure de hall construite sur le terril de résidus de Prosperstrasse pour le ski, et l'emplacement exposé d'un monument d'art, tel que le Tetraeder (”tétrahèdre”) on la structure au paysage aménagé de Beckstrasse. Les terrils de gestion de résidus dans les zones houillères en Allemagne sont souvent conçus par des architectes paysagistes qui tiennent compte de nombreuses idées du public. Le reverdisssement en cours pendant l'exploitation peut être accéléré par différentes mesures (voir Section 4.3.6). Après réalisation des zones de pente, on sème de l'herbe à la surface de la halde. La couche d'herbe permet d'intégrer le terril dans le paysage, d'empêcher une érosion importante et contribue à la formation d'humus dans la couche arable la plus élevée. La taille et la composition du mélange de semences dépendent de la situation locale au niveau des haldes individuelles, de la structure du sol et des influences climatiques. Pour un semis humide, de l'eau est utilisée comme véhicule. En dehors de la semence, des engrais, des agents d'amélioration du sol et du paillis, mélangé avec de l'eau, peuvent également être appliqués. Ensuite, des arbustes et arbres sont choisis uniquement après évaluation des études de sol. La sélection des plants et la conception du schéma de plantation sont effectuées en coopération étroite avec les autorités forestières. Les plants, dans la plupart des cas, sont issus d'une pépinière après une période de croissance de trois ans et plantés selon un espacement compris entre 1 m x 2 m et 1 m x 1 m. Outre les mesures de végétation décrites plus haut, en aménageant des biotopes humides et secs, de petits cours d'eau ainsi qu'en créant des zones laissées au processus d'évolution naturel, la remise en état des régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren vise à créer la base d'une variété d'habitats pour la flore et la faune. [79, DSK, 2002] Un plan de fermeture régional pour l'aménagement paysager des mines et la région des installations de résidus dans la région d'Ostrava et Karviná a été mis au point [83, Kribek, 2002]. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 153 Chapter 4 3.4.4 Gestion des stériles Les petites quantités de stériles issues de l'exploitation minière sont gérées avec les résidus grossiers sur les terrils. Normalement, les stériles provenant des mines à ciel ouvert du RU sont gérés sur des terrils provisoires selon les exigences techniques de la réglementation datant de 1999 sur la santé et la sécurité dans les carrières – code de pratique approuvé. Après élimination des dépôts de charbon, les stériles sont ensuite remis dans la zone vide et remis en état selon le permis de construire. Il est à noter que l'élimination de la surcharge du site est normalement spécifiquement interdite par l'autorité de planification en matière de minerais. Les terrils de stériles sont relevés à un profil approuvé par les autorités de planification en matière de minerais au RU et une fois terminé, le sol et le paysage sont réaménagés. Les eaux de ruissellement de surface et le déversement dans les cours d'eau doivent répondre aux limites spécifiées pour minimiser les impacts sur la qualité de l'eau. 3.4.5 3.4.5.1 Niveaux actuels d'émission et de consommation Gestion de l'eau et des réactifs Les réactifs utilisés dans la flottation du carbone sont des mélanges, dont la composition est uniquement partiellement connue. En outre, ils sont sujets aux variations de tout produit dues aux processus de raffinage à grande échelle. Dans la plupart des cas, des mélanges de certaines fractions d'huile légères (collecteurs) ou d'alcools (moussants) avec des émulsifiants sont utilisés. Les réactifs de flottation utilisés peuvent contenir des traces de 50 substances différentes. Alors que les teneurs en sel et en métal du charbon et leur lixiviation sont bien connues, ce n'est pas le cas de la teneur en substances chimiques organiques. On considère que la plupart des contaminants s'accumuleront sur les résidus de flottation fins en raison de leur large surface spécifique. Les contaminants organiques peuvent provenir des réactifs de flottation, comme susmentionné, mais également des huiles hydrauliques utilisées dans l'exploitation minière. Les procédés classiques d'analyse de la teneur des substances chimiques organiques dans les résidus de charbon sont sujets à erreur, tout d'abord parce qu'ils ne sont pas adaptés à de telles petites concentrations, mais également car ces procédés dissolvent les hydrocarbures naturellement présents. Cependant, par traçage radioactif (à savoir, en utilisant 14C), on peut montrer que 1 kg de résidus de flottation contient 120 mg de réactifs de flottations. Cette "charge" diminue avec l'augmentation des teneurs en cendres des résidus. [102, Diegel, 1994] Bien que les réactifs de flottation puissent s'accumuler sur la surface de résidus fins, ils restent immobilisés. En utilisant une surveillance à long terme des eaux de ruissellement de surface et de percolation des terrils de résidus, on a démontré qu'aucune contamination de l'eau n'était liée aux constituants organiques des réactifs de flottation. Ceci est attribué à la liaison étroite des composants organiques et à la construction compactée de l'ensemble du terril. 154 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Dans les usines de traitement de charbon dur allemandes, des réactifs de flottation basés sur hydrocarbures ou alcools sont appliqués. Pour la floculation, des réactifs basés sur polyacrylates ou polyacrylamides sont utilisés. Outre le charbon fin, la liste suivante contient certains réactifs types utilisés dans les usines de traitement du minerai de charbon aux EU: • floculants anioniques ou cationiques • chaux • amidons naturels et modifiés • amidon caustique • acide sulfurique en tant qu'ajusteur de pH • alu (sulfate d'aluminium) en tant qu'ajusteur de pH • ammonium anhydre. [81, MSHA, 2002] Les eaux clarifiées des bassins dans la région d'Ostrava et Karviná sont réutilisées dans l'usine de traitement du minerai. L'eau en excédent est déversée dans les eaux de surface. En flottation, l'agent Flotalex, qui est un mélange d'alcools et d'huile minérale, est utilisé en concentrations de 0,25 – 0,35 kg/t. En tant que floculant, un agent organique basé sur le polyacrylamide est ajouté. [83, Kribek, 2002]. 3.4.5.2 Rejets atmosphériques Pour minimiser les émissions de poussière et de bruit des opérations de transport et d'étalement des résidus déchargés, des rampes et établis sont transférés dans la zone interne du terril aussi loin que possible et sont protégés par des remblais ou creux [79, DSK, 2002]. 3.4.5.3 Rejets aquatiques Les résidus fins issus de la flottation sont souvent gérés dans des bassins (par exemple, région d'Ostrava et Karviná). La plus grande partie des eaux clarifiées est réutilisée dans les usines de traitement du minerai. Cependant, dans certains cas, l'eau en excédent est déversée dans les eaux de surface. Les quantités de déversement par an et les concentrations d'émissions des eaux de surface sont indiquées dans le tableau ci-après. Paramètre Décharge COD BOD Matière soluble totale1 Sels inorganiques solubles2 Matière non soluble Total P N-NH4 Cl SO4 PO4 Unités Mm3 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Paskov 0,2 22208 Site Lazy 1,6 19,19 4,34 Dukla 4,0 50,91 6,54 CSM 0,27 1920,2 20,65 7166 9,88 20,58 285,4 0,33 382,5 290,5 0,055 0,2 1,48 CSA 2,0 16985 2333 1310 687833 131667 0,04 0,06 204,5 juillet 2004 155 Chapter 4 Phénols Fe Mn Hg Cd CN total FN PH mg/l mg/l mg/l μg/l μg/l μg/l mg/l 0,1 0,9 0,5 6 0,1 8 0,17 0,09 0,22 0,14 <0,005 <0,005 8 7,61 1 matière soluble (pas en suspension) totale (organique et inorganique) obtenue à partir de l'échantillon après filtrage et lavage avec de l'eau distillée 2 les sels inorganiques solubles sont déterminés après oxydation de la fraction de matière soluble totale avec du H2O2 en utilisant la méthode gravimétrique Tableau 3.84 : Quantité de décharge et concentrations d'émissions provenant de bassins de résidus dans la région d'Ostrava et Karviná en 2000 [83, Kribek, 2002] 156 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 4 TECHNIQUES A PRENDRE DETERMINATION DES MTD EN COMPTE LORS DE LA Ce chapitre présente un certain nombre de techniques de prévention ou de réduction des émissions, ainsi que des techniques permettant de prévenir les accidents ou d'en diminuer le nombre conformément à la Section 6.3 de la Communication (COM (2000) 664). Toutes ces techniques sont actuellement disponibles et appliquées. 4.1 Principes généraux Si l'exploitation dans son ensemble (mine, usine de traitement du minerai, installations de gestion des résidus et des stériles) est conçue en fonction des caractéristiques des résidus et des stériles, et compte tenu des différentes interactions chimiques, physiques et biologiques liées à l'influence de l'extraction et du traitement, cela permet alors de limiter les problèmes environnementaux liés à la gestion des résidus et des stériles et de diminuer les coûts [21, Ritcey, 1989]. En outre, la gestion des résidus et des stériles, et notamment la gestion de l'eau, est généralement une partie intégrante du cycle de vie complet d'une exploitation, aussi fondamentale que l'extraction en elle-même [45, Euromines, 2002]. Une bonne gestion des résidus et des stériles comporte une évaluation des différentes solutions pour : • • • limiter le plus possible le volume des résidus et des stériles produits au départ, notamment par un choix judicieux de la méthode d'exploitation (à ciel ouvert/souterraine, différentes méthodes d'exploitation souterraine) multiplier les occasions d'utiliser autrement les résidus et stériles, par exemple :  comme agrégats  dans la restauration d'autres sites miniers  comme remblais conditionner les résidus et stériles lors du traitement pour réduire autant que possible les risques pour l'environnement ou la sécurité, notamment grâce à  la dépyritisation  l'adjonction de matériaux neutralisants. Le moyen le plus efficace pour réduire les quantités de stériles est d'extraire le minerai par voie souterraine et non dans une mine à ciel ouvert. L'exploitation à ciel ouvert peut présenter des avantages économiques par rapport à l'exploitation souterraine, laquelle modifie complètement ce qui est minerai et ce qui est minéralisation. De ce fait, il est souvent possible d'utiliser une portion nettement plus importante du gisement si on applique l'extraction à ciel ouvert. Toutefois, comme on le voit à la Section 2.1, de nombreux aspects sont à prendre en compte au moment de décider de la méthode d'extraction à employer, exploitation à ciel ouvert, exploitation souterraine ou des associations de ces deux principales solutions. L'un de ces aspects est la production et la gestion des stériles, tandis que la sécurité, les conditions de travail, les coûts, l'optimisation de l'utilisation des ressources, la stabilité, la forme géométrique et la profondeur du gisement, sont autant d'exemples des autres aspects qui influent également sur la décision lors de l'évaluation des méthodes d'exploitation. Quelle que soit la méthode employée, il n'est pas de l'intérêt de l'exploitant de produire plus de stériles que nécessaire, car la gestion des stériles est consommatrice de ressources et représente un coût pour la société minière, avec peu ou pas de bénéfice pour la société elle-même. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 157 Chapter 4 On procède généralement à une analyse de risque, afin d'évaluer les techniques employées et de s'assurer que ce sont les plus appropriées aux circonstances spécifiques, pour les aspects environnement, sécurité, technique et ingénierie. Afin de déterminer les raisons possibles d'une rupture d'une installation de gestion des résidus (IGR) et empêcher ainsi tout effondrement futur, la question sous-jacente qui doit être envisagée est “que se passerait-il si cela devait arriver ?” (en anglais, "what if ?"). Cela implique qu'il faut envisager plusieurs scénarios et, en fonction de l'intervention d'urgence en cas impact, mettre au point des plans et surtout, c'est là l'essentiel, que ces plans soient connus et compris des personnels. Les résidus et stériles qui ne peuvent être évités (en raison de l'accessibilité au gisement, pour des raisons de sécurité, etc.) et qui ne conviennent pas à d'autres utilisations (par exemple à cause de leurs propriétés physiques ou chimiques, de leur coût de transport, de l'absence de marché) nécessitent une politique de gestion adaptée, qui visera : • • • à assurer une gestion des résidus et des stériles sûre, stable et efficace, avec un risque réduit de rejets accidentels dans l'environnement à court, moyen et long terme à réduire autant que possible les quantités et la toxicité d'éventuelles eaux de rejet/d'infiltration contaminées provenant de l'installation de gestion à réduire progressivement les risques dans le temps. Si les résidus et stériles produits sont de plusieurs types, les séparer par type peut faciliter leur éventuelle récupération future en vue d'une autre utilisation ou à des fins de retraitement ; en revanche, mélanger les différents types de résidus et/ou de stériles pourrait devenir une bonne solution de gestion environnemental si elle permettait, par exemple, de réduire au minimum le drainage acide (DA). 4.2 Gestion du cycle de vie Une diminution effective du risque d'accident ne peut avoir lieu que si l'exploitant s'engage à appliquer de manière appropriée et avérée les techniques d'ingénierie disponibles à la conception, à l'exploitation et à la fermeture de ses IGR sur l'ensemble de leur cycle de vie. 4.2.1 Phase de conception Pour une gestion des résidus et des stériles responsable au plan de l'environnement, il est important que l'exploitation comporte dès le départ un projet de fermeture et que l'on veille en particulier à quantifier le fonctionnement et les conséquences à long terme sur l'environnement de l'installation de gestion des résidus et/ou des stériles. La figure ci-après illustre le flux d'information relatif à un "projet de fermeture". 158 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 4.1 : Illustration du flux d'information pour un "projet de fermeture" Cette section décrit les éléments à prendre en compte lors de l'étape de conception d'une IGR ou d'une installation de gestion des stériles (IGS). Sauf indication contraire, ces informations sont extraites du "Canadian guide to the management of tailings facilities”, [18, Mining Association of Canada, 1998], du “Framework for mining waste management” [45, Euromines, 2002] et de contributions orales par des membres du Groupe de travail technique (GTT). 4.2.1.1 Ligne de référence en matière d'environnement Les paragraphes suivants récapitulent les éléments qu'il convient de prendre en compte au moment de collecter et d'organiser les informations de référence en matière d'environnement qui serviront au choix, à la conception et à l'exploitation d'un site. Ces mêmes informations de référence sont importantes pour l'élaboration de plans de fermeture et de programmes de surveillance de l'environnement. Des listes plus complètes figurent dans les consignes d'évaluation environnementale spécifiques. • ressources existantes et leur utilisation - il convient d'identifier les ressources existantes et l'aménagement des sols à l'intérieur du périmètre de l'installation de gestion des résidus et dans la zone d'impact potentiel plus étendue, et notamment :  utilisation des sols et de l'eau :  l'utilisation actuelle et traditionnelle, y compris à des fins de loisirs, de parcs, d'habitation, comme sources d'eau potable, pour des considérations archéologiques, minières, diagraphiques, agricoles, de chasse et de pêche  régime foncier :  établissement du droit d'acquisition du terrain nécessaire à l'aménagement d'une IGR/IGS  identification de la propriété foncière et des droits d'exploitation du minerai ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 159 Chapter 4 • données scientifiques de référence - il convient de rassembler des données scientifiques de référence en matière d'environnement concernant la zone prévue pour la gestion des résidus, et notamment :  données physiques :  climat (température, vent, précipitations, évaporation, crues périodiques, eaux de ruissellement pluviales, qualité de l'air)  eau (hydrologie, délimitation des bassins versants et schémas d'écoulement, écoulement fluvial, bathymétrie, caractéristiques hydrogéologiques et qualité des eaux souterraines, qualité des eaux de surface et des sédiments)  reliefs  géologie et géochimie (formations superficielles (type, emplacement, densité, perméabilité), stratigraphie, géomorphologie, minéralogie, teneur en éléments de fond)  topographie (cartes topographies régionales et détaillées, photographie aérienne stéréo, imagerie par satellite)  sols (prélèvement et caractérisation des sols)  risques naturels (glissements de terrain, avalanches, événements sismiques, possibilité d'inondation, action du gel)  informations relatives à d'anciennes mines situées à proximité ou en dessous de l'IGR/IGS •  données biologiques :  identification de l'écosystème  étude terrestre (flore, pâturages naturels, faune, espèces en danger et menacées, espèces migratoires)  étude aquatique (benthos, macro-invertébrés, poissons, plantes aquatiques) données socioéconomiques de base - il convient de rassembler des données socioéconomiques concernant la zone prévue pour la gestion des résidus, et notamment :  contexte historique  population  économie régionale (santé, éducation, culture, démographie)  identification des questions socioéconomiques susceptibles d'être soulevées par le projet de résidus. Une étude de base est généralement établie dans le cadre de l'évaluation des effets sur l'environnement (Environmental Impact Assessment - EIA). Cette étude de base identifie l'éventail des ressources susceptibles d'être mises en danger par un site et fournit des données descriptives de ces ressources. Elle fournit ainsi des mesures à partir desquelles il est possible de prévoir les effets sur l'environnement d'un projet proposé et une base de données par rapport à laquelle il est possible d'estimer les changements futurs de la qualité de l'environnement [25, Lisheen, 1995]. Une étude de base bien réalisée fournit également des données précieuses pour la conception, l'agencement et la planification ultérieurs du site. Il est à noter, toutefois, que le contenu d'une étude de base doit être établi au cas par cas. Par exemple, sa portée va dépendre de type et de l'ampleur de l'exploitation proposée. Une mesure des niveaux de métaux n'aura probablement aucune pertinence si toute pollution métallifère peut être exclue d'emblée. 160 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 L'annexe 3 montre un exemple réel de la portée d'une étude de base récemment effectuée. 4.2.1.2 Caractérisation des résidus et des stériles Pour une gestion correcte des résidus et des stériles, une bonne caractérisation de ces déchets est indispensable. Les résultats de cette caractérisation vont déterminer le mode de gestion des résidus et des stériles pendant l'exploitation (technique de dépôt, mesures de protection etc.), lors de la fermeture (exigences et techniques de fermeture) et lors de la phase d'après fermeture (prévision du comportement à long terme). Théoriquement, les résidus et les stériles doivent être correctement caractérisés avant le lancement de l'exploitation et les résultats obtenus doivent être pleinement intégrés à la conception des installations de gestion et des plans de gestion. Cette caractérisation porte sur les caractéristiques physiques et chimiques qui permettent de prévoir les caractéristiques de dissolution/altération (rejet d'éléments) à court, moyen et long terme ainsi que le comportement géotechnique. Pour ce travail, qui s'effectue souvent en plusieurs phases selon les résultats obtenus, on utilise une série de méthodologies qui vont d'une analyse relativement simple à des modèles d'interprétation et des modèles prédictifs complexes, en passant par des expériences de lixiviation plus poussées. Les caractérisations suivantes du minerai, des stériles (s'ils servent à construire des digues ou s'ils sont gérés dans la même IGR), des résidus et du traitement du minerai sont utilisées pour la conception d'une IGR/IGS : • • 14 caractérisation du minerai et des stériles :  volumes des réserves  minéralogie  propriétés chimiques  propriétés physiques et techniques  potentiel acidifiant  contaminants susceptibles d'être lixiviés  minerai et évolutions de la qualité du minerai pendant toute la durée de vie de la mine  quantités et calendrier d'extraction du minerai pauvre et de la roche de mine  essais cinétiques  distribution granulométrique  propriétés hydrologiques 14 caractérisation des résidus, y compris une description générale des caractéristiques physiques et chimiques, par exemple :  débit journalier/annuel et quantité totale  distribution granulométrique  résidus boueux ou solides, densité de la pulpe (pourcentage de matières solides)  densité des matières solides  stabilité/plasticité  chimie en phase liquide  potentiel acidifiant  caractéristiques géochimiques (teneur en métaux, comportement à la lixiviation) Les propriétés minéralogiques et hydrologiques sont essentielles à la réalisation de prévisions de géochimie, de qualité de l'eau, de réactivité et des estimations de charge de masse (Walder et al. in prep., Environmental Geochemistry of Ore deposits, pp 250) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 161 Chapter 4 •      eau interstitielle comportement en consolidation essais cinétiques minéralogie propriétés hydrologiques 15. caractéristiques du traitement du minerai :  réactifs utilisés, leurs concentrations et leurs quantités  critères de recirculation de l'eau  procédés de traitement de l'usine de traitement du minerai (notamment destruction du cyanure)  autres afflux dans le bassin de résidus  canalisations et structures associées  possibilité de remblayage en fosse/souterrain  rapport de la gestion des résidus en surface au remblai. [18, Mining Association of Canada, 1998] Mettre en œuvre des techniques efficaces de gestion des résidus et des stériles implique qu'il faut prévoir de manière précise comment ces résidus minéraux vont se comporter dans la nature. Un grand nombre de procédures d'essai et d'outils de prédiction sont utilisées dans le monde pour caractériser les déchets miniers et évaluer le potentiel des résidus et stériles miniers à produire de l'acidité et/ou des effluents contaminés par des métaux. La fiabilité de ces outils dépend de la prise en compte d'un grand nombre de variables et de facteurs chimiques et minéralogiques importants qui interviennent dans l'élimination des déchets, ainsi que de la mise au point de techniques normalisées et entièrement documentées pour la caractérisation des déchets et autres matériaux miniers. Un résumé des méthodologies disponibles pour la caractérisation géotechnique et géochimique des résidus et des stériles est présenté à l'annexe 4. Pour prévoir la qualité et le débit probables des eaux de drainage, on associe ces résultats de caractérisation aux données correspondantes (autrement dit, aux données physiques recueillies pour l'étude de base) d'un site spécifique. Leur interprétation prend en compte les différents effets d'échelle entre le laboratoire et le terrain. Il est courant d'utiliser des modèles informatiques pour prévoir le comportement de différentes options de gestion. 4.2.1.3 Etudes et plans relatifs aux IGR/IGS Cette section résume les études et plans qui ont été élaborés lors de la conception d'une IGR/IGS réelle à un niveau de détail suffisant par rapport à chaque stade (définition du concept, stades préliminaire et détaillé de la conception) puis entretenus pendant toute l'exploitation du site et lors de sa fermeture : • • • • • 15 162 documentation sur le choix du site évaluation des effets sur l'environnement analyse de risque plan de préparation à une intervention d'urgence plan de dépôt Les propriétés minéralogiques et hydrologiques sont essentielles à la réalisation de prévisions de géochimie, de qualité de l'eau, de réactivité et des estimations de charge de masse (Walder et al. in prep., Environmental Geochemistry of Ore deposits, pp 250) July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 • plan de régime hydrique et de gestion de l'eau, et • plan de déclassement et de fermeture. Les contenus des plans susmentionnés ne représentent que les exigences minimales. Dans la pratique, d'autres aspects devront éventuellement être inclus, au cas par cas. [18, Mining Association of Canada, 1998] Les éléments recensés ci-dessus vont maintenant être détaillés. Choix d'un site L'exploitant choisit un site privilégié et élabore un argumentaire documenté justifiant ce choix, notamment une présentation des autres sites étudiés et refusés. Il doit en outre identifier les différentes questions liées à la façon dont le public perçoit le projet (autrement dit, les exigences des acteurs internes et externes). Les questions à prendre en compte lors du choix d'un site sont les suivantes : • • aspects environnementaux :  exigences relatives au traitement des effluents  rejets dans les eaux de surface  rejets dans les eaux souterraines (confinement hydrogéologique)  utilisation traditionnelle du bassin versant récepteur  contexte environnemental  effets sur la végétation, la vie animale et la vie aquatique  flore et faune naturelles  aspects archéologiques  rejets atmosphériques éventuels  aspects visuels  bilan hydrique conceptuel aspects relatifs à la planification :  accessibilité (construction de routes)  distance par rapport à l'usine de traitement du minerai  élévation relative par rapport à l'usine de traitement du minerai  distance par rapport aux zones d'habitation et d'activité humaine  topographie  utilisation actuelle des sols et des ressources  propriété des terrains et droits à l'exploitation du minerai  couloirs de transport, lignes électriques, etc.  aspects liés au bassin versant et à la superficie  capacité volumétrique  rapport entre le volume et la capacité de stockage du bassin  géologie, y compris gisements potentiels  disponibilité des matériaux de construction  conflit avec l'activité minière  état des fondations des digues  état des fondations du bassin  risques en aval  hydrologie  eaux souterraines, infiltration de contaminants  zone potentielle d'impact  risque pour les hommes et pour l'environnement  plan de gestion de l'eau et bilan hydrique préliminaire  plan d'exploitation ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 163 Chapter 4 • •      plan de dépôt confinement préliminaire et structures de gestion de l'eau estimation préliminaire des coûts basée sur des considérations préliminaires évaluation conceptuelle des risques évaluation des risques pour la santé et la sécurité aspects liés au déclassement et à la remise en état :  exigences relatives au détournement des eaux de crue  possibilités de reverdissement  stabilité physique et chimique à long terme  facilité d'établissement d'un drainage permanent  réduction et/ou maîtrise du drainage acide et des autres contaminants  réduction des poussières  exigences d'entretien, de surveillance et de traitement à long terme aspects liés aux coûts de développement, d'exploitation et de fermeture :  coût d'investissement  coût du transport des résidus  coût d'exploitation et d'entretien d'une installation de gestion des résidus  coûts de fermeture  coût par tonne de minerai transformé. Évaluation des effets sur l'environnement Pour pouvoir obtenir une autorisation des intéressés et des autorités de réglementation pour l'implantation d'une nouvelle IGR/IGS, il faut souvent procéder, et c'est d'ailleurs une exigence légale, à une Évaluation des effets sur l'environnement (Environmental Impact Assessment - EIA). Dans les États membres de l'UE, l'EIA est régie par la Directive du Conseil 97/11/CE du 3 mars 1997 16 modifiant la Directive 85/337/EEC du 27 juin 1985, sur l'évaluation des effets de certains projets publics et privés sur l'environnement 17. La Directive permet aux États membres de décider si certaines activités nécessitent ou non une EIA. Toutefois, selon l'annexe I de la Directive, les carrières et les mines à ciel ouvert dont la surface du site dépasse 25 hectares ont l'obligation de procéder à une EIA. L'annexe II de la Directive stipule qu'il appartient aux États membres de décider si les mines souterraines ainsi que les petites carrières et mines à ciel ouvert doivent faire l'objet d'une EIA. Les renseignements que doit fournir l'exploitant dans une EIA sont décrits à l'annexe IV de la Directive sur l'EIA. Le site Internet http://europa.eu.int/comm/environment/eia/home.htm fournit de nombreux renseignements et conseils à propos des EIA. Les études de base déterminent quelles sont les conditions existantes au moment où un nouveau site entre en exploitation. Elles constituent donc une base pour une éventuelle identification et évaluation consécutive des effets. La portée détaillée de l'étude de base et de l'évaluation des effets sur l'environnement est généralement définie par une évaluation de portée effectuée par l'autorité de délivrance des autorisations. Elle peut également, parfois, être complétée par une prise de contact avec d'autres protagonistes. Le processus d'évaluation des effets sur l'environnement nécessite l'intégration de connaissances concernant le projet tel qu'il est conçu, les milieux naturel et social dans lequel il se situe, et les préoccupations de la municipalité et des protagonistes. Au stade de 16 JO N° L 073 du 14 mars 1997 17 JO N° L 175 du 05 juillet 1985 164 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 l'évaluation des effets sur l'environnement, les installations de gestion des résidus vont généralement être des composants d'un projet intégré plus large. La liste ci-après résume quelques-uns des aspects les plus importants liés aux résidus, qui doivent être abordés lors d'une évaluation des effets sur l'environnement : • • • • ligne de référence en matière d'environnement aspects relatifs aux résidus de l'usine de traitement du minerai choix du site de l'installation de gestion des résidus et des stériles, avec un argumentaire clairement documenté justifiant le site choisi aspect conceptuel de l'installation de gestion des résidus et des stériles. L'évaluation des effets sur l'environnement traite des effets prévisibles de l'installation de résidus et/ou de stériles sur l'environnement, et notamment : • • • • • • • • • • • • • • • effets physiques physiographie climat et effets possibles de modifications climatiques qualité de l'air bruit hydrologie hydrogéologie qualité de l'eau effets biologiques vie aquatique végétation vie animale effets au plan archéologique effets socioéconomiques effets sur l'aménagement des sols. Evaluation des risques De nombreux passages du chapitre 3 montrent clairement que les techniques appliquées pour empêcher les accidents reposent sur la gestion des risques. Par ailleurs, du fait de la modification de la Directive Seveso II 18 et de l'initiative sur la gestion des déchets de l'industrie extractive, l'analyse de risque est amenée à devenir, dans un avenir proche, une exigence légale pour certaines installations de gestion des résidus et des stériles, voire pour toutes. La gestion globale des risques implique un examen des risques individuels des exploitations, étroitement liés aux caractéristiques des résidus et des stériles, à leurs propriétés physiques et chimiques, ainsi qu'à d'autres facteurs clés comme la nature du minerai et les caractéristiques du site. Dans des circonstances particulières, il est alors possible de choisir les méthodologies les plus rentables pour faire baisser le risque de danger à un niveau acceptable. Comme l'explique la Section 4.2.3.1, dans certains cas les IGR ou les IGS sont classées, par exemple, par rapport aux conséquences d'une éventuelle rupture de digue. 18 Directive du Conseil 96/82/CE du 9 décembre 1996 concernant la maîtrise des dangers liés aux accidents majeurs impliquant des substances dangereuses ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 165 Chapter 4 Une analyse de risque consiste non seulement à identifier les "sources de risque" mais également à évaluer les probabilités qu'un accident se produise et la gravité des conséquences probables d'un tel accident. Par conséquent, il est évident que l'analyse de risque doit servir de base à l'élaboration de toute politique de gestion des risques et de la totalité des plans d'action et procédures qui s'ensuivront (notamment en terme de communication, de prévoyance, d'atténuation des effets et d'intervention en cas d'urgence). Le risque doit en principe être évalué (et géré) d'un bout à l'autre de chaque phase du cycle de vie de l'IGR/IGS. Toutefois, l'intensité de cette évaluation peut varier d'un stade à l'autre, en fonction des objectifs de l'analyse, de la complexité du problème abordé et de la quantité d'informations dont on dispose. De manière générale, une évaluation du risque aborde les aspects suivants : Portée et objectif de l'évaluation A ce stade, tous les protagonistes de l'analyse de risque sont identifiés. Equipe d'analyse de risque Il faut une équipe d'analyse de risque expérimentée et pluridisciplinaire pour pourvoir déterminer les modes de défaillance potentiels, les probabilités et les conséquences d'un éventuel accident. Cette équipe est généralement constituée du concepteur de l'IGR/IGS, de l'entrepreneur de construction, des exploitants, des équipes environnementale et de direction et, dans le cas d'une évaluation détaillée, d'un spécialiste en analyse de risque. L'évaluation des conséquences fait intervenir les équipes environnementales et des spécialistes et notamment, dans certains cas, des experts du domaine sanitaire et des experts comptables. Il est indispensable de faire participer les personnels d'exploitation à l'analyse de risque d'une installation existante de gestion des résidus et/ou stériles, afin d'y intégrer leurs connaissances et leur expérience de l'installation. Critères d'évaluation Il convient d'élaborer des critères pour orienter l'évaluation des conclusions et pour établir des niveaux de risque acceptable ou inacceptable. On s'attachera bien évidemment aux modes de défaillance à forte probabilité et aux lourdes conséquences, mais les modes à faible probabilité et aux lourdes conséquences devront peut-être également être examinés. Les éventuelles conséquences sur la santé humaine et la sécurité, les effets sur l'environnement ou les répercussions en termes d'activité (arrêt d'exploitation, réputation, dommages matériels) seront pris en compte. Méthodologie L'analyse de risque peut être qualitative (classements subjectifs de la probabilité, des conséquences et du risque global) ou quantitative (valeurs numériques des valeurs de probabilité et de coût des conséquences). Une simple évaluation qualitative suffit pour évaluer un certain nombre de sites potentiels d'IGR/IGS, tandis qu'une évaluation quantitative détaillée sera plus adaptée en cas de proposition de modification majeure d'une installation existante. Les méthodologies d'analyse de risque les plus répandues sont les suivantes : • • • • 166 listes de contrôle des procédés/systèmes modèles de conception des systèmes revues de sécurité classement relatif July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • • • • • • Chapitre 4 analyses préliminaires des dangers analyses par simulation (de type "what if") études des dangers dans les procédés (Hazard and Operability - HAZOP) analyse des modes, des effets (et de la criticité) des défaillances - AMDEC analyses probabilistes par simulation analyses par arbre de défaillance analyses par arbre d'évènement analyses des liens de cause à effet et analyses des erreurs humaines. Déclencheurs et modes de défaillance potentiels • débordement d'une digue provoqué par l'un des facteurs suivants :  glissement de terrain dans un réservoir, engendrant une vague qui déborde de la digue  action des vagues débordant de la digue  défaillance du système de dérivation périphérique et pénétration de l'eau dans le réservoir, dépassement de la capacité du déversoir ou de la retenue, ou défaillance de détournement d'un cours d'eau externe et pénétration de l'eau dans le réservoir  bassin atteignant la crête de la digue  évacuation de la partie supérieure du bassin pour conserver la hauteur de la digue  blocage des structures de déversement  précipitations supérieures à la capacité de stockage  non respect du bilan hydrique • • instabilité d'une digue (amont ou aval), provoquée par l'un des facteurs suivants :  infiltrations engendrant la formation d'un renard et l'enlèvement des matériaux de la digue (défaillance du filtre)  infiltrations faisant augmenter les pressions interstitielles et engendrant des petits fonds ou une instabilité par petits fonds  liquéfaction non sismique de la digue par tension ou par augmentation des pressions interstitielles  activité sismique provoquant :  la liquéfaction des digues  la liquéfaction des résidus conduisant à l'érosion  la liquéfaction des résidus amenant une poussée horizontale à s'exercer sur la digue  la déformation des digues  une défaillance par percolation provoquant l'augmentation des pressions interstitielles et déclenchant un glissement  augmentation des pressions interstitielles de construction, augmentation et mouvement de la pente  saturation du remblai non compacté par le premier remblai ou les pluies ou fonte de la neige enfermée dans le remblai de la digue, affaissement de la digue, débordement  régressions incontrôlées par érosion du pied  érosion du parement de la digue par suite de précipitations ou d'une fonte des neiges incontrôlées instabilité de la fondation :  effondrements karstiques sous la digue et/ou le terril  effondrement par affaissement de la mine permettant aux résidus de s'échapper dans la mine ou dans le vide  glissement sur un sol ou une interface étanche meubles  compression de sols meubles conduisant à une fissuration de la digue  augmentation des pressions interstitielles de construction amenant les fondations à bouger ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 167 Chapter 4   • • percolation à travers une membrane de mauvaise qualité ou des sols perméables jusqu'aux eaux souterraines, contournant les systèmes de récupération des eaux d'infiltration liquéfaction sismique des fondations ; déformation sismique des fondations ; liquéfaction non sismique des fondations défaillances structurelles :  phénomène de renard autour d'une buse ou d'un tuyau de décantation, défaillance d'une tour de décantation  défaillance des pompes par perte de puissance  défaillance d'un pipeline ou d'une conduite  déversoir bloqué par un glissement de terrain  déversoir bloqué par les glaces panne de courant. Probabilité d'un accident La probabilité d'un accident pour chaque mode de défaillance potentiel est basée sur l'expérience passée de l'installation, l'expérience d'installations similaires, les études techniques et les estimations de professionnels. Conséquences d'un accident Les conséquences d'un accident pour chaque mode de défaillance potentiel sont estimées, y compris les effets sur la santé et la sécurité des personnels, des prestataires et des populations au sens large ; les effets sur l'environnement, compte tenu notamment de la capacité d'assimilation et de la sensibilité environnementale du site ; et les conséquences sur l'activité. Compte-rendu Les résultats des évaluations des risques sont présentés et résumés de manière claire, à la fois pour les personnels d'exploitation et de gestion. Il est indispensable que ces informations soient bien présentées, pour pouvoir être bien comprises de tous les personnels concernés. Gestion des risques L'analyse de risque conduit à une liste des risques identifiés et évalués. Cette analyse de risque est suivie d'une planification des mesures de réduction des risques. En principe, un risque peut être géré de deux façons : (1) par des mesures permettant de diminuer la probabilité d'un accident ou (2) par des mesures permettant de limiter les conséquences d'un éventuel accident. Une évaluation des éventuelles mesures de réduction des risques est effectuée et un plan incluant des délais et des responsabilités est élaboré. Une composante importante de la réduction des conséquences d'un accident sera la mise au point d'un plan de préparation d'intervention d'urgence. Plan de préparation à une intervention d'urgence Il est courant de s'être préparé à une éventuelle urgence et d'avoir mis en place des plans de préparation aux interventions d'urgence. Cette préparation aux cas d'urgence comprend une préparation à la fois aux incidents sur site et aux incidents ayant des implications extérieures au site, notamment les ruptures de digues. Les plans de préparation aux interventions d'urgence doivent en principe être révisés et testés périodiquement, et diffusés le plus largement possible au sein d'une organisation ainsi qu'aux protagonistes externes susceptibles d'être concernés. 168 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Le plan de préparation d'un site à une intervention d'urgence intègre généralement les aspects relatifs aux installations de résidus dans le plan de préparation global et comprend, entre autre, les éléments suivants : • • • • • • • • • • • • • • identification du coordinateur et des équipes de planification et de la structure organisatrice identification de l'organisation de l'urgence, des rôles et des responsabilités identification des exigences légales, des codes de pratique, des obligations de notification et de compte-rendu identification des ressources disponibles accords d'assistance mutuelle plan de relations publiques listes téléphoniques établissement d'un système de communication à des fins de notification et d'après notification analyse de risque pour les effets sur le site et en dehors du site cartes et tableaux des rejets physiques et vers l'environnement (notamment en cas de défaillance d'une installation) base pour l'activation du plan d'urgence et la prise de décision en cas d'urgence formation du personnel analyse et évaluation des incidents et accidents restauration des conditions pour une exploitation sans danger. Pour les établissements auxquels s'applique l'article 9 de la Directive Seveso II 19, c'est-à-dire qui sont tenus de rédiger un rapport de sécurité, l'exploitant est également tenu d'établir un plan d'urgence interne pour les mesures à prendre à l'intérieur de l'établissement en cas d'accident majeur. Selon la Directive, les plans d'urgence doivent être établis en vue de : • • • • circonscrire et maîtriser les incidents de manière à en limiter les effets et à limiter les dommages corporels, environnementaux et matériels engendrés mettre en œuvre les mesures nécessaires pour protéger l'homme et l'environnement des effets d'un accident majeur communiquer les informations nécessaires au public et aux services ou autorités concernés de la région prévoir la restauration et la remise en état de l'environnement à la suite d'un accident majeur. Un plan d'urgence doit obligatoirement contenir les informations recensées à l'annexe IV de la Directive Seveso II. La publication du Programme des Nations Unies pour l'Environnement (PNUE) intitulée “APELL pour les activités minières” fournit des orientations complémentaires concernant la préparation aux situations d'urgence (http://www.uneptie.org/pc/apell/publications/publication_pages/mining.html). Deux exigences importantes de la réglementation Seveso II concernent l'établissement de plans d'urgence sur site et hors site et l'information du public. Les plans d'urgence sont une 19 Directive du Conseil 96/82/CE du 9 décembre 1996 concernant la maîtrise des dangers liés aux accidents majeurs impliquant des substances dangereuses, JO L 10 du 14 janvier 1997, pages 13-33 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 169 Chapter 4 mesure de préparation qui vise à maîtriser et à circonscrire les incidents de manière à en réduire les effets et à limiter les dommages aux salariés se trouvant à l'intérieur et aux populations se trouvant à l'extérieur de l'établissement, ainsi qu'à limiter les dommages aux biens et à l'environnement. L'information au public se compose de l'information active, qui concerne la conduite à prévoir en cas d'accident et l'information passive, que le public intéressé peut se procurer sur demande auprès de l'exploitant de l'usine et/ou des autorités. Bien qu'il s'agisse d'instruments différents qui représentent des approches différentes, Seveso II et APELL sont complémentaires. APELL peut être vu comme un outil permettant la mise en œuvre pratique de certaines des exigences fondamentales de la Directive Seveso II. [135, Wettig, 2003] Plan de dépôt Un plan pour le dépôt des résidus/stériles est élaboré pour la durée de vie prévue de la mine. Les plans de dépôt peuvent autoriser l'échelonnement des levées et élévations d'IGR/IGS pendant la durée de vie de la mine pour permettre le stockage à long terme des résidus et/ou des stériles, pour conserver une capacité de stockage suffisante des matériaux solides, et pour permettre la bonne finition de l'eau gravitaire pendant l'exploitation de la mine. Les exigences relatives à la capacité et/ou aux extensions futures doivent être prises en compte dans le plan. L'élaboration du plan de dépôt nécessite des informations sur la quantité et la densité des résidus, des informations sur la teneur en eau et la production d'eau, estimées à partir du procédé et/ou de l'usine de traitement du minerai, et sur le bilan hydrique ; en outre, le plan doit en principe inclure des dispositions permettant d'estimer les incertitudes et les éventualités. Les paramètres de base seront validés et mis à jour de façon périodique ou régulière. Il importe également d'y inclure le cahier des charges de la construction et l'enregistrement détaillé de l'installation construite et de son extension, lesquelles devront faire l'objet de levés géodésiques effectués à intervalle régulier. Bilan hydrique et plan de gestion de l'eau La question de l'eau est posée en liaison avec la mine, afin de permettre une gestion intégrée de l'eau. Un plan de gestion de l'eau comporte des normes propres au site, des objectifs, des plans et procédures d'exploitation ou d'urgence (si nécessaire) pour tous les aspects suivants : • exigences réglementaires • gestion des risques • surveillance des processus hydrologiques • surveillance fonctionnelle • surveillance d'urgence • adduction d'eau • érosion des sols • qualité de l'eau • modèles informatiques • indicateurs de performances, et • formation et recherche. [97, Environment Australia, 2002] Hydrologie On utilise les données hydrologiques, y compris la délimitation de la ou des zones de captage du site de résidus et de toutes les éventuelles sources d'eau, que ce soit de l'eau naturelle ou de 170 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 l'eau de traitement, pour l'élaboration d'un bilan eau/contaminants et pour la conception des différents éléments de l'installation de gestion des résidus. On commence par établir et documenter les paramètres de conception, puis on analyse l'expérience réelle pour identifier les écarts, valider les projections et anticiper d'éventuelles difficultés. Crue de référence On identifie la crue maximale probable correspondante (CMP), en se référant aux normes de conception actuelles et en consultant les agences de réglementation. La prise en compte de la crue de référence doit être systématiquement appliquée à tous les stades du cycle de vie. Les exigences de stockage, le système de fonctionnement et le modèle des déversoirs, tous ces éléments doivent être fonction du bassin versant. Bilan hydrique Un bilan hydrique est effectué. Un cahier des charges doit être rédigé, sur les exigences de collecte continue de données à des fins de calibrage du bilan hydrique pour l'usine de traitement du minerai et l'IGR. Plan de gestion des eaux superficielles/souterraines Un plan de gestion de l'eau détaillant les structures et politiques appropriées devra aborder, le cas échéant, les aspects suivants : • • • • captage des eaux d'infiltration systèmes de remise en état/rétropompage systèmes de traitement/évacuation, y compris tous les systèmes d'acheminement d'eau politique de retenue et d'évacuation d'eau, y compris les paramètres fonctionnels. Bilan et rejet des émissions Le bilan des émissions fournit une estimation des rejets dans les sols, dans l'atmosphère et dans les nappes phréatiques. Un plan est élaboré pour limiter ces rejets. Critères relatifs aux effluents Des critères relatifs aux effluents de l'IGR/IGS, en référence aux exigences réglementaires et aux autorisations et permis d'exploitation, doivent être élaborés, qui couvriront les aspects suivants : • matières dissoutes et en suspension • solides en suspension • qualité des effluents • périodes de rejets • niveaux bactériens et biologiques • toxicité. [18, Mining Association of Canada, 1998] Plan de déclassement et de fermeture Les plans de fermeture et les critères de performance sont élaborés dans les premiers stades de la conception de l'installation, puis sont vérifiés et actualisés périodiquement au cours de la vie de l'installation en préparation au déclassement et à la fermeture définitifs. La fermeture est généralement abordée dans la réglementation, et la liste ci-après recense les questions générales dont il faudra tenir compte lors de l'élaboration des plans de fermeture. Dans ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 171 Chapter 4 certaines conditions, la fermeture doit être suivie d'un entretien à long terme après fermeture. Cela nécessite les mêmes plans et mesures de maîtrise que pour une fermeture. Eléments d'un plan de fermeture • • • • • • • • • • • • • • • détermination des données contextuelles, et notamment :  historique du site  infrastructure  maîtrise du déroulement des procédés  exploitation des systèmes  minéralogie  topographie hydrologie/gestion de l'eau hydrogéologie capacité des sols reverdissement évaluation des effets entretien à long terme aspects géotechniques chimie et géochimie programme de surveillance critères de gestion et de traitement des effluents, le cas échéant communications assurance financière consultation des protagonistes possibilités d'aménagement définitif des sols ; et technologie de fermeture (couverture sèche ou humide, inondation, zones humides, traitement perpétuel, couverture végétale). Aspects de la stabilité d'une IGR/IGS à prendre en compte au moment d'envisager un plan de fermeture : Un plan de fermeture nécessite une réévaluation complète de l'installation et de sa stabilité dans des conditions de fermeture. Tous les aspects de l'installation et de sa stabilité physique et chimique doivent être passés en revue. En particulier, les performances réelles de l'installation en service, et notamment : • • • sa déformation sa percolation sa fondation et ses parois sont vérifiées par rapport aux projections de calcul, ainsi que par rapport aux conditions d'après fermeture prévues. Les charges de calcul sont susceptibles d'être différentes après déclassement et fermeture. La surveillance et les inspections de structure se poursuivent pour toutes les installations jusqu'à leur déclassement, et au-delà si nécessaire. L'identification et la délimitation de l'ensemble des exigences relatives à la poursuite des inspections et/ou à la surveillance des structures qui restent après la fermeture sont nécessaires. Des plans d'action sont élaborés en vue de faire face aux lacunes en termes de qualité lors de la fermeture et/ou aux difficultés pour respecter le cahier des charges de fermeture. Il est souhaitable d'examiner également les conséquences d'une fermeture des installations sur les procédures de préparation aux interventions d'urgence, et d'actualiser ces plans, le cas 172 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 échéant. Une disponibilité permanente des dossiers d'étude, de construction et d'exploitation après fermeture pour les structures qui restent en place doit être assurée. 4.2.1.4 Conception d'une IGR/IGS et des structures associées La liste ci-après ne s'appliquant pas nécessairement à la totalité des sites ou des situations, il appartiendra donc à l'exploitant ou à l'autorité qui délivre les autorisations de décider lesquels de ces aspects vont s'appliquer. Les conditions propres aux sites peuvent nécessiter l'utilisation de critères différents ou supplémentaires. Les critères abordés concernent à la fois la phase d'exploitation et la phase d'après fermeture. Différents critères entraînant différentes valeurs de calcul sont susceptibles de s'appliquer au cours de la phase d'exploitation et sur le long terme. Les informations relatives au site d'IGR/IGS sont compilées à partir de recherches bibliographiques et de programmes d'études sur le terrain et/ou en laboratoire. Hydrologie et hydrogéologie • études hydrologiques et hydrogéologiques • bilan hydrique, qualité de l'eau • crue de référence • exigences relatives au franc-bord • conception en vue de la sécheresse (exigences de couverture aquatique) • mécanismes de captage, de ruissellement et de détournement • plan de dépôt • plan de gestion de l'érosion. Fondations, géologie et ingénierie géotechnique • géomorphologie • géologie régionale et locale, failles • stratigraphie • caractéristiques de la roche mère et des sols • données géotechniques, et notamment :  compressibilité  résistance au cisaillement  angle de frottement  granulométrie  densité  plasticité  fractures  potentiel de liquéfaction  perméabilité  potentiel d'érosion  fracture hydraulique. Matériaux de construction La disponibilité de matériaux de construction naturels est évaluée, de même que les caractéristiques techniques de ces éventuels matériaux de construction, résidus, coulis/béton ou autres matériaux éventuels de revêtement (naturels et synthétiques), en termes de : • • • granulométrie densité volume ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 173 Chapter 4 • • • • • résistance au cisaillement perméabilité potentiel acidifiant réactivité chimique (potentiel acidifiant, réaction avec l'eau du bassin, potentiel de formation de thiosels) potentiel d'érosion par le vent et l'eau. Les effets néfastes éventuels de l'eau de résidus et/ou de l'eau de traitement sur les matériaux de construction sont déterminés. Les effets sur l'environnement, les critères de stabilité et de réhabilitation relatifs à l'utilisation de tel ou tel matériau de construction sont pris en compte à ce stade. Topographie Ce domaine inclut la cartographie régionale et topographique et les photos aériennes. Considérations spéciales liées à l'environnement Le risque sismique ; l'atténuation sismique des strates de la fondation et des matériaux de construction ; le potentiel de liquéfaction des strates de la fondation et des matériaux de construction ; les conditions climatiques, doivent être évalués et notamment : • • • • les valeurs extrêmes prévues l'action du vent et des vagues les effets du permafrost le gel. Percolation Les objectifs de percolation maximum admissible pour les exigences environnementales et structurelles sont déterminés. Les exigences relatives aux matériaux perméables et imperméables et aux méthodes de construction sont identifiées, et un plan de gestion des eaux de percolation est mis au point. Considérations relatives à la fermeture Le choix, ou choix probable, de la méthode de fermeture d'une IGR/IGS peut avoir une incidence sur sa conception et doit donc être pris en compte lors de la phase de conception. Paramètres obligatoires de conception • classement de l'installation (si elle est régie par une juridiction locale) • stabilité • critères relatifs aux tremblements de terre • coefficients de sécurité • calcul des perméabilités • drainage acide dans la roche • vie animale • poussière • aspects relatifs à la fermeture. Ces paramètres sont décrits dans les paragraphes ci-après. Stabilité La stabilité de la fondation, de l'installation et des structures associées dans des conditions de construction, d'exploitation et de fermeture ; et dans des conditions statiques et dynamiques, 174 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 notamment compte tenu de l'action des vagues, du gel et/ou des glaces et en cas de rabattement rapide (pour un bassin) doit être analysée. Des valeurs cibles de densité et de tassement sont établies. Préparation de la fondation Les exigences relatives à la préparation des fondations de l'IGR/IGS avant sa construction sont déterminées, et sont notamment pris en compte les éléments suivants : • • • • • • • • • • • • enlèvement de la végétation, y compris le bois commercialisable excavation des sols organiques murs parafouille confinement et maîtrise des eaux souterraines nettoyage de la roche mère et injection superficielle injection haute pression puits de dérivation canaux de dérivation exigences de déshydratation stabilité constructibilité autres exigences spéciales concernant la construction. Analyse et gestion de la percolation Les exigences concernant la maîtrise de la percolation sont évaluées, notamment dans les eaux souterraines et en fonction de la composition chimique et du potentiel acidifiant de l'eau. La mise en œuvre de mesures appropriées est également prévue, par exemple : • • • • • • conception du filtre tranchée parafouille rideau d'injection creusement de fossés cœur de faible perméabilité puits d'interception. Structures associées Les options suivantes sont prévues, le cas échéant : • • • • • • • • déversoirs tours pipelines (dispositifs casse-vide, confinement secondaire) exigences relatives à la gestion d'une crue maximale portes et vannes siphons pompes exigences relatives à la gestion des risques naturels (débris, castors, lapins, blocage par les glaces). Conception d'une IGR/IGS • type d'installation (terril, digue (type de digue)) • philosophie de conception • critères relatifs aux principaux éléments. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 175 Chapter 4 Plan de construction d'une IGR/IGS Un plan d'exécution de la construction initiale de l'IGR/IGS et des levées successives est élaboré, comprenant le séquencement et les exigences de surveillance de la stabilité. Une méthodologie, un calendrier et des coûts prévisionnels de construction sont établis. Les effets potentiels sur l'environnement liés à la construction de la structure proposée sont déterminés. Systèmes de surveillance de l'IGR/IGS • piézomètres • clinomètres • jauges de tassement • surveillance des infiltrations • température (permafrost, pénétration du gel, chauffage) • méthodes de surveillance. Analyse des modes de défaillance Les modes de défaillance potentiels de l'IGR/IGS sont analysés : pendant sa construction, pendant son exploitation, dans son état final et après sa fermeture. 4.2.1.5 Contrôle et surveillance Un plan détaillé de contrôle et de surveillance qui doit couvrir le cycle de vie complet du site devra être élaboré, concernant le contrôle des rejets et de leurs effets ainsi que la surveillance de ces derniers. Plan d'assurance de la qualité/de contrôle de la qualité (AA/CQ) Il est de bonne pratique que de posséder et de mettre à disposition, pendante toute la durée des phases de construction, d'exploitation et de fermeture : • • • • • les schémas de construction et les documents de récolement, y compris les révisions les résultats d'essais les comptes-rendus des réunions les photographies prises lors de la construction les notes de surveillance. Contrôle lors de la construction Les éléments types d'un système de gestion de la construction sont les suivants : • • • • • • • • • • planification et calendrier contrôle des levés (schéma d'implantation, documents de récolement) surveillance des injections surveillance de la préparation des fondations contrôle de qualité des matériaux contrôle du tassement surveillance de l'instrumentation et synthèse des données consignation sécurité de la construction critères environnementaux de la construction. Réduction des poussières 176 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Les rejets de poussières par l'installation de gestion des résidus doivent être réduits au minimum. Cette opération consistera éventuellement à laisser les résidus mouillés et/ou à utiliser des couvertures chimiques ou organiques à court ou long terme. Inspection des installations de gestion des résidus • surveillance des performances - inspection visuelle – très fréquentes • pression de l'eau souterraine (pression interstitielle) • infiltrations • déformation (tassement et stabilité) • influence des intempéries • événements sismiques (après coup) • programmes d'inspection spéciale suite à des événements majeurs (tremblements de terre, tempêtes, crues de printemps, inondations) • • Indicateurs d'instabilité :  "zones molles" et "renards" le long du pied  sédiments sales dans les eaux d'infiltration  augmentation des taux d'infiltration  nouvelles zones d'infiltration  fissuration longitudinale et transversale  tassement. Zones nécessitant une vigilance particulière :  déversoirs  structures de décantation  puits de drainage et de détente  structures en béton  tuyaux et conduites traversant les digues  zones d'enrochement  siphons  déversoirs  arbres et terriers. Plans de programmes de surveillance de la stabilité • implantation des postes de contrôle • calendrier (périodes de contrôle et inspections) • type de surveillance (contrôles visuels, mesures et paramètres) • niveau d'instrumentation approprié (p. ex. piézomètres) à des fins clairement identifiées • méthodes d'inspection, compilation et évaluation des données • personnes responsables de la surveillance • stockage des données et systèmes de compte-rendu • critères d'évaluation du programme de surveillance. Plan de qualité de l'eau • hydrologie :  tempêtes et sécheresses sévères  informations et paramètres nécessaires aux activités de gestion de l'eau  critères pour gérer les niveaux d'eaux dans des limites de sécurité, y compris contrôle journalier ou saisonnier du niveau de l'eau si nécessaire • contrôle de l'eau, pour assurer :  une gestion de l'eau en toute sécurité au sein du système ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 177 Chapter 4  la prévention/le contrôle/la réparation des dommages causés à l'ensemble des structures  la réalisation obligatoire de revues et révisions, le cas échéant, suite à des modifications de conception ou de méthodes, pendant et après le programme de construction, lorsque le niveau du bassin dépasse les élévations critiques indiquées, et après une grosse tempête ou une crue de printemps. • Infiltrations périphériques  évaluation du potentiel d'infiltration depuis la zone de résidus  définition des niveaux et des caractéristiques d'une infiltration acceptable  préparation de plans d'action permettant de faire face à des écarts par rapport aux infiltrations de référence  mesure des performances, y compris contrôle de l'infiltration par rapport aux taux de référence  mesures de surveillance et de contrôle destinées à vérifier que les systèmes fonctionnent comme prévu. Plan de dépôt des résidus Ce plan assure une utilisation efficace de la capacité en résidus et une fermeture efficace de l'installation. Les calendriers à court et long terme des levées et élévations des IGR/IGS sont également abordés dans le plan. A intervalles prédéterminés, un calendrier de dépôt des résidus et une courbe de remplissage (volume/élévation/courbe) doivent être validés par rapport aux conditions réelles sur le terrain. 4.2.2 Phase de construction Pour certaines installations de gestion des résidus et des stériles miniers, la distinction entre la phase de construction et la phase d'exploitation n'est pas aussi évidente car la construction continue souvent ou se reproduit pendant l'exploitation (élévation de la digue). La construction de l'installation doit être bien documentée et respecter le plan de construction établi lors de la phase de conception. Les documents de récolement fournis mettent en évidence les modifications effectuées par rapport au plan de construction. Lors de la construction de l'installation et pour l'avenir : • des plans de récolement et des dossiers de procédure "réelle" sont tenus à jour, soulignant les écarts éventuels par rapport à l'étude initiale et revisitant si nécessaire les critères de conception • la construction est supervisée par un spécialiste en génie ou en géotechnique indépendant et qualifié • les enregistrements des résultats des travaux d'essai (par exemple de tassement) effectués pour et pendant la construction sont correctement tenus à jour. [45, Euromines, 2002] 4.2.3 Phase d'exploitation Il s'avère que les deux causes principales des incidents d'IGR sont • l'absence de contrôle du bilan hydrique • une méconnaissance globale des éléments qui assurent la sécurité d'exploitation. [9, ICOLD, 2001, p. 6] 178 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Cela montre qu'une gestion opérationnelle réussie est le facteur clé de l'exploitation en toute sécurité d'une IGR/IGS. L'ingénierie géotechnique a suffisamment évolué pour permettre la conception de digues saines et sans danger. C'est désormais la gestion de l'IGR/IGS qui va faire la différence entre une exploitation sans problème et la survenue éventuelle d'une catastrophe. Les mesures prises pour éviter les incidents consistent souvent à : • surveiller la nappe phréatique grâce à des piézomètres d'une taille adaptée et à des colonnes montantes à tube ouvert • prévoir des dispositions pour détourner les évacuations d'eau et de résidus à l'écart d'une retenue en cas de difficultés • prévoir une autre évacuation, éventuellement dans une autre retenue • prévoir des déversoirs d'urgence et/ou des stations de pompage de secours en cas d'urgence • mesurer les mouvements du sol avec des clinomètres profonds et connaître les conditions de pression interstitielle • prévoir un drainage adéquat • conserver les dossiers de conception et de construction et enregistrer toutes les mises à jour/modifications effectuées dans la conception/construction • éduquer et former les personnels, [9, ICOLD, 2001] et par ailleurs, à : • • assurer une continuité dans la réalisation de la digue, et dans certains cas, procéder à des audits indépendants de la digue avec approbation écrite visée par l'auditeur tiers. L'exploitation de l'installation de gestion doit en principe respecter le plan de gestion des résidus et des stériles, les consignes d'exploitation et le plan de surveillance de l'installation. Les écarts éventuels par rapport à ces plans doivent être documentés et évalués. Les données de surveillance sont évaluées à intervalle régulier et font l'objet d'un suivi si nécessaire. Des revues internes et externes (audits) sont effectuées dans certains cas. Les mesures suivantes sont des mesures prises pour assurer une exploitation saine : • • • • • la production des résidus et des stériles bénéficie du même niveau d'attention de gestion que celle de produit commercialisable un contrôle efficace d'exploitation et de surveillance est assuré il existe des systèmes permettant de conserver des dossiers sur les quantités et les caractéristiques de la production de résidus et de stériles les responsabilités de la gestion des résidus et des stériles sont clairement définies avec des personnels ayant un niveau de qualification approprié les installations de gestion sont systématiquement inspectées par un ingénieur qualifié ayant l'expérience de la gestion des résidus et des stériles et font l'objet d'une approbation signée pour confirmer que tous les risques importants ont été identifiés et sont correctement gérés lors de l'exploitation continue des installations ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 179 Chapter 4 • des instructions d'exploitation sont rédigées dans la langue des exploitants et sont observées. Ces instructions comprennent toutes les obligations de surveillance • les dossiers d'exploitation, notamment l'augmentation des niveaux, les tonnages retenus, les quantités d'eau d'infiltration, les consommations d'eau (éventuellement des données météorologiques), etc. sont stockées et correctement tenus à jour • les conditions opérationnelles qui règnent au-delà des limites identifiées par l'étude sont immédiatement rapportées au concepteur ou vérifiées par un technicien qualifié • une formation appropriée du personnel d'exploitation est prévue, y compris le diagnostic de début de rupture • une attention spéciale est apportée au suivi du plan de gestion de l'eau • des mécanismes efficaces de signalement des failles sont établis et gérés • des plans d'intervention efficace en cas d'urgence sont tenus à jour et continuent d'être développés. [45, Euromines, 2002] 4.2.3.1 Manuels d'exploitation, de surveillance et d'entretien (ESE) Un certain nombre d'exploitants utilisent des manuels de sécurité des digues. Ces manuels portent le nom de manuels ESE (exploitation, surveillance et entretien) [50, Au group, 2002]. Un tel manuel ESE couvre, par exemple, les aspects suivants : • organisation de la sécurité des digues • plan de préparation à une intervention d'urgence • classement selon les conséquences de la rupture d'une digue • construction des digues • hydrologie • environnement • exploitation • surveillance • autorisations • rapports. [50, Au group, 2002] Organisation de la sécurité d'une IGR/IGS L'organisation de la sécurité des digues consiste à nommer un responsable de la sécurité des digues sur chaque site. Pour épauler ces responsables, il peut également y avoir un coordinateur de la sécurité qui sera spécialisé dans les IGR/IGS et qui travaillera à plein temps sur la sécurité de ces dernières. Pour l'exploitation, la surveillance et l'entretien, le responsable va également employer des personnes issues de sa propre entreprise, il s'agit souvent des mêmes personnels responsables des prélèvements environnementaux et de la surveillance des installations de stockage des résidus. Plan de préparation à une intervention en cas d'urgence (PPU) Il existe pour chaque IGR/IGS un PPU en cas d'accident lié à l'installation. Ce PPU comporte des listes de personnes à contacter au sein de l'exploitation et des autorités intervenant en cas d'accident. Les consultants et sous-traitants qui connaissent le site sont également répertoriés, au cas où une aide serait nécessaire dans des délais très courts. Le PPU comporte également des exemples de la conduite à tenir et des mesures à prendre dans telle ou telle situation. En général, le responsable et le coordinateur sont systématiquement consultés et interviennent 180 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 dans toutes les décisions majeures et mesures prises concernant les digues. C'est le responsable qui doit décider in fine de la conduite à tenir dans chaque cas. Gestion des risques liés à une IGR/IGS Dans certains cas, l'IGR/IGS est classée selon les conséquences d'une éventuelle rupture de digue (et non selon la probabilité d'une rupture). En Suède, les exploitants de digues de retenue des résidus ont adopté le système RIDAS utilisé par les exploitants de barrages. Selon les conséquences possibles, il existe quatre classes différentes ; 1A, 1B, 2 et 3, comme le montrent les tableaux ci-après. Chaque tableau se divise en deux classes, d'un côté le classement des risques pour l'homme et de l'autre, les risques pour les biens, les infrastructures et l'environnement. Classe 1A 1B Conséquences Risque évident pour la vie humaine Risque non négligeable pour la vie humaine ou risque de blessure grave Tableau 4.1 : Classement par rapport à des pertes de vie humaine ou à des blessures graves Classe 1A 1B 2 3 Conséquences Risque évident de :  dommage grave à des infrastructures importantes, à des structures importantes ou de préjudice majeur pour l'environnement, et de  dommage économique grave (> 10 M EUR) Risque considérable de :  de dommage grave à des infrastructures importantes, à des structures importantes ou de préjudice majeur pour l'environnement et de  dommage économique grave (> 10 M EUR) Risque non négligeable de :  dommage considérable à des infrastructures, à des structures importantes, de préjudice pour l'environnement ou de préjudice matériel pour des tiers (< 0,5 M EUR) Risque négligeable de :  dommage considérable à des infrastructures, à des structures importantes, de préjudice pour l'environnement ou préjudice matériel pour des tiers Tableau 4.2 : Classement par rapport au dommage aux infrastructures, à l'environnement et aux biens extrait de : Svensk Energi AB, 2002. RIDAS, Kraftföretagens riktlinjer för dammsäkerhet (Révision 2002). Svensk Energi - Swedenenergy - AB Ce classement constitue la base de l'exploitation et de la surveillance. Il fixe les limites du franc-bord requis et de la capacité des déversoirs, c'est-à-dire la marge de sécurité du niveau d'eau maximum jusqu'au sommet de la digue, et la capacité d'évacuation maximum, respectivement. Le système suédois RIDAS est comparable au classement norvégien illustré sur le tableau ciaprès Classe 1 2 3 Conséquence Risque faible Risque important Risque élevé Unités d'habitation touchées 0 de 0 à 20 plus de 20 Tableau 4.3 : Classement des digues selon la législation norvégienne [116, Nilsson, 2001] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 181 Chapter 4 Une cartographie pertinente et des visites de site servent de base à l'évaluation. Les classes 3 et 2 affectent toutes deux des unités d'habitation et comportent des risques pour la population humaine. Le classement tient également compte, entre autres : • • des dommages éventuels aux principaux axes routiers ou voies ferrées des dommages économiques et environnementaux. La dernière classe de conséquences est ainsi soumise à un certain degré d'appréciation. Le classement, ainsi qu'un éventuel reclassement, est effectué par les responsables et doit être présenté aux autorités compétentes pour accord. [116, Nilsson, 2001] La législation espagnole favorise également une approche axée sur les risques, comme le montre le tableau ci-après : Catégorie de digue Risque pour la population A B C grave pour plus de 5 habitations grave pour 1 à 5 habitations Perte de vie consécutive (aucune habitation) les services essentiels risque de dommages matériels risque de dommages pour l'environnement grave très grave très grave - grave grave - modéré - Tableau 4.4 : Classement des digues selon la législation espagnole [116, Nilsson, 2001] Selon la législation finlandaise, l'approche est similaire. Selon leur dangerosité, les digues sont classées P, N, O, T, P correspondant à celle ayant le risque le plus élevé de conséquences pour la vie humaine, l'environnement ou les biens. [117, Forestry, 1997] Construction d'une IGR/IGS Chaque IGR/IGS doit être décrite dans les moindres détails. Depuis la digue d'amorçage jusqu'à sa hauteur actuelle, une description complète est enregistrée faisant état du type de construction et de matériaux utilisés, du nom du sous-traitant, d'éventuelles difficultés rencontrées pendant la construction, du type de déversoir, du volume de résidus/stériles et d'eau déposé, etc. Ainsi, à tout moment, toutes les informations requises pour l'IGR/IGS et concernant la sécurité peuvent être facilement trouvées. Hydrologie L'exigence est que chaque digue ait un franc-bord minimum, une tolérance maximale sur la hauteur de vague et une capacité minimale de déversoir. Cela signifie que toutes les digues classées 1A ou 1B selon le système RIDAS sont conçues pour une capacité de déversoir capable de faire face à une tempête décennale, à l'exclusion de toute tolérance pour une retenue d'eau. Ces digues sont également conçues pour un "débit de classe 1" (ce qui doit correspondre grosso modo à une tempête décamillénale), ce qui permet un stockage d'eau 182 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 suffisant à un niveau sans risque. Les digues classées 2 selon le système RIDAS sont conçues pour la tempête décennale, tandis que la classe 3 ne comporte aucune exigence spécifique. Environnement Pour chaque IGR/IGS et chaque mine, un programme de surveillance de l'environnement est élaboré, qui comporte des prélèvements, une évaluation et des comptes-rendus aux autorités. Exploitation Pour assurer une exploitation fiable et un niveau élevé de sécurité, il est indispensable que l'IGR/IGS fonctionne correctement. Des instructions détaillées et actualisées sont fournies concernant la façon dont il faut faire fonctionner l'installation pour respecter les critères de conception, réagir en fonction des propriétés des résidus, et satisfaire aux besoins en eau de traitement en fonction des conditions climatiques. Toutes les personnes travaillant dans l'usine et dans l'installation doivent connaître ces instructions. C'est pourquoi l'éducation est soulignée comme un critère essentiel. Surveillance La surveillance et le bon fonctionnement de l'installation sont probablement les critères les plus importants pour l'obtention d'un niveau élevé de sécurité de la digue. La surveillance exige des instruments adaptés, lesquels exigent à leur tour des personnels qualifiés pour évaluer les résultats et en tirer les conclusions qui s'imposent. La surveillance régulière s'effectue en fait à quatre niveaux différents, selon une démarche par étapes qui commence par des inspections journalières et se termine par des audits de sécurité approfondis réalisés de loin en loin : 1) inspections systématiques du site 2) surveillance 3) inspection annuelle/semestrielle 4) audits. Les inspections de site s'effectuent à intervalles différents selon chaque installation, qui vont de trois fois par jour à plusieurs fois par semaine. En règle générale, ce sont les personnels de l'usine, ou ceux qui sont chargés des prélèvements environnementaux, qui procèdent aux inspections journalières. La surveillance est effectuée tous les mois, ou au moins une fois tous les trois mois, par le responsable ou une personne qu'il aura nommée. L'inspection annuelle est effectuée par le coordinateur ou par un spécialiste externe. L'inspecteur examine la totalité des événements et des mesures ayant eu lieu sur le site depuis la dernière inspection et rédige un rapport. L'inspection annuelle doit également comporter un réexamen complet du manuel ESE. Un audit complet est généralement réalisé à plusieurs années d'intervalle. Cette étude comporte un examen complet des matériaux et inspections archivés, ainsi qu'une inspection in situ et un examen du manuel ESE. Il se termine par un rapport qui indique l'état de l'IGR/IGS. Les paragraphes ci-après présentent les audits de manière détaillée. Autorisations Il est courant de passer en revue toutes les autorisations octroyées pour une IGR pour pouvoir facilement vérifier où en sont les exploitations par rapport aux autorisations octroyées. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 183 Chapter 4 Rapports Il est d'usage de stocker tous les rapports concernant la sécurité de l'IGR/IGS en un seul endroit, pour les trouver facilement en cas de besoin. Tous les commentaires émis lors des exercices de surveillance doivent être lus en priorité et traités sous forme de plans d'action. Informations complémentaires relatives à la sécurité de l'IGR/IGS Après avoir rédigé les manuels de sécurité, il faut déployer des efforts importants pour mettre en œuvre les manuels ESE sur le site et pour éduquer les personnels travaillant dans l'installation. Dans un des exemples, une première étape consistait à présenter tous les manuels sur le site, puis à donner un cours d'introduction de quatre heures à l'ensemble des personnels ainsi qu'à des tiers intervenant sur les digues au niveau de chaque usine. L'étape suivante comportait un programme sur trois ou quatre jours abordant la théorie, la formation pratique, une étude des conditions actuelles (main-d'oeuvre disponible et ressources physiques), avec suffisamment de temps consacré à des discussions sur ces sujets. La mise en œuvre des manuels ESE et l'éducation des personnels sont un projet continu, lié à l'inspection annuelle. Le résultat de cette inspection est présenté à l'ensemble des personnels concernés, et une éducation complémentaire peut y être associée. [50, Au group, 2002] L'utilisation de ce type de système documentaire présente les avantages suivants : • • • la documentation abordant les données importantes concernant l'IGR/IGS est rassemblée de manière à permettre une bonne vue d'ensemble l'information est accessible facilement et à tout moment ; cela facilite le "passage de relais" en cas de changement de responsable ou de propriétaire en cas d'incident, une facilité d'accès à l'ensemble des informations pertinentes est assurée. Ses inconvénients sont les suivants : • dans les pays connaissant une industrie extractive minime, il peut être difficile de trouver un consultant capable de réaliser l'audit • pour les petites exploitations, le coût d'un tel audit peut être lourd à porter • il est nécessaire et indispensable d'avoir un processus administratif continu, et par conséquent de la main-d'oeuvre pour actualiser le document. [118, Zinkgruvan, 2003] Les manuels ESE s'appliquent dans tous les cas où le risque de dommage considérable pour les infrastructures, pour les structures importantes, de préjudice pour l'environnement ou de préjudice matériel pour des tiers n'est pas négligeable et où le bassin contient de l'eau gravitaire. Dans certains cas, une certaine superficie de bassin ou une certaine hauteur de terril sert à faire la différence entre un risque négligeable et un risque non négligeable. Par exemple, selon la loi allemande ces limites sont fixées à un volume total de 100 000 m3 et une hauteur de digue de 5 m. Il est impossible de fournir des statistiques de coûts qui soient fiables en ce qui concerne la main-d’œuvre nécessaire pour créer et tenir à jour ces manuels. On peut dire, en revanche, que son coût est comparable à celui des autres systèmes de gestion. Les deux facteurs qui vont influer sur ce coût sont la quantité d'informations déjà rassemblées et lors de la phase de conception et la taille de l'exploitation. 184 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 4.2.3.2 Audit La réalisation d'un audit indépendant pour une IGR/IGS permet de faire régulièrement évaluer les performances et la sécurité d'une installation par un expert qualifié et chevronné qui n'est pas, ou n'a pas été, associé à la conception ou à l'exploitation de l'installation. Les raisons qui pourraient pousser à de tels audits sont les suivantes : 1. Au cas où des ruptures continueraient de se produire bien qu'il existe des techniques permettant de construire et de faire fonctionner sans risque des installations de gestion des résidus et des stériles. Dans ce cas, la plupart des accidents et incidents peuvent être provoqués par des erreurs commises soit lors de la phase de conception, soit en cours d'exploitation de l'installation [9, ICOLD, 2001]. L'erreur humaine et le défaut de construction sont donc des facteurs qu'il est impossible d'exclure de l'analyse, et une seconde opinion est donc un outil utile 2. Souvent, un audit indépendant ne va pas simplement révéler des erreurs humaines mais va permettre à un œil "extérieur" de voir l'installation sous une perspective différente (plus objective), qui aurait pu échapper aux personnes travaillant tous les jours sur le site 3. Etant donné que les experts qui participent à la conception, à la construction et à d'autres projets au sein de l'installation dépendent toujours, dans une certaine mesure, de la société minière et qu'ils collaborent donc étroitement avec elle comme prestataire interne ou comme consultant, le prestataire ou le consultant peut, à terme, devenir "l'un des siens", ce qui peut inconsciemment influer sur les décisions prises, même si leur intention est d'être objectif. C'est la raison pour laquelle les audits sont généralement réalisés par un expert qui n'était encore jamais intervenu sur le site en question 4. Les audits sont importants et doivent donc être réalisés à intervalles réguliers. L'intervalle entre deux audits peut varier, principalement en fonction du classement de l'installation en termes de dangerosité. D'autres facteurs pouvant influer sur cet intervalle sont la vitesse de montée, la méthode de construction et de dépôt, l'organisation de la sécurité de la digue, l'expérience de l'entreprise et l'avis du consultant interne. La personne ou l'équipe en charge de l'audit doivent convenir avec la société minière d'un intervalle adapté pour l'audit indépendant suivant. Un audit couvre tous les aspects susceptibles de toucher à la sécurité globale de l'IGR/IGS, et notamment : • • • • • • la conception actuelle, la conception en fonction des autorisations et des normes en vigueur, les documents de récolement et ceux relatifs aux modifications de conception les phases précédentes de construction/dépôt conformément à la conception les problèmes et incidents passés la conception future/prévue conformément aux normes en vigueur la construction et le dépôt continus conformément aux normes en vigueur la surveillance :  des infiltrations, des prélèvements d'eau superficielle et souterraine (fréquence, emplacement et paramètres analysés)  de la pression interstitielle  de l'étalonnage des équipements  de l'évaluation et de l'enregistrement des relevés  du plan d'action lorsque les relevés tombent en dehors des résultats attendus ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 185 Chapter 4 • • • • • • • • l'organisation de la mine pour la sécurité de l'IGR/IGS, autrement dit, vérifier qu'une personne a été nommée responsable, vérifier les rôles et les responsabilités des individus, le programme de formation et le système de signalement des incidents la pertinence du manuel d'exploitation, du manuel d'exploitation, d'entretien et de surveillance (manuel ESE) ou similaire, y compris la méthodologie de dépôt et d'élévation de la digue, la gestion du bassin et des eaux, le contrôle des infiltrations et des poussières, les routes d'accès, la surveillance, la documentation et les révisions du manuel le bilan hydrique global de l'installation la surveillance effectuée conformément aux normes en vigueur les analyses de risque, les incidents, les infiltrations incontrôlées la classification des risques, y compris les pertes de vie, les aspects environnementaux et économiques (ou relatifs à l'entreprise) les plans de préparation aux interventions d'urgences, la procédure d'évacuation, la liste de toutes les coordonnées des personnels de sécurité et des services d'urgence le plan de déclassement, y compris l'analyse des risques, la stabilité à long terme, le confinement en toute sécurité des matières toxiques, la productivité des terrains et les aspects visuels. Les qualifications nécessaires pour réaliser un audit sont susceptibles de varier non seulement en fonction de la classification des risques de l'installation mais également en fonction des spécialistes disponibles dans la région. Si l'audit doit couvrir plusieurs domaines techniques, il faut généralement réunir une équipe de spécialistes. Pour les digues de retenue, la science de la géotechnique présente généralement un intérêt particulier. Les autres sciences, selon les conditions qui règnent localement sur le site, peuvent être l'hydrologie et l'hydrogéologie. La ou les personnes qui effectuent un audit doivent être des spécialistes ayant une expérience documentée dans les sciences en question. Il peut être utile de travailler avec des spécialistes venant d'autres pays qui apporteront des connaissances et des perspectives nouvelles. [119, Benkert, 2003] L'annexe 5 décrit quelques-unes des normes actuelles régissant les audits dans différentes régions du monde. 4.2.4 Phase de fermeture et d'entretien après fermeture En règle générale, la fermeture d'une installation de gestion des résidus et/ou des stériles se produit simultanément avec la fermeture d'une mine. Il faut donc élaborer un plan de fermeture et d'entretien après fermeture, et l'appliquer. Cela étant, la présente section concerne plus particulièrement les sites qui sont dans la portée du présent travail (autrement dit, non pas les mines mais plutôt les installations de gestion des résidus et des stériles). Le cas échéant, les points de jonction avec les plans généraux de fermeture seront mentionnés. Il est d'usage que les activités successives de remise en état qui ont été réalisées pendant la phase d'exploitation du cycle de vie de la mine soient évaluées avant la fermeture définitive du site. Les questions suivantes sont incluses dans la phase précédente mais sont réétudiées à la lumière de la situation d'ouvrage fini du site et les plans de fermeture sont ajustés en conséquence : • • • • 186 les coûts de fermeture sont inclus dans l'évaluation des différentes options les plans de fermeture adoptent une démarche d'analyse de risque les plans de fermeture sont tenus à jour pendant toute la durée de vie active de l'installation et sont systématiquement actualisés pour prendre en compte des modifications éventuelles de la conception et pendant l'exploitation les installations sont conçues pour faciliter une fermeture précoce si nécessaire July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 • la conception de l'entretien après fermeture doit en principe limiter le besoin d'une gestion active • le plan de fermeture élaboré lors de l'étape de planification doit être révisé et actualisé avec une certaine fréquence pendant les phases de conception et d'exploitation du cycle de vie de la mine. [45, Euromines, 2002] Lors de l'élaboration d'un plan de fermeture, un élément important est la création d'un aménagement des sols après l'activité minière. L'utilisation ultérieure réussie d'un site de gestion de résidus est facilitée lorsque les aspects écologiques, environnementaux, récréatifs et économiques sont mis en regard. Tous les protagonistes (exploitant, rédacteurs des autorisations, ONG, communautés voisines) doivent participer au débat. Il est à noter que les manuels ESE cités dans la section précédente sont également appliqués pendante toute la phase de fermeture et d'entretien après fermeture. 4.2.4.1 Objectifs de fermeture à long terme Lors de la conception d'installations de gestion des résidus et des stériles qui soient stables à long terme, les trois classes de mécanismes de rupture suivantes sont prises en compte : 1. ruptures de pentes dans la fondation dans l'installation de gestion proprement dite 2. événements extrêmes tels qu'inondations, tremblements de terre et vents violents 3. actions de détérioration lente, telles que l'érosion par l'eau et le vent, les forces liées au gel et aux glaces, l'altération des matériaux de remblai et les intrusions végétales et animales. [6, ICOLD, 1996] La référence [100, Eriksson, 2002] utilisée dans la présente section s'appuie principalement sur les directives MIRO (1998) intitulées “A TECHNICAL FRAMEWORK FOR MINE CLOSURE PLANNING“ et le rapport sur l'état de la technique du programme MiMi (1998) concernant “la prévention et la réduction des pollutions liées aux résidus et aux stériles”. Ces deux documents sont à recommander aux personnes intéressées, car ils donnent une excellente vue d'ensemble sur le sujet et apportent souvent de très bonnes idées. Le tableau ci-après résume les conditions fondamentales d'un processus de fermeture, de la planification initiale à la mise en œuvre proprement dite. Enjeu Stabilité physique Stabilité chimique Stabilité biologique Environnement hydrologique et hydrogéologique Influences géographiques et climatiques Sensibilités et opportunités à l'échelle locale Objectifs de fermeture Toutes les structures anthropiques restantes sont physiquement stables les structures physiques restant après la fermeture sont chimiquement stables L'environnement biologique est restauré sous forme d'un écosystème naturel et équilibré typique de la région, ou est laissé dans un état favorisant et permettant une réhabilitation naturelle et/ou la réintroduction d'un environnement stable et biologiquement diversifié la fermeture vise à empêcher les polluants physiques ou chimiques de pénétrer et ensuite de dégrader l'environnement en aval - y compris les eaux superficielles et souterraines la fermeture est adaptée aux exigences et aux spécifications du site en termes de facteurs climatiques (pluies, tempêtes, valeurs extrêmes saisonnières) et géographiques (proximité avec des habitations humaines, topographie, accessibilité de la mine) la fermeture multiplie les opportunités de restauration des terrains et une amélioration de l'aménagement des sols est envisagée dans la mesure où elle est appropriée et/ou économiquement faisable ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 187 Chapter 4 Aménagement des sols Fonds pour la fermeture Considérations socioéconomiques La réhabilitation est telle que l'aménagement des sols in fine est optimisé et compatible avec la région environnante et avec les exigences de la communauté locale. Des fonds suffisants et facilement disponibles doivent être débloqués pour assurer la mise en œuvre du plan de fermeture Il faut envisager quelles seront les opportunités pour les communautés locales dont la subsistance peut dépendre des emplois et des retombées économiques des activités minières. Des mesures adéquates sont prises pour assurer meilleure prise en compte possible des implications socioéconomiques de la fermeture Tableau 4.5 : Résumé des critères de fermeture [100, Eriksson, 2002] Stabilité physique Toutes les structures anthropiques qui resteront après la fermeture de la mine devront être physiquement stables. Elles ne devront en principe représenter aucun danger pour la santé et la sécurité publiques par suite d'une défaillance ou d'une détérioration physique, et elles devront continuer de remplir la fonction pour laquelle elles ont été prévues. Ces structures ne devront pas s'éroder ou changer de place, sauf si un tel déplacement ne met pas en danger la santé et la sécurité du public et n'entraîne pas d'effets néfastes pour le milieu environnant. Cela implique qu'il faudra tenir pleinement compte d'éventuels événements extrêmes, tels qu'inondations, vents violents ou tremblements de terre, ainsi que d'autres forces naturelles perpétuelles telles que l'érosion, lors des périodes de conception et au vu des coefficients de sécurité proposés. La surveillance de ces structures vise à montrer qu'elles n'ont subi ni détérioration ni déformation physique. [100, Eriksson, 2002] Des différences par rapport aux pratiques classiques apparaissent dans plusieurs domaines et sont successivement abordées : Evènements extrêmes Les digues de retenue sont conçues pour rester stables sous l'influence d'un degré d'amplitude choisi d'inondation ou de tremblement de terre, par exemple la Crue Maximale Probable (CMP) ou le tremblement de terre maximal crédible (Maximum Credible Earthquake - MCE). Les valeurs de calcul correspondantes sont établies dans le cadre d'une compréhension météorologique et sismique de la région, et sont donc fonction de l'état des connaissances au moment de leur calcul. Toutefois, cet état des connaissances évolue en permanence au fur et à mesure que la compréhension des facteurs techniques s'améliore et que les inondations et tremblements de terre de grande ampleur se multiplient. Par conséquent, les estimations de calcul initiales vont également évoluer dans le temps et augmenter en ordre de grandeur. Au fur et à mesure que le temps passe, l'évènement le plus important ayant été vécu pourra toujours être dépassé, mais ne diminuera jamais. Pour la plupart des propriétaires de barrages hydroélectriques conventionnels, la majeure partie des dépenses engagées pour la sécurité des barrages est consacrée à améliorer les déversoirs et les fondations pour les adapter à ces valeurs nouvelles, plus élevées. Pour certaines installations de gestion des résidus (en l'occurrence, de nombreux bassins de résidus) dans des conditions d'entretien après fermeture, ce type d'amélioration sera peut-être nécessaire indéfiniment. Sans cela, il serait impossible de faire face aux estimations d'évènements extrêmes que permet la connaissance de l'avenir. [13, Vick, ] Il existe toutefois des variations majeures des paramètres géotechniques dans le temps, qui peuvent améliorer cette stabilité. En particulier, les pressions d'eau interstitielles élevées qui règnent aussi bien dans les digues de résidus tassés que dans les digues de déchets grossiers 188 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 vont, dans la quasi-totalité des scénarios, se dissiper de manière importante avec le temps. Cela conduit généralement à une consolidation des dépôts, à une meilleure résistance au cisaillement et à une perméabilité réduite (notamment verticalement). C'est le cas, en particulier, lorsque les dépôts de résidus sont recouverts et surchargés. A condition que des dispositions adéquates soient prises pour le drainage, le coefficient de sécurité par rapport à l'instabilité va presque systématiquement augmenter avec le temps et est susceptible d'augmenter grâce à l'établissement et à la croissance d'une végétation appropriée. Il faut prendre en compte les effets d'affaissement des activités minières sous-jacentes et adjacentes ainsi que le potentiel de récupération d'eau souterraine à proximité de la digue ou du terril après cessation des activités minières et ses effets probables sur l'instabilité. Dommages cumulatifs Un facteur connexe est celui des dommages cumulatifs liés à la multiplication des événements extrêmes, ou aux processus graduels tels que l'érosion interne, qui nuisent à la stabilité de la digue au fil du temps. Pour les tremblements de terre, la pratique sécuritaire classique pour les digues consiste à effectuer les réparations immédiatement après un évènement destructeur. Pour des installations de gestion des résidus, ces réparations peuvent être physiquement impossibles à effectuer. Pour des digues classiques, le rabattement du réservoir peut être nécessaire lorsqu'il faut réparer des dommages importants, et c'est également une intervention importante en cas d'urgence. En revanche, un réservoir contenant des résidus solides ne peut voir son niveau réduit. En outre, une digue de retenue va connaître, dans un avenir indéterminé, des événements extrêmes répétés dont le nombre sera fonction du temps et du taux de récurrence. Pour les gros tremblements de terre dans certaines régions minières, le délai est de l'ordre de quelques centaines d'années seulement. Un exemple des effets cumulatifs des secousses sismiques est fourni par le barrage de La Villita, au Mexique, qui a connu des tassements de crête de plus en plus importants au cours de quatre épisodes séparés de secousses sismiques majeures en tout juste 30 ans. Les dommages cumulatifs résultent également d'une simple détérioration avec l'âge. Aucune structure en béton - déversoir, installation de décantation, ou aucun revêtement de tunnel - ne peut durer éternellement sans être entretenu(e) et réparé(e) en permanence. [13, Vick, ] Changement climatique Les effets du changement climatique à long terme présentent un grand intérêt et un haut degré d'incertitude. Or, pour qu'une digue de retenue reste indéfiniment stable il faut en quelque sorte que l'influence de ces changements sur les inondations et la capacité des déversoirs puissent être prévues avec exactitude, ce que même les experts en climatologie sont incapables de faire. Les changements climatiques peuvent également influer de plusieurs autres manières sur la stabilité physique comme sur la stabilité chimique. Les conditions de gel sont utilisées pour réduire les vitesses de réaction de type DA dans certaines mines des régions arctique et subarctique, où certaines digues de retenue dépendent également, pour leur stabilité, de la présence d'un sol gelé. Il va sans dire que l'immersion permanente nécessite un volume d'eau suffisant, même en période de sécheresse prolongée et ce, nonobstant d'éventuels changements futurs de climat. [13, Vick, ] Il importe donc d'évaluer les effets potentiels du changement climatique dans le cadre de l'évaluation des effets sur l'environnement (voir Section 4.2.1.3) si ces derniers sont susceptibles d'influer sur le comportement à long terme de l'option de gestion choisie. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 189 Chapter 4 Risques géologiques Alors que les digues de retenue sont conçues pour faire face aux risques géologiques connus à l'époque de leur construction, dans un avenir indéterminé elles seront soumises à terme à la série complète des processus géomorphiques se produisant là où elles ont été érigées (glissements de terrain, avalanches de roches, activité volcanique, effondrements karstiques). A l'instar de la survenue d'événements extrêmes, les effets destructeurs de ces processus sont uniquement une question de temps et de taux de récurrence, un facteur particulièrement difficile à prévoir pour la plupart des phénomènes géologiques à grande échelle. Même les processus les plus bénins de dépôt alluvial finissent à terme par remplir les installations d'acheminement de l'eau si ces dernières ne sont pas débarrassées en permanence de leurs sédiments et débris. [13, Vick, ] Stabilité chimique Les sites de gestion des résidus et des stériles et les structures qu'ils contiennent doivent être chimiquement stables à travers toutes les phases de leur cycle de vie. Cela signifie, par exemple, que les conséquences d'éventuelles modifications ou conditions chimiques conduisant à la lixiviation de métaux, de sels ou de composés organiques ne doivent ni mettre en danger la santé et la sécurité publiques, ni provoquer la dégradation des ressources environnementales. Dans la pratique, des aspects tels que les effets à court et à long terme des changements dans la géochimie des résidus, les infiltrations des bassins de résidus, des terrils à stériles et des remblais souterrains, ou encore le drainage des eaux superficielles à partir du site doivent être examinés. Lorsque des rejets contaminés sont prévus à l'avance, des mesures de réduction appropriées (par exemple le tassement ou le traitement passif au moyen de zones humides) doivent être prises pour atténuer ou supprimer de tels rejets, si ces derniers sont susceptibles de provoquer des effets nocifs pour l'environnement. La surveillance vise à montrer qu'il n'existe aucun effet nocif (par exemple des concentrations plus élevées qui dépassent les seuils réglementaires) provenant des eaux, des sols et de l'air avoisinant le site fermé. [100, Eriksson, 2002] Pour les résidus/stériles sulfurés l'objectif de fermeture le plus évident est de maintenir la stabilité chimique des résidus/stériles en empêchant la libération de produits d'oxydation dans le milieu ambiant, que ce soit en empêchant les réactions d'oxydation d'avoir lieu, en empêchant le transport de ces produits au-delà des limites du site, ou les deux. Les processus naturels peuvent influer fortement sur la façon dont on atteint cet objectif. Par exemple, les mesures permettant de limiter les infiltrations dans le dépôt seront éventuellement préférées à celles qui consistent, par exemple, à appliquer des revêtements de fond de faible perméabilité, accompagnés de gradients hydrauliques qui favorisent le transport des contaminants (effet dit de "baignoire"). [13, Vick, ] Stabilité biologique La stabilité biologique d'un site fermé est étroitement liée à l'utilisation finale de ses sols, tandis que la stabilité du milieu ambiant va dépendre essentiellement des caractéristiques physiques et chimiques du site. Ces trois facteurs sont liés, du fait que la stabilité biologique peut influer de manière importante sur la stabilité physique ou chimique. Par exemple, des racines vont empêcher l'érosion en liant la surface du sol, et le développement d'une couverture végétale saine sur une zone de traitement humide va augmenter la profondeur par rapport à la surface des matières organiques, créant ainsi les conditions anoxiques nécessaires au traitement de l'eau. La réhabilitation de la plupart des sites implique le reverdissement de vastes étendues de terrains restaurés, qui peuvent souvent être de qualité médiocre en termes 190 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 de croissance végétale durable. Il importe, par conséquent, que les méthodes d'amélioration et de culture des sols ou des matériaux pédogénétiques, ainsi que les espèces choisies, entraînent le développement d'une couverture végétale durable. Cette couverture doit convenir au mode d'aménagement des sols choisi et est susceptible de jouer un rôle important dans le maintien de la stabilité physique et chimique du site, notamment en stabilisant la couverture de terre et en empêchant l'érosion. L'objectif de la surveillance est de montrer non seulement que la croissance végétale a réussi du premier coup, mais que sur une période correspondant à plusieurs saisons de croissance, elle s'est développée en une communauté végétale autonome. [100, Eriksson, 2002] La pratique sécuritaire classique admet que les effets délétères des animaux fouisseurs et la pénétration des racines sont des problèmes qui doivent être réglés grâce à un entretien permanent. D'autres problèmes peuvent être plus inattendus. Par exemple, le castor, symbole national du Canada, est extrêmement répandu dans ce pays et ses habitudes sont bien connues des ingénieurs comme des biologistes. Sa propension à entreprendre ses activités en réaction au bruit de l'eau qui coule est reconnue comme une question sérieuse à long terme lors de la fermeture des digues de résidus, car il construit des digues susceptibles de bloquer les installations de dérivation ; ce phénomène, du reste, a été cité dans la documentation comme une cause de rupture de digues de retenue dans le passé. En Europe, il est à noter que le castor Européen, espèce qui s'était éteinte en Suède dans les années 1870, a été réintroduit dans les années 1920 et connaît aujourd'hui un nouvel essor. Ces différents facteurs montrent à un niveau plus détaillé dans quelle mesure la sécurité à long terme d'une digue est liée à la nécessité d'un entretien, de modifications et de réparations continus et inversement, combien il est difficile d'assurer cette stabilité sur le long terme. [13, Vick, ] Aménagement consécutif des sols Généralement, l'utilisation d'un site consécutivement à sa fermeture est déterminée par les facteurs suivants : • • • • • • utilisation actuelle ou avant l'activité minière des sols avoisinant le site modifications futures prévues dans l'utilisation des sols avoisinants utilisation raisonnablement prévue du site de la mine après son exploitation viabilité de la réutilisation des infrastructures et installations du site ampleur des effets éventuels sur l'environnement nécessité d'une protection contre les risques physiques, chimiques et biologiques (anthropiques ou naturels). Les aspects spécifiques liés au mode de gestion à long terme choisi doivent être pris en compte lors de la détermination de l'utilisation consécutive des sols. De là, il existe différentes options qui sont envisagées pour la plupart des sites, et notamment les options suivantes : • • • • • recolonisation naturelle du site par la végétation locale plantation de forêts dans un but commercial développement de l'agriculture incitation à exercer d'autres activités industrielles utilisation des installations d'infrastructure dans le cadre du développement commercial de la région. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 191 Chapter 4 Quel que soit le choix définitif, les sites sont généralement réhabilités de telle sorte que l'utilisation in fine des sols et la morphologie du site soient compatibles avec le paysage environnant ou avec le milieu tel qu'il était avant l'activité minière. Cela n'empêche aucunement que la zone soit éventuellement maintenue comme un site industriel ou commercial. 4.2.4.2 Questions spécifiquement liées à la fermeture Terrils La géométrie des terrils et la stabilité associée sont fonction du type de matériaux mis en terril, de la méthode de construction employée et de la topographie locale. Les difficultés et risques susceptibles d'être associés à un terril sont, entre autres : • • • • • • • • pentes instables formation de lixiviat toxique conduisant à une contamination en aval formation de drainage acide (DA) pollution des eaux superficielles et/ou souterraines incendies/combustion spontanée atteintes au bétail, à la faune indigène et préjudice pour le public pollution par la poussière et érosion par le vent impact visuel. Il est courant de procéder à des études géologiques approfondies avant l'exploitation. En cas de risque d'activité sismique ou de tout autre évènement déstabilisant naturel ou induit par l'homme, toutes les mesures et structures mises en place doivent être conçues et réalisées de façon adaptée. [100, Eriksson, 2002] Bassins/Digues Les résidus boueux sont généralement déversés dans un lieu de confinement, par exemple un bassin, où ils vont être isolés du milieu ambiant, ce qui empêchera les effets potentiels sur ce milieu. Les retenues sont généralement aménagées au moyen de la topographie naturelle et avec des digues à l'intérieur desquelles la gestion des résidus peut être contrôlée. La détermination du type de retenue et de l'emplacement de tel ou tel site est fonction des facteurs suivants : • • • • • • • • • • 192 topographie risques naturels climat local et bilan hydrique volume des résidus degré de consolidation des résidus toxicité des résidus inquiétudes pour l'environnement s'agissant des résidus et de l'eau de traitement quantité de matériaux de couverture adaptés couche arable disponible aspects économiques. July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Les problèmes et risques que peuvent poser les bassins de résidus sont, entre autres, les suivants : • • • • • • pentes instables pouvant entraîner un effondrement ou une rupture de digue percolation ou fuite de lixiviat conduisant à une contamination en aval formation de DA pollution des eaux superficielles et/ou souterraines atteintes au bétail, à la faune indigène et préjudice pour le public pollution par la poussière et érosion par le vent. Il est courant de procéder à des études géologiques approfondies avant l'exploitation du site. En cas de risque d'activité sismique ou de tout autre évènement déstabilisateur naturel ou induit par l'homme, toutes les mesures et structures mises en place doivent être conçues et réalisées de façon adaptée. Un rapport exhaustif sur l'hydrologie et la géochimie du site ainsi que sur ses aspects géotechniques doit être rédigé. [100, Eriksson, 2002] Couverture aquatique Lors de la conception d'un bassin de résidus, il faut que les digues de retenue procurent un niveau acceptable de sécurité, à la fois pendant la période d'exploitation et pendant la période d'après fermeture. Il est souvent souhaitable d'entretenir une couverture aquatique permanente ou une zone humide sur le dessus des résidus déposés, pour éviter la mobilisation des contaminants et/ou pour des raisons d'esthétique. Le passage ci-après explique comment concevoir une digue en terre stable à long terme de telle sorte qu'elle puisse supporter cette couverture aquatique permanente. La technique de la couverture aquatique comme moyen de gestion du DA est décrite plus en détail à la Section 4.3.1.2.1. Un bassin de résidus représente une menace potentielle pour l'environnement pendant son exploitation ainsi que pendant la phase d'après fermeture. Pour éviter les effets néfastes pour l'environnement, il faut que le bassin de résidus soit physiquement et chimiquement stable. Dans cette optique, les deux conditions suivantes doivent être réunies : 1. la digue doit procurer un niveau acceptable de stabilité, pendant la période d'exploitation mais aussi pendant la période d'après fermeture 2. les matériaux susceptibles d'avoir des effets néfastes pour l'environnement doivent être stockés/déposés d'une manière qui soit sans danger pour l'environnement. Une fois l'exploitation terminée, des mesures doivent être prises pour intégrer le bassin de résidus dans le paysage environnant de manière esthétique et sûre. Si les résidus contiennent des sulfures, qui au contact de l'air et de l'eau peuvent s'oxyder lentement et produire de l'acide et des métaux dissous, il faut éviter l'oxydation des sulfures, notamment en déposant les résidus sous l'eau. Dans ce cas, il faut que le bassin de résidus soit conçu et réalisé de manière à assurer la stabilité à long terme de la digue et de satisfaire aux conditions d'inondation permanente de la surface. Une couverture aquatique permanente suppose le respect des conditions suivantes : • • la quantité d'eau rajoutée pour remplir le bassin de résidus doit être suffisante pour garantir la couverture aquatique et une stabilité chimique de l'eau à tout instant la digue doit être suffisamment stable pour procurer un niveau de sécurité acceptable pendant l'exploitation ainsi qu'après. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 193 Chapter 4 En ce qui concerne la stabilité, les conditions à long terme vont exiger un dimensionnement adapté de la digue pour une structure donnée. Par "à long terme", on entend généralement "jusqu'à la prochaine période glaciaire" ou "pendant quelques milliers d'années". Sur la base des connaissances actuelles, il convient de traiter des aspects/mécanismes de défaillance suivants pour pouvoir remplir les conditions de "stabilité à long terme" de la digue : • • • • • stabilité des pentes débordement de la crête de la digue instabilités de la fondation et à l'intérieur de la digue événements extrêmes tels qu'inondations, tremblements de terre et vents violents processus de détérioration lente provoqués par les infiltrations d'eau, les précipitations, le gel, la glace, la végétation, etc. [126, Eriksson, 2003] Pentes de digue stables à long terme conçues pour retenir définitivement l'eau Des expériences et des études portant sur des formations naturelles similaires aux digues de retenue indiquent qu'une pente inférieure à 1:3 (V:H) s'avère, à ce jour, stable à l'érosion par le vent et l'eau, au gel et à l'altération depuis les 10 000 dernières années (autrement dit, depuis la dernière période glaciaire). Un angle inférieur à 1:3 va également faciliter le verdissement, ce qui va également diminuer les effets des actions de détérioration lente. [127, Benkert, 2002] Des filtres verticaux sont installés entre la partie centrale imperméable et le remblai de soutènement. Le pied aval est équipé d'un filtre (la fonction du matériau filtrant a été expliquée à la Section 2.4.2.2) et peut également être renforcé par de gros rochers. Un fossé de captage des eaux de drainage doit être construit en aval du pied pour surveiller le débit et la qualité des infiltrations (voire pour capter les eaux d'infiltration si elles ne respectent pas les normes de qualité des eaux d'évacuation pendant la phase d'exploitation). [126, Eriksson, 2003] Débordement Le risque de débordement est lié aux conditions météorologiques locales et à la superficie de la zone de captage. Pendant l'exploitation, la capacité d'évacuation doit être en mesure de faire face aux crues extrêmes prévisibles (par exemple la CMP, voir Section 2.4.2.6). Cette capacité d'évacuation est généralement 2,5 fois supérieure au plus haut débit mesuré en un quelconque point. Si la solution choisie pour la fermeture du bassin de résidus est celle d'une couverture aquatique, il faut que l'installation d'évacuation (sortie d'eau) soit stable à long terme, qu'elle soit aménagée de préférence sous la forme d'un déversoir qui déverse dans le sol naturel et non à travers la digue. Cette sortie d'eau stable à long terme doit être capable, moyennant une marge de sécurité suffisante, de faire face à n'importe quelle crue extrême et en même temps de gérer le risque que représente un colmatage par des glaces, des arbres tombés, des branches, etc. sans compromettre la capacité d'évacuation requise. Ces conditions impliquent qu'il faut construire une sortie d'eau très large pour la phase à long terme. Comme il faut assurer un franc-bord suffisant, la distance entre le bord du bassin (eau gravitaire) et la crête du bassin (baptisée "plage") dans des conditions climatiques normales risque d'être considérable. Cette zone de résidus sera recouverte, lors de la fermeture, par une couche imperméable de matériaux destinée à empêcher les infiltrations, l'aération et l'érosion. Une longue distance de plage présente l'avantage d'améliorer la stabilité des pentes, ce qui diminue les possibilités d'érosion interne en raison du niveau bas de la nappe phréatique et des lignes d'écoulement. 194 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Instabilités On considère souvent qu'un coefficient de sécurité de 1,5 donne une probabilité suffisamment faible à long terme qu'il y ait des instabilités dans le sous-sol, dans la fondation et à l'intérieur de la digue. La Section 4.4.13.1 fournit d'autres exemples de coefficients de sécurité et de leur mode de détermination. En outre, si on utilise une couverture humide, il faut que l'angle de pente du gradient hydraulique soit inférieur à la moitié de l'angle de frottement du matériau dont est faite la digue. Évènements extrêmes Il convient de vérifier la stabilité dynamique de la structure de la digue par rapport aux calculs d'accélération de tremblement de terre propres au site. Un coefficient de sécurité de 1,5 est considéré comme suffisant pour assurer cette stabilité dynamique. Les vents violents engendrent des vagues qui peuvent endommager la pente amont et la crête de la digue. Lors du calcul de la hauteur des vagues de dimensionnement, il vaut mieux utiliser des données sur les vents qui soient propres au site. La hauteur des vagues de dimensionnement permettra de déterminer la protection contre l'érosion qu'il faut appliquer sur la pente amont, et éventuelle d'ajouter au franc-bord nécessaire. Cette protection contre l'érosion est nécessaire aussi bien pour la phase à long terme que pendant l'exploitation. [126, Eriksson, 2003] Actions de détérioration lente Pendant la phase à long terme, les digues peuvent être endommagées par des processus de détérioration lente tels que l'infiltration, l'érosion, la température, le gel, la glace, la végétation, etc. Le processus à long terme qui joue probablement le rôle le plus important pour la stabilité d'une digue est celui des infiltrations à travers la digue. Ces infiltrations à travers la digue peuvent entraîner une érosion interne, qui est une cause courante de dommages pour les grands barrages hydroélectriques. Toutefois, il est possible d'éviter ou d'empêcher cette érosion interne si l'inclinaison du gradient hydraulique (c'est-à-dire la ligne de pression interstitielle) est aussi basse que dans les formations des sols qui sont stables à l'écoulement des eaux souterraines. En général, la pente d'un sol est stable à l'érosion interne si l'inclinaison du gradient hydraulique est inférieure à la moitié de l'angle de frottement du matériau pédologique. Si l'on suit ce raisonnement, une digue stable à long terme est construite de telle sorte que l'inclinaison du gradient hydraulique soit inférieure à la moitié de l'angle de frottement du matériau pédologique. La digue sera alors considérée comme soumise à une pression d'eau souterraine et non à une pression d'eau statique, et devra donc présenter un niveau de sécurité acceptable contre l'érosion interne. Cette condition sera susceptible d'être utilisée lorsqu'il s'agira de dimensionner la digue dans sa largeur. Il est possible d'éviter les dommages dus à l'érosion, aux températures et à la végétation en utilisant des matériaux stables pour construire la digue et en aménageant ses pentes selon un angle suffisamment faible. Un angle de pente de 1:3 (V :H) est considéré comme stable à long terme, puisque de telles pentes s'observent dans le paysage naturel. Ces pentes naturelles auront été soumises de façon naturelle à l'érosion, aux températures, à la végétation, etc. pendant de très longues périodes, depuis la dernière période glaciaire dans les pays nordiques (environ 10 000 ans) et en dépit de ces longues durées, elles ne présentent que très peu de signes d'altération. Le signe d'altération le plus visible est l'oxydation et la lixiviation des premiers 50 cm de sol. En revanche, sous cette profondeur, la moraine est pratiquement intacte. On peut donc en déduire qu'une digue réalisée dans ce matériau pourra continuer de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 195 Chapter 4 résister à ces processus. On peut appliquer le même raisonnement s'agissant des différents matériaux utilisés dans d'autres régions d'Europe. [126, Eriksson, 2003] La figure ci-après présente quelques exemples types de digues conçues pour une couverture aquatique permanente. On notera que sur cette figure, les résidus grossiers jouxtent la digue. Figure 4.2 : Digues pour couvertures aquatiques permanentes 1. Résidus fins, 2. Résidus grossiers, 3. Remblai de soutènement, 4. Remblai de soutènement stable à long terme, 5. Couverture imperméable et protection contre l'érosion [6, ICOLD, 1996] Bassins asséchés Lors de la fermeture, l'abaissement de la nappe phréatique augmentera la stabilité des pentes et diminuera le risque d'érosion interne. La liste ci-après recense les aspects dont il faudra tenir compte pour éviter les problèmes et dangers potentiels susmentionnés : • • • • • 196 modification des pentes extérieures des digues pour assurer un coefficient de sécurité suffisant à la fois pour la stabilité à long terme et des conditions de charge sismique nécessité de contrôler les infiltrations grâce à un drainage adéquat nécessité de prendre des dispositions pour le captage et pour le détournement des eaux de ruissellement de surface nécessité d'une digue stable à long terme contre les actions de détérioration lente au cas où les résidus auraient un potentiel de DA, nécessité d'une couverture adaptée pour éviter/freiner les infiltrations et la diffusion (voir section 4.3.1). July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Les systèmes existants de détournement des eaux pluviales peuvent être améliorés en termes de capacité et de durabilité, afin d'empêcher l'érosion du dépôt en cas de fortes pluies. Les tours de décantation et les canalisations de rejet doivent être maintenus dans un état tel qu'elles ne présentent aucun risque potentiel à long terme. Il est courant d'obturer les canalisations de rejet avec un bouchon de ciment. La surface supérieure de la digue est soumise à un contourage pour assurer un équilibre acceptable entre les précipitations et l'évaporation. Dans les zones de forte pluviométrie, un déversoir sera peut-être nécessaire pour décanter l'eau excédentaire de la surface de la digue. La figure ci-après montre des exemples de digues de bassins asséchés. On notera que sur cette figure, les résidus grossiers jouxtent la digue. Figure 4.3 : Digues pour bassins asséchés [6, ICOLD, 1996] Installations de gestion de l'eau Les installations de gestion de l'eau comprennent toutes les installations situées sur un site minier ou associées à celui-ci et destinées à contrôler, stocker, traiter et acheminer l'eau à des fins de traitement et d'usage domestique, ainsi que les installations d'évacuation des eaux de dérivation et de traitement de l'eau excédentaire. Il s'agit, entre autre, des installations suivantes : • • bassins/digues réservoirs ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 197 Chapter 4 • • • • • • • • • déversoirs ouvrages de prise d'eau fossés de dérivation buses pipelines stations de pompage usines de traitement bassins de décantation systèmes de déshydratation. Les problèmes et dangers potentiels associés à la fermeture des installations de gestion de l'eau sont, entre autres, les suivants : • • • contamination des eaux superficielles et/ou des eaux souterraines déversements d'eau incontrôlés conduisant à une inondation et/ou à une altération du régime hydrologique naturel préjudice, notamment corporel voire mortel, pour le bétail, la faune indigène et le public. Un inventaire est généralement réalisé de l'ensemble des équipements et installations présents sur le site ou utilisés à des fins de gestion et/ou de traitement des eaux provenant du site. L'état de ces derniers est documenté et leur emplacement est indiqué sur les cartes et les plans du site. Des renseignements complets doivent être obtenus avant la fermeture sur les conditions hydrologiques et les chantiers de mine associés. En cas de risque d'activité sismique ou de tout autre évènement déstabilisant naturel ou induit par l'homme, toutes les mesures et structures mises en place doivent être conçues et réalisées de façon adaptée. Les installations de gestion de l'eau sont généralement déclassées et, dans la mesure du possible, retirées du site pour éviter que des niveaux inacceptables d'eau contaminée ne soient rejetés par le site. Il est de bonne pratique que de retirer les installations nécessitant un entretien pendant la phase de fermeture, notamment lorsqu'il peut y avoir des effets sur la sécurité, sur la stabilité et sur l'environnement. Les plans de déclassement du site intègrent tous les éléments réutilisables dans l'aménagement des sols après l'exploitation, le système de gestion de l'eau et/ou le schéma d'évacuation pour la région. Sur un site minier, la gestion de l'eau est susceptible d'avoir modifié le régime hydrologique naturel. Les installations de stockage ou de retenue d'eau altèrent généralement les eaux de surface naturelles et modifient les débits et les volumes qui circulent à travers les cours d'eau naturels. La remise en eau du régime hydrologique naturel implique qu'il faut cesser de pomper l'eau des puits souterrains pour laisser s'inonder les chantiers de mine et qu'il faut pomper cette eau vers la surface et la traiter jusqu'à ce qu'elle ne constitue plus une menace pour la qualité de la nappe phréatique. Une grande partie de la surface exposée des chantiers souterrains abandonnés peut être pyriteuse et susceptible de s'oxyder avant l'inondation initiale de la mine. L'eau peut servir à débarrasser la mine de ses impuretés et notamment à réduire les sulfates et les métaux et à diminuer ainsi le risque de contamination. Cela doit continuer jusqu'à ce que la qualité de la nappe phréatique redevienne normale. [100, Eriksson, 2002] Fermeture des installations de gestion des résidus et des stériles contenant des résidus et/ou des stériles non réactifs Pour les résidus et/ou stériles non réactifs, les questions les plus importantes dont il faudra tenir compte à la fermeture sont les suivantes : 198 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 • • • stabilité physique à long terme aménagement du paysage et reverdissement prévention :  de l'érosion  de la poussière. De nombreux sites aménagent déjà le paysage situé à l'extérieur de leurs digues pendant la construction de ces dernières. Lors de la fermeture, les surfaces des nappes phréatiques sont alors maintenues en dessous du niveau maximum des résidus grâce à un dispositif de débordement, afin d'éviter l'érosion du pied de la digue. Les résidus sont recouverts d'argile, de terre et d'herbe. Des buissons et des arbres sont plantés. La figure ci-après montre des exemples de couvertures d'IGR. Les options 1 et 2 s'appliquent à des résidus non réactifs. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 199 Chapter 4 Figure 4.4 : Exemples de couvertures pour zones de gestion de résidus [11, EPA, 1995] 4.3 4.3.1 Prévention et réduction des rejets Gestion du DA La gestion des résidus ou stériles présentant un potentiel de DA se fait généralement par une approche fondée sur le risque. Lors de l'analyse de risque, il est impératif d'avoir une caractérisation et une connaissance précises du matériau. La gestion est un processus cyclique qui s'effectue initialement lors de la phase de planification de la mine, mais elle est constamment renouvelée et réévaluée pendant toute la durée de vie de la mine. Le processus d'évaluation suit systématiquement une approche globale, qui veut que toute option privilégiée par rapport à la gestion des résidus et des stériles lors de phase d'exploitation 200 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 comporte également une politique de fermeture acceptable. La caractérisation initiale des matériaux se fait lors du stade de planification de la mine, mais les résultats de cette caractérisation initiale sont suivis et confirmés en permanence par la caractérisation des matériaux effectuée lors de la phase d'exploitation de la mine. Cette section s'appuie sur le rapport sur l'état de la technique du programme MiMi (1998) concernant “la prévention et la réduction des pollutions liées aux résidus et aux stériles” [95, Elander, 1998]. D'autres études de cas ont été rajoutées. Le rapport complet se trouve sur le site Internet. Il existe un certain nombre d'options de prévention, de réduction et de traitement créées mises au point pour les déchets miniers susceptibles d'engendrer un DA, lesquelles peuvent s'appliquer non seulement à la phase d'exploitation mais aussi à la phase de fermeture dans la vie de la mine. La Section 2.7 décrit les procédés qui interviennent dans la formation d'un DA. 4.3.1.1 Prévision du potentiel de DA A Ovacik, une caractérisation détaillée d'échantillons a montré que les résidus et les stériles n'engendreraient aucun DA. Le tableau suivant présente la moyenne des résultats sur 99 échantillons. Moyenne de 99 échantillons pH 7,52 AP* 0,47 NP* 5,5 NNP* 5,18 NP/AP* 4,67 S2- (%) 0,02 *: Equivalent en kg de CaCO3 par tonne PA : Potentiel acidifiant PN : Potentiel de neutralisation NNP : Potentiel net de neutralisation Tableau 4.6 : Potentiel de production d'acide dans la mine d'or d'Ovacık [56, Au group, 2002] La caractérisation des résidus et des stériles (voir la Section 4.2.1.2 en association avec l'annexe 4) comprend : • • la détermination du potentiel acide (PA) sur la base de la teneur totale en soufre ou de la teneur totale en soufre des sulfures la détermination du potentiel de neutralisation (PN). Si PN/PA ≤1:1, l'échantillon est considéré comme présentant un potentiel acidifiant. Si PN/PA ≥ 3:1 l'échantillon est considéré comme non acidifiant. 4.3.1.2 Solutions de prévention La base de toute mesure préventive est la caractérisation des résidus et des stériles, conjointement avec un plan de gestion exhaustif qui identifie et limite la quantité de résidus et de stériles qui nécessite une attention spéciale. De nombreuses méthodes de prévention s'attachent à réduire le taux d'oxydation des sulfures et donc la mobilisation primaire des produits d'altération. Ce résultat peut s'obtenir en limitant le transport de l'oxygène vers les ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 201 Chapter 4 sulfures par l'utilisation d'une barrière contre le transport de l'oxygène (couverture). Les couvertures sont généralement des variantes de deux concepts de base : (1) les "couvertures aquatiques" ou "couvertures humides" (inondation), ou (2) les "couvertures sèches". Un troisième type, les "couvertures consommatrices d'oxygène" ont également été mises au point et sont appliquées. D'autres méthodes préventives visent à éliminer les minéraux sulfurés des résidus ou des stériles (dépyritisation), à ajouter des minéraux neutralisants, à réduire l'activité bactérienne ou à réduire la surface minérale accessible à l'altération, respectivement. L'oxydation des minéraux sulfurés peut être réduite pendant l'exploitation, notamment grâce à une gestion subaquatique des résidus. Méthode de prévention Couverture aquatique et évacuation subaquatique Couverture sèche Couverture consommatrice d'oxygène Etablissement de zones humides Elévation du niveau de la nappe phréatique Dépyritisation Gestion sélective des matériaux Principe utilisé Utilise une couverture d'eau gravitaire comme barrière contre la diffusion de l'oxygène. La diffusion de l'oxygène est 104 fois inférieure dans l'eau à ce qu'elle est dans l'air Utilise une couche imperméable ayant une teneur en eau élevée comme barrière contre la diffusion de l'oxygène Utilise une couche imperméable ayant une teneur en eau élevée comme barrière contre la diffusion de l'oxygène. En outre, cette couche imperméable possède une teneur élevée en matière organique qui, lorsqu'elle se dégrade, consomme de l'oxygène et ainsi va limiter encore le transport de l'oxygène vers les sulfures sous-jacents En tant que méthode de fermeture, l'établissement de zones humides utilise le même principe que la couverture aquatique mais avec moins de profondeur d'eau du fait que la couverture végétale stabilise le fond, ce qui permet d'éviter la remise en suspension des résidus Maintient les matériaux sulfurés sous-jacents en permanence sous la nappe phréatique en retenant l'eau par :  l'augmentation des infiltrations  la diminution de l'évaporation  l'augmentation de la résistance à l'écoulement  les forces capillaires Séparation de la pyrite des résidus et évacuation séparée de la pyrite (par exemple sous l'eau) Gestion sélective des différentes fractions de résidus ou de stériles déterminée par leur composition et leurs propriétés, par exemple séparation des matériaux ayant un potentiel de DA pour les traiter à part Tableau 4.7 : Méthodes de prévention du DA et principes sur lesquels elles reposent 4.3.1.2.1 Couvertures aquatiques Une couverture aquatique, ou "couverture humide", est une méthode de fermeture qui utilise l'eau gravitaire comme barrière contre la diffusion de l'oxygène. Le coefficient de diffusion de l'oxygène est 104 fois inférieur dans l'eau à ce qu'il est dans l'air. Cela implique que si une couverture aquatique peut être établie, l'oxydation des sulfures peut être quasiment éliminée. Les conditions préalables à une couverture aquatique sont les suivantes : • 202 un bilan hydrique positif, qui peut garantir une profondeur d'eau minimum en permanence July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • • Chapitre 4 des digues physiquement stables à long terme (à défaut, on a utilisé dans certains cas une fosse, un plan d'eau naturel ou la mer pour déposer les résidus) des prises d'eau stables à long terme avec une capacité d'évacuation suffisante même en cas d'évènements extrêmes une profondeur d'eau suffisante dans le bassin pour éviter la remise en suspension des résidus sous l'action des vagues (des brise-lames peuvent servir à réduire la profondeur d'eau requise) l'aptitude des résidus à se dissoudre dans l'eau. En outre, il est avantageux qu'un cours d'eau naturel puisse entrer dans le bassin, car il procure alors des matières organiques et fournit faune et flore au système déclassé. Cela permet d'améliorer les performances de la couverture aquatique en fournissant une barrière supplémentaire contre la diffusion, grâce aux sédiments et cela peut accélérer la recolonisation du système. Les couvertures aquatiques sont une solution de fermeture pour les bassins de résidus de n'importe quel type (par exemple, pour une évacuation "normale" des résidus ou pour une évacuation subaquatique pendant l'exploitation). Deux exemples de sites où celles-ci ont été mises en œuvre sont Stekenjokk et Kristineberg. Stekenjokk représente un site pionnier en matière de préparation au déclassement de bassins de résidus contenant des résidus sulfurés. Le déclassement a eu lieu en 1991, ce qui donne donc plus de 10 ans pour évaluer les résultats. Le projet de déclassement de Stekenjokk a été décrit en détail par Broman et Göransson (1994). Les mesures mises en œuvre à Stekenjokk sont décrites de façon schématique sur la figure ci-après (extraite de Broman et Göransson, 1994). [100, Eriksson, 2002] Figure 4.5 : Mesures mises en œuvre à l'IGR de Stekenjokk [100, Eriksson, 2002] Les performances des mesures mises en œuvre ont été surveillées et évaluées au fil du temps. Le rapport présente un calcul de bilan massique utilisant des données provenant des 8 premières années d'activités de suivi et partant de l'hypothèse que le sulfate peut servir de traceur pour l'oxydation des sulfures. L'analyse indique que la couverture aquatique diminue ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 203 Chapter 4 efficacement le taux d'oxydation des sulfures des résidus déposés. Exprimée comme le flux d'oxygène qui traverse la couverture aquatique jusqu'aux résidus, la limite supérieure du débit de sulfate sortant du bassin correspond à une limite supérieure du flux d'oxygène effectif de 1 x 10-10 kg O2/m2s. Ce résultat est comparable voire supérieur à celui obtenu avec des solutions de type couverture artificielle sèche composite. Ces résultats démontrent que les objectifs du projet de déclassement ont été dépassés. Des résultats similaires avaient été précédemment rapportés par des études de résidus déposés par voie subaquatique dans des plans d'eau naturels. Par comparaison avec la couverture sèche, la couverture aquatique est une solution à la fois efficace et rentable. Les couvertures aquatiques mises en œuvre avaient un coût d'investissement de 2 USD par m2, par rapport au coût des couvertures sèches étudiées, qui était de 12 USD par m2. En outre, il était inutile d'ouvrir des fosses d'emprunt pour extraire le matériau de couverture. L'incertitude à propos des couvertures aquatiques concerne la stabilité à long terme de la digue. Quelques-uns des aspects liés à la stabilité à long terme des installations où la technique de la couverture aquatique est appliquée sont abordés à la section 4.2.4.2. On peut arguer du fait qu'il est impossible d'éliminer complètement l'oxydation des sulfures puisque la couverture aquatique va toujours contenir de l'oxygène. Or, les résultats indiquent qu'à Stekenjokk, le taux d'oxydation des sulfures est négligeable. On a observé une tendance constante à la baisse des concentrations en sulfate dans l'eau d'évacuation du bassin. Au bout de 10 années, la concentration en sulfate de l'effluent du bassin est proche des valeurs de référence. Les principales leçons tirées de ce site sont les suivantes : • • • 204 les conditions hivernales extrêmes qui règnent à Stekenjokk ont ajouté des difficultés spéciales au projet. Des augmentations anormales du niveau d'eau du bassin (lesquelles, à l'extrême, pourraient provoquer un débordement de la partie centrale) ont été détectées pendant la dernière partie de l'hiver. Les analyses ont montré qu'elles étaient provoquées par un colmatage partiel du déversoir par de la glace. Une reconstruction complète du déversoir a été effectuée par la suite. Le nouveau déversoir a été aménagé dans la roche naturelle et un canal d'évacuation nettement plus profond a été aménagé pour permettre à l'eau de circuler même dans les conditions de glaciation les plus extrêmes (des épaisseurs de glace allant jusqu'à 2 m ont été rapportées à Stekenjokk) au printemps 1998, l'eau d'infiltration à un endroit du pied présentait des signes de "turbidité". Cela a été interprété comme un signe possible d'érosion interne. Une berme de stabilisation conçue comme un filtre a immédiatement été mise en place au pied de la digue. Or, les résultats d'analyse ont montré que cette "turbidité" avait en fait été provoquée par la formation de silicates d'alumine (résultant de la dissolution des silicates destinée à neutraliser l'altération des sulfures). Par conséquent, il n'y avait eu aucune érosion interne en 1998, le bassin de résidus de Stekenjokk a fait l'objet d'un audit de sécurité complet en liaison avec l'élaboration du manuel de sécurité de la digue (manuel ESE) pour Stekenjokk. Cet audit recommandait la construction d'un déversoir supplémentaire pour assurer une capacité d'évacuation suffisante en cas de blocage du déversoir principal par les glaces. Le déversoir a été construit la même année. Le déversoir de sécurité entre en service automatiquement si le niveau d'eau dépasse une valeur spécifique July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 • le corps de la digue n'avait fait l'objet d'aucune mesure liée à des questions de stabilité après l'achèvement des travaux de fermeture, et la pente de la digue avait été ajustée à 1:2,5 (V :H). Or, en 1994, on a décidé de recouvrir la pente aval d'une couverture de moraine, car on avait détecté que la digue contenait des matériaux sulfurés susceptibles de s'altérer, ce qui pouvait nuire au milieu aquatique situé en aval. Le déclassement du bassin 4 de Kristineberg n'est pas encore achevé mais les mesures prises sont étroitement suivies par le projet de recherche MiMi et sont rapportées sur le site www.mimi.kiruna.se [100, Eriksson, 2002]. L'entretien d'une couverture aquatique et d'une digue pendant de très longues périodes et sans gestion est un réel problème. Des informations complémentaires ont été obtenues grâce à l'étude de plans d'eau naturels utilisés pour le dépôt subaquatique de résidus pendant des périodes relativement longues. Fraser et Robertsson (1994) ont rapporté que les résidus déposés par voie subaquatique dans le lac de Mandy entre 1943 et 1945 présentaient peu ou pas de signes d'une quelconque réaction chimique après 46 années passées au fond du lac. Certaines études montrent des résultats analogues pour le lac de Buttle (île de Vancouver). Références : Dave N. K. et Vivyurka A. J., 1994. Couverture aquatique sur des résidus d'uranium acidifiants - études sur le terrain et en laboratoire. Compte-rendu de la quatrième conférence internationale sur le drainage acide, vol 1 ; 297-306. Eriksson N., Lindvall M. et Sandberg M., 2001. Evaluation quantitative de l'efficacité de la couverture aquatique du bassin de résidus de Stekenjokk dans le nord de la Suède : huit ans de suivi. Compte-rendu de Securing the Future, conférence internationale sur l'exploitation minière et l'environnement, Skellefteå, du 25 juin au 1er juillet 2001. Fraser W. W. et Robertsson J. D., 1994. Subaqueous disposal of reactive mine waste : An overview and update of case studies - MEND/CANADA. Bureau of Mines Special Publication, SP 06 A-94, 250-259. Pedersen T. F., McNee J. J., Mueller B., Flather D. H. et Pelletier C. A., 1994. Geochemistry of submerged tailings in Anderson Lake, Manitoba : Recent Results. Bureau of Mines Special Publication, SP 06 A-94, 288-296. Robertson J. D., Tremblay G. A. et Fraser W. W., 1997. Evacuation subaquatique des résidus : une solution saine pour des résidus réactifs. Compte-rendu de la quatrième conférence internationale sur le drainage acide, vol 3 ; 1029-1041. St Arnaud L., 1994. Water covers for the decommissioning of sulphidic mine tailings impoundments. Bureau of Mines Special Publication, SP 06 A-94, 279-287. 4.3.1.2.2 Couverture sèche ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 205 Chapter 4 On notera que le terme "couverture sèche" ne signifie pas que la couverture ne contient pas d'eau. Ce terme sert simplement à distinguer ce type de couverture d'une "couverture aquatique". La couverture sèche, ou couverture végétale, est une solution de couverture commune à d'autres déchets. Suite à la fin des activités minières et à la cessation du dépôt actif de résidus, on enlève l'eau de retenue de la surface du dépôt de résidus et on laisse sécher cette surface, bien qu'une grande partie des résidus de granulométrie fine restent meubles et saturés. On aménage ensuite une couverture de faible perméabilité sur la surface et on la calibre pour améliorer le ruissellement, en incorporant parfois des couches perméables à des fins de drainage, de surveillance ou comme barrière capillaire. En principe, cette couverture doit remplir deux fonctions : (1) elle limite l'oxygène provenant des résidus de surface et la diffusion de cet oxygène dans des espaces vides, diminuant les vitesses de réaction et donc la formation de DA, et (2) la couverture sert ainsi à empêcher l'accumulation d'eau et diminue les infiltrations d'eau de surface, limitant ainsi le transport de produits réactionnels. Or, dans la pratique, ces effets peuvent être difficiles à obtenir pour de multiples raisons et n'être réalisés que partiellement. En outre, on peut manquer localement de matériaux adaptés, et le coût et la difficulté des travaux de terrassement à la surface des résidus meubles peuvent être considérables. [13, Vick, ] La méthode généralement employée pour mettre au point une couverture sèche consiste à disposer un certain nombre de couches constituées de différents types de sol, par exemple de l'argile, du limon, du sable et du gravier. L'efficacité de la couverture dépend de la teneur en humidité des couches de couverture. L'épaisseur totale de ces couches de couverture s'échelonne généralement entre 0,3 et 3,0 m et la perméabilité de la couverture étanche varie entre 1 x 107 et 1 x 10-9 m/s. Différentes études ont démontré que la relation entre la vitesse de diffusion et le degré de saturation en eau était forte et extrêmement non linéaire. La figure ci-après montre le rapport entre le coefficient de diffusion effectif d'un matériau poreux ayant une saturation en eau donnée et la diffusion dans l'air, tel que proposé par Collin [140, Collin, 1987]. 206 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 4.6 : Rapport entre le coefficient de diffusion effectif dans un matériau poreux partiellement saturé en eau et la diffusion dans l'air Avant de pouvoir couvrir le bassin de résidus, il faut l'assécher pour que le sable puisse se consolider. La consolidation peut durer longtemps, en fonction des propriétés du sable. Par conséquent, il faut parfois appliquer sur les résidus une couverture anti-poussière pour empêcher la formation de poussières pendant la phase de consolidation. Pour empêcher les accumulations d'eau, il est courant de construire des fossés de dérivation et de recontourer la surface du bassin. Théoriquement, cette surface doit avoir une pente de 0,5 à 1,0 % en allant vers les bords du bassin. [66, Base metals group, 2002] La couche d'étanchéité est protégée contre l'assèchement et la destruction mécanique par l'application d'une couche de protection. Cette dernière est vétégalisée. L'efficacité à court terme d'une couverture sèche peut diminuer sur le long terme par suite de différents processus destructeurs susceptibles de provoquer des fissures ou autres discontinuités dans les couches barrière. Ces processus sont l'érosion, l'action du gel, l'assèchement, les tassements différentiels, la pénétration des racines, les animaux fouisseurs et l'intrusion humaine [95, Elander, 1998]. La couverture végétale la plus simple est un matériau pédologique non compacté et non spécifié, comme dans l'exemple A (voir figure 4.7 ci-après). Dans des conditions nordiques, il est probable qu'une couverture de till de 1,0 à 1,5 m diminue la vitesse d'oxydation de 80 à 90 %. Pour améliorer les résultats de la couverture, un certain nombre de mesures peuvent être prises. L'inconvénient d'appliquer une seule couche végétale non spécifiée sur les résidus est que cela ne diminue que légèrement le volume d'infiltration d'eau (~10 %), alors que la réduction de la diffusion de l'oxygène sera également limitée si la surface de la nappe phréatique n'est pas surélevée pour atteindre la couverture. Si le matériau de couverture disponible possède une conductivité hydraulique relativement faible lorsqu'il est compacté, une solution pour améliorer cette simple couverture végétale (exemple A) consiste à disposer cette couverture en 2 couches ou plus puis à tasser chaque couche individuellement. Cela permet de réduire la conductivité hydraulique, et par ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 207 Chapter 4 conséquent d'augmenter le degré de saturation, ce qui diminue alors le coefficient de diffusion d'oxygène effectif. Figure 4.7 : Quatre modèles différents de couverture végétale Une couverture végétale plus avancée comprend une couche d'étanchéité compactée à faible conductivité hydraulique, par exemple de l'argile ou du till argileux (dont on aura extrait les grosses pierres), comme dans l'exemple B de la figure 4.7. A Kristineberg, au nord de la Suède, on a estimé que l'application de ce type de couverture permettait de diminuer l'oxydation de plus de 99 % si on appliquait 0,5 m d'argile compactée et 1,5 m de till de protection sur le dessus des résidus (la couverture effectivement réalisée à Kristineberg était constituée de 0,3 m de moraine argileuse compactée et d'une couche protectrice de 1,2 m de moraine non triée). Les infiltrations d'eau ont diminué de plus de 95 % et on a estimé que les quantités de métaux charriées hors de la retenue avec le lixiviat avaient été réduites de plus de 99,8 %. L'épaisseur nécessaire pour la couche de protection dépend des conditions climatiques locales (gel, sécheresse, précipitations etc.), et de la flore et faune locales, notamment en ce qui concerne la profondeur de pénétration des racines, les animaux fouisseurs, etc. et les caractéristiques des matériaux disponibles pour la couverture de protection. En Europe, l'épaisseur de la couverture de protection varie entre 0,5 m (comme à Aznalcóllar, en Espagne ; déterminée par les cycles de sécheresse) et 1,5 m (par exemple à Saxberget et Kristineberg, en Suède ; déterminée par la pénétration du gel complétée par un coefficient de sécurité). Des mesures de la température de la couverture à Kristineberg ont indiqué que le gel pénétrait sur une profondeur maximum de 0,9 m. Une couche de drainage par-dessus la couche d'étanchéité (exemple C sur la figure 4.7) permet de réduire encore les infiltrations, car le gradient hydraulique reste inférieur, mais elle a pour inconvénient d'augmenter le transport d'oxygène jusque dans les résidus du fait que la teneur en eau de la couverture diminue, ce qui peut être contre-productif. Une couche de matériau grossier entre la couche d'étanchéité et les résidus (exemple D sur la figure 4.7) peut agir comme une barrière capillaire qui va empêcher l'assèchement par capillarité vers le bas et le transport diffusif éventuel d'éléments dissous vers le haut. Si la couche à faible conductivité 208 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 hydraulique est asséchée, cela augmentera le risque de fissures suivies d'un transport plus important de l'oxygène. Pour empêcher que les matières grossières ne se mélangent aux matières environnantes, plus fines, on installe généralement une couche de géotextile entre les deux. Cette opération comporte toutefois des conséquences pour la fonction à long terme, la durée de vie d'une matière synthétique sur une période de plusieurs milliers d'années pouvant être mise en doute. En cas de rupture du géotextile par vieillissement ou tassement mécanique, les couches sont susceptibles de se mélanger et la fonction de la couche de drainage va diminuer, voire complètement disparaître. Pour empêcher l'érosion de la couche protectrice de till qui surmonte la couche d'étanchéité, on applique une couche de végétation sur la couche de protection. Des questions importantes se posent alors, comme par exemple de savoir si les racines des espèces locales susceptibles d'habiter la retenue réhabilitée dans un avenir indéterminé vont pénétrer la couche imperméable, et quelle épaisseur doit avoir la couche de protection pour empêcher cela. Il faut également envisager les effets du gel et du dégel, car ils peuvent provoquer des fissures et la formation de macropores, augmentant ce faisant la conductivité hydraulique. Après avoir appliqué la couverture de protection, on la recouvre généralement d'herbe pour l'empêcher de s'éroder. [136, Carlssons, 2002] La section 4.3.6 aborde les questions de reverdissement et de restauration. Comme exemples de sites où des couvertures sèches ont été mises en place, on peut citer Apirsa (Aznalcollar), Aitik, Saxberget, Kristineberg, et Enåsen. Le déclassement des bassins de résidus de la mine de Saxberget située dans le centre de la Suède, lesquels ont été déclassés entre 1994 et 1996 au moyen d'une couverture sèche composite, a été décrit dans la littérature. Deux bassins différents ont été utilisés pour différentes périodes, le bassin ouest pendant la période 1930 - 1958 et le bassin est de 1958 à 1988. Le bassin ouest occupe une superficie de 18 hectares, alors que le bassin est, deux fois plus grand, mesure 35 hectares. Au total, les résidus se montent à 4 millions de tonnes, avec une composition d'environ 2 % de soufre, moins de 1 % de zinc et de 0,5 à 1 % de calcite. Cette composition minérale laisse à penser que le matériau est potentiellement acidifiant, bien que les résidus du bassin est produisent à l'heure actuelle une eau de drainage d'un pH quasi neutre. [137, Lindvall, 1997] Les bassins se trouvent sur une formation glaciaire perméable, qui devait provoquer une baisse rapide de la nappe phréatique dès que cesserait l'adduction de résidus boueux. De grandes quantités de résidus seraient alors exposées à l'oxygène de l'atmosphère. Pendant la période de production, on estimait la mobilisation du zinc à 3 tonnes par an. Des études ont montré qu'après épuisement des minéraux neutralisants facilement accessibles, la charge polluante risquait d'augmenter de manière importante si l'apport d'oxygène au matériau n'était pas contrôlé. Une modélisation de la mobilisation future de métal indiquait une mobilisation annuelle pouvant atteindre 600 tonnes de zinc dans les bassins. En raison des précipitations et des phénomènes d'adsorption se produisant à des niveaux de pH neutres, on avait estimé que cette quantité resterait à 3 tonnes de transport net par an pendant les quelques années à venir. Toutefois, les prévisions étant que la charge polluante future serait élevée, des mesures de réhabilitation s'imposaient. L'inondation des bassins étant exclue du fait de la situation hydrogéologique, la seule solution réaliste qui restait était d'utiliser une couverture conçue pour limiter le transport de l'oxygène jusqu'aux résidus. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 209 Chapter 4 Etant donné que le projet proposé n'était que le second de ce type en Suède, et très certainement le plus gros, on ne disposait d'aucune expérience pratique à l'époque dans la création des plans de réhabilitation de site. Il fallait donc étudier plusieurs solutions. Globalement, la couverture était conçue conformément aux principes définis dans le programme de recherche de l'agence suédoise pour l'environnement, recherchant des solutions pour une réhabilitation à long terme et sans entretien des déchets miniers. Cela imposait donc une couverture caractérisée par moins deux éléments : (1) une couche d'étanchéité de faible perméabilité, et (2) une couche protectrice venant recouvrir la couche d'étanchéité. Dans l'exemple de Saxberget, les résidus ont été recouverts de 0,3 m de till argileux compacté servant de couche d'étanchéité et de 1,5 m de till non trié comme couche de protection. La couche de protection a été plantée d'herbe et de bouleaux. L'élément clé était la couche d'étanchéité. Pour la réaliser, plusieurs solutions ont été envisagées. L'une d'elles consistait à utiliser les boues d'épuration municipales compactées, qui s'étaient avérées posséder des propriétés hydrauliques favorables. Pour des raisons pratiques, essentiellement liées aux délais, cette solution a été rejetée. Une autre option consistait à utiliser les cendres volantes des centrales énergétiques sous forme de "cefyll", un produit de type béton qui avait été étudié, et utilisé, dans un projet similaire. Le principal inconvénient de cette solution était son coût, la source des cendres volantes (centrales à charbon et centrales thermiques situées dans la région de Stockholm) étant trop éloignée. Des études sur la présence de till glaciaire dans la région avaient révélé des quantités importantes de till argileux à proximité de la zone minière. Ce matériau s'étant avéré doté d'excellentes propriétés hydrauliques, et son coût étant le plus faible de toutes les solutions, c'est celui qui a été choisi comme matériau d'étanchéité. Une modélisation du transport d'oxygène et d'eau, associée à des calculs de solubilité, a produit des données chiffrées pour le transport de métaux. Sur la base de ces calculs, les spécifications pour la perméabilité de la couche d'étanchéité ont été établies à 0,3 m avec une perméabilité de 5 x 10-9 m/s. L'étendue de la couche protectrice a fait l'objet d'un débat. Aux dires de la société minière, 1 m de till non classifié était censé constituer une protection suffisante contre la pénétration du gel et des racines. L'agence de protection de l'environnement défendait l'idée d'une couverture plus épaisse, et in fine, il a été convenu d'utiliser une couche de protection de 1,5 m. L'implantation des résidus a été conçue pour s'adapter autant que possible au paysage environnant. Les eaux de ruissellement de surface sont acheminées par un petit ruisseau qui serpente en longeant le bassin ouest. Les eaux de drainage du bassin ouest se déversent dans le bassin est et forment des zones marécageuses étendues de faible profondeur. Ainsi, la saturation en eau est conservée dans la couche d'étanchéité, ce qui confère à la zone un aspect attrayant et varié. L'eau excédentaire est évacuée par un déversoir pavé de pierre le long de l'ancien talus de la digue. Les résultats de suivi montrent une tendance positive dans l'évolution de la charge polluante provenant de cette zone. Il est trop tôt, toutefois, pour pouvoir en tirer de quelconques conclusions quant aux performances de la couverture. [100, Eriksson, 2002] 210 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Pour empêcher la couverture de s'éroder, les eaux de surface sont captées et évacuées de façon contrôlée. Après la rupture du bassin de résidus d'Aznalcóllar, qui contenait encore 96 % des résidus stockés avant l'accident, on a appliqué une couverture sèche sur le bassin de résidus de 150 hectares. La partie active part de cette couverture était constituée d'une couche d'étanchéité de 0,5 m d'argile compactée (k=10-10 m/s) et d'une couche protectrice de 0,5 m. En complément de la couverture, on a également mis en place une berme de stabilisation pour éviter tout déplacement ultérieur de la digue, abaissé la crête de la digue pour augmenter le coefficient de sécurité, modifié la pente des digues à 1:3 (V :H), construit des canaux de drainage sur le dessus de la couverture pour gérer le ruissellement, installé un mur parafouille autour du bassin, et enfin, on a installé un réseau de puits de rétropompage à l'intérieur du mur parafouille pour capter l'eau de drainage provenant de l'assèchement des résidus. Le coût était de l'ordre de 37 millions de dollars US pour le projet (22 EUR/m2). Un programme de surveillance complet a par ailleurs été mis en œuvre pour assurer les résultats des mesures mises en œuvre. Le schéma ci-après montre la solution appliquée à la mine d'Apirsa. Figure 4.8 : Canal de captage et d'évacuation du bassin de résidus fermé d'Apirsa 4.3.1.2.3 Evacuation subaquatique des résidus réactifs Une évacuation "subaquatique" des résidus signifie que les résidus sont évacués sous l'eau. Cette évacuation subaquatique des résidus a pour objectif de limiter le plus possible le contact entre l'oxygène atmosphérique et les résidus, afin de limiter le plus possible l'oxydation des matières réactives et notamment, l'oxydation des sulfures. L'objectif est généralement de maintenir une couverture d'eau permanente sur les résidus, non seulement pendant l'exploitation mais aussi après la fermeture. L'efficacité de l'évacuation subaquatique des résidus dépend principalement de quatre mécanismes, comme le résument Robertson et al. (1997) : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 211 Chapter 4 1. diminution de la quantité d'oxygène disponible, pour deux raisons : (1) la concentration saturée en oxygène dans l'eau est 25 000 fois plus faible que dans l'air et (2) le coefficient de diffusion d'oxygène est 10 000 fois plus faible dans l'eau que dans l'air. Cela signifie qu'il existe très peu d'oxygène pour les réactions d'oxydation et que le processus de transport permettant l'apport d'oxygène est très lent 2. réduction des sulfures. Lorsque les niveaux de concentration en oxygène dans l'eau sont faibles, les bactéries réductrices de sulfate vont consommer du sulfate et produire ainsi du sulfure d'hydrogène, lequel réagit facilement avec la plupart des métaux dissous et forme un précipité stable 3. piégeage des oxydes. Ce processus comporte la formation d'oxydes de fer et de manganèse lesquels sont efficaces pour absorber une grande variété de métaux dissous 4. barrières sédimentaires. Une fois la production arrêtée, il va se former naturellement sur le dessus du dépôt de résidus une couche de sédiments très efficace pour limiter l'interaction entre les résidus et l'eau qui les recouvre. La méthode d'évacuation subaquatique a été étudiée en détail par le programme de recherche canadien MEND. Le résultat final de ce projet d'étude a été l'élaboration et la diffusion d'un guide de conception relatif à l'évacuation subaquatique des résidus réactifs dans les retenues aménagées (MEND, 1998) qui décrit de manière détaillée tous les aspects qui touchent à la conception d'un site d'évacuation subaquatique des résidus. De nombreuses publications s'attachant à détailler la structure géochimique des résidus immergés ont été produites par l'université de Luleå à Stekenjokk et dans les couvertures aquatiques de Kristineberg, principalement par Öhlander, Ljungberg et Holmström (notamment Ljungberg, 1999 ; Holmström, 2000). L'évacuation subaquatique ou l'évacuation des résidus par immersion peut en principe se faire dans des retenues aménagées (bassins de résidu), des fosses ouvertes inondées, des plans d'eau naturels ou en milieu marin. La complexité environnementale et politique augmente au fur et à mesure qu'on avance dans la liste des options d'évacuation. On utilisera généralement l'une ou l'autre des deux méthodes d'évacuation courantes suivantes : • • un pipeline flottant qui va déverser les résidus sous la surface de l'eau dans une installation d'évacuation qui est généralement mobile pour répartir les résidus sur l'installation un pipeline immergé, qui déverse les résidus sous la surface de l'eau. L'application d'une gestion des résidus en pleine mer, avec ou sans confinement, limite les besoins techniques (pas de construction ou d'entretien de digue), améliore la stabilité chimique et réduit l'empreinte sur le sol. Par conséquent, un dépôt en pleine mer ou en lac élimine les soucis de sécurité de digue. La gestion sous-marine des résidus est souvent considérée comme risquée en raison de son incapacité à prévoir, contrôler ou corriger la diffusion de contaminants dans le milieu. Le souci est également qu'on en sait trop peu à propos du milieu subaquatique et qu'il est difficile, par conséquent, d'entreprendre une évaluation des effets. L'évacuation subaquatique peut constituer le moyen le plus efficace pour empêcher l'oxydation des sulfures. Elle va entraîner une meilleure qualité de l'eau pendant l'exploitation, en supprimant ou en réduisant les besoins de traitement de l'eau. 212 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 L'évacuation subaquatique réduit les demandes en matériaux à la fermeture et supprime la nécessité d'ouvrir des fosses d'emprunt étendues pour les matériaux de couverture. Parmi les autres avantages de l'évacuation subaquatique on peut citer, par exemple, la suppression des émissions de poussière du fait de l'absence de plage, et une impression visuelle améliorée. Le dépôt subaquatique est légèrement plus coûteux que le dépôt classique au-dessus du niveau de l'eau, car il nécessite de procéder à des ajustements au jour le jour pour optimiser le remplissage du bassin. Les coûts du déclassement final sont très nettement inférieurs. Pour juger de l'applicabilité de cette technique, il convient de prendre en compte un certain nombre de critères. La situation hydrologique est critique, et il faut un bilan hydrique positif. La capacité physique de stockage sous l'eau doit être suffisante. Pour les mines de grande taille, il faut soit disposer de plans d'eau très larges et très profonds ou d'un accès à l'océan, soit construire de grandes digues, ce qui n'est pas toujours possible. La mine norvégienne de Lökken a utilisé le dépôt subaquatique continu. La mine de Lisheen utilise actuellement cette technique. Les couvertures aquatiques, ou d'autres techniques d'immersion des résidus, stériles et mines sont utilisées avec succès comme méthode de déclassement et sont décrites dans la littérature (notamment par Eriksson et al., 2001 ; Pedersen et al., 1997 ; Amyot et Vézina, 1997). Une étude de performance détaillée sur les couvertures aquatiques a été réalisée dans le cadre du projet de recherche MiMi (http://mimi.kiruna.se). Références Amyot G. et Vézina S., 1997. L'inondation comme solution de remise en état d'un bassin de résidus acides : le cas Solbec. Compte-rendu de la quatrième conférence internationale sur le drainage acide, Vancouver, vol. 2, 681-696. Eriksson N., Lindvall M. et Sandberg M., 2001. Evaluation quantitative de l'efficacité de la couverture aquatique du bassin de résidus de Stekenjokk dans le nord de la Suède : huit ans de suivi. Compte-rendu de Securing the Future, conférence internationale sur l'exploitation minière et l'environnement, Skellefteå, du 25 juin au 1er juillet 2001. Holmström H., 2000. Processus géochimiques dans des résidus miniers sulfurés : analyses sur le terrain et en laboratoires effectuées dans le nord de la Suède sur les sites miniers de Laver, Stekenjokk et Kristineberg. Thèse de doctorat, Université technique de Luleå, 2000:03 Ljungberg J., 1999. Dynamique géotechnique des résidus miniers de Laver et Stekenjokk, au nord de la Suède. Thèse de doctorat, Université technique de Luleå, 1999:38 MEND, 1998. Design Guide for the subaqueous disposal of reactive tailings in constructed impoundments. MEND report 2.11.9. Pedersen T.F., McNee J.J., Flater D., Mueller B., Sahami A. and Pelletier C.A., 1997. Caractéristiques géochimiques des résidus immergés de Buttle Lake et du bassin de résidus de Equity Silver, en Colombie britannique et de Anderson Lake, Manitoba : quelles leçons en tirer ? Compte-rendu de la quatrième conférence internationale sur le drainage acide, Vancouver, vol. 3, 989-1006. Robertson J. D., Tremblay G. A. et Fraser W. W., 1997. Evacuation subaquatique des résidus : une solution saine pour des résidus réactifs. Compte-rendu de la quatrième conférence internationale sur le drainage acide, Vancouver, vol. 3, 1029-1041. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 213 Chapter 4 [122, Eriksson, 2003] 4.3.1.2.4 Couverture consommatrice d'oxygène Une couverture consommatrice d'oxygène comporte une couche faiblement perméable ayant une teneur en eau élevée qui sert de barrière contre la diffusion d'oxygène. Cette couche faiblement perméable, et éventuellement aussi la couche protectrice, vont présenter une forte teneur en matières organiques qui, en se décomposant, vont consommer de l'oxygène et réduire ainsi le transport de l'oxygène vers les sulfures sous-jacents. L'accès à de grandes quantités de matières organiques adaptées est une condition préalable à la viabilité de cette méthode. Des exemples des sites où ce type de couverture est mis en œuvre sont Galgberget (dans le centre de la Suède) and Garpenberg (dans le centre de la Suède). [95, Elander, 1998] décrit le déclassement du bassin de résidus de Galgberget au moyen d'une couverture consommatrice d'oxygène, de la manière suivante 20: Un exemple d'installation est celui de Galgbergsmagasinet, un bassin de résidus situé à Falun, en Suède, où une couverture à forte teneur en matière organique a été réalisée à partir de boues d'une usine à papier, de cendres volantes et de déchets de bois. Sur le dessus du bassin de résidus, une couche de 1 m d'épaisseur d'un mélange de cendres volantes et de boues d'usine à papier a été déposée, compactée pour former deux couches puis recouverte d'une couche 0,5 m de déchets de bois et de till grossier. Cette couverture est censée constituer une barrière efficace contre le transport de l'oxygène, en partie grâce à la consommation d'oxygène dans la couverture et en partie grâce à un effet de barrière physique dans le mélange compacté et faiblement perméable de cendres volantes et de boues d'usine à papier. La conductivité hydraulique a été mesurée en laboratoire à ≤5 x 10-9 m/s et la rétention d'eau a également été mesurée et considérée suffisante pour maintenir un degré élevé de saturation dans la barrière. D'autres effets positifs possibles sont l'inhibition des bactéries de lixiviation acidophiles grâce à la teneur élevée des cendres volantes en hydroxyde de calcium qui fait augmenter le pH de l'eau de percolation, et la formation d'un milieu durable pour les bactéries sulfato-réductrices produisant du sulfure d'hydrogène qui va précipiter les métaux. Il existe, en revanche, un risque que la combinaison des composés organiques et des hydroxydes de fer dans la partie supérieure (oxydée) du dépôt puisse produire une réduction bactérienne du fer qui dissoudrait alors les métaux lourds co-précipités. Un suivi continu indique que l'oxydation des sulfures a diminué et que le pH du site est supérieur à celui du site de référence. Aucune preuve d'une réduction bactérienne significative des sulfates n'a encore été relevée. Un autre exemple d'aménagement d'une couverture consommatrice d'oxygène est celui de la remise en état de la mine East Sullivan, au Québec. En outre, lors d'une combinaison d'essais sur banc et d'essais pilotes réalisés en laboratoire, on a analysé trois matières organiques différentes (tourbe, boues d'épuration stabilisées à la chaux et compost à base de déchets urbains solides) afin d'évaluer leur efficacité comme couvertures consommatrices d'oxygène (Elliot et al 1997). 4.3.1.2.5 20 Etablissement de zones humides Extrait du rapport sur l'état de la technique du programme MiMi (1998) concernant “la prévention et la réduction des pollutions liées aux résidus et aux stériles”. Le rapport complet peut être téléchargé à partir du site internet suivant : http://www.mimi.kiruna.se 214 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 L'établissement de zones humides comme méthode de fermeture utilise le même principe que la couverture aquatique mais avec moins de profondeur d'eau du fait que la couverture de l'installation stabilise le fond, empêchant ainsi les résidus de se remettre en suspension. Diminuer la quantité d'eau dans le bassin permet de diminuer le risque d'une éventuelle rupture de digue. Les conditions préalables sont identiques à celles d'une couverture aquatique mais comportent l'obligation supplémentaire d'ajouter des matières organiques pour favoriser l'établissement d'une végétation de zone humide dans le bassin. Il est à noter que l'idée principale de l'établissement d'une zone humide n'est pas le traitement de l'eau, mais l'établissement d'une couverture spontanée et durable qui réduise les besoins en profondeur d'eau et qui agisse comme une barrière consommatrice d'oxygène lorsque des matières organiques sont déposées sur les résidus saturés d'eau. Au Royaume-Uni, plusieurs installations de gestion de résidus de charbon ont été restaurées sous forme de zones humides, et notamment le bassin de décantation n° 8 de Rufford. Cette initiative a été rapportée à la British Dam Society dans “The prospect for reservoirs in the 21st century” (compte-rendu de la dixième conférence de la BDS qui s'est tenue à l'université du Pays de Galles, à Bangor du 9 au 12 septembre 1998) : Ed. Paul Tedd : Thomas Telford, 1998 ISBN 0 7277 2704 4 ainsi qu'à l'Institution of Mining and Metallurgy (branches du Nottinghamshire et des South Midlands) et publiée dans “International Mining and Minerals” : janvier 2001 No. 37. ISSN 1461-4715. Une mise à jour (juin 2001) a été rapportée lors de la 3ème conférence sur le géoenvironnement de la British Geotechnical Association qui s'est tenue à l'université d'Edimbourg en septembre 2001 et publiée dans “Geoenvironmental Engineering – Geoenvironmental impact management” : Ed. R.N. Yong & H.R. Thomas : Thomas Telford, 2001 ISBN 0 7227 3033 9. Comme exemples de sites où la mise en place de zones humides est envisagée ou prévue, on peut citer Lisheen et Kristineberg. [100, Eriksson, 2002] 4.3.1.2.6 Elévation de la surface de la nappe phréatique Pour cette méthode, on applique une mince couverture dans le but d'élever la surface de la nappe phréatique au-dessus du niveau des résidus afin d'empêcher leur oxydation. Il s'agit d'une solution intermédiaire (entre la couverture aquatique et la couverture sèche) qui permet de saturer les résidus en eau sans créer de bassins ouverts. L'avantage de cette méthode est qu'à part le fait de diminuer l'épaisseur de la couverture, elle supprime la nécessité d'un compactage de la couverture et elle diminue radicalement les exigences sur la qualité du matériau de couverture. Cette méthode s'applique aux IGR dont la surface de la nappe phréatique est déjà proche de celle des résidus. Elle coûte plus cher qu'une couverture aquatique mais moins cher (car elle est plus mince) qu'une couverture sèche. Cette méthode est pratiquée dans deux bassins de Kristineberg, contenant tous deux des matériaux fortement altérés. Ces matériaux étant complètement saturés d'eau, il n'y a plus d'oxydation possible. Ce résultat s'obtient sans soulever les problèmes liés à l'inondation (notamment celui de la stabilité des digues). Une telle mesure s'appuie sur une modélisation ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 215 Chapter 4 minutieuse des eaux souterraines, qui tient compte de l'influence de la gestion des eaux de surface et des digues élevant le niveau de la nappe. [100, Eriksson, 2002] 4.3.1.2.7 Dépyritisation Cette méthode ressemble quelque peu à la gestion sélective des matériaux, mais elle est appliquée dans le cadre du traitement du minerai, dans l'usine de traitement du minerai. La pyrite peut être séparée par flottation et gérée séparément. La méthode peut s'appliquer s'il est possible de modifier de façon importante le potentiel de DA de la masse des résidus (c'est-àdire en le faisant passer d'acidifiant à non acidifiant) en abaissant la teneur en pyrite. Les résidus désulfurés nécessiteront des mesures de déclassement moins poussées. La flottation est la technique de séparation des sulfures la plus répandue. On récupère la pyrite à partir des résidus siliceux avec un bon taux de récupération, en utilisant des xanthates et des agents moussants dans un circuit de flottation spécial. La flottation de la pyrite s'utilise dans certaines usines pour récupérer la pyrite comme source de soufre pour produire de l'acide sulfurique. Cette technique est bien connue. On utilise des procédés aussi bien acides qu'alcalins. Le produit pyriteux présente une forte réactivité et nécessite de ce fait des mesures de dépôt soigneusement étudiées. Les solutions d'évacuation qui pourraient convenir au produit pyriteux sont l'évacuation subaquatique dans des mines à ciel ouvert abandonnées, dans des excavations ou dans les bassins de résidus, à un endroit où le niveau de la nappe phréatique recouvrira en permanence le matériau. Les effets multimilieux à envisager sont les suivants : • • léger besoin énergétique supplémentaire et exigences en matière de réactifs pour la flottation de la pyrite pénalité énergétique pour la gestion séparée des résidus fortement pyriteux et des résidus dépyritisés. La flottation et la gestion séparée de la pyrite vont également induire des coûts importants. La viabilité de cette technique dépend de la quantité de pyrite qu'il faut extraire. Si cette quantité est trop importante, l'impact économique sera négatif. L'un des critères est que la teneur en pyrite obtenue soit suffisamment faible pour assurer la neutralisation. Comme exemples, on peut citer l'usine n° 1 de Bolidens, qui a produit de la pyrite commerciale jusqu'en 1991, et l'usine de Pyhäsalmi, qui en produit toujours. On ignore si l'une ou l'autre de ces usines pratique la séparation de la pyrite dans le cadre du plan de remise en état. Dans la mine de cuivre d'Aitik, la dépyritisation est considérée comme un élément clé du plan de fermeture du bassin de résidus. Sur ce site, il est prévu, sur la base d'une modélisation hydrogéologique, que seule une petite fraction du bassin déclassé s'asséchera pendant les périodes sèches. Le plan consiste à procéder à la dépyritisation des résidus pendant les quelques dernières années de production, afin que se crée une couche supérieure de résidus à faible teneur en soufre. Ce concept inclut la séparation et la gestion séparée de la fraction pyriteuse ayant une teneur en soufre comprise entre 30 et 35 pour-cent, et le dépôt de cette fraction dans une partie séparée du bassin de résidus. Le dépôt de la pyrite s'effectuera dans un bassin doté de digues perméables, surélevées en même temps que les structures 216 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 environnantes. La superficie du bassin de pyrite occupera de 0,5 à 1 % de la superficie totale (de 6 à 12 ha). Ce bassin sera essentiellement saturé d'eau, mais lors de sa fermeture, il pourrait également être recouvert selon le concept d'une couverture végétale/sèche. 4.3.1.2.8 Gestion sélective des matériaux Pour être efficace, la gestion sélective des matériaux doit être appliquée pendant l'exploitation. Un dépôt sélectif des résidus ou stériles réactifs et non réactifs permet de réduire de façon significative le déclassement de la partie non réactive. Il est même envisageable de trouver d'autres utilisations pour cette fraction non réactive. La gestion sélective des stériles générateurs et des stériles non générateurs de drainage acide est abordée ci-après : Les formations géologiques au niveau d'un gisement de minerai sulfuré présentent fréquemment une zonation, avec des teneurs en pyrite élevées à proximité du minerai. Dans l'exploitation à ciel ouvert il est possible, dans certains cas, de gérer les types de stériles de manière sélective en utilisant leurs propriétés géochimiques comme critère. Une cartographie géologique minutieuse et des analyses de suivi réalisées à l'aide de copeaux de forage sont un moyen pour obtenir les renseignements nécessaires au classement. A partir de ce classement, il est alors possible de séparer les stériles non générateurs de DA des stériles générateurs de DA. Les critères d'exploitation et de déclassement des stériles sont liés au potentiel net de génération de DA. Les stériles qui n'ont aucun potentiel de production de DA vont nécessiter des mesures de déclassement moins poussées que ceux qui présentent un potentiel de production de DA. Si la gestion sélective des stériles n'a pas été appliquée, il faut empêcher la totalité des stériles de produire un DA. Grâce à l'application de cette gestion sélective, la fraction des stériles génératrice de DA sera plus facile à gérer car elle est en quantité moindre (par rapport au volume total de stériles). La gestion sélective des stériles n'exige aucune technologie évoluée, mais seulement des procédures rapides de collecte des informations et une gestion des matériaux en fonction de ces résultats. Les stériles faiblement sulfurés sont susceptibles de correspondre aux critères exigés pour les matériaux de construction et les agrégats, ce qui permet de remplacer les matériaux fournis par les carrières : La gestion sélective implique une augmentation des coûts pendant l'exploitation. Au moment de la fermeture de la mine, en revanche, les coûts de remise en état sont susceptibles de diminuer. Son applicabilité dépend de l'aspect géologique, de la méthode d'extraction et des propriétés géochimiques de chaque type de stériles. Plusieurs mines dans le monde ont pratiqué la gestion sélective des stériles. La mine d'Aitik, à Boliden, est un exemple de l'application à grande échelle de cette méthode. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 217 Chapter 4 Un autre exemple de gestion sélective des matériaux est celui de la mine d'or de Ridgeway en Caroline du Sud (aux États-Unis), où les matériaux non réactifs extraits au début de la vie de la mine ont été déposés en tas, puis traités à la fin de la vie de la mine pour fournir une partie de la couverture du bassin de résidus. [120, Sawyer, 2002] 4.3.1.3 Solutions de réduction Lorsqu'il est impossible d'empêcher les réactions d'altération (comme cela peut être le cas pendant la phase d'exploitation de la vie de la mine), il faut alors réduire la migration du DA. Les méthodes destinées plus particulièrement à réduire le transport des produits d'altération du dépôt vers l'environnement sont, notamment, le détournement des eaux superficielles non affectées, le captage des eaux superficielles affectées et le contrôle de l'écoulement des eaux souterraines. La réduction des infiltrations dans le dépôt s'obtient souvent grâce à de simples couvertures. D'autres méthodes de réduction, comme le montre le tableau ci-après, sont le mélange et l'ajout de minéraux neutralisants. Méthode de réduction Principe utilisé Adjonction de résidus et de stériles à forte capacité neutralisante à des matériaux potentiellement producteurs de DA, permettant de maintenir le pH à un niveau neutre Apport d'une capacité de neutralisation à des matériaux potentiellement producteurs de DA, permettant de maintenir le pH à un niveau neutre Grâce à un compactage et une étanchéisation des strates sous-jacentes, la production de DA est réduite et les infiltrations incontrôlées dans les sols sont évitées (voir section 4.3.10.4) Mélange Adjonction de minéraux neutralisants (chaulage) Compactage et étanchéisation du sol Tableau 4.8 : Méthodes de réduction du DA et principes sur lesquels repose leur fonctionnement 4.3.1.3.1 Adjonction de minéraux neutralisants L'adjonction de minéraux neutralisants (par exemple du calcaire) se fait normalement avant l'application d'une couverture sèche. Cela permet d'immobiliser les produits d'altération facilement accessibles lors du déclassement du site. Cette méthode peut théoriquement s'employer également comme méthode de déclassement, car l'adjonction d'une quantité suffisante de matériaux neutralisants permettrait de retarder, voire d'éliminer, la baisse du pH et la production de DA. Toutefois, pour obtenir cet effet de neutralisation à long terme dans un dépôt potentiellement générateur de DA, il faudrait normalement de grandes quantités de matériaux neutralisants, qui seraient apportées sur le site à des coûts prohibitifs. [100, Eriksson, 2002] Ce "mélange" n'est faisable que si le matériau neutralisant existe déjà sur le site et qu'il fait, si possible, partie des déchets produits sur le site. Autrement, les coûts de transport seront trop élevés. 4.3.1.4 218 Solutions de traitement July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Pendant la phase d'exploitation d'une mine, ou s'il est impossible d'obtenir facilement une réduction de la vitesse d'oxydation des sulfures, il peut être nécessaire de capter et de traiter l'eau de drainage avant qu'elle n'atteigne l'environnement. Ce traitement peut passer par un traitement passif (par exemple des zones humides ou des drains calcaires anoxiques) ou par un traitement actif dans une usine de traitement de l'eau (chaulage direct, hydrodésulfuration, etc.). A la fermeture, il faudra peut-être traiter l'eau de drainage malgré la mise en place d'une couverture, jusqu'à ce que les effets du rejet dans l'environnement de l'eau de drainage résultante puissent être considérés comme acceptables. Les techniques de traitement des effluents sont décrites à la section 4.3.11. 4.3.1.5 Décision de fermeture des sites générateurs de DA Plusieurs directives relatives à la planification des fermetures de mines ont récemment été élaborées (par exemple, MIRO, 1999, “A technical framework for mine closure planning”, Mineral Industry Research Organisation, Technical Review Series No. 20). La figure ci-après présente l'un des arbres de décision utilisés dans la littérature pour le projet de fermeture d'un dépôt de résidus et de stériles potentiellement générateur de DA. Figure 4.9 : Arbre de décision pour la fermeture d'une installation de gestion de résidus et de stériles potentiellement génératrice de DA [20, Eriksson, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 219 Chapter 4 Selon les caractéristiques minéralogiques, physiques, chimiques et biologiques, l'oxydation des sulfures peut se dérouler pendant une période prolongée. Cet élément est pris en compte lors de la conception des installations de gestion destinées à des résidus et des stériles potentiellement générateurs de DA. 4.3.1.6 Gestion du DA dans une exploitation de talc Les minéraux industriels ne sont généralement pas concernés par ce sujet, sauf dans les dépôts de talc de Finlande. Dans ces cas particuliers, une fraction des stériles génératrice de DA est constituée de schiste noir. Les stériles normaux à base de carbonate ne produisent pas de DA. Les techniques utilisées ici pour empêcher ou réduire la production de DA sont les suivantes : Gestion sélective des stériles générateurs et non générateurs de DA Les stériles sont principalement des carbonates contenant une roche pauvre à base de talc et de magnésite ou du schiste noir. Le schiste noir contient des minéraux producteurs de DA (sulfures). Lors de la construction des terrils à stériles, les stériles à DA sont entourés par la roche carbonatée, qui neutralise le DA du schiste noir. Les terrils à stériles doivent faire l'objet d'une planification minutieuse ayant pour objectif à long terme de gérer les stériles producteurs de DA le mieux possible et au moindre coût. Réduction des infiltrations Pendant la construction des terrils de stériles, les pentes sont aplanies et recouvertes de moraine locale. Cela limite l'érosion et favorise la croissance de la végétation. L'application d'une couverture de moraine avec un captage des eaux de ruissellement de surface et une végétalisation bien planifiés empêche la plus grande partie des eaux pluviales et des eaux provenant de la fonte des neiges (75 %) de traverser les terrils de stériles. Les eaux de percolation qui traversent les terrils sont captées et traitées à la chaux si elles sont encore acides et contiennent des métaux. Réduction de la génération de DA dans les bassins de résidus Pendant l'exploitation des bassins de résidus, la majeure partie des résidus sont recouverts d'eau gravitaire, de sorte que les minéraux générateurs de DA (sulfures) se trouvent généralement dans des conditions non oxydantes et que par conséquent, seule une faible quantité de percolation acide se forme. Les résidus sont principalement de la magnésite (carbonate de magnésium), un minéral neutralisant qui se forme dans un milieu sans DA à l'intérieur des bassins. Toutefois, dans certaines exploitations, des résidus contenant des sulfures d'une ancienne mine de cuivre se trouvent sous les couches de magnésite actuelles. Les couches contenant des sulfures sont conçues pour rester dans un état stable après fermeture des exploitations grâce à une couverture sèche de moraine locale recouvrant les bassins de résidus. Les eaux de pluie et de fonte des neiges sont recueillies dans l'ancien bassin afin que la nappe phréatique reste suffisamment haute pour empêcher l'oxydation des anciens résidus sulfurés. Les eaux de percolation des bassins de résidus sont recueillies pour être traitées en dehors du bassin avec de la chaux ou par une technique de zones humides. Technique des zones humides appliquée au traitement des eaux de percolation provenant des bassins de résidus ou des terrils de stériles Dans la technique des zones humides (voir section 4.3.11.5), les eaux de percolation sont captées dans une zone humide aménagée sur un ancien bassin ou dans des zones marécageuses proches de l'exploitation. Au moyen de matériaux de construction neutralisants (roches carbonatées) et d'une végétation naturelle spécifique, les métaux des eaux de 220 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 percolation sont précipités et les eaux purifiées peuvent être amenées jusqu'aux cours d'eau/plans d'eau locaux. [131, IMA, 2003] 4.3.2 Techniques de réduction de la consommation de réactifs Des initiatives sont prises pour tenter de réduire la quantité de réactifs ajoutés. Elles procurent des avantages économiques et environnementaux. Dans de nombreux cas, la composition chimique de l'alimentation en minerai est continuellement surveillée, ce qui permet alors de régler automatiquement l'apport en réactif pour le fixer à des valeurs optimales. En général, dans toute la mesure techniquement et économiquement possible, on favorise l'utilisation de substances chimiques biodégradables. D'ordinaire, les réactifs ne sont pas recyclables car ils sont solidement fixés à la surface des particules [131, IMA, 2003]. 4.3.2.1 Commande de procédé par ordinateur La commande de procédé par ordinateur est un élément essentiel pour optimiser la récupération dans le traitement du minerai ainsi que la consommation de réactif. Il est rapporté que les réductions de consommation de réactif pourraient atteindre un niveau de 30 % après introduction de systèmes de contrôle de procédé. Grâce à l'application de ce contrôle, toutes les informations pertinentes au procédé sont rassemblées dans un système informatisé et s'affichent sur des écrans situés dans une salle de commande et en d'autres points stratégiques. Cela peut être un système totalement informatisé où le dosage des substances chimiques est contrôlé automatiquement, ou un système semi-informatisé où des opérateurs vont exécuter les modifications dans le dosage des substances chimiques, guidés par les informations qui s'affichent sur leurs ordinateurs. Avantages : • • possibilité d'avoir un niveau de contrôle élevé du procédé, ce qui permet d'optimiser la consommation de réactifs réglages du procédé faciles à effectuer. Inconvénients : • • coûteux à installer nécessite un haut niveau de compétence informatique de la part des opérateurs. Dans le procédé de flottation, il faut analyser régulièrement les produits, de sorte que les réglages relatifs aux réactifs peuvent être très pointus. Certains analyseurs en ligne sont disponibles sur le marché, mais jusqu'à présent aucun d'eux n'a été efficacement appliqué dans le secteur des minéraux industriels. [131, IMA, 2003] La réussite du procédé de flottation dépend de la bonne utilisation de la série de substances chimiques choisies. Toute diminution des substances chimiques indiquées peut influer considérablement sur les résultats financiers de la production. Toutefois, il faut également que ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 221 Chapter 4 l'utilisation de substances chimiques reste minime, pour des raisons économiques et écologiques. Pour ce faire, on mesure la qualité du minerai fréquemment, voire continuellement, de manière à pouvoir ajuster en conséquence l'apport en réactif. Dans ce domaine, les nouvelles technologies sont des caméras qui surveillent les mousses sur les cellules de flottation en ligne. Associés aux systèmes experts, elles permettent une optimisation des conditions de procédé et par conséquent, des taux de récupération supérieurs et une utilisation plus avantageuse des réactifs [69, Nguyen, 2002]. 4.3.2.2 Stratégies opérationnelles pour réduire l'apport en cyanure Pour réduire l'apport en cyanure, on applique les stratégies opérationnelles suivantes : • • • • • • • prendre des mesures pour diminuer la consommation de cyanure par les autres composants tels que les minéraux de cuivre, la pyrrhotite, etc. tenter de conserver le cyanure dans le circuit au lieu de l'évacuer dans les bassins de résidus. Cela peut passer par un lavage des résidus, lorsque c'est possible appliquer un contrôle strict des apports en eau dans le circuit, pour diminuer la nécessité d'évacuer la solution afin de maintenir l'équilibre hydrique. Dans des climats arides, il peut y avoir des installations sans évacuation appliquer une surveillance étroite de la concentration en cyanure dans le procédé et dans les résidus, afin de conserver l'apport en cyanure au minimum. Certains sites ont installé des systèmes d'analyse en ligne (par exemple un système de réduction automatique du cyanure, voir ci-après). Ces instruments peuvent être associés à des instruments de dosage automatique des réactifs améliorer l'aération dans le lixiviat et/ou ajouter de l'oxygène ou d'autres oxydants pour obtenir le taux de dissolution maximum appliquer une aération préalable (par exemple à l'aide de peroxyde d'hydrogène, voir ciaprès) des boues de minerai avant la cyanuration pour oxyder les composants consommateurs de cyanure, lesquels peuvent ensuite être épaissis et extraits du procédé [24, British Columbia CN guide, 1992] employer la séparation gravimétrique, si possible, et lixivier le concentré à partir de ce procédé. La concentration gravimétrique peut aujourd'hui être appliquée jusqu'à une granulométrie de 30 μm. 4.3.2.2.1 Réduction automatique du cyanure Il y a encore une dizaine d'années, il était courant de doser de façon strictement manuelle le cyanure introduit dans le circuit de cyanuration, par réglage d'un robinet, de sorte que les surdosages étaient fréquents et entraînaient des pertes en cyanure. Les pertes en cyanure étaient généralement de l'ordre de 10 %, mais leurs valeurs pouvaient aller jusqu'à 30 %. L'autre inconvénient de la méthode manuelle est que les échantillons ne sont prélevés qu'à intervalle de plusieurs heures, ce qui implique qu'il peut s'écouler une durée assez longue que l'on puisse procéder au réglage nécessaire. De plus, l'échantillon prélevé est filtré manuellement puis titré manuellement avec du nitrate d'argent, par mesure de l'extrémité optique, mais cela implique que le résultat peut être erroné puisqu'il dépend de l'opérateur. Grâce aux nouvelles technologies de détoxification automatique du cyanure, il est possible de prélever des échantillons à une cadence d'environ 5 à 15 min, et de régler automatiquement et rapidement la concentration en cyanure en conséquence, pour qu'elle se rapproche du point de 222 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 consigne souhaité. Ainsi, il est souvent possible d'économiser de 10 à 20 % du cyanure par rapport au procédé manuel, tout en obtenant la même récupération d'or. Un grand nombre de petites mines ont encore recours au dosage manuel, car un certaine consommation seuil ou consommation critique de cyanure, de l'ordre de 500 t de NaCN par an, est nécessaire pour leur viabilité économique. En revanche, au-dessus de ce seuil il est économique pour l'exploitant, dans la plupart des cas, d'appliquer cette technique. En résumé, les avantages de cette technique sont les suivants : • • économie de CN réduction des coûts de destruction du CN. Rio Narcea (exploitation d'El Valle) utilise la réduction automatique du cyanure. Le coût d'investissement de ce système automatique se situe autour de 100 000 EUR, mais il est fonction de la taille de l'exploitation. 4.3.2.2.2 Traitement préalable au peroxide Bien que ce principe ne soit pas universel, de nombreux minerais présentent des propriétés extrêmement réductrices lorsqu'ils sont à l'état de pulpe (souvent des minerais sulfurés, mais pas systématiquement), de sorte qu'une aération ou une oxygénation classique ne suffit pas forcément à fournir une quantité suffisante d'oxygène dissous et/ou les propriétés oxydantes nécessaires à l'oxydation de l'or. Or, ces dernières sont nécessaires à la cyanuration car sans elles, l'or ne peut être lixivié au cyanure, ou alors le processus va être extrêmement lent. Si l'aération est effectuée au peroxyde d'hydrogène (H2O2) et non à l'air ou à l'oxygène, cela peut augmenter le taux de récupération de l'or. Un effet secondaire positif est la réduction de la consommation de cyanure, car les sulfures vont consommer moins de cyanure. Cette technique s'applique généralement aux minerais sulfurés. Elle nécessite, toutefois, la réalisation d'une étude minéralogique détaillée avec essai en laboratoire pour déterminer quel minerai convient à ce type de traitement. La consommation de peroxyde d'hydrogène est souvent de l'ordre du kilo de H2O2 par tonne de minerai traité. Le coût du H2O2 se situe autour de 600 EUR par tonne de H2O2 (à 70 %). Les coûts d'investissement pour l'usine de traitement se situent autour de 100 000 EUR, mais ils dépendent en grande partie du débit, de la consommation en peroxyde d'hydrogène et de la minéralogie du minerai. 4.3.2.3 Prétriage Le prétriage de l'alimentation de l'usine de traitement du minerai effectué par voie manuelle (à l'œil nu) ou par voie optique permet de rejeter certaines qui ne peuvent se prêter à d'autres traitements. Ces pratiques élémentaires sont fréquemment utilisées dans l'industrie des minéraux industriels. D'ailleurs, ces techniques n'ont aucun effet sur l'environnement et peuvent être bon marché. Les fractions refusées peuvent souvent être utilisées pour la ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 223 Chapter 4 construction de digues de retenue ou servir de matériaux de construction. Le choix entre triage manuel et triage optique dépend des caractéristiques du minerai. 4.3.3 Prévention de l'érosion par l'eau L'érosion par l'eau des installations de gestion des résidus ou des stériles durant la phase d'exploitation peut être évitée grâce à l'utilisation des techniques suivantes : • • • application d'une couche protectrice sur les surfaces inclinées de la retenue, par exemple du gravier, une couche de terre et d'herbe, une couche de géotextile et d'herbe, ou une forme quelconque de revêtement synthétique imprégnation de la couche superficielle des résidus avec une substance chimique capable de repousser l'eau ou de provoquer une fixation des particules, par exemple un composé siliceux, du ciment, du bitume ou de la bentonite exploitation des propriétés chimiques des résidus, notamment ceux qui contiennent des sulfures, afin de faciliter la fixation des particules. 4.3.4 Prévention des poussières Le tableau ci-après recense les différentes manières dont les résidus solides sont évacués des digues ou des terrils ainsi que certaines options de prévention. Modes de dispersion possibles des matières solides : Erosion par le vent des surfaces de la retenue :  crête de la digue ou du terril  pentes des digues ou des terrils  surface des plages Prévention :      traitement de la crête et des talus de la digue comme pour l'érosion par l'eau pour la surface, prévoir éventuellement briselames, pulvérisation d'eau, application d'un liant, par pulvérisation d'une émulsion bitumineuse [8, ICOLD, 1996], paillis en surface [11, EPA, 1995], lait de chaux dans des cas extrêmes, prévoir éventuellement un dépôt subaquatique des résidus végétalisation de surface, flottante ou sur les zones inactive changement fréquent des points de déversement sur le périmètre pour obtenir le mouillage permanent de la surface [11, EPA, 1995]. Tableau 4.9 : Dispersion par érosion éolienne des résidus solides provenant des installations de gestion des résidus et des stériles et solutions de prévention 4.3.4.1 Plages Pour limiter les poussières émanant des plages, on maintient généralement la surface mouillée. Par exemple, on applique la pulvérisation d'eau sur les boues rouges en cas d'imminence de poussières. Cette solution est plus économique que le dépôt de végétation en décomposition, par exemple du foin, sur la surface des boues rouges. Des couvertures de type foin freinent la maturation optimale des dépôts de boues rouges. Sur le site d'Aughinish des pulvérisateurs sont répartis à travers l'IGR et surélevés en fonction du niveau des résidus. Ce système ne peut s'appliquer que si l'accès aux résidus peut se faire par véhicule, autrement dit pour des résidus épaissis. 224 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 En principe, l'association des pulvérisations de la page et de la gestion continue du point de décharge des résidus sur la plage suffit. La pulvérisation est souvent employée dans les exploitations de résidus épaissis. Avantages : • • possibilité d'utiliser l'eau provenant de l'enceinte de l'IGR solution peu onéreuse. Inconvénients : • • problématique du gel dans des climats froids solution gourmande en main-d’œuvre. Une autre méthode permettant d'éviter la poussière consiste à recouvrir la plage de matériaux non générateurs de poussière, par exemple de la terre végétale, des composés de lignine, de la paille ou du bitume. Cette méthode n'est possible que si les plages sont surélevées par campagne et non de manière continue. La plage doit être suffisamment stable pour permettre le passage d'engins destinés à étaler les matériaux, à défaut, d'autres méthodes plus coûteuses devront être employées pour la mise en place de ces matériaux, notamment l'utilisation d'hélicoptères. L'application de couvertures végétales, par exemple des écorces ou du foin, peut être très efficace mais ces dernières empêchent la maturation des dépôts de résidus. La technologie qui consiste à les appliquer sur des résidus très meubles mais en cours de maturation est extrêmement onéreuse en termes de mise au point et d'utilisation. Avantages : • une fois les matériaux mis en place, le problème de la poussière est réglé pour longtemps. Inconvénients : • • les plages ne peuvent être continuellement surélevées les matériaux non générateurs de poussière devront éventuellement être retirés au moment de l'élévation de la digue • la plage doit être suffisamment stable pour permettre le passage d'engins destinés à l'épandage des matériaux. [118, Zinkgruvan, 2003] Dans le bassin de résidus du bassin cuprifère de Legnica-Glogow, le niveau d'eau à l'intérieur du bassin est maintenu à une distance d'au moins 200 m de la crête de la digue. La plage constitue une source considérable d'émissions de poussière, notamment les jours de vent. Pour limiter cette poussière, un "rideau" d'eau a été installé sur cette crête. En outre, pour stabiliser la surface dans les parties qui sont provisoirement sèches, une émulsion d'asphalte est pulvérisée à partir d'un hélicoptère. Actuellement, d'autres "rideaux" d'eau sont à l'essai. Ces derniers sont installés à l'intérieur du bassin, sur la plage, à une distance de 150 m, et sont mis en service lorsqu'une section sèche (après suppression de la couverture d'asphalte) est utilisée pour la construction d'une digue. A Pyhäsalmi, la pulvérisation de lait de chaux sert à empêcher l'érosion par le vent des particules fines des résidus. Cette pulvérisation est effectuée à l'aide d'un matériel initialement conçu à des fins agricoles. Il se compose d'un réservoir monté sur un tracteur et d'un système de pompe et de tuyau. Ce matériel est capable de disperser le lait de chaux en couches plus ou moins égales sur les zones indiquées. En séchant, la chaux forme une couche superficielle rigide qui va durer toute la période sèche estivale. D'après les inspections visuelles réalisées, ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 225 Chapter 4 cette technique a permis de diminuer de façon importante les effets liés à aux poussières. Toutefois, on ne dispose pas de données fiables permettant de démontrer les avantages obtenus. Il est à noter qu'à Pyhäsalmi, la pulvérisation du lait de chaux n'est effectuée qu'en vue d'une prévention mécanique et physique des poussières et non à de quelconques fins chimiques (notamment la neutralisation du DA). Un matériel plus évolué permettrait d'obtenir des résultats plus homogènes et une meilleure efficacité. Le coût de cette technique se situe autour de 1500 EUR/ha, ce qui est relativement élevé compte tenu de la zone concernée (5 à 6 ha) et du fait qu'il faut pulvériser chaque année (au printemps). Une autre manière d'organiser la réduction/prévention des poussières consiste à avoir recours au changement fréquent des points de déversement situés sur le périmètre, afin que la surface reste mouillée en permanence [11, EPA, 1995] ou de laisser les résidus immergés en permanence (voir sections 4.3.1.2.1 et 4.3.1.2.3). 4.3.4.2 Talus Pour empêcher la formation de poussière, une solution consiste à recouvrir les talus de stériles grossièrement concassés. Avantages : • • solution peu onéreuse si l'exploitation dispose d'un excédent de stériles la stabilité de la digue va augmenter grâce au poids supplémentaire des stériles. Inconvénients : • coût supplémentaire du concassage et de la mise en place. [118, Zinkgruvan, 2003] 4.3.4.3 Transport Les résidus et les stériles sont généralement transportés par pipeline (uniquement les résidus boueux), par convoyeur à bande ou par camion. En cas de transport par pipeline (de résidus boueux), il n'y a pas de rejet de poussière. 4.3.4.3.1 Convoyeur à bande Le tableau ci-après recense les différentes approches adoptées pour diminuer les rejets de poussière d'une exploitation de potasse dans laquelle les résidus sont transportés (sur des convoyeurs à bande) et évacués sur des terrils. Type d'approche Approches primaires Approches secondaires 226 Aspects d'organisation • • • • • • Méthode de réduction sélection d'un matériel de traitement du minerai qui produise le moins possible de fines pulvérisation des résidus traitement continu diminution des distances de transport maintien de sources possibles d'émissions sonores logistique des zones d'empilement July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Aspects techniques Approches tertiaires • • • • • Chapitre 4 utilisation de protection contre le vent (p. ex. couverture ou convoyeur à bande) utilisation de hauteurs d'évacuation minimum convoyeur transversal/inverse humidification des résidus solides Pas de déversement en cas de vent violent Tableau 4.10 : Approches adoptées pour diminuer les poussières pendant le transport Dans l'exploitation allemande de potasse, les résidus secs issus de la séparation électrostatique sont humidifiés à couvert. Ils sont transportés sur des convoyeurs à bande et empilés avec une teneur en humidité d'environ 5 à 6 %. Cela conduit à de faibles rejets de poussières, grâce à la recristallisation de la couche superficielle. La seule pollution atmosphérique que cela entraîne est la poussière saline provoquée par les résidus empilés sur le dessus de la halde, notamment lorsqu'ils sont déchargés d'un convoyeur à bande sur la halde par vent très violent. Par conséquent, pour éviter cela, l'empilement s'arrête automatiquement dès que la vitesse du vent dépasse une limite prédéterminée. Depuis ces dernières années, le taux maximum de poussière détecté par plusieurs stations de mesure des immissions (surveillance et réduction des poussières) situées autour des haldes de résidus est inférieur à 60 mg/m2/jour. Les stations de transfert sont généralement fermées et l'air purifié dans des filtres [131, IMA, 2003]. 4.3.4.3.2 Camions Différentes méthodes d'élimination des poussières sont couramment employées, et notamment : • • • • • pulvérisation de la pelle ou du godet du chargeur au chargement pulvérisation de la benne du camion arrosage des routes ; pulvérisation au déchargement pulvérisation d'eau directement sur les camions et/ou pulvérisateurs disposés le long de la route [131, IMA, 2003] limitation de la vitesse à 30 km/h [142, Borges, 2003]. Pour le transport de concentré, il faut souvent faire passer les camions par des pièges à eau pour nettoyer les pneus, et dans des cas extrêmes, les camions sont lavés avant de quitter le site. A Rio Narcea, plusieurs dispositifs de surveillance des échantillonneurs de poussière ont été disposés sur le pourtour du site d'El Valle, et les données sont récupérées et analysées chaque mois. Ce système de surveillance fonctionne parallèlement avec le programme existant de Santé et de Sécurité sur le lieu de travail qui inclut déjà une surveillance des poussières au travers d'échantillonneurs de poussière individuels. 4.3.5 Techniques de réduction des émissions sonores Lorsqu'on utilise des camions et des convoyeurs à bande, les sources d'émissions sonores les plus courantes sont le transport, le déchargement et l'épandage. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 227 Chapter 4 A Zinkgruvan, environ 0,5 million de tonnes de stériles ont été déposés en surface à proximité de l'ancienne mine à ciel ouvert, pour servir de barrière antibruit autour de la partie est de la zone industrielle. Dans les mines de charbon des régions de la Ruhr et de la Sarre, les rampes et les gradins d'exploitation sont transférés le plus loin possible à l'intérieur de la halde, où ils sont protégés par des endiguements, pour réduire les émissions sonores et les rejets de poussière des opérations de transport, de déchargement et d'épandage des résidus [79, DSK, 2002]. Dans certains cas, on commence par créer un talus extérieur pour que le bruit, les poussières et le mouvement des engins restent hors de vue du voisinage, puisqu'en règle générale, ce qui est invisible a moins d'effet. Avec cette technique, il faut d'abord gérer la partie extérieure de la halde de manière à assurer un reverdissement rapide qui peut servir ensuite de barrière antibruit. Selon le voisinage, le bruit le plus gênant est celui de l'avertisseur de recul des camions-benne. [131, IMA, 2003] Cette technique est illustrée sur la figure Figure 4.15. Dans les mines allemandes de potasse, les usines de traitement et de gestion des résidus fonctionnent en permanence. Le transport jusqu'à la halde de résidu se fait par des convoyeurs à bande. Ce système provoque moins de bruit que le transport par camion. Les systèmes qui fonctionnent en continu ne sont pas toujours possibles ou pratiques à utiliser. Dans la gestion des stériles, notamment lorsqu'il s'agit de grosses exploitations, l'emplacement des points de déchargement est tellement variable que le transport par camion est souvent la seule solution possible. Les camions doivent être correctement entretenus afin que tous les véhicules soient en parfait état de fonctionnement. Les courroies d'entraînement sont généralement protégées par des dispositifs étanches [19, K+S, 2002]. 4.3.6 Restauration/reverdissement progressifs Une restauration et/ou un reverdissement progressifs durant l'exploitation présente les avantages suivants : • • • • • • les coûts sont étalés sur une durée plus longue et peuvent être récupérés sur les revenus miniers les activités de fermeture peuvent être intégrées aux activités d'exploitation journalières de la mine la période de mise en œuvre de la fermeture sera plus courte les programmes de surveillance sont intégrés au management environnemental systématique des techniques ayant fait leurs preuves peuvent être incorporées au plan de fermeture définitive les effets nocifs pour l'environnement sont réduits. Une restauration progressive peut être mise en place si la totalité de la zone fonctionne comme une seule unité d'exploitation. Ce peut être le cas, par exemple, lorsqu'un site souhaite 228 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 faciliter la maturation et la consolidation des résidus, notamment s'il a recours à la méthode ascendante d'endiguement du périmètre ou d'élévation de digue. Les terrils sont progressivement reverdis, ce qui a pour avantage supplémentaire de diminuer l'érosion. Sur le site finlandais d'exploitation du talc, par exemple, les terrils de stériles et les bassins de résidus sont progressivement recouverts de moraine locale et reverdis [131, IMA, 2003]. Lorsque les résidus sont déposés sur un terril, ce dernier peut être structuré en couches horizontales. Cela permet à l'exploitant de remettre immédiatement en état les pentes finales pour éviter ensuite la formation de poussières. La remise en culture/en état se fait en fonction de l'utilisation future de la zone, de la végétation existante et des besoins de la communauté locale. L'objectif est qu'une remise en état rapide avec des graines pionnières (herbes, buissons, arbres) réussisse à empêcher les poussières et crée des biotopes précieux pour une faune et une flore diversifiées et ce, à un coût raisonnable pour l'exploitant. [131, IMA, 2003] Un reverdissement continu qui s'opère dès l'exploitation peut être accéléré grâce à différentes mesures : • • • • • • • déverser les résidus de manière lâche sur une profondeur de 2m dans la zone extérieure, afin de permettre aux racines de bien se développer mélanger les résidus à des matériaux tels que des cendres volantes issues des centrales énergétiques, de la chaux et de la roche dolomitique. On augmente ainsi la capacité de neutralisation, la capacité de rétention d'eau et la capacité en nutriments appliquer une couche de terre arable de 5 à 10 cm d'épaisseur. Pour favoriser une végétalisation rapide et durable, les solutions privilégiées sont l'application d'une couche de terre épaisse (d'environ 1,8 m, si les propriétés des résidus l'exigent) ou mince (de 5 à 10 cm). Dans la plupart des cas, ce type de sol existe en quantité suffisante. Il permettra aux herbes de développer des racines, et des buissons pourront être plantés directement dans les résidus. L'avantage est que la jeune pousse peut s'habituer aux conditions pédologiques offertes par les résidus et que ses racines vont se développer naturellement, ce qui procurera également suffisamment d'humidité pour la plante pendant les périodes sèches appliquer des engrais minéraux pour compenser les carences en nutriments. Les engrais organiques contiennent des nutriments qui sont liés organiquement mais qui sont libérés par la dégradation microbienne. En outre, ils améliorent la structure du sol, activent les organismes présents dans le sol et améliorent la capacité de rétention d'eau de ce dernier appliquer un paillis en surface pour améliorer la protection contre les intempéries, ainsi que pour enrichir l'humus et améliorer sa capacité de rétention d'eau, notamment dans les premiers stades de la végétalisation. Ce paillis peut être constitué de paille ou de foin, mais aussi de résidus de bois en période de sécheresse extrême, n'irriguer que la nuit [79, DSK, 2002] ajouter des matériaux ayant subi un traitement approprié tels que boues d'épuration, écorces, déchets organiques et/ou cendres, d'une capacité de neutralisation suffisante et riches en minéraux, afin de favoriser le démarrage du reverdissement. Ces matériaux ont été testés avec succès sur plusieurs sites, notamment à Garpenberg et à Falun. Il est important de n'utiliser des déchets tels que les boues d'épuration ou les biodéchets qu'après leur avoir fait subir un traitement approprié, afin de limiter autant que possible la présence de pathogènes. Le respect de la réglementation communautaire ou nationale applicable à l'utilisation de ces déchets doit être assuré. En cas d'utilisation de boues d'épuration, il faut faire attention à la teneur en métaux lourds de ces boues. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 229 Chapter 4 Dans certaines régions montagneuses, les terrils sont construits par déversement à flanc de coteau (voir la figure 4.10 ci-après), selon l'angle de repos naturel de ce dernier. Dans ce cas, la remise en état du talus ne peut pas avoir lieu avant la fin de la construction du terril. 1 2 3 4 Figure 4.10 : Exemple de halde à flanc de coteau [131, IMA, 2003] La figure 4.10 ci-dessus montre qu'avec un déversement continu (la couche 1 recouverte par la couche 2, la couche 2 recouverte par la couche 3 et ainsi de suite), les talus ne peuvent être remis en état pendant l'exploitation. La correction des pentes du terril et l'empreinte vont augmenter de façon importante pour assurer la sécurité, permettre le reverdissement, etc. Une autre solution consiste à aménager la halde sous forme de gradins suffisamment larges pour permettre de corriger la pente d'un gradin à la fois. Ainsi, les matériaux seront déjà placés le plus près possible de leur emplacement définitif (voir figure 4.11). Figure 4.11 : Exemple d'un autre mode d'aménagement de halde à flanc de coteau 230 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 En général, pour éviter tout dommage aux digues ou aux terrils, leur restauration et leur reverdissement s'effectuent en fonction de la stabilité des digues et sont donc conçus et contrôlés par des experts, la végétation étant susceptible de poser de graves problèmes de stabilité (les racines pouvant notamment détruire la structure d'une digue). Par ailleurs, en ce qui concerne le reverdissement, il convient d'envisager la possibilité d'exercer une surveillance, par exemple en effectuant à tout moment des relevés. 4.3.7 Bilans hydriques La réalisation d'un bilan hydrique détaillé est importante pour la conception d'un bassin de résidus, d'un site minier et pour le scénario d'après exploitation. Ce bilan hydrique permettra de déterminer, entre autres : • • • • • • la capacité d'évacuation du bassin le franc-bord nécessaire (si l'eau du bassin ne peut être évacuée directement dans le récepteur) la capacité de traitement d'eau nécessaire l'existence ou non d'un volume d'eau suffisant et d'une qualité correcte pour les procédés miniers le mode de gestion de l'eau excédentaire la quantité d'eau s'échappant du système de gestion (eau provenant des stériles et des résidus et pénétrant par percolation dans les eaux de surface et la nappe phréatique). Lors de la fermeture, on évalue le bilan hydrique afin d'exécuter les plans de fermeture, et d'évaluer la charge massique en éléments provenant de l'IGR. Certains éléments du bilan hydrique d'une IGR sont indiqués sur la figure 4.12Figure 4.. En outre, on évalue la capacité de stockage d'eau des matériaux de construction de la digue. La figure ci-après montre une vue en coupe transversale d'une digue de retenue et illustre le cycle de l'eau de ce type d'IGR. Figure 4.12 : Cycle de l'eau d'une digue Modifiée par rapport à [11, EPA, 1995] Dans les exploitations suédoises de minerai de fer, des calculs de bilan hydrique ont été effectués pour les systèmes de digues de retenue. Ces calculs concernaient : • les précipitations ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 231 Chapter 4 • • • • • • le ruissellement de surface l'évacuation des eaux de traitement les eaux de traitement de régénération l'évaporation l'évacuation dans le réseau hydrographique la percolation sous et à travers la digue. A partir de ce bilan, un débit d'écoulement estimatif du système de digues de retenue/bassins de résidus dans la nappe phréatique a pu être calculé. Il existe toutefois une incertitude relative concernant ce chiffre, plusieurs paramètres n'étant pas mesurables et devant donc être estimés. D'autres exemples de bilans hydriques sont présentés sur la figure 3.25, la figure 3.26, la figure 3.27, la figure 3.43 et la figure 3.44. 4.3.8 Drainage des bassins Sur le site d'Ovacik, le fond du bassin de résidus et les digues ont été imperméabilisés grâce à un système de revêtement composite constitué de 50 cm d'argile compactée, recouverte d'une géomembrane de polyéthylène haute densité (PEHD) de 1,5 mm d'épaisseur, de 20 cm d'une autre couche d'argile compactée et d'une couche filtrante de gravier de 20 cm. Ici, des tuyaux de drainage ont été placés dans la couche filtrante pour drainer l'eau vers la structure de décantation. La figure 4.13 montre l'architecture du système de revêtement composite. [56, Au group, 2002] Figure 4.13 : Architecture du revêtement composite du site d'Ovacik [56, Au group, 2002] Ce type de système est appliqué dans de petits bassins imperméables où l'eau de traitement est réutilisée. L'avantage de ce mécanisme est que l'eau est filtrée au moment où elle arrive dans le circuit de drainage. L'autre solution consisterait à utiliser une zone de clarification plus étendue. Par conséquent, ce système peut être un moyen permettant de réduire la taille du bassin. Ce système peut être privilégié par rapport à un bassin de clarification supplémentaire ou un bassin plus grand, si l'eau de traitement contient des substances polluantes (par exemple du cyanure). 232 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 En revanche, le coût d'un tel système de drainage est élevé. Dans le cas de l'exploitation d'Ovacik, l'installation du revêtement en PEHD a coûté 7,5 EUR/m2 (en 2001) pour une superficie de 16 ha (voir tableau 3.63). Les autres inconvénients sont l'impossibilité de réparer le système de drainage en cas de colmatage, et le fait qu'une surface au sol réduite signifie des digues plus hautes. 4.3.9 Gestion de l'eau gravitaire Si l'eau gravitaire du bassin n'est pas évacuée directement dans les cours d'eau naturels, il faudra faire en sorte que lors du dépôt, toute l'eau gravitaire soit renvoyée vers l'usine ou bien, dans des climats chauds ou arides, qu'elle s'évapore. L'eau de décantation peut être stockée dans un bassin de clarification ou de régénération situé en aval du bassin de résidus et, dans certains cas, doit être traitée avant d'être évacuée dans le cours d'eau naturel. 4.3.10 Gestion des infiltrations Les principes élémentaires de l'infiltration sont décrits à la section 2.4.2.5. Une connaissance approfondie du contexte hydrogéologique du site est une condition préalable à la conception de tout système de gestion des infiltrations. Cela implique généralement l'installation et la surveillance de piézomètres pour déterminer les sens d'écoulement, les gradients hydrauliques et les caractéristiques de l'aquifère. L'étude de ces données permet de décider des mesures qui sont à prendre. L'eau s'infiltrant à travers la digue est collectée dans des fossés où le débit et la qualité sont surveillés. Ce même fossé va généralement également intercepter l'écoulement dans le sol. Si l'eau s'infiltrant dans le sol (ou sous la digue) est de bonne qualité, on peut la laisser s'écouler dans le sol. Si ce n'est pas le cas, il faudra éventuellement mesurer la qualité des eaux souterraines, surélever le niveau d'eau et la traiter. Pour éviter que l'eau ne s'infiltre dans le sol jusqu'à la nappe phréatique, la méthode élémentaire consiste à identifier un emplacement pouvant convenir à l'installation, c'est-à-dire un endroit où l'eau souterraine va s'écouler en direction du bassin et non au départ de ce dernier ; dans ce cas, les conditions hydrauliques sont réunies pour éviter toute infiltration dans la nappe phréatique. Les autres approches adoptées pour gérer les infiltrations dans le sol consistent à tenter de rendre le sol complètement étanche en utilisant des revêtements argileux, une membrane synthétique ou en associant les deux. Dans certaines exploitations, les couches d'argile naturellement présentes sont suffisamment efficaces pour empêcher les infiltrations dans le sol. Les revêtements connaissent de plus en plus de succès. Toutefois, leurs détracteurs citent l'effet dit de "baignoire" comme étant un problème à envisager à long terme, en entendant par là que les revêtements vont retenir les liquides pendant un certain temps mais qu'à un moment donné, ils finiront par déborder. Le captage des eaux d'infiltration par pompage est une autre solution pour réduire les rejets dans la nappe phréatique, à condition d'admettre qu'il puisse y avoir un engagement permanent pour que ce système se poursuive après la fermeture de la retenue de résidus. La nécessité d'un pompage après fermeture doit donc être étudiée dans le plan de réhabilitation et de fermeture. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 233 Chapter 4 4.3.10.1 Prévention et réduction des infiltrations La technique la plus efficace pour empêcher les infiltrations dans le sol consiste à sélectionner le site de façon judicieuse, autrement dit, dans une zone d'évacuation dotée d'une barrière hydraulique imperméable ou présentant des conditions hydrogéologiques telles que les eaux souterraines se déversent dans le bassin. Par exemple, les zones de stériles ou les bassins de retenue peuvent être aménagés dans des zones humides naturelles où le sol est naturellement imperméable. S'il faut éviter toute infiltration dans le sol et qu'il n'existe pas de barrière naturelle, on peut imperméabiliser le fond du bassin avec de l'argile ou tout autre matériau étanche afin que le débit de pénétration de l'eau soit inférieur à 10-8 m/s. Pour ce faire, les matières humiques devront être enlevées avant l'application du revêtement. Dans certains cas, les valeurs de perméabilité sont inférieures à 10-8. [131, IMA, 2003] Les systèmes de revêtement sont conçus pour limiter la percolation des lixiviats à travers la base de la zone de gestion des résidus. Tous les systèmes de revêtement finissent un jour ou l'autre par présenter des fuites, dont le débit va dépendre : • • • de l'ordre de grandeur de la charge hydraulique au-dessus du revêtement l'épaisseur et l'efficacité du matériau de revêtement la durée pendant laquelle la charge hydraulique s'exerce sur le revêtement. Il est important de bien connaître les caractéristiques hydrogéologiques du site et les propriétés géochimiques des résidus devant être gérés [11, EPA, 1995]. L'utilisation de revêtements est un sujet qui revient régulièrement. Leur principal avantage est de permettre une réduction éventuellement importante des infiltrations. En revanche, selon leurs détracteurs, il est impossible de prévoir pendant combien de temps ils vont fonctionner de manière efficace. Une autre solution consiste à gérer les infiltrations dès le début de l'utilisation. La figure 4.14 montre les différents types de revêtement disponibles. 234 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 4.14 : Types de revêtement disponibles [11, EPA, 1995] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 235 Chapter 4 Toutefois, comme le mentionne la section précédente, des mesures permettant de limiter les infiltrations dans le dépôt peuvent être préférées à des revêtements de fond de faible perméabilité accompagnés de gradients hydrauliques qui vont favoriser le transport de substances polluantes (le fameux effet de "baignoire") [13, Vick, ]. Un secteur d'application des revêtements est celui des bassins dans lesquels : • • • l'eau de traitement s'infiltrerait sinon dans le sol (par exemple, un bassin sur terrain plat comme le montre la figure 2.4.2.5, sans barrière hydraulique), et le souhait est de conserver l'eau de traitement dans le bassin pendant l'exploitation, notamment :  en vue de réutiliser l'eau de traitement  parce que cette eau est polluée (par exemple au cyanure)  pour éviter la formation de poussières en maintenant la plage saturée, et il n'est pas nécessaire que les résidus restent dans l'eau saturée après la fermeture. Les bassins provisoires (uniquement pendant l'exploitation) contenant une liqueur de traitement "mère" (chargée d'or) lors d'une lixiviation au cyanure ou d'une lixiviation en tas sont souvent équipés d'un revêtement destiné à empêcher les infiltrations de solutions chargées en cyanure dans le sol, et ce revêtement est souvent double. Il est pratiquement impossible de réparer un revêtement chargé. L'élimination du matériau n'est pas pratique. Le rétroforage sur la zone affectée (à condition encore de pouvoir la localiser !) et l'injection de bentonite sont des opérations extrêmement difficiles et coûteuses. La précision est également une difficulté majeure. Si on ne se place pas dans l'optique d'une réparation, la mise en place de fossés intercepteurs ou de barrières hydrauliques sur le pourtour de l'IGR sont une autre possibilité, mais elle coûte également très cher et compte tenu de la taille de la plupart des bassins de résidus, il faudrait de très grosses structures. De plus, la profondeur de ces structures est limitée, de sorte que si l'eau d'infiltration tombe sur la roche mère, ces barrières n'auront aucun effet. Le pompage et le traitement de l'eau d'infiltration sont une autre possibilité, mais cette solution coûterait extrêmement cher et ne pourrait être appliquée que si la mine est en exploitation, car c'est le seul moment où un traitement serait susceptible d'exister à l'échelle locale. Le système n'étant pas pérenne, il ne peut constituer une solution à long terme. Un autre aspect primordial est que l'eau d'infiltration est entièrement fonction de la charge hydraulique. Si cette dernière est supprimée, alors l'infiltration sera négligeable, voire nulle. Par conséquent, le drainage et la couverture des résidus vont empêcher ou limiter la charge hydraulique accumulée et par conséquent, les infiltrations. C'est peut-être la solution la plus pratique en cas de problème de fuite dans une installation fermée. Un revêtement ne permet jamais de garantir qu'il n'y aura aucune fuite. Les trous ou les défauts de construction sont inévitables. Ce que fait le revêtement, c'est de réduire les infiltrations à un niveau tel que le milieu récepteur puisse les gérer par dilution et par dispersion ou dégradation. Lors de la conception d'une IGR avec revêtement, il faut tenir compte de la possibilité de fuites et vérifier qu'un taux de fuite faible (dans la limite des normes industrielles applicables aux défauts de construction des revêtements) ne va pas entraîner de pollution importante de l'environnement. Sinon, il faudra prévoir une forme quelconque de confinement auxiliaire (ou 236 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 une couche de captage des eaux d'infiltration) (argile, tourbe, bentonite, etc.). Dans de nombreux cas, les résidus sont si fins qu'après s'être consolidés, ils ont une perméabilité similaire à celle d'un revêtement minéral. Autrement dit, le confinement secondaire vient de l'intérieur. Le résultat obtenu est meilleur lorsque les résidus sont drainés. La consolidation peut durer de nombreuses années une fois les résidus chargés et avant qu'ils se trouvent à une profondeur suffisante et/ou qu'ils aient été drainés. Dans ce cas, le revêtement synthétique assure le confinement principal jusqu'à ce que les résidus aient été consolidés. Ensuite, ce sont les résidus qui auront tendance à servir de barrière de contrôle. Ainsi, la durée de vie à long terme prévue pour le revêtement synthétique a moins d'importance. 4.3.10.2 Réduction des infiltrations Deux types de mesures de réduction peuvent être envisagés, à savoir : • • les barrières anti-infiltration et les systèmes de retour. Les barrières anti-infiltration servent à empêcher les infiltrations dans le sol et comprennent les tranchées parafouille, les murs emboués et les rideaux d'injection. Toutefois, il convient, dans chaque cas, de tenir compte des inconvénients éventuels de ces mesures en ce qui concerne la stabilité de la digue de résidus. Dans certains cas, il peut être plus approprié d'installer des systèmes de retour que des barrières anti-infiltration. Les systèmes de retour captent les infiltrations plutôt qu'ils ne les bloquent, ce qui permet de retenir les eaux d'infiltration en vue de les traiter ou de les évacuer d'une manière qui ne nuise pas à l'environnement. Le système de retour peut être constitué de fossés et de puits de captage. Les avantages et les limites des mesures de réduction des infiltrations sont présentés au tableau 4.11. Mesures de réduction des infiltrations Barrières antiinfiltration Systèmes de retour Type Avantages Tranchée parafouille bon marché ; installations bien contrôlées. Murs emboués possibilité de construire une barrière de faible perméabilité. Rideaux d'injection possibilité de construire la barrière en grande profondeur ; indépendant de la topographie du terrain Fossés de captage bon marché ; conviennent à tout type de digue Puits de captage possibilité de plus grande profondeur ; utiles comme mesure corrective Limites ne convient pas à des fondations de barrière saturées ; efficace uniquement pour des couches perméables peu profondes. coût élevé ; ne conviennent pas à un terrain en pente raide ou un sol caillouteux ; nécessitent une limite inférieure imperméable. coût élevé ; efficacité limitée à cause de la perméabilité de la zone injectée ; coulis de ciment possible uniquement pour des sols grossiers à larges diaclases. efficaces pour des couches perméables et peu profondes, mais restent avantageux dans d'autres cas. coûteux ; leur efficacité dépend des caractéristiques de l'aquifère local. Tableau 4.11 : Résumé des mesures de réduction des infiltrations ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 237 Chapter 4 Il faut bien voir qu'en réalité, la réduction des infiltrations au niveau d'un site consiste souvent en une association des différentes méthodes énumérées ci-dessus. Par ailleurs, outre les barrières, qui sont conçues uniquement pour réduire le transport des eaux d'infiltration, il est possible de traiter les contaminants présents dans ces infiltrations au moyen de certaines barrières réactives. 4.3.10.3 Terrils de résidus de potasse Sur les terrils de résidus issus de l'extraction de la potasse, la perméabilité à l'eau des sols doit être déterminée au cas par cas (conditions de base). Mais surtout, les composants de sol déterminés doivent être suffisamment imperméables pour empêcher la contamination de la nappe phréatique. S'ils ne le sont pas, on peut étanchéifier le sol situé sous les terrils de résidus de potasse, par exemple, en améliorant le sol naturel en y ajoutant jusqu'à 4 % d'argile. Cette argile va être broyée dans le sol naturel et le mélange va être distribué et comprimé jusqu'à devenir imperméable. Après traitement, on contrôle le coefficient de perméabilité et s'il est insuffisant, on répète l'opération. Un revêtement est appliqué au pied des terrils à l'extérieur de la partie centrale imperméable, et les solutions sont recueillies. Pour pouvoir appliquer les bonnes méthodes de gestion des résidus, il faut une longue expérience de l'empilement de résidus de potasse. Par exemple, l'utilisation de revêtements argileux sous le terril peut engendrer des problèmes de stabilité. Pour l'agrandissement d'un terril de résidus dans la région allemande de Fulda, les autorités avaient exigé que le sol soit revêtu d'un revêtement artificiel argileux de 0,6 m. Au fur et à mesure que le terril s'agrandissait sur ce sol étanche, un déplacement rapide de la partie du terril située au-dessus du revêtement a été observé, au point que la sécurité des salariés qui se trouvaient sur le dessus et devant le terril était menacée et qu'il fallut arrêter l'opération. Une enquête a conclu qu'il était déconseillé d'utiliser un matériau présentant une faible résistance au cisaillement pour assurer l'étanchéité du sol sous un terril de résidus de potasse. [19, K+S, 2002] 4.3.10.4 Terrils de résidus de charbon Dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren, on trouve des résidus de charbon qui ont été déversés par couches sur des terrils. L'épaisseur de ces couches varie entre 0,5 et 4,0 m. Le compactage s'opère grâce au mouvement des roues des camions et des rouleaux compresseurs destinés à limiter le plus possible la pénétration de l'oxygène ou des eaux pluviales dans le corps du terril et ainsi à limiter l'apparition d'un DA provoqué par l'oxydation de la pyrite. Le principe de construction d'un terril de résidus est illustré sur la figure 4.15, qui montre quatre étapes de construction situées dans les phases d'épandage. La première étape est la construction d'un mur d'enceinte extérieur, qui est immédiatement reverdi et qui sert de protection pour les dépôts ultérieurs de résidus dans la partie intérieure. 238 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 4 Figure 4.15 : Illustration schématique de la construction des terrils miniers dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren [79, DSK, ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 2002] 239 Chapter 4 On sait, d'après des études réalisées à l'aide d'essais lysimétriques, que l'eau de percolation des terrils de résidus de charbon peut contenir des éléments dissous. Les résultats de ces essais ont montré que le chlorure pouvait être éliminé par lavage et que les taux de sulfate, de calcium et de magnésium pouvaient augmenter du fait de l'oxydation de la pyrite. L'apparition d'un DA est possible. Lorsqu'il se produit, la baisse des valeurs de pH et de la capacité de neutralisation des résidus ou de l'aquifère peut entraîner la présence d'éléments trace dans les terrils mobilisés. Par conséquent, lors de la construction et de l'exploitation d'un terril, l'enjeu environnemental principal est la protection de la nappe phréatique. Il existe quatre grandes mesures qui permettent de protéger la nappe phréatique contre d'éventuels effluents des terrils (voir figure 4.10 ci-après). On choisira telle ou telle solution en fonction de la situation spécifique de chaque site, autrement dit, le choix peut porter sur des mesures individuelles ou sur association de plusieurs mesures. On a récemment découvert qu'un terril de résidus plus ancien s'était "auto-compacté" à tel point que le corps interne du terril était parfaitement sec. [79, DSK, 2002] Dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren, les résidus de charbon sont un mélange de silice et d'argile. Avec le temps, ce mélange a tendance à se tasser de plus en plus. La teneur en silice est telle que le mouillage de l'argile n'engendre aucun problème de stabilité. Les eaux de ruissellement de surface et de percolation des résidus sont captées et acheminées vers les eaux réceptrices de surface. 240 Version May 2003 ST/EIPPCB/MTWR_Draft _2 Chapitre 4 Figure 4.16 : Conception d'un terril de résidus – solutions permettant d'éviter les effets nocifs pour les eaux superficielles et souterraines [79, DSK, ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 241 2002] Annexes 4.3.11 4.3.11.1 Techniques de réduction des rejets aquatiques Réutilisation de l'eau de traitement Une des méthodes permettant de réduire les rejets aquatiques consiste à réutiliser l'eau de traitement. Cette méthode a été appliquée avec succès dans plusieurs usines. Seule l'eau excédentaire qui ne peut pas être réutilisée, notamment • • parce qu'elle provient de la fonte des neiges parce qu'elle est saturée avec du sel contenant du magnésium (dans le cas des mines de potasse) [19, K+S, 2002] sera, pour certaines mines de potasse, soit injectée dans des puits profonds, soit évacuée dans les eaux de surface. La réutilisation de l'eau de traitement peut s'avérer impossible si l'accumulation de réactifs et/ou de composants nuit au traitement du minerai (par exemple, la présence de sulfate de calcium dans l'eau peut engendrer des problèmes d'occlusion dans les tuyaux). 4.3.11.2 Lavage des résidus Lors de la flottation des silicates, les réactifs s'adsorbent très fortement sur les particules de silicate. Toutefois, les résidus de la flottation sont lavés avec de l'eau de traitement clarifiée afin de fixer d'éventuels réactifs libres. Les résidus contenant des particules de silicate fixent les réactifs libres résiduels qui se trouvent dans les eaux usées. Par conséquent, un processus ultérieur de déshydratation permet d'obtenir une eau claire et exempte de réactifs, qui peut ensuite être évacuée vers un récepteur ou recyclée dans le procédé. [131, IMA, 2003] 4.3.11.3 Traitement des métaux dissous La capacité d'adsorption des résidus finement broyés a un effet de purification sur l'eau qui contient des métaux dissous (notamment celle qui provient de la mine ou l'eau d'évacuation des haldes à stériles). Par conséquent, si de l'eau d'exhaure vient s'ajouter au flux de résidus, les métaux dissous auront tendance à se fixer à la surface minérale. Les métaux adsorbés sur les surfaces minérales resteront sous cette forme tant que les valeurs de pH seront favorables (supérieures à 7 pour le zinc, supérieures à 5 pour le cuivre). Pour permettre un bon contact entre les métaux dissous et les surfaces des particules de résidus, on ajoute de l'eau d'exhaure au flux de résidus avant de pomper celui-ci vers l'IGR. Il s'agit d'un système simple qui exploite les effets d'adsorption offerts par les "matières naturelles". Cette technique peut s'utiliser dans la majorité des IGR. Son installation après coup ne pose aucun problème. [118, Zinkgruvan, 2003] Le mélange du flux de résidus (comprenant l'eau de traitement et les résidus solides) et d'autres eaux contenant des métaux dissous (notamment les eaux d'évacuation des haldes de résidus, les eaux autres que l'eau douce provenant de la mine) peut être appliqué pendant la période d'exploitation dans les conditions suivantes : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 45 Annexes • • • si le flux de résidus a un pH alcalin et contient des minéraux fraîchement broyés (c'est généralement le cas pour les résidus issus d'un procédé de flottation) si la capacité de neutralisation du flux de résidus est nettement supérieure à la capacité acidifiante des eaux d'apport si l'eau contenant des métaux peut être ajoutée au flux de résidus des pompes à résidus de telle sorte que le temps de contact soit suffisant et que cette eau se mélange correctement avec le flux de résidus. Cette technique est considérée comme favorisant la floculation. Elle présente les avantages suivants : • • • • c'est une méthode extrêmement efficace pour le traitement de l'eau elle n'engendre aucun coût de construction, d'exploitation et d'entretien d'une usine de traitement de l'eau durant l'exploitation du site elle ne nécessite aucune gestion des boues (contrairement à un traitement de l'eau classique) cette méthode permet de gérer les variations de débit et s'avère efficace dans toutes les plages de température ; cet aspect est d'autant plus important que l'eau de traitement présente généralement une température élevée. Une variante de cette technique est appliquée dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow, où les acides des fonderies sont mélangés aux résidus à des fins de neutralisation et d'immobilisation des métaux (notamment l'arsenic). 4.3.11.4 Solides en suspension et composants dissous Dans les rejets aquatiques, les rejets de matières solides dans l'eau sont soit des particules, soit des composants dissous. Un traitement de l'eau réussi doit comporter à la fois une réduction des solides en suspension et une élimination des éléments dissous nocifs des contaminants. Le traitement de l'eau peut s'opérer dans des bassins ouverts ou dans des usines de traitement aménagées. Les processus mis en œuvre sont la précipitation des éléments dissous, principalement des métaux, et la séparation des précipités et des particules. Pour la précipitation, on emploie des sulfures, de la chaux, ou on conjugue les deux. Pour séparer les précipités et les solides, on a recours à la gravité ou à la sédimentation forcée. La séparation gravimétrique peut se dérouler dans des bassins ou des épaississeurs. Les boues obtenues devront faire l'objet d'une gestion et d'un dépôt adaptés. Idéalement, elles peuvent être déposées dans le cadre du remblayage de la mine. Le traitement de l'eau, aussi nécessaire soit-il, représente un coût important. Chaque exploitation minière doit mettre au point un système adapté de gestion de l'eau. Les exigences imposées sur ce système seront fonction de la qualité de l'eau propre à chaque site et des volumes à traiter. Les conditions locales seront également déterminantes pour le choix de la technique employée. La technique de purification employée pour précipiter les solides en suspension dans le bassin cuprifère de Legnica-Glogow repose sur une coagulation (avec environ 300 mg/l de chlorure 46 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes ferrique) réalisée à l'aide du polyélectrolyte praestol (1 mg/dm3) et une sédimentation effectuée dans un bassin de décantation lamellaire. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] 4.3.11.4.1 Bassins de décantation Lorsque des résidus de flottation ou d'autres résidus contenant des fines sont déposés sur un terril, les solides et les éluats peuvent engendrer des rejets aquatiques. Les rejets de solides dans l'eau en cas de fortes pluies peuvent être évités grâce à l'installation de bassins de décantation le long des routes et avant le plan d'eau de surface récepteur. Leur construction va dépendre des maxima de pluviométrie, de la superficie et de la pente, du débit, de la granulométrie des solides, etc. A des fins de documentation, la surveillance de la teneur en solides est nécessaire mais elle est fonction des conditions locales. La fréquence et le type des mesures sont fixés selon les exigences stipulées dans l'étude géotechnique/environnementale, et sont ajustés durant la vie de l'IGR. [131, IMA, 2003] Les parties internes des terrils de résidus de potasse sont imperméables à l'eau. L'eau et les solutions salines générées ne font que s'écouler le long d'une sphère externe qui enveloppe la partie centrale imperméable. Le pied des terrils, à l'extérieur de cette zone centrale imperméable, est soigneusement étanchéifié et les solutions sont captées. Ce type de système de captage peut convenir si la qualité des eaux de ruissellement est telle qu'une évacuation directe dans le sol n'est pas saine pour l'environnement. Pour le terril de résidus de charbon de Schöttelheide, un fossé creusé le long du pied du terril capte les eaux de ruissellement de surface et les transporte jusqu'au bassin de décantation avant leur évacuation dans le récepteur. Ce système est nécessaire du fait de leur forte teneur en solides en suspension. Pendant la phase d'exploitation d'un terril, il faut généralement recueillir les eaux de ruissellement de surface au pied du terril, dans des fossés. Les critères pour gérer ensuite l'eau recueillie dépendent de la qualité de l'eau de ruissellement. Si elle est de bonne qualité et ne présente que de faibles concentrations de solides en suspension, cette eau peut être directement évacuée vers le récepteur. Si elle est de bonne qualité mais que sa teneur en solides en suspension est élevée, il suffira peut-être de la faire passer par un bassin/piège de décantation afin de réduire la charge en solides en suspension pour le récepteur. Dans certains cas, un traitement supplémentaire sera nécessaire. L'eau de ruissellement de surface captée peut souvent être utilisée comme eau de traitement. 4.3.11.5 Traitement de l'eau acide Les méthodes de traitement de l'eau permettant d'éliminer ou de réduire l'acidité et la précipitation de métaux lourds provoquées par les eaux touchées se classent en deux types : (1) traitement actif et (2) traitement passif : (1) le traitement actif consiste à neutraliser les eaux polluées par des acides à l'aide de substances chimiques alcalines. Or, ces substances peuvent être onéreuses, comme le sont la construction et l'entretien de l'installation de traitement ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 47 Annexes (2) le traitement passif consiste à construire un système de traitement qui va utiliser des réactions chimiques et biologiques naturelles qui facilitent le traitement du drainage acide et nécessitent peu d'entretien. Les mesures de contrôle passif comprennent les drains anoxiques, les canaux en roche calcaire, les recharges alcalines de la nappe phréatique, et le détournement des eaux de drainage par des zones humides artificielles ou autres structures de sédimentation. Il existe en outre la possibilité de combiner des techniques de traitement actives et passives (par exemple le chaulage et les zones humides artificielles) Traitement actif - substances chimiques • Calcaire (carbonate de calcium) Les avantages du calcaire sont, entre autres, son faible coût, sa facilité d'utilisation, et la formation des boues denses et aisément manipulables. Ses inconvénients sont sa lenteur de réaction, la perte d'efficacité du système provoquée par les précipités de fer qui recouvrent les particules de calcaire ; les difficultés pour traiter un DA ayant un rapport ferreux-ferrique élevé ; et son manque d'efficacité pour éliminer le manganèse. La figure 4.17 présente un schéma de traitement type d'une usine de traitement des eaux acides. Figure 4.17 : Schéma de traitement d'une usine de traitement de l'eau pour une eau de traitement à faible pH (source : Almagrera) Il est à noter que sur ce schéma de traitement, les eaux d'exhaure et de traitement sont gérées conjointement. Ce n'est pas toujours le cas. • 48 Chaux hydratée (hydroxyde de calcium) La chaux hydratée est généralement l'agent neutralisateur choisi par l'industrie houillère pour sa facilité et sa sûreté d'utilisation, son efficacité et son coût relativement faible. Ses principaux inconvénients sont les volumes de boues importants qu'elle produit (par comparaison avec le calcaire) et les coûts initialement élevés qu'elle engendre en raison de la taille de l'usine de traitement [85, EPA, 2002]. L'industrie houillère allemande n'utilise pas la chaux hydratée comme agent de neutralisation car ses terrils ne produisent aucune percolation acide July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • Annexes Cendre de soude (carbonate de sodium) Les briquettes de cendre de soude sont particulièrement efficaces pour le traitement de faibles écoulements de DA dans des zones isolées. Ses principaux inconvénients sont le coût plus élevé du réactif (par rapport au calcaire) et les médiocres propriétés de sédimentation des boues Soude caustique (hydroxyde de sodium) La soude caustique est particulièrement efficace pour le traitement de faibles écoulements dans des zones isolées et pour le traitement d'un DA à forte teneur en manganèse. Ses principaux inconvénients sont son coût élevé, les dangers associés à l'utilisation de cette substance chimique, les propriétés médiocres des boues, et des problèmes de gel en cas par temps froid Ammoniac L'ammoniac anhydre est efficace pour le traitement d'un DA à forte teneur en fer ferreux et/ou en manganèse. L'ammoniac coûte moins cher que la soude caustique et présente essentiellement les mêmes avantages. En revanche, il est difficile et dangereux d'utilisation, et peut nuire aux conditions biologiques en aval de l'exploitation minière. Ses éventuels effets en dehors du site sont sa toxicité pour les poissons et autres formes de vie aquatique, l'eutrophisation et la nitrification. Les espèces halieutiques présentent généralement une faible tolérance à l'ammoniac non ionisé et les niveaux de toxicité peuvent être fonction du pH, de la température, de l'oxygène dissous et d'autres facteurs. L'ammoniac n'est pas autorisé dans toutes les régions et dans celles où il l'est, une surveillance supplémentaire est obligatoire. Traitement passif • Zones humides artificielles Les zones humides artificielles utilisent les microbes aériens et aquatiques associés aux végétaux des zones humides pour éliminer les métaux dissous du drainage rocheux. Toutefois, contrairement au traitement chimique, les zones humides sont des systèmes passifs qui ne nécessitent que peu ou pas d'entretien continu. Il s'agit là d'une méthode de traitement relativement nouvelle dotée de nombreux mécanismes spécifiques et d'exigences d'entretien qui ne sont pas encore pleinement compris. Les critères optimaux de dimensionnement et de configuration sont encore à l'étude. Les zones humides anciennes, qui se sont formées naturellement, doivent si possible rester intactes car le creusement de fossés de drainage, par exemple, serait susceptible de relancer les processus d'acidification. Des eaux d'infiltration présentant de fortes concentrations en métaux et de faible pH circulent dans les zones aérobies et anaérobies de l'écosystème humide. Les métaux sont éliminés par échange d'ions, adsorption, absorption, et précipitation par oxydo-réduction géochimique et microbienne. L'échange d'ion se produit lorsque des métaux présents dans l'eau entrent en contact avec des substances humiques ou autres présentes dans les zones humides. Les zones humides aménagées dans ce but comportent souvent peu ou pas de terre mais sont plutôt constituées de paille, de lisier ou de compost. Les réactions d'oxydation et de réduction catalysées par les bactéries qui se produisent respectivement dans les zones aérobies et anaérobies, jouent un rôle majeur dans la précipitation des métaux sous forme d'hydroxydes et de sulfures. Les métaux précipités et adsorbés se décantent dans des bassins dormants ou sont éliminés par filtration au fur et à mesure que l'eau percole à travers le milieu ou les plantes. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 49 Annexes Les eaux d'infiltration contenant des résidus explosifs ou d'autres contaminants s'écoulent à travers et sous la surface en gravier d'une zone humide à base de gravier. Cette zone humide, grâce aux plantes émergentes, est un système mixte anaérobie-aérobie. La cellule anaérobie utilise des plantes associées aux microbes naturels pour dégrader le contaminant. La cellule aérobie, ou cellule à mouvement alterné, améliore encore la qualité de l'eau grâce à une exposition continue aux plantes et au mouvement de l'eau entre les compartiments de la cellule. Le traitement par zones humides est une technique à long terme qui est censée fonctionner de manière continue pendant plusieurs années Les zones humides sont utilisées pour traiter le drainage acide minier engendré par les activités d'extraction des métaux ou du charbon. Ces déchets présentent de fortes concentrations en métaux et sont acides. Le procédé peut être adapté au traitement de solutions de résidus neutres ou basiques. La technique d'assainissement par le biais de zones humides doit être ajustée pour tenir compte des différences de géologie, de terrain, de composition en métaux trace et de climat. Les zones humides sont généralement plus efficaces pour l'élimination du fer que celle du manganèse. La plus grande utilité des zones humides semble être dans le traitement d'écoulements faibles, de l'ordre de quelques dizaines de litres par minute [85, EPA, 2002]. Les facteurs suivants sont susceptibles de limiter l'applicabilité et l'efficacité du procédé :  l'efficacité à long terme des zones humides artificielles n'est pas bien connue. Le vieillissement de ces zones est un problème qui peut contribuer à faire baisser les taux d'élimination des contaminants avec le temps  le coût de la construction d'une zone humide artificielle varie de façon importante d'un projet à l'autre et peut ne pas être viable financièrement pour un grand nombre de sites  la température et les fluctuations de débit influent sur le fonctionnement d'une zone humide et peuvent amener celle-ci à présenter des taux inégaux d'élimination des contaminants  des conditions plus froides ralentissent la vitesse à laquelle la zone humide est capable d'éliminer les contaminants.  un afflux d'eau important peut surcharger les mécanismes d'élimination d'une zone humide, tandis qu'un épisode de sécheresse peut endommager les plantes et limiter considérablement le fonctionnement de la zone humide. [124, US FRTR, 2003] Les coûts initiaux de conception et de construction peuvent être importants, de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers d'euros. • • 50 Canalisations calcaires à écoulement libre/drains calcaires anoxiques Il s'agit de la méthode de traitement passif qui présente la structure la plus simple, constituée de fossés ouverts remplis de calcaire (les drains anoxiques sont couverts). La dissolution du calcaire augmente l'alcalinité et fait monter le pH. Les précipités de fer et d'aluminium qui viennent recouvrir le calcaire nuisent aux résultats de cette méthode de traitement Puits de dérivation July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes L'eau acide est détournée vers un "réceptacle" ou "puits" contenant du calcaire concassé. Les turbulences de l'écoulement dans le puits empêchent le dépôt de précipités de fer. Nécessite un réapprovisionnement périodique en calcaire. [85, EPA, 2002] Les systèmes de traitement passif ne souvent assez peu favorables en termes d'applicabilité, en raison de problèmes de capacité liés notamment au débit, à leur capacité à gérer les eaux à forte acidité, les variations saisonnières, les variations de débit, etc. Toutefois, ils peuvent tout à fait représenter une solution à long terme après le déclassement d'un site, lorsqu'ils sont utilisés comme étape de finition associée à d'autres mesures (préventives). 4.3.11.6 Traitement des eaux alcalines Dans la raffinerie d'alumine sarde, le pH des eaux alcalines qui accompagnent les boues libérées par les dispositifs de lavage et de filtration est ajusté à 10 par les méthodes suivantes : • • • la désulfuration des gaz de combustion riches en SO2 l'apport d'eau de mer pour la réaction entre MgCl2 et la soude caustique de l'acide sulfurique si nécessaire. Dans la raffinerie d'alumine de Galice, l'eau provenant du bassin de boues rouges (eau gravitaire et eau d'infiltration) est captée et pompée vers une station de traitement (voir figure ci-après). La première étape consiste à neutraliser l'eau par apport d'acide sulfurique. Le pH idéal est 6,85, valeur à laquelle l'aluminium présent dans l'eau devient insoluble ce qui facilite le processus de sédimentation. Après cette neutralisation, l'eau déborde dans la cuve de floculation. L'eau claire est rétropompée vers la raffinerie. Figure 4.18 : Traitement des eaux alcalines dans une raffinerie d'aluminium ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 51 Annexes Dans d'autres cas, on utilise du dioxyde de carbone pour faire baisser le pH. 4.3.11.7 Traitement de l'arsenic Les métaux à l'état de trace s'éliminent de manière efficace des effluents miniers par l'apport de sels ferriques. Par précipitation, l'arsenic s'élimine sous forme d'arsénate de calcium ou d'arsénate ferrique. Les arsénites peuvent également être précipités, mais ils sont généralement plus solubles et moins stables que les arsénates. Un effluent contenant des arsénites est généralement oxydé avant précipitation, pour assurer une prédominance de l'arsénate. L'eau issue traitement des minerais contenant de l'arsenic est susceptible de contenir des quantités variables d'oxyanions d'arsenic (III) et (V), d'arsénites et d'arsénate. La présence d'ions métalliques tels que cuivre, plomb, nickel et zinc limite la solubilité de l'arsenic en raison de la formation d'arsénates métalliques peu solubles. La stabilité et la solubilité de ces arsénates dépendent du rapport du fer à l'arsenic. Plus ce rapport est élevé, plus le précipité est insoluble et stable. Ainsi, alors que l'arsénate ferrique est relativement soluble, les arsénates basiques ayant un rapport molaire du fer à l'arsenic de huit ou plus sont de plusieurs ordres de grandeur moins solubles dans un intervalle de pH d'environ 2 à 8. Des concentrations en arsenic dissous de 0,5 mg/l ou moins peuvent être obtenues par précipitation avec du fer ferrique. La précipitation d'arsénates ferriques insolubles va très vraisemblablement s'accompagner d'une co-précipitation d'autres métaux tels que le sélénium ; cela implique des interactions entre les différentes espèces métalliques et le précipité hydroxyde ferrique. Par conséquent, les sels ferriques sont un épurateur très efficace pour l'élimination des contaminants à l'état de trace. Ainsi, l'arsenic et nombre d'autres éléments tels que l'antimoine et le molybdène peuvent être réduits à des niveaux inférieurs à 0,5 mg/l par contact avec l'hydroxyde ferrique. Ce procédé consiste généralement à ajouter un sel ferrique soluble à l'eau de traitement, puis à ajouter une quantité de base suffisante pour induire la formation d'hydroxyde ferrique insoluble. Dans de nombreux cas, l'eau de traitement contient suffisamment de fer, il suffit donc d'ajouter une base pour induire la précipitation de l'hydroxyde ferrique. [78, Ron Tenny, 2001] Dans les minerais finlandais de talc et magnésite se trouvent quelques minéraux d'arsenic. Au cours du traitement du minerai de talc et magnésite (broyage et flottation), une partie de l'arsenic est dissoute dans les eaux de traitement. L'arsenic est précipité sous forme de composés Fe-As par un apport de sulfate ferrique (Fe2(SO4)3). Si le pH est inférieur ou égal à 6, l'arsenic peut être intégralement précipité. Si le pH de l'eau de traitement est plus élevé (dans un cas, un pH de 7 à 8 a été repris), il faut ajouter davantage de sulfate ferrique pour faire descendre l'arsenic à un niveau acceptable (moins de 0,4 mg/l). Comme il est difficile de précipiter en même temps le nickel et l'arsenic, il faut un traitement en deux temps. [131, IMA, 2003] 4.3.11.8 Traitement du cyanure A travers le monde, la dégradation naturelle reste la méthode la plus répandue pour traiter le cyanure présent dans les effluents de lixiviation de l'or, bien qu'on la complète souvent par d'autres procédés de traitement. Dans des climats secs et ensoleillés, par exemple en Afrique du Sud, la dégradation naturelle est généralement la seule méthode de traitement. 52 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Le tableau ci-après recense les différentes solutions de traitement du cyanure appliquées à l'heure actuelle. Procédé de traitement Dégradation naturelle  neutralisation par absorption de CO2  volatilisation du HCN  dissociation des complexes de cyanure métallique  précipitation du cyanure métallique Procédés d'oxydation  Chloration alcaline Stade Applications Commentaire Application limitée par des facteurs propres au site C BR, ES (aridité, ensoleillement) et la réglementation Remplacé par SO2-air et H2O2 pour des raisons de coût, incapacité à éliminer le fer Application universelle, le traitement des boues peut conduire à une consommation élevée de réactifs Ne peut s'appliquer à des boues à cause de la consommation de réactifs C BR, ES Procédé SO2/air C BR, ES Peroxyde d'hydrogène Adsorption  adsorption sur charbon actif Traitement biologique  biodégradation C ES D ES limitée aux faibles concentrations en CN, dépend du site C ES limitée aux faibles concentrations en CN, dépend du site, peut nécessiter un complément de chaleur. C BR   Recyclage du cyanure  AVR BR ES C D    pas très pratique sur des boues coût d'investissement élevé nécessite une quantité suffisante de cyanure récupérable pour compenser les coûts de fonctionnement par rapport au cyanure récupéré. La récupération est facile pour le cyanure libre, mais de plus en plus difficile pour le cyanure de zinc, de cuivre et de nickel. La précipitation du CuCN abaisse le taux de récupération du cyanure  le procédé devient souvent trop cher lorsqu'on tente de récupérer moins de 30 mg/l de cyanure. Il faut donc toujours éliminer/détruire du cyanure après AVR [109, Devuyst, 2002] = évacuation dans un bassin de résidus = évacuation dans les eaux de surface = commercial = développement Tableau 4.12 : Procédés appliqués pour le traitement du cyanure Plusieurs autres solutions pour la récupération du cyanure sont en cours de mise au point mais nécessitent un site pilote et une mise en œuvre à l'échelle industrielle. Le procédé "SART" utilise du sulfure de sodium en solution pour libérer le cyanure du zinc et du cuivre, ce qui conduit à la récupération d'un cyanure de surverse d'épaississeur qui peut être directement recyclé. Le procédé "Hannah" utilise le même principe, mais consiste en un échange d'ions en solution ou en pulpe pour éliminer le cyanure, une séparation du cyanure de la résine, puis une précipitation du zinc et du cuivre avec du sulfure de sodium. Il produit un flux de cyanure plus concentré pour le recyclage et offre la possibilité d'obtenir de meilleurs taux de récupération.[109, Devuyst, 2002] Le procédé SO2/air, utilisé sur tous les sites européens pour traiter les boues avant de les évacuer vers les IGR, peut généralement se décrire à l'aide des réactions suivantes : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 53 Annexes Oxydation : CNlibre + SO2 + O2 + H2O => OCN- + H2SO4 M(CN)42- + 4SO2 + 4O2 + 4H2O => 4OCN- + 4H2SO4 + M2+ où M2+ = Zn2+, Cu2+, Ni2+, Cd2+ etc. Neutralisation à la chaux : H2SO4 + Ca(OH)2 => CaSO4 x 2H2O Précipitation : M2+ + Ca(OH)2 => M(OH)2 + Ca2+ 2 M2+ + Fe(CN)64- => (M)2 Fe(CN)6 où M= Zn, Cu, Ni, Cd, Fe, etc. La présence d'ions cuivre catalyse ces réactions. Ils se fixent au cyanure en formant des complexes stables de cuivre (I) qui peuvent être détruits au moyen du procédé INCO par l'oxydation à la fois du cuivre et du cyanure. Plus la concentration en cuivre est élevée, plus ces complexes sont stables. En revanche, de fortes teneurs en cuivre dans le minerai nécessiteront davantage de cyanure pour la lixiviation et, si l'efficacité de la destruction du cyanure demeure, la concentration en cyanure résiduel sera plus élevée. L'influence du dioxyde de soufre n'est pas totalement expliquée mais on pense qu'il se forme certains composés intermédiaires qui accélèrent les réactions. Le site de Bergama-Ovacik utilise le sulfate ferrique pour stabiliser davantage les métaux lourds. La dispersion de l'oxygène est liée à la viscosité. Lorsqu'elle est élevée, les niveaux d'oxygène dissous sont inférieurs et la cinétique de la réaction ralentit. La destruction du cyanure est capable de faire baisser la concentration de CN WAD dans les boues de 140 mg/l à moins de 2 mg/l, si la teneur en cuivre du minerai n'est pas trop élevée. Si l'alimentation de la lixiviation au cyanure contient plus de 0,1 % de cuivre, il est impossible d'obtenir des niveaux aussi faibles de CN WAD dans les résidus. Pour des concentrations en cuivre élevées, la destruction du cyanure devra éventuellement se faire en plusieurs étapes. Le tableau 4.13 indique les concentrations en cyanure de plusieurs sites [50, Au group, 2002]. Site : Lixiviation : CN libre (mg/l) pH Fréquence des mesures Mini Maxi Evacuation par détox : CN libre CN WAD CN total pH 54 Boliden Ovacik Rio Narcea 120 200 400 - 450 (NaCN) 10,5 journalière 70 50 10,5 2h 180 220 0,87 July 2004 0,33 0,4 7-8 continue en ligne 0 10 - 30 8,5 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Fréquence des mesures Mini Maxi Dans l'IGR CN libre CN WAD CN total pH Fréquence des mesures Mini Maxi Evacuation de l'IGR : CN libre CN WAD CN total pH Fréquence des mesures Mini Maxi 1/jour méthode SIS, 3/jour méthode acide picrique 0,31 (total) 1,94 (total) 0,3 sporadique 0,05 (total) 0,74 (total) 2h 3h 0,06 (WAD) 0,88 (WAD) 1 (WAD) 40 (WAD) 0,23 0,39 7-8 journalière 0,04 (WAD) 0,71 (WAD) Pas d'évacuation 0,06 journalière 0 0,33 0 20 - 30 8,5 journalière 10 (WAD) 30 (WAD) Pas d'évacuation, eau de drainage renvoyée dans le bassin 0 0,5 - 1,0 8 - 8,5 journalière 0,2 (WAD) 2 (WAD) Tableau 4.13 : Niveaux de CN dans les sites européens utilisant la cyanuration A l'usine de traitement du minerai de Boliden, une surveillance de la destruction du cyanure et de la qualité de l'eau d'évacuation des bassins de résidus et de clarification a été effectuée pendant l'année 2001. Les résultats indiquent que 99,5 % du CNlibre ont été détruits. La dégradation du CN se poursuit naturellement dans le bassin de résidus. Des résultats similaires sont rapportés par les sites d'Ovacik et de Rio Narcea. Bien que la gestion du cyanure soit actuellement axée sur la destruction du cyanure dans des systèmes à passe unique, il est possible de récupérer et de réutiliser le cyanure afin de limiter la quantité totale de cyanure utilisée et de diminuer les coûts d'exploitation. La récupération et la réutilisation du cyanure permettent de diminuer les concentrations de CN dans les bassins et de diminuer les coûts de destruction du cyanure [106, Logsdon, 1999]. La réutilisation du cyanure se pratique depuis les années 1930. Une méthode baptisée "AVR" (acidification/volatilisation/reneutralisation) a fait ses preuves sur plusieurs sites. Il semble que cette méthode consomme de grandes quantités d'acides et de bases mais consomme moins d'énergie que les procédés d'hydrolyse/distillation. De plus, les taux de volatilisation sont supérieurs [104, Young, 1995]. La section 4.4.15 aborde les questions de gestion du cyanure dans le contexte de la prévention ou de la diminution des accidents. 4.3.11.9 Barrières réactives perméables Une barrière réactive perméable est une zone perméable contenant ou formant une zone de traitement réactive orientée pour intercepter et neutraliser un panache polluant. Elle élimine les contaminants du réseau hydrographique souterrain de manière passive grâce à des procédés physiques, chimiques ou biologiques. Une barrière réactive perméable (PRB, Permeable Reactive Barrier) continue à échelle réelle a été installée en août 1995 en aval d'une retenue de résidus miniers inactive sur le site de la ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 55 Annexes mine de Nickel Rim à Sudbury, dans l'Ontario, au Canada. La mine de Nickel Rim a été en activité de 1953 à 1958. Les principaux métaux extraits étaient le cuivre (Cu) et le nickel (Ni). Les résidus s'oxydent depuis une quarantaine d'années. Le panache d'eau souterraine qui émane des résidus se déverse dans un lac voisin. Les principaux contaminants du site sont le nickel (Ni), le fer (Fe) et les sulfates. Les concentrations initiales étaient de 2400 à 3800 mg/l de sulfate, de 740 à 1000 mg/l de Fe, et jusqu'à 10 mg/l de Ni. L'aquifère pollué a une épaisseur de 3 à 10 m et se compose de sable fluvioglaciaire. L'aquifère se limite à une vallée étroite, bordée de chaque côté et en dessous par un socle rocheux. La vitesse de l'eau souterraine dans cet aquifère est estimée à 15 m/an. La PRB a été installée à travers la vallée au moyen d'une technique de déblai-remblai. La barrière s'étend sur toute la largeur de la vallée et mesure 15 m de longueur, 4 m de profondeur et 3,5 m de largeur. Elle se compose d'un mélange réactif à base de compost municipal, de compost végétal et de copeaux de bois. Du gravillon a été ajouté au mélange pour augmenter sa conductivité hydraulique. Des zones tampon en sable grossier ont été installées en amont et en aval du matériau réactif. Une coiffe argileuse de 30 cm a été placée sur le sommet de la PRB pour limiter la pénétration d'eau de surface et d'oxygène dans la PRB. Sur le site minier de Nickel Rim, la neutralisation s'est opérée par réduction des sulfates et par précipitation des sulfures métalliques induits par la présence de matières organiques. Des puits de surveillance ont été installés le long d'un transect parallèle à l'écoulement des eaux souterraines. Des échantillons ont été prélevés un mois après l'installation et à nouveau, neuf mois après l'installation. Le passage à travers la PRB avait engendré une diminution des concentrations en sulfates, à une valeur de 110 à 1900 mg/l. Les concentrations en fer avaient baissé à moins de 1 à 91 mg/l. Le nickel dissous avait diminué à moins de 0,1 mg/l à l'intérieur et en aval de la PRB. En outre, le pH avait augmenté de 5,8 à 7,0 pour l'ensemble de la barrière. Globalement, la PRB a fait passer l'aquifère d'un producteur d'acide à un consommateur d'acide. Il est prévu que la surveillance se poursuive pendant au moins trois ans, avec des prélèvements deux fois par an. L'opération a coûté environ 30 000 USD. Ce coût inclut la conception, la construction, les matériaux et le mélange réactif. [123, PRB action team, 2003] Sur un site finlandais, on a récemment installé une PRB constituée de calcaire et de tourbe dans un fossé ouvert entourant une carrière. Les résultats indiquent que le système a initialement permis d'obtenir des réductions de métaux d'environ 90 %. Avec le temps, le système va se colmater et il faudra renouveler le matériau réactif. La vitesse de colmatage va dépendre des conditions, notamment des concentrations en métaux et en substances solides et des quantités d'eau. Les coûts d'établissement pour la construction de ce type de système sont estimés à environ 100 EUR/m3. Les coûts de renouvellement des matériaux sont estimés à peu près au même niveau. Cette technique peut être appliquée dans des bassins remis en état où de faibles quantités de DA subsistent plusieurs années après la fermeture. Un autre mode de traitement passif est l'utilisation de zones humides. Les PRB peuvent être employées pour des eaux acides et alcalines si certains des contaminants peuvent être éliminés par réduction bactériologique. Pour que cette méthode donne de bons résultats, il faut bien identifier le régime d'écoulement pour s'assurer que l'eau circule bien à travers cette barrière. 56 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Les bactéries actives ont besoin d'un pH situé autour de 5 à 7. Le pH du DA étant généralement inférieur, il faut l'augmenter pour obtenir la précipitation des sulfures (notamment par l'apport de calcaire). En revanche, un pH trop élevé va précipiter les métaux, ce qui peut rapidement provoquer un colmatage. Par conséquent, il convient de bien ajuster la PRB à l'effluent traité afin qu'elle soit efficace. Les PRB ont une capacité de traitement limité et doivent donc être renouvelées périodiquement. 4.3.12 Surveillance des eaux souterraines Les eaux souterraines sont généralement surveillées aux alentours de toutes les zones de gestion de résidus et de stériles. Le niveau de la nappe phréatique et la qualité de l'eau sont surveillés régulièrement. [131, IMA, 2003] Dans une grosse IGR du bassin cuprifère de Legnica-Glogow, le réseau de surveillance des eaux souterraines et superficielles comprend plus de 800 points de surveillance. [KGHM Polska Miedz, 2002 #113] Généralement, ce sont les conditions hydrogéologiques spécifiques du site qui déterminent les critères de surveillance, et non la taille du bassin. Les bassins situés en terrain plat vont très probablement nécessiter davantage de points de surveillance qu'un bassin situé sur un site dont le régime d'écoulement des eaux souterraines est mieux défini. 4.3.13 4.3.13.1 Entretien après fermeture IGR pour des boues rouges d'alumine Lors de la phase d'après fermeture, il convient de traiter les eaux de ruissellement avant de les évacuer, jusqu'à ce que les conditions chimiques présentent des concentrations acceptables pour un déversement dans les eaux de surface. Il convient également d'entretenir les routes d'accès, les systèmes de drainage et la couverture végétale (notamment par un reverdissement, si nécessaire). D'autre part, les prélèvements continus destinés à surveiller la qualité des eaux doivent être inclus dans la mise en œuvre de tout programme fermeture et doivent se poursuivre. [22, Aughinish, ]. 4.4 4.4.1 Prévention des accidents Gestion des résidus ou des stériles en fosse Afin d'empêcher l'effondrement d'une digue ou d'un terril, le meilleur endroit possible pour construire une installation de gestion des résidus ou des stériles est une fosse voisine adaptée car dans ce cas, le problème de la stabilité de la digue ou du terril ne se pose pas. En général, il est impossible de trouver un tel endroit à proximité des installations. Il convient de veiller à ce que la nappe phréatique ne soit pas polluée. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 57 Annexes Dans les mines de bauxite, les stériles sont essentiellement utilisés comme remblais dans les mines à ciel ouvert épuisées. Cela permet de réduire l'empreinte écologique et de faciliter la remise en état des fosses. 4.4.2 4.4.2.1 Dérivation des eaux de ruissellement naturelles Bassins Une dérivation des eaux du ruissellement naturel externe peut s'avérer nécessaire : • pour maintenir le franc-bord imposé • pour éviter que les eaux du ruissellement naturel ne soient polluées par des liquides ou des substances chimiques de traitement • pour réduire le volume d'eau dans les retenues qui dépendent de l'évaporation pour éliminer l'eau excédentaire plutôt que d'un traitement et d'une évacuation. Trois méthodes de dérivation classiques sont employées, le choix étant généralement lié à la topographie du site et aux débits attendus : • • • canaux situés au-dessus et autour de la digue canalisations passant sous la digue tunnels percés à travers le flanc de la digue. Le système de dérivation est indispensable pour la sécurité d'une digue de retenue. En cas de rupture d'une quelconque pièce, la retenue risque de faire face à des flux pour lesquels elle n'a pas été conçue, provoquant un éventuel débordement accompagné d'un risque de rupture totale de la digue. La réalisation des structures de dérivation doit donc avoir la plus haute priorité dans la planification de l'installation. En général, la réalisation des empilements de boues rouges par la méthode des résidus épaissis comprend des digues d'enrochement périphériques et perméables et l'étanchéification de la surface sous-jacente. Une digue périphérique pour le captage des eaux de ruissellement de surface entoure généralement l'empilement. A Ovacik, l'IGR inclut la rétention des eaux de ruissellement de surface derrière la digue amont. A Río Narcea, le bassin est entouré de canaux destinés à capter et à détourner les eaux de ruissellement de surface. Ces eaux de ruissellement de surface captées sont détournées dans un bassin segmenté pour y être clarifiées avant d'être évacuées. De même, dans l'exploitation de kaolin de Nuria, les eaux de ruissellement de surface, qui contiennent de grandes quantités de fines, sont recueillies et récupérées dans une série de bassins de décantation. Toutefois, il n'est pas toujours possible ou nécessaire de capter la totalité des eaux de ruissellement de surface, notamment à Kiruna, où le flux total d'eau entrant dans l'usine de traitement du minerai s'est monté à 61 Mm3 en 2001, dont 3 Mm3 d'eaux de ruissellement de surface capturées. Un autre exemple est celui de la région de Boliden où la superficie de captage du bassin de résidus est de 8 km2. Le flux entrant des eaux de ruissellement de surface a été estimé à 1 Mm3 pendant une année sèche et à 3 Mm3 pendant une année normale. Le bassin reçoit environ 4,5 Mm3/an d'eau de traitement provenant de l'usine de traitement du minerai. Dans les IGR de potasse, les eaux salines de drainage des terrils sont, dans la mesure du possible, séparées des eaux de ruissellement de surface. 58 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes 4.4.2.2 Terrils L'eau est de loin la cause la plus vraisemblable de l'instabilité d'un terril de résidus ou de stériles et de celle du sol sous-jacent au terril, du fait qu'elle peut induire une augmentation de la pression interstitielle et une diminution de la résistance au cisaillement. Par conséquent, tout ce qui risque d'augmenter la quantité d'eau ou les pressions interstitielles d'un terril et de ses fondations est une source potentielle de fragilité. Il convient de veiller plus particulièrement au drainage autour du terril, afin d'empêcher l'afflux d'eau souterraine dans le terril et les accumulations d'eau au pied de celui-ci. Sur un sol en pente, des drains sont généralement aménagés à proximité du talus amont de l'installation. Pour le calcul de leur capacité, les facteurs suivants sont pris en compte : • surface de captage en amont du drain • présence de sources • drains agricoles • écoulements naturels des eaux de surface qui seront entravés par le terril. [130, N.C.B., 1970] Tous les dépôts de stériles de la région de Boliden sont entourés de fossés de dérivation et de fossés de captage des eaux de drainage. Si nécessaire, les eaux de drainage sont traitées avant d'être évacuées. Sur le site de Kemi, une partie des eaux de drainage provenant des terrils de stériles est captée dans un fossé et acheminée vers d'autres eaux de drainage de la zone industrielle à la zone de gestion des résidus. Une autre partie de ces eaux de drainage est acheminée directement jusqu'à un ruisseau voisin. [71, Himmi, 2002] 4.4.3 Préparation du sol naturel sous la digue Le sol naturel qui se trouve sous la digue de retenue (mais pas nécessairement le sol qui se trouve sous les résidus) est généralement débarrassé de toute sa végétation et de tout son humus pour constituer une "fondation" adéquate pour la structure. Il convient d'examiner cette surface dénudée pour y déceler la présence éventuelle de sources ou d'eaux souterraines qu'il faut alors gérer au moyen d'un système de drainage adéquat (notamment par des tranchées équipées de canalisation de drainage terrestres entourées de pierre calibrée et protégées par des membranes artificielles). [131, IMA, 2003] 4.4.4 Matériaux de construction de la digue Le principal élément à prendre en compte lorsqu'on choisit le matériau de construction d'une digue est que ce matériau soit résistant et qu'il ne s'affaiblisse dans certaines conditions d'exploitation ou de climat. Par exemple, dans la plupart des cas, du sable et de la roche disposés en couches horizontales et compactés par le passage des camions-benne et des niveleuses ainsi que par le compactage supplémentaire des rouleaux compresseurs, vont fournir une structure suffisamment solide pour retenir les résidus, même ceux qui ont été déposés par voie hydraulique en suspension dans l'eau. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 59 Annexes 4.4.5 Dépôt des résidus Pour protéger la stabilité de la structure, il reste indispensable de déposer correctement les résidus, particulièrement lorsqu'ils sont mouillés. En règle générale, les résidus mouillés sont déchargés depuis la crête de la digue et répartis de façon aussi uniforme que possible autour de celle-ci, afin de former une "plage" de résidus contre la face interne de la digue de retenue. Par conséquent, la fraction grossière des résidus va généralement se décanter plus près de la digue, tandis que les fines se décanteront plus près du bassin surnageant. [131, IMA, 2003] Les principes de base du dépôt des résidus sont expliqués à la section 2.4.2.3 4.4.6 Techniques de construction et d'élévation des digues Auparavant, les digues de retenue étaient construites avec la fraction grossière des résidus. Cette méthode peut encore être parfaitement adaptée pour retenir les résidus boueux. Toutefois, les qualités du minerai peuvent évoluer, de même que la méthode de traitement et par conséquent les caractéristiques des résidus, elles aussi, peuvent évoluer. La gestion de la qualité reste donc une question délicate pendant toute la durée de vie d'une exploitation. De ce fait, la tendance est de construire la digue d'amorçage initiale, mais souvent également les élévations, avec des matériaux d'emprunt dont la qualité est plus facile à surveiller pendant la construction de la digue. Cela dit, non seulement le type de matériau utilisé pour construire une digue de retenue mais également la mise en place et le compactage de ce matériau de construction sont essentiels pour assurer la stabilité à long terme de l'ouvrage. La disponibilité du matériau (résidus adaptés, matériau d'emprunt) pour élever la digue peut poser problème. A hauteur égale de la digue, la quantité de matériau nécessaire à sa construction est plusieurs fois supérieure pour la méthode descendante à ce qu'elle est pour la méthode ascendante (voir figure 4.19 ci-après). Figure 4.19 : Comparaison schématique entre la méthode ascendante et la méthode descendante 60 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes S'il faut extraire le matériau de la digue dans des fosses d'emprunt, la surface au sol de la fosse sera plus étendue et il faudra transporter de plus grandes quantités jusqu'à l'IGR pour la construction ascendante. Le tableau 4.14 résume les différents modes de construction et/ou d'élévation d'une digue de retenue. Type de digue digue classique ou de type à rétention d'eau ascendant descendant longitudinal Adaptation à Aptitude à Restrictions Matériau de Résistance Coût de sur la un mode de stocker l'eau construction sismique la digue cadence des déversement élévations convient à tous convient à tout bonne ne dépend sol naturel bonne élevé types de résidus type de pas des emprunt déversement propriétés des résidus Applicabilité si des résidus sont utilisés : au 40 - 60 % de sable (0,075 4 mm) dans l'ensemble des résidus1). Faible densité de pulpe souhaitable pour favoriser la séparation par granulométrie convient à tous types de résidus nécessité d'un peut convenir si possible déversement dans certaines moins de périphérique et conditions 5 m/an, pour d'une plage éviter une consolidation bien contrôlée, insuffisante déversement et une central pour accumulation des résidus de pression épaissis interstitielle sables ou fines de faible plasticité déversement périphérique nécessaire variable en fonction des détails de conception bonne sol naturel, résidus ou stériles sableux ou résidus sableux associés à un sol naturel ou des stériles aucune faible dans des zones à haut risque sismique résidus bonne sableux ou déchets miniers si les taux de production sont suffisants. Sinon, sol naturel. non Restrictions Résidus ou acceptable recommandé éventuelles stériles pour un sur la sableux si les stockage hauteur des taux de définitif. élévations production Stockage individuelles sont suffisants. Sinon, sol provisoire des naturel eaux de crue acceptable avec de bons détails de conception faible élevé moyen 1.) ne s'applique pas aux résidus épaissis Tableau 4.14 : Comparaison des techniques de construction d'une digue [11, EPA, 1995] Les principes de base des techniques de construction d'une digue ont été abordés à la section 2.4.2.2. 4.4.6.1 Digues classiques ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 61 Annexes L'avantage d'utiliser une digue classique ayant déjà atteint sa hauteur définitive avant que ne commence le dépôt des résidus est que la digue est construite pendant une période courte au cours de laquelle il est généralement plus facile de contrôler la qualité de l'eau. Toutefois, ces digues coûtent généralement trop cher, et les digues ascendantes sont donc plus répandues. Pour cette méthode de construction, il est indispensable voire vital de procéder à une surveillance et à une évaluation continues. Ce type de digue est utilisé dans les cas suivants : • • • • • les résidus ne conviennent pas à la construction de la digue la retenue doit servir à stocker de l'eau, généralement de façon saisonnière, pour l'usine ou pour tout autre usage le site de gestion des résidus se trouve dans un endroit lointain et inaccessible la rétention de l'eau résiduelle doit se faire pendant une période prolongée pour permettre la dégradation d'un élément toxique (par exemple le cyanure) l'afflux naturel dans la retenue est important et sujet à de fortes variations, et le stockage de l'eau est nécessaire pour le contrôler. Avantages : • • • construction de la digue de façon surveillée et pendant une durée relativement courte surveillance minime de la digue pendant son exploitation protection contre la pollution par l'eau et l'érosion par le vent. Inconvénients : • • nécessité d'engager des dépenses importantes en capital avant que l'installation ne fonctionne nécessité d'importer tous les matériaux de construction sauf si les stériles de la mine peuvent être utilisés comme remblais de recharge. Les digues classiques à étages sont également imperméables mais subissent des élévations pendant toute la durée de vie de l'IGR. L'inconvénient, par rapport à une digue classique est que la construction va durer beaucoup plus longtemps, ce qui peut entraîner une baisse de qualité en raison des changements de personnel et de sous-traitants qui ne facilitent pas le contrôle systématique de la qualité. 4.4.6.2 La méthode ascendante La méthode ascendante est la méthode la moins chère, car elle nécessite la quantité de matériau la plus faible pour une élévation donnée. Le principal inconvénient de cette méthode est la stabilité physique de la digue et sa susceptibilité à la liquéfaction. Lors de la phase de conception, il convient de veiller à contrôler le niveau de la nappe phréatique. Cela peut se faire grâce à une plage suffisamment large et par un drainage et une exploitation corrects. Les matériaux utilisés pour construire la digue ne doivent présenter aucun potentiel de drainage acide. Il est à noter que la digue ascendante présentée au tableau 4.14 concerne la gestion des résidus conventionnels et non celle des résidus épaissis. La recommandation que les résidus comportent de 40 à 60 % de fraction sableuse n'est pas nécessaire pour des résidus épaissis. Ainsi, pour les résidus de boues rouges auxquels on applique la méthode ascendante, dans la 62 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes plupart des cas la fraction sableuse aura déjà été séparée et sera déposée au centre des résidus. Par conséquent, les résidus analysés à des fins de stabilité et qui se trouvent sur le pourtour sont entièrement constitués de la fraction limoneuse fine. Par ailleurs, le tableau 4.14 s'applique à des digues dont les taux annuels d'élévation sont de l'ordre de 4 à 5 m par an. Le taux d'élévation pour les résidus de boues de rouge est le plus souvent de l'ordre de 1 à 2 m par an. L'adéquation à un mode de déversement s'applique à un déversement périphérique dans le cas d'une retenue classique et à un déversement central des résidus si on utilise des résidus épaissis. En revanche, si la méthode ascendante peut s'appliquer, elle peut être plus favorable encore que les autres méthodes, notamment la méthode descendante, car le niveau de la nappe phréatique aura tendance à rester bas. La figure 4.20 illustre ce principe en comparant une digue ascendante réalisée avec des résidus de cyclonage et une digue descendante de type à rétention d'eau qui utilise un cœur imperméable. Figure 4.20 : Comparaison simplifiée de la surface de la nappe phréatique pour les méthodes ascendante et descendante de construction d'une digue de retenue On notera qu'il s'agit ici d'un dessin simplifié. En principe, la digue ascendante doit avoir une pente aval inférieure à 1:3 et la plage doit être plus large que la hauteur de la digue. Sur la digue classique construite par étages avec un cœur amont, des filtres et des drains doivent en principe être indiqués, car c'est par ces derniers que l'eau s'écoulera. La méthode ascendante n'est pas forcément adaptée aux couvertures humides (voir section 4.3.1.2.1) si l'eau gravitaire s'évacue trop vite pour que la retenue reste inondée. En revanche, la méthode ascendante peut produire une structure de digue apte à retenir l'eau, grâce à la bonne stabilité de la digue liée à son faible gradient hydraulique. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 63 Annexes Pour pouvoir stocker l'eau, il faut remplir les conditions suivantes : • • • • • éviter le débordement et maintenir un franc-bord suffisant (voir section 4.4.8) fournir une capacité d'évacuation suffisante en cas d'urgence (crue décamillénale en Suède, crue centennale en Autriche et en Allemagne (voir sections 4.4.9 et 4.4.10) maintenir le pied de la digue insaturé pour éviter toute liquéfaction bien maîtriser le niveau d'eau dans le bassin (par rapport au bilan hydrique) surveiller la surface de la nappe phréatique à l'intérieur de la digue pour s'assurer d'obtenir les résultats prévus. En général, on procède à un calcul de stabilité pour déterminer la surface de la nappe phréatique. Dans tous les cas, il faut également faire procéder à une évaluation par un expert, par exemple à des revues de conception indépendantes, lorsque les autorités chargées de délivrer les autorisations demandent un jugement d'expert. 4.4.6.3 La méthode descendante On voit sur la figure 4.20 ci-dessus que dans la méthode descendante, le cœur imperméable maintient l'eau gravitaire en place. Lorsque les infiltrations à travers le cœur augmentent, la stabilité de la digue peut être menacée. Si des matériaux d'emprunt sont utilisés, un des effets multimilieux négatifs est éventuellement le fait qu'il faut extraire de la fosse d'emprunt une quantité beaucoup plus importante que pour la méthode ascendante, pour obtenir la même augmentation de hauteur. 4.4.6.4 La méthode longitudinale Dans de nombreux cas, la méthode longitudinale semble être un bon compromis entre le risque sismique et les coûts. Lorsqu'on utilise cette méthode, la superficie disponible, et par conséquent la capacité de stockage, ne diminue pas au fur et à mesure des élévations successives de la digue (voir figure 3.9). 4.4.7 Gestion de l'eau gravitaire Pour une digue perméable, on maintient généralement l'eau gravitaire relativement loin de la crête de la digue pour que le gradient reste faible [131, IMA, 2003]. 4.4.7.1 Evacuation de l'eau gravitaire Les méthodes classiques d'évacuation de l'eau gravitaire ont été présentées à la section 2.4.2.4. A Aitik, l'eau est évacuée au moyen d'un déversoir et d'une buse doublée d'acier qui se trouve dans la zone de contact entre la digue et le versant de la vallée. A l'avenir, un système de canalisations à écoulement libre situées dans le sol naturel sera utilisé pour évacuer l'eau, supprimant ainsi la buse qui traverse la digue. La plupart des autres mines métallifères 64 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes d'Europe du nord utilisent ce type de structure (Pyhäsalmi, Hitura, Zinkgruvan, Kiruna, Malmberget). Il est impossible de construire une canalisation à écoulement libre dans le sol naturel pour un bassin de type paddock. Les tours de décantation s'avèrent bien fonctionner dans des conditions de gel avec un bilan hydrique positif. Toutefois, elles doivent être conçues pour résister à la pression des résidus pendant toute la durée de vie de l'exploitation. Etant donné que l'écoulement de l'eau se fait par gravité, il n'y a pas besoin de pompes, et il est donc inutile de disposer d'une réserve d'énergie constante et sûre (dont les pompes auraient eu besoin). L'inconvénient de cette méthode est que la buse perfore la digue et par conséquent la fragilise. A Ovacik, on utilise une variante de la tour de décantation dont la meilleure description serait celle d'un puits de décantation. L'eau gravitaire est soutirée par l'intermédiaire d'un puits de décantation aménagé près du centre du bassin. Ce système de décantation se compose d'un tube perforé entouré d'un enrochement (voir figure 4.21 ci-après). Il s'agit d'un système permanent et aisément accessible. Contrairement à une tour d'évacuation, aucun tube ne vient perforer la digue. L'eau clarifiée est pompée jusqu'à l'usine de traitement du minerai. Ce système peut être appliqué dans de petites installations sans aucun rejet, dans des climats secs, où le franc-bord est maintenu à un niveau élevé pendant l'exploitation. Il nécessite également de détourner les éventuelles eaux de ruissellement de surface. Figure 4.21 : Puits de décantation sur le site d'Ovacik Le gravier disposé autour de la tour sert de stabilisateur et de filtre pour l'eau et contribue à la rétention des fines. Une caractéristique supplémentaire de ce système est la présence de canalisations de drainage disposées en arête de poisson sur le fond du bassin pendant la construction et reliées à la tour afin de drainer et de consolider les matières solides décantées. Pour le petit bassin d'Ovacik, on a estimé qu'un système de barge était inadapté car il aurait fallu déplacer la barge trop souvent pour pomper l'eau gravitaire, étant donné les changements fréquents des points de déversement. Un des inconvénients est que le support en gravier qui sert au soutènement et à la filtration est étendu et occupe une bonne partie de la digue. Il a également une capacité de filtration limitée et n'est pas forcément pratique ou efficace pour de très gros volumes. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 65 Annexes 4.4.8 Franc-bord Dans les exploitations de minerai de fer de Kiruna et de Malmberget, le franc-bord des digues de retenue est de 2 m pour deux des installations et de 1,2 m pour la troisième. Ce franc-bord est basé sur les directives suédoises relatives aux barrages de rétention d'eau (RIDAS), et tient compte des précipitations, de la surface de l'eau et du déferlement des vagues. Pour une digue de classe 2, une pluie torrentielle de 24 heures correspondant à une crue centennale, doit théoriquement pouvoir être décantée sans faire augmenter le niveau d'eau. Le déversement des résidus dans le bassin est contrôlé par un système d'exploitation relativement continu, qui produit un flux continu de résidus. Dans la mine d'or d'Ovacik, un franc-bord minimum de 2 m est prévu dans la structure de l'IGR. Dans le secteur des minéraux industriels, le franc-bord minimum est de 1 m pour garantir que le bassin soit toujours en mesure de stocker et d'atténuer les effets d'une crue soudaine venant s'ajouter à son apport normal en eau de traitement (voir section 4.4.10). [131, IMA, 2003] A l'IGR du bassin cuprifère de Legnica-Glogow, un franc-bord minimum de 1,5 m est maintenu. Selon le “Dam Safety Code of Practice”, le franc-bord pour les barrages à haut risque est déduit de la hauteur maximale de vague ou la profondeur de pénétration du gel [129, Finland, 1997]. 4.4.9 Evacuation d'urgence Lors de la conception des bassins de résidus et des installations d'évacuation, tous les événements extrêmes prévisibles tels que les pluies torrentielles et les épisodes extrêmes de fonte des neiges sont envisagés. Néanmoins, l'intégration de déversoirs d'urgence dans la structure permet de réduire encore les risques. Les déversoirs d'urgence sont conçus pour fonctionner automatiquement si le niveau d'eau atteint un seuil critique prédéterminé et pour évacuer tout volume d'eau excédentaire (qui ne peut être évacué par les installations d'évacuation normales) sans nuire à l'intégrité de la digue. Ainsi, les déversoirs d'urgence permettent d'éviter des niveaux d'eau trop élevés à l'intérieur de la digue, voire, dans le pire des cas, un débordement qui pourrait conduire à une rupture catastrophique de la digue. C'est l'absence de déversoirs d'urgence dans la conception du bassin de résidus de Baia Mare qui a provoqué la rupture catastrophique de celui-ci. Si un déversoir d'urgence avait été installé, seule une faible quantité d'eau contenant du cyanure se serait déversée, et il n'y aurait eu aucun rejet de résidus. Le système le plus répandu consiste à disposer plusieurs canalisations de grande dimension (pour éviter tout blocage) à travers la digue. Ces canalisations sont installées à un niveau qui permet de conserver systématiquement le franc-bord minimum prédéterminé. Comme il faut éviter l'érosion côté évacuation de ces déversoirs, on utilise ce système qui élimine tout risque d'érosion du corps de la digue dans des conditions extrêmes. 66 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Autrement, les déversoirs peuvent être des déversoirs contrôlés disposés sur le corps de la digue ou aménagés en terrain naturel, cette dernière solution n'étant possible que pour les digues de type vallée. Pour de tels systèmes, une protection contre l'érosion est indispensable. 4.4.10 Détermination de la crue de référence pour les bassins de retenue Dans le cadre de RIDAS (voir tableaux 4.1 et 4.2), pour les digues à haut niveau de conséquences (classe 1), les directives proposent une approche déterministe, similaire à la procédure de la crue maximale probable (CMP), qui met l'accent sur la synchronisation critique des facteurs engendrant la crue. Les données sur les précipitations, cependant, ne reposent pas sur des estimations de précipitation maximale probable (PMP), mais plutôt sur une évaluation des pluies maximales observées. Pour une digue à faible risque, la crue centennale sert de crue de référence. Les mesures types permettant de s'adapter à cette approche peuvent consister à augmenter la capacité des déversoirs afin de déverser les afflux extrêmes, et à permettre un stockage provisoire au-dessus du haut niveau d'eau normal en surélevant la crête de la partie centrale. Ces directives ont été élaborées pour des conditions d'énergie hydroélectrique, qui s'accompagnent généralement de vastes zones de captage. Pour les digues de retenue de résidus, les zones de captage sont souvent limitées et il est donc nécessaire d'élaborer d'autres directives à propos de cette question. [115, Mill, 2001] Selon le code de pratique finlandais relatif à la sécurité des barrages, la classe de risque d'un barrage détermine la valeur de sa crue de référence. Pour les barrages appartenant à la catégorie du risque maximum (P), la crue de référence est basée sur une période de retour tous les 5 000 à 10 000 ans et pour les deux catégories "inférieures" (N, O), des périodes de 500 à 1 000 ans et de 100 à 500 ans sont appliquées lors de la conception des déversoirs. Le choix de la méthode de détermination de la capacité face à une crue de référence dépend essentiellement des données hydrologiques dont on dispose. 4.4.11 4.4.11.1 Drainage des digues Digues perméables Si une digue est construite sans aucun système de drainage interne, la situation sera celle illustrée sur la figure 4.22 a). Dans la pratique, il vaut mieux éviter que les eaux de drainage n'émergent du talus externe et ne viennent saturer l'extérieur du pied, car cela peut entraîner une lixiviation et provoquer une instabilité sauf en cas de pente très douce. Une digue perméable repose sur le principe que l'eau qui s'infiltre à travers la digue doit être soutirée bien en aval du pied du talus externe. Cela peut se faire par l'application d'un système de drainage interne, la zone de drainage se trouvant dans la partie interne de la digue. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 67 Annexes Figure 4.22 : Digue avec et sans système de drainage [130, N.C.B., 1970] Il convient d'éviter que le système de drainage (parfois appelé filtre) se retrouve colmaté par des résidus. Il convient également de tenir compte de l'état de la nappe phréatique. Dans certains cas, il peut être nécessaire de concevoir un système de drainage qui gère à la fois les eaux souterraines et les eaux de drainage du bassin. [130, N.C.B., 1970] Un exemple de digue perméable avec système de drainage est illustré sur la figure 3.6. Pour la digue de l'exploitation de mica de Kernick, les résidus sableux et les stériles ont été utilisés pour la construction de la digue dans des zones spécifiques, séparés par des couches de transition. Les stériles, calibrés de façon uniforme entre 50 mm et 750 mm, forment un cœur central destiné à capturer et à drainer l'eau qui s'infiltre à travers la structure. Les résidus sableux, qui ne contiennent aucun morceau supérieur à 150 mm mais ont généralement une granulométrie inférieure à 25 mm, sont utilisés pour former les parties aval et amont de la digue principale. La couche de transition, constituée d'une roche saine concassée en morceaux d'une granulométrie généralement comprise entre 75 mm et 125 mm, forme une couche filtrante entre les résidus sableux et le cœur en stériles. 4.4.11.2 Digues imperméables Il est à noter que les digues imperméables possèdent également des systèmes similaires au système de drainage illustré sur la figure 4.22 ci-dessus. Dans ce cas, le filtre sert à empêcher l'eau qui s'infiltre à travers le cœur d'éroder ce dernier et le talus externe de la digue. La figure 3.14 représente un filtre classique pour ce type de digue. 68 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes 4.4.12 Surveillance des infiltrations Les infiltrations à travers une digue, abordées à la section 2.4.2.5, ne doivent pas être considérées comme un phénomène nuisible. Il est important qu'il y ait des infiltrations contrôlées à travers la digue pour assurer sa stabilité, en diminuant la pression interstitielle sur la digue. Toutefois, il est indispensable que ces infiltrations soient contrôlées et gérées correctement, tant du point de vue de la performance environnementale quotidienne que de celui de la prévention des accidents. Le contrôle des infiltrations est utile à la gestion de n'importe quelle digue. La surveillance du débit normal d'infiltration à travers la digue, associée à une bonne connaissance des processus environnants (météorologie, niveau d'eau du bassin, etc.), permet d'obtenir dès le départ des indications de la survenue d'éventuels problèmes liés à la digue. Une augmentation du débit, associée à la présence de particules en suspension dans l'eau de percolation, peut être révélatrice d'un début de renard. Une diminution du débit peut signifier un colmatage du drain/filtre. En raison du gradient hydraulique (différence de pression hydraulique) qui règne entre le bassin et les environs, les infiltrations se font non seulement à travers la digue mais également sous la digue et même, dans certains cas, à travers le sol naturel qui sert à retenir les résidus. En raison des différences de régime hydrogéologique entre les différents sites, il est nécessaire de procéder, sur chaque site, à une évaluation spécifique. Selon le résultat de cette étude hydrogéologique et la nécessité de capter les infiltrations, il existe différentes solutions de prévention et de captage. Dans la plupart des cas, il est préférable de combiner les solutions disponibles. La section 4.3.10 aborde le contrôle des infiltrations d'un point de vue environnemental. 4.4.13 Stabilité des digues et des terrils La stabilité des talus des digues et des terrils dépend des facteurs suivants : • • • l'angle de frottement, la saturation d'eau, la nappe phréatique, la pression interstitielle la forme géométrique de la section transversale les paramètres de résistance des matériaux (la résistance au cisaillement en fonction de la force de cisaillement) et de leurs fondations et le coefficient de sécurité correspondant. 4.4.13.1 Coefficient de sécurité Le coefficient de sécurité d'une pente est défini comme étant le rapport entre la résistance au cisaillement offerte et la force de cisaillement nécessaire à l'équilibre. [75, Minorco Lisheen/Ivernia West, 1995] Selon le code de pratique finlandais pour la sécurité des barrages, le coefficient de sécurité total d'une digue sous un débit d'infiltration constant doit être d'au moins 1,5. Au stade final de la construction, et pour compenser une baisse soudaine du niveau d'eau, le coefficient de sécurité total ne doit pas être inférieur à 1,3. [129, Finland, 1997] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 69 Annexes Sur le site de Zinkgruvan, la stabilité des deux digues a été contrôlée par des experts externes, et les digues présentaient un coefficient de sécurité de 1,5 et de 1,6. Les terrils de stériles d'une exploitation finlandaise de talc ont été conçus avec un coefficient de sécurité d'au moins 1,3. Dans la mine d'or de Bergama-Ovacik, pendant l'exploitation, lors de la mise en place des morts-terrains et des stériles sur le talus aval de la digue principale, la pente a été modifiée pour passer à moins de 10˚, ce qui a augmenté le coefficient de sécurité de la digue à 2,23 par comparaison avec la valeur de 1,2 habituellement utilisée à l'échelle internationale pour les barrages de retenue d'eau. En Allemagne, les digues de retenue d'eau et les bassins de résidus respectent les normes industrielles EN DIN 19700 T10 -15 et DIN 4084), qui exigent un coefficient de sécurité de 1,3 à 1,4 selon les différents types de charge de calcul, ainsi que la prise en compte de charges supplémentaires (circulation des camions sur la digue, neige). Selon les directives de la Commission autrichienne sur les grands barrages, le coefficient de sécurité permettant d'assurer la stabilité des pentes en cas de charge normale doit être d'au moins 1,3. Pour assurer la sécurité en cas de liquéfaction statique du sol, un coefficient de sécurité d'au moins 1,5 est exigé. La protection contre l'érosion interne, le calcul des contraintes et mouvements prévus, la stabilité face au vieillissement à long terme et les aspects concernant la liquéfaction dynamique des sols (notamment lors d'un tremblement de terre) doivent également être pris en compte. Pour toutes ces études, l'essentiel est d'avancer des hypothèses prudentes et sûres pour les paramètres géotechniques locaux, ainsi que pour les matériaux et la fondation (notamment par des essais en laboratoire et sur le terrain). Comme le mentionne la section 4.2.4, pour des digues stables à long terme où la technique appliquée est celle de la couverture humide, un coefficient de sécurité de 1,5 est généralement considéré comme suffisant. 4.4.13.2 Stabilité d'un terril de résidus de kaolin Pour construire un terril de résidus de kaolin qui soit stable, il convient de respecter les critères suivants : • • • l'empilement doit se faire sur une surface drainée et débarrassée de sa couche arable pour limiter les glissements les matériaux doivent être suffisamment séchés avant d'être empilés, ce qui nécessite un procédé d'épaississement cela peut s'appliquer à des granulométries pouvant descendre jusqu'à 80 μm. Afin d'améliorer la sécurité de l'IGR, il faut procéder à une étude de stabilité détaillée du sol sous-jacent, de la hauteur proposée, de l'état de la nappe phréatique, des conditions météorologiques à long terme et de la composition proposée pour les résidus (type, granulométrie, pourcentages, etc.). Le déversement peut commencer après une préparation du sol (enlèvement de la terre, couches fragiles et meubles) pour former des couches, la remise en état de la pente finale ayant lieu immédiatement et après coup. Les stériles déposés directement à même le sol sousjacent doivent être d'une granulométrie grossière (roche dynamitée) pour assurer une bonne 70 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes perméabilité. Les pentes sous-jacentes inclinées sont nivelées pour une meilleure stabilité. L'eau d'infiltration des terrils est drainée. [131, IMA, 2003] 4.4.13.3 Stabilité d'une digue de retenue de résidus calcaires La procédure de délivrance d'une autorisation pour l'IGR de la carrière de calcaire de Münchehof incluait, conformément à la norme DIN 19700 T 10, une preuve de stabilité de la digue, y compris les aspects statiques et hydrauliques. Le calcul de stabilité est effectué à partir des éléments suivants : • • • • • • modélisation géotechnique et hydrogéologique stabilité des pentes résistance au cisaillement protection contre une rupture de la base protection contre l'accumulation de pression interstitielle dans la fondation stabilité au débordement et à l'érosion. Un autre critère fondamental pour la stabilité d'une digue est la conformité du matériau de construction de la digue. Celle-ci est étudiée au travers d'essais géotechniques. Les paramètres examinés sont les suivants : • • • • angle de frottement densité spécifique compressibilité teneur en eau. Pendant la construction, on a appliqué une gestion de la qualité des phases pour garantir le respect des paramètres indispensables à la stabilité de la digue. Cette gestion portait sur la fondation de la digue, le corps de la digue et sa partie centrale. [108, EuLA, 2002] 4.4.14 4.4.14.1 Techniques de surveillance de la stabilité des digues et des terrils Elaboration d'un plan de surveillance La surveillance de la stabilité d'une digue comprend la surveillance des instruments (en ligne ou à une fréquence définie), des inspections (journalières/hebdomadaires/mensuelles) et des audits/revues détaillés à intervalles plus longs (de 1 à 20 ans). Un plan de surveillance s'élabore à partir des facteurs critiques, des modes de défaillance potentiels et des indicateurs de dysfonctionnement. La fréquence de la surveillance dépend d'une évaluation des conséquences d'un accident. En règle générale, le plan de surveillance inclut également : • • une description de l'objectif de la surveillance de chacun des paramètres des critères d'analyse pour l'évaluation des résultats ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 71 Annexes • • une identification de la personne ou du poste responsable de la surveillance, de la compilation des données, de l'évaluation et de l'établissement de rapports un calendrier pour la révision du plan. 4.4.14.2 Mesures, instruments et fréquence de la surveillance d'une digue de retenue La surveillance de la stabilité d'une digue inclut un système de surveillance permettant d'évaluer la stabilité réelle de l'IGR et notamment de ses digues. Le tableau 4.15 donne des exemples des mesures généralement effectuées, des instruments utilisés et de la fréquence des vérifications/mesures manuelles ainsi que les fréquences correspondantes indiquées pour la surveillance proprement dite. Mesure Niveau d'eau du bassin Evacuation des infiltrations par :  la digue proprement dite  la fondation  les culées Echantillons d'infiltration Position de la surface de la nappe phréatique Pression interstitielle Déplacement de la crête de la digue et des résidus Sismicité Instruments Fréquence hebdomadaire, journalière ou en ligne niveau, doppler    déversoirs ou récipients jauges de pression interstitielle puits d'eau souterraine Prélèvement d'échantillons et mesures de turbidité Piézomètre (généralement un tube piézométrique ouvert) Piézomètre ou manomètre à tube de Bourdon Points géodésiques sur la plage (digue achevée) et sur la crête de la digue, photographie aérienne, GPS Accélérographes de mouvement fort Pression interstitielle dynamique et liquéfaction Mécanique du sol Piézomètres à fil vibrant Procédures d'entreposage des résidus Echantillons de résistance au cisaillement, compressibilité, consolidation, granulométrie et densité, largeur de la plage non immergée comme indicative de la surface de la nappe phréatique par photographie aérienne ou par satellite hebdomadaire, journalière ou en ligne mensuelle ou hebdomadaire mensuelle ou hebdomadaire mensuelle ou hebdomadaire annuelle ou semestrielle évènement (non effectuée sur site) annuelle Pénétromètres pour la densité et la résistance au cisaillement annuelle (seulement pendant la phase de conception) annuelle (seulement pendant la phase de conception) Tableau 4.15 : Mesures types, fréquence et instruments associés pour la surveillance des digues de retenue Adapté de [7, ICOLD, 1996] Le tableau 3.22, le tableau 3.23 et le tableau 3.24 recensent des exemples des mesures effectuées dans certaines exploitations de métaux communs. 72 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Mesure Géométrie des gradins/pentes Drainage sous le sommet Pression interstitielle (si elle présente un risque) Instruments GPS Déversoirs/entailles en V Piézomètres/colonnes montantes Fréquence semestrielle annuelle annuelle Tableau 4.16 : Mesures types, fréquence et instruments associés pour la surveillance des terrils 4.4.14.3 Inspection et audits/revues En général, le plan de surveillance global inclut également des plans d'inspections et d'audits/revues. Le tableau 4.17 propose un programme de surveillance pendant l'exploitation et dans la phase d'après fermeture. Type d'évaluation Contrôle visuel Revue annuelle Audit indépendant Evaluation de la sécurité des digues existantes (SEED) Fréquence Phase Phase d'après d'exploitation fermeture journalière semestrielle annuelle semestrielle tous les 15 à 20 ans annuelle tous les 5 à 10 ans tous les 15 à 20 ans Personnel opérateurs de digue, après fermeture, éventuellement équipes de suivi ingénieur expert indépendant équipe d'experts indépendants Tableau 4.17 : Régime d'évaluation d'une digue de retenue pendant l'exploitation et dans la phase d'après fermeture Type d'évaluation Contrôle visuel Revue géotechnique Audit géotechnique indépendant Fréquence Phase Phase d'après d'exploitation fermeture journalière semestrielle annuelle tous les 2 ans tous les 2 ans tous les 5 à 10 ans Personnel opérateurs de terril, après fermeture, éventuellement équipes de suivi ingénieur expert indépendant Tableau 4.18 : Régime d'évaluation d'un terril pendant l'exploitation et dans la phase d'après fermeture Les fréquences indiquées pour la phase d'après fermeture correspondent à la phase initiale qui suit la fermeture. En fonction des résultats obtenus, cette fréquence peut diminuer au fil du temps au point que les inspections, audits/revues ne soient plus nécessaires si la restauration est exécutée correctement. En outre, le programme de surveillance dans le cadre de l'entretien après fermeture permet la vérification du respect de l'ensemble des objectifs de fermeture et du fonctionnement à long terme. Si les objectifs de fermeture ne sont pas respectés, des mesures correctives devront être prises pendant la période de vérification. Les opérations systématiques destinées à évaluer la stabilité des digues et des terrils peuvent comporter les contrôles suivants : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 73 Annexes Contrôles visuels - effectués par un opérateur/superviseur expérimenté, suivant une liste de contrôle prédéterminée qui met l'accent sur les détails susceptibles d'engendrer des difficultés s'ils ne sont pas corrigés, par exemple des déversoirs bouchés, des pompes endommagées, une érosion excessive, une humidité excessive au pied d'un talus, etc. Ces listes de contrôle sont basées sur des détails qui sont directement observables par un opérateur expérimenté et qui peuvent se corriger facilement dans un délai raisonnable. C'est un régime d'inspection simple de ce type qui permet de conserver un terril ou un bassin en bon état de fonctionnement jour après jour ; autrement dit, les inspections journalières ne doivent pas être basées sur des aspects qui nécessitent une approche scientifique plus détaillée. Il est important de faire en sorte que ces inspections journalières soient enregistrées à titre documentaire, et si elles révèlent à l'opérateur un quelconque problème qu'il n'est pas en mesure de corriger ou qui est particulièrement anormal, qu'il existe alors une procédure permettant de prévenir une personne plus compétente. Un exemple des éléments à vérifier pendant l'inspection journalière est présenté à l'annexe 6. Revues annuelles – elles comportent un relevé topographique complet de la structure au moins une fois par an, ou plus fréquemment si cette dernière est de grande dimension et constamment développée. A l'issue de ces relevés topographiques, des plans précis et des coupes de la structure devront être élaborés et intégralement enregistrés dans une base de données consultable. Au moins une fois par an, il convient de prendre des mesures précises de type relevé des "piliers d'observations" ou "plaques" érigés sur la structure (notamment des bassins de résidus), en recherchant des signes éventuels d'un mouvement horizontal ou vertical. Il est important que ces piliers possèdent un élément de référence qui se trouve sur la terre ferme au-delà de l'empreinte de la structure. Dans les structures où il existe un risque potentiel de hauteur de la nappe phréatique ou de zones d'infiltration (plus probablement dans des bassins de résidus), un système de piézomètres verticaux doit être installé à la fois à l'intérieur de la structure de surface supérieure de la digue et sous le niveau du sol, dans les sous-strates. Ces piézomètres doivent être lus au moins une fois par "saison", c'est-à-dire en hiver, au printemps, en été et à l'automne, afin d'enregistrer d'éventuelles différences saisonnières, notamment dans les débits des eaux souterraines. Si de hauts niveaux d'eau sont volontairement stockés dans un bassin (éventuellement pour limiter les poussières), alors il faudra peut-être une lecture plus fréquente de ces piézomètres. En principe, ces relevés doivent être saisis sur ordinateur et annotés sur les plans en coupe de telle sorte que les résultats d'infiltration de la structure puissent être aisément identifiés. Lorsque les infiltrations provenant de la structure d'endiguement sont évacuées par un système de drainage (canalisations/filtres de pierre, etc.) ou s'écoulent à travers celui-ci, ces systèmes sont généralement équipés de déversoirs de mesure ou de canalisations, de sorte que toute diminution ou augmentation peut être identifiée et enregistrée à titre documentaire. Ces systèmes doivent être vérifiés au moins une fois par saison, et toute variation soudaine ou anormale doit être signalée à une personne plus compétente. Un exemple des éléments à vérifier lors de la revue annuelle est présenté à l'annexe 6. Audits indépendants - à réaliser au moins tous les deux ans pour les structures qui sont déjà en activité. Ces revues sont effectuées par une équipe d'experts (qui comprend souvent un expert indépendant). Ces évaluations comprennent une analyse de toutes les données disponibles, des dossiers d'inspection journalière, des résultats de surveillance, des mesures piézométriques, etc., qui leur permettent de se faire une opinion sur la stabilité de la structure, au moment de l'évaluation comme pendant la période qui précède l'évaluation 74 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes suivante. Si l'évaluation identifie des éléments fondamentalement inquiétants, il est alors essentiel que la personne compétente porte ces éléments à l'attention de l'exploitant, avec des recommandations pour résoudre le problème. [131, IMA, 2003] Audit d'évaluation de la sécurité des digues existantes (SEED - Safety Evaluation of Existing Dams) Ces audits sont réalisés tous les 15 à 20 ans par une équipe d'experts indépendants. Ils consistent à passer en revue l'ensemble des documents concernant la digue, à remettre en question toutes les hypothèses de base ayant conduit à la conception et à la construction de la digue, et à évaluer la cohérence entre la conception et la digue en tant qu'ouvrage fini. Ces audits doivent également comporter une analyse de toutes les données disponibles, des dossiers d'inspection journalière, des résultats de surveillance, des mesures piézométriques, etc. Dans ce type de revue, toutes les dernières évolutions dans le domaine de la sécurité des digues et en matière d'hydrologie doivent être prises en compte, et des solutions doivent être proposées pour améliorer la digue existante compte tenu de l'état des connaissances et des dernières évolutions. Le résultat de la revue permettra aux experts de se faire une opinion sur la stabilité de la structure. Pour de plus amples explications, voir également la section 4.2.3.2. 4.4.14.4 Stabilité des strates sous-jacentes Même l'installation de gestion des résidus ou stériles la plus stable peut s'effondrer si la fondation sur laquelle elle repose n'est pas stable. Il est donc essentiel de vérifier que les strates sous-jacentes lui conviennent, lors de la phase de planification (voir section 4.2.1.4). Pendant l'exploitation d'un terril de résidus de potasse, par exemple, la stabilité des strates sous-jacentes est contrôlée régulièrement par une surveillance sismique qui va rechercher et déterminer des événements sismiques, acoustico-sismiques et géomécaniques ou un affaissement de la surface déclenchés par les activités minières. Les levés des piliers et la détermination des composés minéraux sont utilisés pour calculer et pour observer la stabilité des chantiers épuisés (voir section 3.3.3.2). Ce type de surveillance convient à des exploitations qui ont déjà connu des événements sismiques ou qui se trouvent à proximité d'exploitations minières souterraines. 4.4.15 Gestion du cyanure Outre le traitement du cyanure (voir section 4.3.11.8), la lixiviation au cyanure et plus généralement la gestion du cyanure nécessitent de nombreuses mesures de sécurité pour prévenir les accidents et les effets négatifs sur l'environnement. La conception de l'installation comporte elle aussi plusieurs solutions techniques qui visent à empêcher les accidents et les effets sur l'environnement, et notamment : • • • intégration d'un circuit de destruction du cyanure au sein de l'usine de lixiviation. Ce circuit a une capacité nominale qui est le double de la capacité effectivement requise utilisation du système des bassins de résidus comme une seconde installation de traitement du cyanure, celle-ci servant d'installation de secours au circuit de destruction du cyanure association des résidus de l'usine de flottation (destinée à l'extraction des métaux communs) et des effluents du circuit de lixiviation de l'or avant la destruction du cyanure, ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 75 Annexes • • • • • • destinée à empêcher une augmentation du pH susceptible de provoquer la dissolution des complexes cyanurés déjà précipités installation d'un système de secours pour l'adjonction de chaux orientation du circuit de lixiviation vers un bassin de récupération d'un volume égal à la contenance d'une cuve de lixiviation installation des cuves de lixiviation dans une fosse en béton entourée d'une berme qui sert également de barrière anti-collision. La capacité de la fosse est supérieure au volume d'une cuve de lixiviation. Le fond est chauffé pour éviter l'accumulation de neige et de glace en hiver conservation des cuves de lixiviation ouvertes à l'air libre installation de groupes électrogènes de secours réinjection dans le circuit, par pompage, de toutes les eaux déversées. De plus amples renseignements sur la gestion du cyanure sont disponibles sur le site Internet du code international de gestion du cyanure pour la fabrication, le transport et l'utilisation du cyanure dans la production de l'or : www.cyanidecode.org 4.4.16 Déshydratation des résidus Les résidus sous forme boueuse se composent généralement de 20 à 40 % en poids de matières solides, mais des niveaux de 5 à 50 % de solides ont été observés. Ils sont habituellement gérés dans des bassins de résidus (voir section 2.4.2). C'est souvent la solution la plus rentable pour gérer ces résidus. Ce mode de gestion des résidus présente, en outre, les avantages suivants : • • la saturation en eau des résidus évite la formation de poussières (cette situation est susceptible de changer une fois que les résidus font partie de la plage et sont exposés au soleil et au vent) cette solution empêche le drainage acide. Le principal inconvénient, dans la gestion des résidus boueux, est leur mobilité. En cas d'effondrement de la structure de retenue (c'est-à-dire de la digue), ils se liquéfient et peuvent provoquer des dégâts considérables à cause de leurs caractéristiques physiques et chimiques. Pour éviter cela, certaines solutions ont été mises au point, notamment celles des résidus "secs" et des résidus épaissis (voir sections 4.4.16.1 et 4.4.16.2) Comme on peut le voir sur les tableaux 3.59 et 3.60, les coûts de gestion des résidus pour la gestion des résidus boueux varient entre 0,3 EUR et 1,6 EUR par tonne de résidus secs. 4.4.16.1 "Résidus secs" Dans la mine américaine de Greens Creek, les résidus sont épaissis, puis filtrés pour produire un gâteau de filtration contenant environ 12 % d'humidité. La moitié environ des résidus est utilisée comme remblai dans la mine souterraine, après avoir été mélangée avec 3 à 5 % de ciment. Les résidus restants sont acheminés par camion jusqu'à une retenue en surface où ils sont compactés selon des spécifications destinées à limiter l'infiltration d'eau et d'oxygène. 76 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Les résidus sont fins (80 % passant entre 20 et 30 μm) et nécessitent un procédé de déshydratation onéreux appelé filtration sous pression. La méthode des "résidus secs" s'est avérée être la seule méthode possible (et économique) pour Greens Creek, en raison de l'absence d'une surface adaptée pour l'aménagement d'un bassin de résidus classique, et en raison des cahiers des charges relatifs aux remblais miniers. Le coût de fonctionnement total d'un système d'évacuation de résidus "secs" à Greens Creek se situe probablement autour de 4 à 6 USD par tonne (année 2002), pour 1 000 tonnes de résidus par jour. Ce coût est lié aux réactifs d'épaississement, à l'air comprimé (principalement à l'énergie électrique) pour les filtres à pression, à la main-d’œuvre d'exploitation et d'entretien, et aux fournitures et au transport des résidus par camion sur 15 km vers la retenue en surface. Cela coûte beaucoup plus cher qu'un système classique d'évacuation de boues liquides, où les résidus sont acheminés par des canalisations jusqu'à un bassin de résidus (souvent par gravité) et où ils sont mis à décanter, l'eau claire étant renvoyée par pompage dans l'usine de traitement. Dans l'exploitation de l'Asturiana de Zinc, le coût de la déshydratation par filtre à bande est actuellement de 0,95 EUR par tonne de minerai. Le coût d'investissement de l'usine de filtration s'est monté à 3,5 millions d'euros. Sur le site de Neves Corvo, le coût de la déshydratation par filtres à pression se montera probablement à 2,5 EUR par tonne de minerai. Les résidus qui présentent un potentiel acidifiant net seront rapidement recouverts (dans les huit mois), afin d'éviter toute oxydation. Un autre système à grande échelle d'évacuation des résidus secs est utilisé dans le projet de lixiviation de l'or et de l'argent de La Coipa, au Chili. Là-bas, 15 000 t/j de résidus sont déshydratés sur des filtres à bande sous vide puis acheminés jusqu'à un système d'empilement situé dans une zone de retenue. Les coûts sont nettement inférieurs à ceux de Greens Creek, notamment pour les raisons suivantes : • les résidus sont plus grossiers et peuvent être filtrés sur des filtres sous vide plutôt que sur des filtres à pression • économies d'échelle (15 000 t/j au lieu de 1 000 t/j), et • situation du site (terrain plat et désertique, par opposition à un climat montagneux et humide). [120, Sawyer, 2002] Pour des résidus qui présentent un potentiel de DA, la méthode des résidus secs peut conduire à une oxydation irréversible qui s'oppose au principe de la prévention du DA. Il est impossible de couvrir les résidus pour empêcher cette oxydation. Dans des exploitations hydrométallurgiques (autrement dit, de lixiviation), cette méthode fait partie du procédé. Associée aux couches argileuses qui existent à l'état naturel pour le dépôt des résidus, cette méthode peut éventuellement être appliquée (voir section 6.4). Cette méthode peut être intéressante dans le cas où l'espace disponible est très limité. Toutefois, d'éventuels effets multimilieux tels que l'énergie consommée pour la filtration, les rejets des camions, voire les rejets de poussières, doivent être pris en compte. Pour de nombreuses exploitations de minerai pauvre, cette méthode a un coût prohibitif, dans la mesure où le coût de la gestion des résidus est susceptible de dépasser la valeur du minerai. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 77 Annexes Etant donné l'existence de certaines lois qui exigent que les résidus présentant un potentiel de DA soient en permanence saturés d'eau, dans un grand nombre de cas, cette technique ne peut être envisagée. Le coût de cette technique augmente de façon exponentielle au fur et à mesure que la granulométrie diminue. Dans la totalité des exploitations de potasse européennes, les résidus sont gérés à sec. 4.4.16.2 Résidus épaissis Une des solutions pour une gestion plus sûre des résidus consiste à les évacuer sous forme de pâte (ou résidus épaissis) plutôt que sous forme de boues [116, Nilsson, 2001]. Les principes élémentaires de cette technique ont été abordés à la section 2.4.3Erreur ! Source du renvoi introuvable.. Concrètement, la gestion des résidus épaissis nécessite l'emploi de matériel mécanique pour déshydrater les résidus afin d'obtenir de 50 à 70 % de matériaux solides. Les résidus sont ensuite étalés par couches sur la zone de stockage, pour permettre une déshydratation supplémentaire qui associe drainage et évaporation [11, EPA, 1995]. La principale différence avec les résidus "secs" décrits dans la section précédente est la teneur en matières solides après déshydratation. Dans la méthode "à sec", les résidus sont filtrés pour produire un "gâteau" ayant une teneur en humidité d'environ 12 %. Pour les résidus épaissis, les résidus sont déshydratés seulement jusqu'à obtention d'une "pâte" ayant une teneur en humidité d'environ 30 à 50 % (autrement dit, une teneur en matières solides de 50 à 70 %). Le principal avantage de cette technique est que les résidus sont moins mobiles, ce qui est avantageux en cas de rupture d'une digue de retenue. Les autres avantages et inconvénients sont recensés ci-après. Avantages : • • • • • • coût d'entretien et de fermeture réduit capacité de stockage supérieure pour une même hauteur de la digue périphérique (ce n'est pas le cas dans la gestion des boues rouges) faible susceptibilité à la liquéfaction, donc meilleure résistance aux tremblements de terre inutilité d'un système de décantation diminution des infiltrations dans les sols avoisinants la plus grande partie de l'eau étant séparée à l'usine de traitement du minerai, il est moins nécessaire de recycler l'eau du bassin. [77, Robinsky, 2000] Inconvénients : • • • 78 le transport des résidus épaissis peut être une opération délicate et onéreuse ; il est effectué efficacement par l'installation d'épaississement du site de gestion [21, Ritcey, 1989] la surface asséchée étant susceptible de produire des poussières, un système d'irrigation peut être nécessaire [21, Ritcey, 1989] un système spécial de captage des eaux de ruissellement de surface et de drainage devra être aménagé. L'eau recueillie doit être correctement gérée. July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Outre le fait d'être une méthode d'évacuation, cette méthode a été recommandée pour recouvrir les bassins de résidus existants [21, Ritcey, 1989]. La méthode des résidus épaissis peut présenter un intérêt particulier dans les cas suivants : • lorsque la topographie est plane et permet la création d'un dépôt conique large et à pentes douces • lorsque la construction d'une digue classique risque de revenir cher en raison de la situation du site • lorsque les résidus sont si fins qu'il n'existe pas de fraction grossière. [21, Ritcey, 1989] Cette méthode est inapplicable dans les cas suivants : • • si moins de 15 % des résidus ont une granulométrie inférieure à 20μm (à sec) Verburg, ] si les résidus ont un potentiel acidifiant. [138, Selon une publication, la méthode des résidus épaissis serait également à conseiller pour les résidus ayant un potentiel acidifiant. Cela s'expliquerait par le fait que les fines présentes dans le mélange homogène des résidus épaissis présentent un fort pouvoir d'aspiration capillaire qui permet de maintenir les résidus dans un état saturé, empêchant ainsi la formation d'acide [77, Robinsky, 2000]. Toutefois, cette propriété est fréquemment contestée et n'a pas été éprouvée à l'échelle industrielle. La figure 4.23 présente une comparaison entre un système de résidus épaissis et un bassin de résidus classique situés dans un même contexte. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 79 Annexes Figure 4.23 : Comparaison entre un système de résidus épaissis et un bassin de résidus classique dans un même contexte géologique [77, Robinsky, 2000] Les résidus épaissis sont déposés avec une teneur en matières solides de 50 à 70 %. Autrement dit, ils contiennent plus d'eau que ne peut en stocker le volume interstitiel des résidus, ce qui implique qu'une certaine quantité d'eau devra être évacuée de l'installation d'une manière ou d'une autre. Les coûts d'exploitation des résidus épaissis sont environ 25 % plus élevés que pour la gestion des résidus boueux si on utilise des épaississeurs en profondeur et 40 % plus élevés si on utilise des filtres. 80 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Pour le raffinage de l'alumine, les principales différences entre l'utilisation de résidus épaissis et celle de résidus boueux se résument comme suit : La gestion des résidus boueux implique que des quantités d'eau nettement supérieures sont traitées avec les boues. L'avantage de cette méthode est que les boues peuvent être facilement pompées par des pompes centrifuges classiques à relativement basse pression dans le pipeline. L'eau permettant la mise en suspension des boues peut être de l'eau de mer, s'il en existe à proximité de la raffinerie, avec une neutralisation associée de la soude caustique résiduelle. Le pompage peut s'effectuer sur des distances relativement longues (plusieurs kilomètres) entre la raffinerie et le bassin, sans risque de chute de pression le long du pipeline. La gestion des résidus épaissis est liée à un bon taux de récupération de la liqueur mère caustique, puisque la gestion au niveau du bassin ne comporte pas de neutralisation supplémentaire. La densité et la viscosité des résidus épaissis (parfois aussi appelés "pâte") sont si élevées que la déshydratation est effectuée de préférence dans l'IGR, sauf si le dépôt jouxte la raffinerie. Si les deux sites sont à une certaine distance l'un de l'autre, le pompage se fait à faible densité avant la déshydratation au niveau du bassin, pour produire des boues épaisses directement au niveau de l'alimentation du bassin, auquel cas l'eau excédentaire doit être renvoyée par pompage sur toute la distance jusqu'à l'usine. Cette technique comporte donc un investissement supplémentaire pour une station de pompage haute pression, par exemple des pompes à membrane, ou pour l'installation et l'exploitation d'un épaississeur en profondeur au niveau du bassin, lorsque ce dernier est éloigné de la raffinerie. Le compactage des boues décantées et vieillies ne présente pas de différence notable avec celui des résidus "mûris". Dans les deux cas, le chiffre obtenu est d'environ 70 % de matières solides. 4.4.16.3 Déshydratation des résidus fins de charbon Dans certaines exploitations houillères, les résidus fins <0,5 mm issus de la flottation sont tout d'abord épaissis jusqu'à obtention d'une teneur de 25 à 50 % de solides. A condition qu'il existe une superficie suffisante pour un dépôt définitif dans des bassins artificiels, les résidus fins traités sont transportés par pipeline ou par camion – en fonction de la distance et des volumes - jusqu'à ces installations. Lorsqu'on choisit de déposer les résidus fins sur des terrils, par exemple pour des raisons de capacité en superficie, il faut poursuivre la déshydratation des résidus afin d'obtenir une stabilité structurelle suffisante. En principe, on applique trois méthodes pour diminuer encore la teneur en eau des résidus épaissis : • • • les filtres-presses à chambres, qui offrent généralement une surface de filtration de plus de 1 000 m² et qui permettent d'obtenir des teneurs de 75 à 80 % de matières solides (voir section 2.3.1.10) les centrifugeuses à bol plein, qui permettent d'obtenir des teneurs de 50 à 70 % de matières solides (voir section 2.3.1.10) les bassins de décantation qui permettent d'obtenir des teneurs de 50 à 70 % de matières solides (stockage provisoire en bassin, voir section 3.4.3.2.2). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 81 Annexes 4.5 Réduction de l'empreinte écologique Le recours à la gestion des résidus épaissis ou des résidus secs peut permettre de diminuer l'empreinte écologique (voir ci-dessus). Autrement, le moyen le plus efficace pour réduire l'empreinte écologique des installations de gestion des résidus et des stériles est d'utiliser tout ou partie de ces matériaux comme remblais. Toutefois, il faut bien voir que dans la plupart des cas, même si on utilise une grande partie des résidus et/ou des stériles comme remblais, une gestion en surface reste nécessaire en raison de l'augmentation du volume de matériaux extraits. Pour tous les moyens de réduction de l'empreinte écologique, il convient d'évaluer leurs effets sur l'environnement. 4.5.1 Utilisation des résidus comme remblais Une description sommaire du remblayage est donnée dans la section 2.4.5. Le remblayage peut être appliqué pour les raisons suivantes : • • dans une mine souterraine :  pour procurer une plateforme de travail pour l'extraction du minerai situé au-dessus (notamment dans l'exploitation par chambre remblayée)  pour assurer la stabilité du sol  pour limiter les affaissements souterrains ou superficiels  pour assurer un soutènement en vue d'extraire d'autres parties du gisement et d'améliorer la sécurité  pour fournir une autre solution que l'élimination en surface  pour améliorer la ventilation dans une mine à ciel ouvert :  pour le déclassement et/ou l'aménagement du paysage  pour des raisons de sécurité  pour réduire l'empreinte écologique (par exemple au lieu de construire un bassin ou un terril)  pour limiter les risques en remblayant l'excavation au lieu de construire un nouveau bassin ou un nouveau terril. Il est important d'analyser avec soin toutes les solutions disponibles, car le remblayage n'est pas forcément la solution qui présente le moins d'effets. Grâce aux vastes chambres créées lors d'une exploitation en sous-étages, il s'agit d'une méthode d'exploitation qui se combine parfaitement avec le remblayage, car il est facile de déverser des résidus solides ou boueux dans ces grandes ouvertures. Les vides restants créés lors d'une exploitation de type longue taille, par chambres et piliers, et par chambre remblayée, et qui sont généralement beaucoup plus petits, font augmenter le coût du remblayage. Le remblayage peut néanmoins s'appliquer dans ces cas-là, si le minerai est de grande valeur et que le remblayage procure un taux d'extraction plus élevé, car les piliers de sécurité peuvent être excavés une fois que les anciens vides ont été remblayés. Si on a recours au foudroyage, le remblayage est impossible car les vides seront immédiatement remplis par les chutes de matériaux. 82 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Un autre domaine d'application est le remblayage des mines à ciel ouvert voisines déjà épuisées ou de tout autre orifice. L'utilisation de résidus boueux pour remblayer une fosse toujours en activité est généralement impossible. D'un point de vue économique, le remblai hydraulique est l'option la plus intéressante. Toutefois, si la méthode d'extraction nécessite une stabilisation plus rapide du remblai, l'adjonction de ciment peut s'avérer nécessaire. Dans la plupart des cas, le coût de cette adjonction de ciment va rendre le remblai peu économique. C'est pourquoi, dans plusieurs exploitations, on a recours à d'autres liants. Selon la situation locale, ces matériaux sont disponibles à moindre coût, voire gratuitement. Dans un des sites, le coût par tonne de cendres volantes livrée à la mine était de 17 à 18 EUR (année 2003). Le transfert de résidus vers des fosses exploitées n'est généralement économique que si ces fosses se trouvent au plus à quelques kilomètres et que les résidus peuvent être acheminés par pipeline. Pour les mines souterraines européennes d'extraction de métaux communs, les résidus (de 16 à 52 % du volume total de résidus) sont généralement utilisés comme remblais. A Pyhäsalmi, 16 % des résidus sont utilisés pour remblayer la mine, les 84 % restants (180 000 t/an) sont déposés dans un bassin de résidus. Ce pourcentage de remblayage relativement faible s'explique par le fait que seuls les résidus grossiers peuvent être utilisés comme remblais. 4.5.1.1 Le remblayage comme élément de la méthode d'exploitation A Garpenberg et Garpenberg Norra, la méthode minière utilisée est l'exploitation par chambre remblayée. La fraction grossière des résidus (parfois appelée remblai hydraulique de sable) est utilisée comme remblai et sert de plateforme pour l'exploitation du minerai situé au-dessus. La figure 4.24 illustre le mode d'utilisation du remblai dans la méthode d'exploitation par chambre remblayée. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 83 Annexes Figure 4.24 : Exploitation par chambre remblayée utilisant du remblai (remblai hydraulique de sable) comme plateforme de travail pour extraire le minerai [93, Atlas Copco, 2002] Tous les vides (ou orifices) miniers créés à Garpenberg sont remblayés avec des stériles issus des travaux préparatoires et des résidus. Les concentrés constituent environ 10 % du minerai traité, ce qui signifie que les 90 % sont des résidus, et la moitié de ces résidus sont utilisés comme remblais. Une fois le minerai dynamité, concassé et broyé, ce volume augmente d'environ 60 %, ce qui signifie qu'à Garpenberg, le volume des résidus représente environ 145 % du volume du minerai extrait. Il n'y a aucune possibilité d'utiliser davantage de résidus comme remblai souterrain pour des raisons de géométrie. A Zinkgruvan, la méthode d'exploitation nécessite également un remblayage. 4.5.1.2 Remblayage dans des mines à ciel ouvert à petite échelle Dans une petite mine de barytine espagnole, les résidus fins sont déshydratés dans un bassin de béton et le "gâteau" est ensuite déchargé par camion dans la mine à ciel ouvert. Cette technique peut s'appliquer dans de petites exploitations et dans des conditions climatiques permettant une déshydratation rapide des résidus [110, IGME, 2002]. 4.5.1.3 84 Utilisation de résidus filtrés comme remblais July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Dans une exploitation de fluorine du sud des Pyrénées, les résidus contenant de 1 à 5 % de CaF2 servent au remblayage de la mine après avoir été déshydratés dans des filtres-presses. 4.5.1.4 Remblayage partiel de mines à ciel ouvert Dans une exploitation de feldspath située à Ségovie, 110 000 t/an de résidus sont produits (la production de la mine étant de 600 000 t/an). Ils se composent d'une fraction sableuse (80 000 t/an) et des résidus issus de la flottation. La fraction sableuse est constituée de sables grossiers pour lesquels il n'y a pas de marché. Ils sont utilisés comme remblai dans la mine à ciel ouvert. Les résidus de flottation sont filtrés. Le gâteau de filtration (28 000 t/an) est également utilisé comme remblai, tandis que les boues résiduelles sont envoyées dans de petits bassins. Pour préparer la zone de remblayage de la mine à ciel ouvert, on a mis en place un système de drainage pour contrôler l'eau de drainage et y prélever des échantillons avant de la déverser dans la rivière. 4.5.1.5 Remblayage d'une mine épuisée Le bassin de résidus de la carrière de calcaire de Flandersbach est installé dans une carrière épuisée. Sa superficie actuelle est de 27 ha. A terme, elle sera d'environ 60 ha. Ce bassin a une capacité totale de plus de 30 Mm³. Il se trouve à proximité de l'usine de traitement du minerai. Les canalisations qui acheminent l'eau de traitement jusqu'au bassin et qui renvoient l'eau clarifiée à l'usine de traitement du minerai ont une longueur d'environ 1 km. Il y a également un afflux d'eau souterraine dans le bassin, du fait de l'assèchement de la carrière en activité. L'eau excédentaire est acheminée jusqu'à un cours d'eau voisin. [107, EuLA, 2002] ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 85 Annexes 4.5.1.6 Remblayage de chantiers souterrains Dans les mines de potasse, le remblayage s'emploie dans des gisements en pente raide où l'exploitation en sous-étages (également appelée "exploitation en entonnoir") est pratiquée. Les chantiers épuisés, d'une hauteur de 100 à 250 m, sont remblayés avec des résidus de sel. 4.5.1.7 Remblayage dans les mines de charbon souterraines Dans les mines de charbon souterraines, le remblayage est également possible. Il peut consister à rapporter les résidus dans des zones de travail souterraines et à combler les cavités précédemment créées, on parle alors de "remblai". Dans les mines de charbon, le remblayage doit respecter une série de conditions géologiques et techniques pour pouvoir être appliqué de manière économiquement satisfaisante. Comme les teneurs en argile des résidus de la houille peuvent provoquer des bouchons dans les pipelines lorsqu'ils sont pompés avec de l'eau, dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren les méthodes de remblayage pneumatique ont été privilégiées dans le passé. Dans les années 1970s, on avait mis au point des méthodes de remblayage destinées aux couches de faible pendage et qui permettaient d'intégrer la technique du remblayage dans les techniques d'extraction, de convoyage et de soutènement en taille. Les limites de leur application avaient été identifiées pour les opérations de remblayage pneumatique avec de faibles pendages de couche et des épaisseurs de couche inférieures à 1,9 m. Plusieurs approches visant à appliquer les méthodes de remblayage dans de petites couches de charbon ont échoué. Selon les calculs, les coûts d'investissement pour une structure de remblayage adaptée dans les houillères de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren se montent 40 millions d'euros. D'autres études ont montré que les coûts d'exploitation engendrés par les opérations de remblayage se montaient à 20 EUR par tonne de charbon produit, répartis de manière égale entre coûts de main d'œuvre et coûts matériels. L'application de la technique du remblai entraîne une charge considérable en termes financiers, en raison de l'importance de l'investissement et de l'augmentation des coûts d'exploitation (mais aussi en raison des pertes de performance lors des opérations d'extraction). Les opérations de remblayage sont donc envisagées pour les cas où elles sont économiquement supportables et nécessaires pour des raisons écologiques eu égard à la situation de la surface du sol. A l'heure actuelle, la pratique du remblayage n'a pas cours dans les régions de la Ruhr, de la Sarre et d'Ibbenbüren. Les avantages potentiels de la technique de remblayage pneumatique sont, entre autres, les suivants : • • • • • • 86 diminution des affaissements de surface d'environ 50 % par rapport au foudroyage, donc diminution des dommages miniers internes et externes à la surface réduction des volumes de résidus à gérer à la surface extension de la durée de vie opérationnelle des sites de déversements existants ou prévus économie sur les coûts de la gestion en surface des résidus meilleure gestion de la pression des strates rocheuses avantages pour le système de ventilation de la mine, avec amélioration des conditions climatiques sous terre July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • Annexes dans certaines conditions, réduction de la prise d'eau souterraine. Toutefois, ces avantages doivent être considérés à la lumière d'une série d'inconvénients, à savoir : • durée des mouvements d'affaissement généralement plus longue qu'avec la méthode de foudroyage (pouvant entraîner des retards dans les travaux de réhabilitation de surface ou provoquant des dégâts à répétition sur des objets déjà réparés) • temps morts dans la production de charbon dus à des perturbations dans les opérations de remblayage (notamment en cas de dégâts sur le pipeline de remblai) ; ces derniers peuvent entraîner une dynamique d'extraction défavorable, à savoir un changement de charge (retard/accélération des processus de mouvement couvrant les strates rocheuses et la surface) • effets de bord de pilier créés par des panneaux de remblai jouxtant des panneaux de foudroyage et équivalents à un pic d'allongement à la surface du sol • augmentation du danger d'éclatement de la roche par rapport à la méthode de foudroyage • difficulté extrême et coût élevé d'installation d'un système de remblayage dans une houillère existante (dimensions des routes et entrées souterraines) • investissement important dû à la nécessité d'un second système de convoyage pour transporter les résidus dans le sens inverse du transport du charbon • nécessité d'une synchronisation exacte entre l'approvisionnement en résidus et la production de charbon • méthode de remblayage limitant les opérations à front de taille en termes de vitesse d'avancement et de capacité de production des panneaux, et nécessitant parfois d'autres panneaux • dangers potentiels supplémentaires dus à la présence de résidus dans les puits pour le transport des personnels • augmentation des coûts de production d'au moins 20 EUR par tonne de charbon en raison des opérations de remblayage [79, DSK, 2002] • augmentation des risques pour la sécurité, notamment lorsque des déchets dangereux (par exemple des cendres volantes) sont ajoutés au remblai, en raison de l'étroitesse de la route de transport et de la taille. 4.5.1.8 Adjonction de liants Pour résoudre le problème d'absence d'une vraie cohésion dans le remblai hydraulique, on y adjoint parfois du ciment et/ou d'autres liants. Ces liants peuvent être des cendres volantes ou des laitiers et scories provenant de grosses installations de combustion, d'incinérateurs de déchets ou de fonderies. Ils peuvent remplacer tout ou partie des ciments. L'aptitude à l'emploi de ces autres liants dépend de leur teneur en oxyde de calcium, qui détermine leur dureté finale et leur temps de réaction. Il faut souvent une grande quantité de ces liants pour obtenir la même dureté finale que celle obtenue avec le ciment. Les problèmes associés à l'utilisation de ces matériaux peuvent être des qualités variables, un pH élevé et la présence de métaux lourds ou d'éléments solubles. 4.5.1.9 Drainage de chantiers remblayés Le remblai hydraulique dans les chantiers souterrains doit être drainé. La figure 4.25 montre un exemple d'un système de drainage dans une mine souterraine. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 87 Annexes Figure 4.25 : Système de drainage de remblai 4.5.1.10 Remblai sous forme pâteuse Une manière de remblayer spécifique consiste à utiliser un remblai sous forme pâteuse (voir Section 2.4.5). Dans cette technique, l'ensemble des résidus (pas seulement, la fraction grossière) sont mélangés avec du ciment pour créer une pâte. Ainsi, la densité du mélange augmente et davantage de résidus peuvent être stockés dans les vides souterrains [118, Zinkgruvan, 2003]. De cette manière, il est prévu de pouvoir utiliser jusqu'à 65 % des résidus comme remblai à la place des 50 % environ en cas d'utilisation de remblai hydraulique. Plusieurs mines passent au remblai sous forme pâteuse étant donné qu'une plus faible teneur en ciment (3 – 6 %) est nécessaire pour obtenir les résistances équivalentes nécessaires pour supporter une pression de toit par rapport au remblai hydraulique classique. [94, Life, 2002] Les avantages obtenus grâce à cette technique, outre la quantité accrue du remblai, sont ; • • 88 pour l'eau de mine ayant un faible pH : augmentation du pH dans l'eau de mine en raison de l'utilisation de ciment moins d'eau par rapport au remblai hydraulique traditionnel July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • Annexes plus grande stabilité étant donné que les vides ne sont pas seulement remplis de résidus mais également de ciment. Inconvénients : • coût de construction de l'installation de remblai sous forme pâteuse • coût additionnel du ciment [118, Zinkgruvan, 2003] • une structure de retenue artificielle est nécessaire. Le remblai sous forme pâteuse est une option dans les cas où : • • • un remblayage suffisant est nécessaire les résidus étant très fins, il y a peu de matière sera disponible pour un remblayage hydraulique. Dans ce cas, la grande quantité de fines rejetées dans le bassin se déshydraterait très lentement ; il est souhaitable de ne pas faire pénétrer de l'eau dans la mine ou que le pompage de l'eau provenant des résidus est coûteux (c'est-à-dire sur de grandes distances) Les résidus utilisés pour le remblayage doivent être déshydratés dans des épaississeurs de filtres. Ceci est plus coûteux et consommateur d'énergie que pour un remblai hydraulique. Le coût de ciment fourni au site minier est d'ordinaire de 80 USD/t (année 2002). Un produit de résidus déshydratés provenant d'une installation de filtrage pourrait avoisiner 15 - 20 % environ d'humidité, dans ce cas, 3 - 5 % d'adjonction de ciment en poids pourraient être suffisants pour produire, une fois combiné à l'humidité libre, un mélange relativement ferme qui serait presque stable. Ceci coûterait par conséquent environ 2,40 à 4,00 USD par tonne de résidus placés (3/100*80 = 2,4 USD/t) [120, Sawyer, 2002] 4.5.2 Remblai de stériles Dans l'exploitation minière souterraine, des stériles sont fréquemment utilisés comme remblai afin d'augmenter la stabilité et de faciliter l'extraction de minerai, ce qui réduit le besoin d'amener les stériles jusqu'à la surface. L'utilisation de stériles comme remblai dans les mines à ciel ouvert épuisées est souvent pratiquée dans l'industrie de l'exploitation minière. Ceci réduit le besoin d'étendre les terrils de stériles et minimise par conséquent l'empreinte et peut souvent être économique. Le procédé est mis en œuvre pendant l'exploitation lorsque : • • les stériles peuvent être placés directement dans des zones de mine à ciel ouvert épuisées sans nécessité de stockage provisoire et de double manipulation, et lorsque la mine à ciel ouvert disponible se trouve à une distance de transport raisonnable (ceci est parfois appelé "exploitation de transfert") vers la fin de la vie de la mine dans un puits à ciel ouvert, on peut trouver des zones à l'intérieur de la mine où des stériles peuvent être placés de façon permanente sans occasionner de risque et sans gêner l'activité d'extraction. Dans un tel cas, les stériles sont déposés de façon permanente à ces emplacements à la place d'être amenés à la surface. En outre, lors de la fermeture, si c'est faisable d'un point de vue économique et motivé d'un point de vue écologique, il est envisageable de remettre en partie les stériles produits dans la ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 89 Annexes mine à ciel ouvert. Ceci est normalement effectué pour des raisons de stabilité ou si des parties des stériles ont un potentiel de DA net et que de cette manière, elles pourraient être déposées de façon permanente sous l'eau lorsque le puits ouvert est naturellement rempli d'eau. Cependant, ceci n'est pas réalisé si : • • • le coût de déplacement des stériles dans le puits est plus élevé que celui de l'application des procédés de déclassement aux endroits où ils sont placés si le déplacement des stériles dans le puits n'entraîne pas de stabilité significative, un avantage environnemental ou économique par rapport au déclassement des terrils de stériles lorsqu'ils sont placés sur la surface si l'extraction s'est arrêtée avant épuisement du minerai/de la minéralisation, étant donné qu'un dépôt des stériles dans la mine rendrait beaucoup plus difficile et coûteux l'accès dans le futur à la minéralisation restante, si nécessaire. Les stériles provenant des mines de charbon à ciel ouvert du RU sont gérés dans des terrils provisoires pendant l'exploitation. Après enlèvement des dépôts de charbon, les stériles sont ensuite remis dans le vide et remis en état. Il faut procéder avec soin si des stériles de sulfure oxydés sont déposés dans une mine à ciel ouvert épuisée, étant donné qu'ils peuvent libérer des quantités relativement importantes d'acidité et de métaux dissous. Dans de tels cas, il est important de fixer un pH élevé dans l'eau de la mine, qui peut être obtenu par chaulage, par exemple. 4.5.3 Gestion des résidus sous l'eau Sur l'exploitation de carbonate de calcium de Hustadmarmor en Norvège, les résidus sont mis au rebut dans un fjord, qui est abrité et profond, étant donné qu'aucune terre appropriée n'est disponible pour la gestion des résidus. Le programme de surveillance, utilisé pour contrôler l'impact sur l'environnement à l'intérieur et autour de la zone de dépôt, couvre les paramètres suivants : • • • Analyses de l'eau :  teneur en solides (turbidité)  salinité (eau de mer)  teneur en oxygène  température Analyses du sédiment :  teneur en carbonate de calcium  teneur en particules fines  activité biologique  teneur en réactifs de flottation Eaux peu profondes :  activité biologique  documentation visuelle (photos). En outre, d'autres mesures sont appliquées afin de pouvoir développer des modèles appropriés, etc., afin de prédire un développement futur. Elles incluent : • 90 mesures du courant marin July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • Annexes mesures de profondeur et calculs de volume film vidéo du fond marin reverdissement de la zone de fond marin une fois le dépôt terminé. Le fonctionnement du système de traitement et de gestion des résidus inclut : • • • • • • • • • • lavage des fines à partir de l'alimentation de flottation contrôle de traitement informatique analyses en ligne de la composition chimique de l'alimentation de flottation et des résidus, afin d'optimiser la récupération de calcite et la consommation de réactif fabrication de produits dérivés commercialisables à partir des fines de résidus recirculation de l'eau de traitement haute densité de boues de résidus à déposer eau de mer utilisée comme eau de transport pour résidus en bouillie prévention de l'entrée d'air dans le système de pompage prévention des fuites et déversements à la surface de la mer utilisation d'une sortie de conduite de résidus 20 m en dessous du niveau de la mer. Maintenance : • • • • • pompes redondantes et système de conduite vers la zone de dépôt maintenance préventive des systèmes associés aux résidus inspection sous-marine régulière des conduites de résidus inspection sous-marine régulière au niveau de la zone de sortie des conduites évaluation de la nécessité de déplacer les conduites de résidus. Les avantages, tels qu'indiqués dans la section 4.3.1.2.2 sont : • • • réduction des besoins en ingénierie (aucune digue n'est nécessaire) stabilité chimique accrue réduction de l'empreinte sur le sol. Cette technique est applicable lorsque la boue de résidus formera un panache haute densité qui descendra au fond de la mer, laissant une zone d'eau transparente au-dessus de la sortie de la conduite. 4.5.4 Autres utilisations des résidus et stériles Dans certaines exploitations de charbon, des résidus fins <0,5 mm issus de la flottation sont tout d'abord épaissis pour donner 40 – 51 % de solides. Afin d'être adaptés à un dépôt sur des terrils avec les résidus grossiers, ils sont déshydratés dans des filtres presses à plaque et à cadre (voir Section 2.3.1.10) avec plus de 1000 m² de surface de filtrage ou de centrifugeuses. La teneur en eau des résidus les plus fins provenant des centrifugeuses est d'environ deux fois celui provenant des filtres presses à plaque et à cadre. [79, DSK, 2002] Les résidus (résidus grossiers et fins) sont également souvent utilisés comme agrégats ou pour d'autres objectifs externes [79, DSK, 2002], [84, IGME, 2002]. Certains exemples spécifiques sont indiqués ci-après : • construction terrestre, à savoir, en tant que matériau de base pour projets qualifiés dans la construction terrestre. Des domaines spécifiques d'application sont : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 91 Annexes      • • • digues et talus pour routes, murs antibruit et autres constructions terrestres amélioration du sol (échange de sol et amélioration du sol mécanique) fortification du sol par application de résidus de charbon et de liants hydrauliques autres segments de construction terrestre (par exemple, digues de sécurité, modelage du paysage, bâtiments paysagés) revêtements (par exemple, revêtements de base et de surface de haldes et décharges ainsi que revêtements de puits) technique hydraulique :  matériau de remplissage pour bassins portuaires abandonnés  construction de digues de sécurité le long de rivières  mesures d'extension et de sécurité du système de canal allemand. construction de décharge : des résidus mélangés à de l'argile sont utilisés en tant que revêtements de base et de surface en tant que variante aux argiles naturelles autres applications :  appliqué dans une moindre mesure dans les briqueteries  les activités de développement courantes sont focalisées sur l'utilisation de produits de résidus de charbon dans les traitements de céramiques. Les résidus grossiers provenant des mines de minerai de fer suédoises sont également adaptés à une utilisation externe. Dans les exploitations de calcaire, l'utilisation de résidus comme sable de filtrage a été testée et présente de bons résultats pour une matière très fine. Les résidus de calcaire éliminent la matière fine d'autres flux d'eaux usées [131, IMA, 2003]. Les différents exemples suivants sont actuellement appliqués dans l'industrie minière allemande des barytes : • • utilisation dans l'industrie minière :  stériles concassés pour la construction de routes  résidus grossiers (< 1 – 16 mm) et stériles en tant que matières de remblayage  résidus moyens fins (< 4 mm) en tant qu'agrégats dans des mélanges de béton projeté en remplacement du sable  résidus fins déshydratés (< 1 mm) en tant que remblai. Utilisation comme produit en dehors de l'industrie minière :  stériles concassés pour échange de sol pour améliorer l'état du sol sous les fondations dans l'industrie de la construction, en tant qu'agrégats dans l'industrie de la construction (surface de gravier, routes de gravier)  résidus de bac à piston grossiers (1 – 16 mm) en tant qu'agrégats dans l'industrie de la construction (remplissage de fossé de pipeline, surface de gravier pour lots de parking, etc.)  résidus de bac à piston fins à moyens tamisés (1 – 4 mm) en tant qu'agrégats pour pavage  résidus fins (< 1 mm) comme matière de remplissage dans l'industrie du ciment. 4.6 4.6.1 92 Réduction des accidents Plan d'urgence July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Les installations de gestion des résidus et/ou des stériles possèdent d'ordinaire un plan d'urgence pour les situations critiques et les scénarios de panne. Les mesures à prendre en cas d'urgence sont planifiées conjointement avec les autorités compétentes. Les plans d'urgence indiquent les actions qui doivent être entreprises en cas de panne possible ou réelle. Ce plan comprend l'organigramme de l'exploitant, indiquant en particulier les responsabilités de chaque personne et les interfaces avec des organisations externes. Dans le plan d'urgence, un plan d'action décrivant les mesures opérationnelles et les ressources disponibles pour limiter, si possible, les conséquences est établi et documenté. L'objectif du plan d'urgence consiste à : • • • • • réduire le risque de défaillance des structures de l'installation de gestion des déchets et prévenir les atteintes portées aux personnes ou à l'environnement réduire la nécessité d'improvisation dans une situation de crise ou de défaillance assurer l'utilisation optimale des ressources disponibles identifier et repérer les responsabilités à chaque niveau s'assurer que toutes les personnes au sein de l'organisation, tout comme le public et les autorités concernées, ont les informations nécessaires. NOTE : en outre, voir les objectifs des plans d'urgence tels que définis dans l'Art. 6(4) de la Directive (COM(2003)319 final) proposée sur la gestion des déchets des industries extractives. Lors de l'étape préparatoire, tous les incidents anormaux qui pourraient être à l'origine d'une blessure, d'une altération de l'installation et/ou de l'environnement sont, autant que possibles, identifiés, évalués et analysés. Les résultats constituent la base du plan d'urgence. Voir également Section 4.2.1.3 et Article 6 et Annexe I de la Directive (COM(2003)319 final) proposée sur la gestion des déchets issus des industries extractives. La Section 4.4.16 traite les problèmes de gestion du cyanure, visant à la prévention/réduction des accidents. 4.6.2 Evaluation et suivi des incidents Pour tirer quelque chose des incidents qui se sont déjà produits, il est important qu'il existe un système de documentation de l'ensemble des informations et procédures de suivi. Lorsqu'un incident se produit, il est rapporté et documenté, par exemple, ce qui se produit et pourquoi cela se produit. En même temps, des suggestions sur la manière d'empêcher que cela se produise à nouveau sont développées en association avec les noms des personnes responsables de l'action suggérée et un délai de réalisation de cette action. Avantages : • • • des incidents mineurs tout comme majeurs sont rapportés et documentés si le système est informatisé, il est facile de suivre les mesures qui ont été/sont effectuées pour empêcher la récurrence d'un incident il est facile de voir si un type d'incident est surreprésenté et se produit de façon répétée. Inconvénients : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 93 Annexes • beaucoup de travail est nécessaire pour développer et mettre complètement en place un système opérationnel. [118, Zinkgruvan, 2003] 4.6.3 Eclatement des pipelines de résidus Sur l'exploitation de Neves Corvo, les pipelines de résidus sont équipés de débitmètres aux deux extrémités (à savoir, à l'usine de traitement du minerai et sur l'extrémité de décharge). Si les débits diffèrent, une alarme est activée. Les mesures de pression sur le pipeline de résidus sont très difficiles à interpréter, car il se produit souvent des fluctuations de l'écoulement (et ainsi, également de la pression). Un fossé est creusé le long du pipeline des résidus, qui, en cas d'un éclatement de pipeline, est conçu pour conduire la boue déversée vers des bassins d'urgence. Ces bassins sont conçus de sorte qu'ils puissent stocker les résidus de 8 heures de production, ce qui est égal au temps total maximum requis pour arrêter complètement l'écoulement. Lorsque les pipelines de résidus traversent une rivière, une cuvette est placée sous le pipeline, pour récupérer les résidus et les amener vers les bassins de secours. [142, Borges, 2003] Il existe d'autres procédés qui aboutissent à un degré similaire de protection de l'environnement, à savoir : • • l'utilisation d'un double conduit à la place de cuvettes dans des sections sensibles de nombreux sites ont un ou plusieurs pipelines de secours dont l'écoulement peut être directement commuté à la place de construire de grands bassins de secours pour l'ensemble de la période que cela prendrait pour fermer l'usine. Un fossé sous le pipeline peut entraîner une plus grande infiltration de l'eau de traitement et éventuellement des contaminants et peut rendre l'entretien du pipeline plus compliqué. Un fossé ou une cuvette pourraient également être difficiles à entretenir et utiliser dans des climats où le fossé est périodiquement rempli d'eau ou rempli de glace et de neige. 4.7 Outils de management environnemental Description La meilleure performance en matière d'environnement est d'ordinaire obtenue par l'installation de la meilleure technologie et son utilisation de la manière la plus efficace. Ceci est reconnu par la définition de "techniques" comme “à la fois la technologie utilisée et la manière dont l'installation est conçue, construite, entretenue, exploitée et déclassée”. Pour les installations de gestion des résidus et stériles, le système de management environnemental (SME) est un outil que les exploitants peuvent utiliser pour répondre à ces problèmes de construction, entretien, exploitation et déclassement d'une manière systématique démontrable. Un SME inclut la structure organisationnelle, les responsabilités, pratiques, procédures, procédés et ressources pour le développement, la mise en œuvre, l'entretien, la révision et le contrôle de la politique environnementale. Les systèmes de management 94 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes environnemental sont plus efficaces lorsqu'ils font partie intégrante de la gestion et de l'exploitation globales d'une exploitation/installation. Au sein de l'Union Européenne, de nombreuses organisations ont décidé sur une base volontaire de mettre en œuvre des systèmes de management environnemental basés sur la norme EN ISO 14001 :1996 ou la norme communautaire EMAS (Eco-management and audit scheme). L'EMAS inclut les exigences de l'EN ISO 14001 en matière de système de management, mais insiste davantage sur la conformité légale, la performance environnementale et l'implication des employés ; il requiert également une vérification externe du système de management et la validation d'une déclaration publique sur l'environnement (dans EN ISO 14001, l'auto-déclaration est une alternative à la vérification externe). Il existe également de nombreuses organisations qui ont décidé de mettre en place des SME non normalisés. Alors que les deux systèmes normalisés (EN ISO 14001 :1996 et EMAS) et les systèmes nonnormalisés ("personnalisés") prennent en principe l'organisation en tant qu'entité, ce document a une approche plus étroite, n'incluant pas toutes les activités de l'organisation, par exemple, en ce qui concerne ses produits et services. Un système de management environnemental (SME) peut contenir les composantes suivantes : (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) définition d'une politique environnementale planification et établissement d'objectifs et cibles mise en œuvre et utilisation de procédures contrôle et action corrective examen du management préparation d'une déclaration environnementale régulière validation par l'organisme de certification ou un organisme de vérification de SME externe (h) considérations de conception pour déclassement d'usine en fin de vie (i) développement de technologies plus propres (j) référenciation. Ces fonctions sont expliquées un peu plus en détail ci-après. Pour des informations plus détaillées sur les composantes (a) à (g), qui sont toutes comprises dans l'EMAS, le lecteur se référera aux documents de référence indiqués ci-après. (a) Définition d'une politique environnementale La direction générale est responsable de la définition d'une politique environnementale pour une installation et doit garantir qu'elle : – est adaptée à la nature, à l'échelle et aux impacts sur l'environnement des activités – inclut un engagement à prévenir et contrôler la pollution – inclut un engagement à respecter l'ensemble de la législation et des réglementations en matière d'environnement applicables, et les autres exigences auxquelles souscrit l'organisation – fournit le cadre pour la définition et l'examen d'objectifs et cibles en matière d'environnement – est documentée et communiquée à l'ensemble des employés – est disponible pour le public et toutes les parties intéressées. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 95 Annexes (b) Planification, à savoir : – procédures pour identifier les aspects environnementaux de l'installation, afin de déterminer les activités qui ont ou peuvent avoir des impacts significatifs sur l'environnement, et maintenir ces informations à jour – procédures pour identifier et avoir accès aux exigences légales et autres exigences auxquelles souscrit l'organisation et qui sont applicables aux aspects environnementaux de ses activités – établir et examiner les objectifs et cibles environnementaux documentés, prendre en compte les exigences légales et autres exigences et les vues des parties intéressées – établir et mettre à jour régulièrement un programme de gestion environnemental, y compris la désignation de la responsabilité pour réaliser les objectifs et cibles à chaque fonction et niveau concerné ainsi que les moyens et la durée nécessaires pour les réaliser. (c) Mise en œuvre et exécution de procédures Il est important que des systèmes permettant de s'assurer que les procédures sont connues, comprises et respectées soient en place, et par conséquent, une gestion efficace de l'environnement inclut : (i) Structure et responsabilité – définition, documentation et communication de rôles, responsabilités et autorités, ce qui comprend la nomination d'un représentant spécifique de la direction – fourniture de ressources essentielles à la mise en œuvre et au contrôle du système de management environnemental, y compris, ressources humaines et compétences spécialisées, technologie et ressources financières. (ii) Formation, sensibilisation et compétence – identification des besoins en formation pour s'assurer que l'ensemble du personnel dont le travail peut affecter de manière significative les impacts sur l'environnement de l'activité a reçu une formation appropriée. (iii) Communication – établissement et conservation de procédures de communication interne entre les divers niveaux et les diverses fonctions de l'installation, ainsi que de procédures qui favorisent un dialogue avec des parties externes intéressées et de procédures de réception, documentation et réponse, dans la mesure du possible, à la communication correspondante de parties externes intéressées. (iv) Implication des employés – implication des employés dans le processus visant à obtenir un haut niveau de performance environnementale en appliquant des formes appropriées de participation telles que le système de livre de suggestions ou les travaux de groupes sur le projet ou les comités sur l'environnement. (v) Documentation – établissement et maintien à jour des informations, sous forme papier et électronique, pour décrire les éléments centraux du système de management et leur interaction et pour donner une direction à la documentation correspondante. 96 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes (vi) Contrôle de processus efficace – contrôle adéquat de processus dans tous les modes de fonctionnement, à savoir, préparation, démarrage, fonctionnement de routine, coupure et conditions anormales – identification des indicateurs de performance clés et méthodes de mesure et de contrôle de ces paramètres (par exemple, débit, pression, température, composition et quantité) – documentation et analyse de conditions de fonctionnement anormales pour identifier les causes de base et pour les solutionner ensuite pour garantir la nonrécurrence des événements (ceci peut être facilité par une culture "sans blâme" où l'identification des causes est plus importante que l'attribution de blâmes aux individus). (vii) Programme d'entretien – établissement d'un programme de maintenance structuré sur la base de descriptions techniques des équipements, normes, etc. ainsi que des pannes des équipements et conséquences – support du programme d'entretien par les systèmes de conservation d'enregistrement et les essais de diagnostic appropriés – affectation claire de la responsabilité en matière de planification et d'exécution de l'entretien. (viii) Préparation et réponse d'urgence – établissement et conservation de procédures pour identifier le potentiel d'accidents et la réponse aux accidents et situations d'urgence, et pour empêcher et réduire les effets sur l'environnement qui peuvent leur être associés. Vérification et action corrective, à savoir : (i) Contrôle et mesure – établissement et conservations de procédures documentées pour surveiller et mesurer, sur une base régulière, les caractéristiques clés des opérations et activités qui peuvent avoir un impact important sur l'environnement, y compris l'enregistrement des informations de suivi des performances, les contrôles opérationnels appropriés et la conformité avec les objectifs et buts en matière d'environnement de l'installation (voir également le document de référence sur le contrôle des émissions) – établissement et conservation d'une procédure documentée pour évaluer périodiquement la conformité avec la législation et les réglementations environnementales appropriées. (ii) Action corrective et préventive – établissement et conservation de procédures pour définir la responsabilité et l'autorité en matière de gestion et d'examen de la non-conformité avec les conditions de permis, autres exigences légales ainsi que les objectifs et cibles, de prise de mesure pour réduire tous les impacts causés et pour lancer et compléter les mesures correctives et préventives qui sont adaptées à l'amplitude du problème et en rapport avec l'impact environnemental rencontré. (iii) Enregistrements ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 97 Annexes – établissement et conservation de procédures pour l'identification, l'entretien et le dépôt d'enregistrements sur l'environnement lisibles, identifiables et traçables, y compris les enregistrements de formation et les résultats des audits et examens. (iv) Audit – établissement et conservation de programme(s) et procédures pour les audits du système de management environnemental périodiques qui incluent des discussions avec le personnel, l'inspection des conditions opérationnelles et des équipements et l'examen des enregistrements et de la documentation et vont donner un rapport écrit, qui sera réalisé de façon impartiale et objective par les employés (audits internes) ou les parties externes (audits externes), couvrant l'étendue, la fréquence et les méthodologies de l'audit, ainsi que les responsabilités et exigences de réalisation d'audits et de rapport de résultats, afin de déterminer si le système de management environnemental est ou n'est pas conforme aux dispositions prévues et a été mis en œuvre et conservé de façon appropriée – réalisation de l'audit ou du cycle d'audit, selon le cas, à des intervalles ne dépassant pas trois ans, en fonction de la nature, de l'échelle et de la complexité des activités, de l'importance des impacts sur l'environnement associés, de l'importance et de l'urgence des problèmes détectés par les audits précédents et de l'historique des problèmes environnementaux – les activités plus complexes avec un impact sur l'environnement plus significatif sont auditées plus fréquemment – présence de mécanismes appropriés pour garantir le suivi des résultats de l'audit. (v) Evaluation périodique de la conformité légale – examen de la conformité avec la législation environnementale applicable et les conditions de la(des) autorisation(s) environnementale(s) détenue(s) par l'installation – documents de l'évaluation. Examen du management, à savoir : – examen, par la direction générale, à des intervalles qu'elle détermine, du système de management environnemental, pour s'assurer de son adéquation et de son efficacité continues – s'assurer que les informations nécessaires sont collectées pour permettre à la direction d'effectuer cette évaluation – documents de l'examen. Préparation d'une déclaration sur l'environnement régulière : - préparation d'une déclaration sur l'environnement qui tient particulièrement compte des résultats obtenus par l'installation par rapport à ses objectifs et buts en matière environnementale. Elle est réalisée régulièrement – d'une fois par an à moins fréquemment en fonction de l'importance des émissions, de la génération de déchets, etc. Elle considère les besoins en informations des parties intéressées concernées et elle est disponible publiquement (par exemple, dans des publications électroniques, bibliothèques, etc.). Pour la production d'une déclaration, l'exploitant peut utiliser les indicateurs de performance en matière environnementale existants appropriés, en s'assurant que les indicateurs choisis : i. donnent une appréciation précise de la performance de l'installation ii. sont compréhensibles et non ambigus 98 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes iii. iv. v. permettent une comparaison d'une année sur l'autre pour évaluer le développement de la performance de l'installation en matière environnementale permettent une comparaison avec les chiffres repères sectoriels, nationaux ou régionaux, selon le cas permettent une comparaison avec les exigences réglementaires selon le cas. Validation par l'organisme de certification ou un organisme de vérification de SME externe : - Une fois le système de gestion, la procédure d'audit et la déclaration environnementale examinés et validés par un organisme de certification agréé ou un organisme de vérification de SME externe, il est possible, si cela est effectué correctement, d'améliorer la crédibilité du système. (d) Considérations de conception pour le déclassement d'usine en fin de vie - considération de l'impact sur l'environnement du déclassement éventuel de l'unité à l'étape de la conception d'une nouvelle usine, étant donné que les prévisions rendent le déclassement plus facile, plus propre et moins coûteux. - Le déclassement pose des problèmes environnementaux de contamination de la terre (et des eaux souterraines) et génère de grandes quantités de déchets solides. Les techniques préventives sont spécifiques au traitement, mais les considérations générales peuvent inclure : i. la possibilité d'éviter les structures souterraines ii. l'intégration de caractéristiques qui facilitent le démontage iii. le choix de finis de surface dont la contamination est facile à éliminer iv. l'utilisation d'une configuration d'équipement qui minimise les produits chimiques piégés et facilite le drainage ou le lavage v. la conception d'unités flexibles et autonomes qui permettent une fermeture en plusieurs phases vi. l'utilisation de matériaux biodégradables et recyclables lorsque cela est possible. (e) Développement de technologies plus propres : - la protection de l'environnement doit être une caractéristique inhérente de toutes les activités de conception de processus effectuées par l'exploitant, étant donné que les techniques intégrées dès la première étape de conception sont à la fois plus efficaces et moins coûteuses. La considération donnée au développement de technologies plus propres peut, par exemple, peut être accordée par l'intermédiaire d'activités ou études de R&D. En tant qu'alternative aux activités internes, des dispositions peuvent être établies pour s'accorder – le cas échéant – avec un travail à façon effectué par d'autres exploitants ou instituts de recherche dans le domaine approprié. (f) Evaluation des performances, à savoir : – réalisation de comparaisons systèmatiques et régulières avec des chiffres repères sectoriels, nationaux ou régionaux, y compris pour les activités d'efficacité énergétique et d'économie d'énergie, le choix des matériaux entrés, les émissions dans l'air et les décharges dans l'eau (en utilisant, par exemple, le registre des émissions polluantes européen - European Pollutant Emission Register, EPER), la consommation d'eau et la production de déchets. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 99 Annexes SME normalisés et non normalisés Un SME peut prendre la forme d'un système normalisé ou non-normalisé (“personnalisé”). La mise en œuvre et l'adhésion à un système normalisé accepté à l'échelle internationale comme EN ISO 14001 :1996 peut donner une plus grande crédibilité au SME, en particulier, lorsqu'il est soumis à une vérification externe effectuée correctement. L'EMAS fournit une crédibilité supplémentaire en raison de l'interaction avec le public par le biais de la déclaration sur l'environnement et du mécanisme pour assurer la conformité avec la législation environnementale applicable. Cependant, les systèmes non normalisés peuvent en principe avoir la même efficacité, étant donné qu'ils sont correctement conçus et mis en œuvre. Avantages environnementaux obtenus La mise en œuvre et l'adhésion à un SME attirent l'attention de l'exploitant sur la performance environnementale de l'installation. En particulier, le maintien et la conformité avec des procédures de fonctionnement nettes pour des situations à la fois normales et anormales et les lignes de responsabilité associées permettront de s'assurer que les conditions d'autorisation de l'installation et autres cibles et objectifs environnementaux sont remplis à tout moment. Les systèmes management environnemental permettent d'ordinaire d'assurer l'amélioration continue de la performance environnementale de l'installation. Plus le point de départ est bas, plus des améliorations à court-terme significatives peuvent être attendues. Si l'installation a déjà une bonne performance environnementale globale, le système aide l'exploitant à maintenir le niveau de haute performance. Effets d'un milieu sur l'autre Les techniques de management environnemental sont conçues pour répondre à l'impact global sur l'environnement. Données opérationnelles Aucune information spécifique rapportée. Applicabilité Les composants décrits ci-dessus peuvent d'ordinaire être appliqués à l'ensemble des installations. La portée (par exemple, niveau de détail) et la nature du SME (par exemple, normalisé ou non-normalisé) seront généralement relatives à la nature, l'échelle et la complexité de l'installation, et l'éventail des impacts qu'elle peut avoir sur l'environnement. Economie Il est difficile de déterminer avec précision les coûts et avantages économiques de l'introduction et du maintien d'un bon SME. Un certain nombre d'études sont présentées ciaprès. Cependant, ce sont juste des exemples et leurs résultats ne sont pas complètement cohérents. Elles pourraient ne pas être représentatives de l'ensemble des secteurs de l'UE et doivent ainsi être traitées avec prudence. Une étude suédoise effectuée en 1999 concernait l'ensemble des 360 sociétés suédoises certifiées ISO et enregistrées EMAS. Avec un taux de réponse de 50 %, elle a permis notamment de conclure que : 100 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes - - les dépenses d'introduction et d'utilisation du SME sont élevées, mais pas de façon déraisonnable, sauf dans le cas de très petites sociétés. Les dépenses devraient diminuer dans le futur un degré plus élevé de coordination et d'intégration du SME avec d'autres systèmes de management est perçu comme une manière possible de réduire les coûts la moitié de l'ensemble des objectifs et buts environnementaux sont rentabilisés en moins d'un an grâce à des économies de coûts et/ou une augmentation du revenu les plus grandes économies ont été réalisées par une réduction des dépenses en énergie, traitement des eaux et matières premières la plupart des sociétés pensent que leur position sur le marché a été renforcée par le biais de du SME. Un tiers des sociétés rapportent une augmentation de revenu liée au SME. Dans certains états membres, des frais de supervision réduits sont facturés si l'installation a une certification. Un certain nombre d'études 21 indiquent qu'il existe une relation inverse entre la taille de la société et le coût de mise en œuvre d'un SME. Une relation inverse similaire existe pour la période de rentabilisation du capital investi. Les deux éléments impliquent une relation coûtbénéfice moins favorable pour la mise en œuvre d'un SME dans les PME par rapport à de plus grandes sociétés. Selon une étude suisse, le coût moyen de construction et de fonctionnement ISO 14001 peut varier : - pour une société comprenant entre 1 et 49 employés : 64000 CHF (44000 EUR) pour l'élaboration du SME et 16000 CHF (11000 EUR) par an pour son exploitation pour un site industriel comptant plus de 250 employés : 367000 CHF (252000 EUR) pour l'élaboration du SME et 155000 CHF (106000 EUR) pan an pour son exploitation. Ces chiffres moyens ne représentent pas nécessairement le coût réel pour un site industriel donné, car ce coût dépend également fortement du nombre de points significatifs (polluants, consommation d'énergie, ...) et de la complexité des problèmes à étudier. Une étude allemande récente (Schaltegger, Stefan et Wagner, Marcus, Umweltmanagement in deutschen Unternehmen - der aktuelle Stand der Praxis, février 2002, p. 106) présente les coûts suivants pour l'EMAS pour différentes branches. Il peut être noté que ces chiffres sont bien inférieurs à ceux de l'étude suisse indiquée ci-dessus. Ceci confirme la difficulté de déterminer les coûts d'un SME. Coûts de construction (EUR) : minimum - 18750 maximum - 75000 moyen - 50000 Coûts de validation (EUR) : minimum - 5000 maximum - 12500 moyen - 6000 21 Par exemple, Dyllick et Hamschmidt (2000, 73) mentionnés dans Klemisch H. et d R. Holger, Umweltmanagementsysteme in kleinen und mittleren Unternehmen – Befunde bisheriger Umsetzung, KNI Papers 01/02, Janvier 2002, p 15; Clausen J., M. Keil et M. Jungwirth, The State of EMAS in the EU.Eco-Management as a Tool for Sustainable Development – Literature Study, Institut de la recherche écnomique éconologique (Berlin) et Institut écologique pour la politique environnementale internationale et européenne (Berlin), 2002, p 15. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 101 Annexes Une étude effectuée par l'Institut allemand des entrepreneurs (Unternehmerinstitut/Arbeitsgemeinschaft Selbständiger Unternehmer UNI/ASU, 1997, Umweltmanagementbefragung - Öko-Audit in der mittelständischen Praxis - Evaluierung und Ansätze für eine Effizienzsteigerung von Umweltmanagementsystemen in der Praxis, Bonn.) donne des informations sur les économies moyennes réalisées pour l'EMAS par an et la période de rentabilisation moyenne. Par exemple, pour des coûts de mise en œuvre de 80000 EUR, ils ont trouvé des économies moyennes de 50000 EUR par an, correspondant à une période de rentabilisation d'environ un an et demi. Les coûts externes relatifs à la vérification du système peuvent être estimés à partir des directives éditées par le Forum d'accréditation international (http://www.iaf.nu). Forces pilotes pour la mise en œuvre Les systèmes management environnemental peuvent présenter un certain nombre d'avantages, par exemple : • • • • • • • • • • meilleur aperçu des aspects environnementaux de la société base de prise de décision améliorée motivation du personnel améliorée opportunités supplémentaires de réduction du coût d'exploitation et amélioration de la qualité du produit performance environnementale améliorée meilleure image de la société coûts de fiabilité, assurance et non conformité réduits attractivité accrue pour les employés, clients et investisseurs confiance accrue des autorités de réglementation, qui pourrait conduire à un contrôle réglementaire réduit amélioration des relations avec les groupes environnementaux. Exemples d'usines Les fonctions décrites sous (a) à (e) ci-dessus sont des éléments des normes EN ISO 14001 :1996 et EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) de la communauté européenne, tandis que les fonctions (f) et (g) sont spécifiques à l'EMAS. Ces deux systèmes standardisés sont appliqués dans un certain nombre d'installations IPPC. Par exemple, 357 organisations au sein de l'industrie chimique et des produits chimiques de l'UE (code NACE 24) étaient enregistrées EMAS en juillet 2002, la plupart d'entre elles exploitant des installations IPPC. Au RU, l'agence sur l'environnement d'Angleterre et du Pays de Galle (Environment Agency of England and Wales) a effectué une étude sur les installations réglementées par l'IPC (le précurseur de l'IPPC) en 2001. Elle a montré que 32 % des répondants ont été certifiés ISO 14001 (correspondant à 21 % de l'ensemble des installations IPC) et 7 % ont été enregistrées EMAS. L'ensemble des exploitations de ciment au RU (environ 20) sont certifiées ISO 14001 et la majeure partie sont enregistrées EMAS. En Irlande, où l'établissement d'un SME (pas nécessairement d'une nature normalisée) est requise dans les licences IPC, on estime que 100 sur les 500 installations sous licence environ ont établi un SME selon ISO 14001, les autres 400 installations ayant opté pour un SME non normalisé. La liste suivante donne des exemples de systèmes de management environnemental présents en Europe : 102 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • • Annexes l'ensemble des exploitations de kaolin au RU et la mine de Lisheen en Irlande ont une certification ISO 14001 toutes les autorisations en Irlande requièrent un certain type de SME la Global Mining Initiative et les forums Minerals Mining & Sustainable Development associés plaident en faveur du SME Les mines S&B Industrial Minerals S.A en Grèce ont une certification ISO 14001 ; les mines Stratoni possédées par TVX Hellas ont été certifiées ISO 14001. Documents de référence (Réglementation (CE) N° 761/2001 du Parlement Européen et du Conseil permettant la participation volontaire d'organisations à un système communautaire EMAS (Ecomanagement and audit scheme), OJ L 114, 24/4/2001, http://europa.eu.int/comm/environment/emas/index_en.htm) (EN ISO 14001:1996, http://www.iso.ch/iso/en/iso9000-14000/iso14000/iso14000index.html; http://www.tc207.org) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 103 Annexes 5 MEILLEURES TECHNIQUES DISPONIBLES POUR LA GESTION DES RÉSIDUS ET DES STÉRILES DANS LES ACTIVITÉS MINIÈRES 5.1 Introduction Pour bien comprendre ce chapitre et son contenu, le lecteur est invité à se reporter à la préface du présent document et notamment à son cinquième paragraphe intitulé "Comment comprendre et utiliser ce document". Les techniques et les niveaux de performance exposés dans le présent chapitre ont été évalués au moyen d'un processus itératif comportant les étapes suivantes : • • • • • identification des principaux problèmes environnementaux et des questions liées aux risques et à la sécurité pour le secteur étude des techniques les plus adaptées à la résolution de ces questions fondamentales détermination des meilleurs niveaux de performance dans le domaine de l'environnement, sur la base des données disponibles dans l'Union européenne et dans le monde étude des conditions dans lesquelles ces niveaux de performance ont été atteints, telles que les coûts, les effets multimilieux ou les éléments moteurs de la mise en œuvre de ces techniques sélection des meilleures techniques disponibles (MTD) pour ce secteur, au sens général. L'avis des experts du Bureau européen IPPC et du Groupe de travail technique (GTT) concerné a joué un rôle capital, à chacune de ces étapes comme en ce qui concerne la présentation de l'information dans le présent document. Sur la base de cette évaluation, le présent chapitre expose les techniques considérées comme adaptées au secteur dans son ensemble et qui, dans bien des cas, reflètent les performances actuelles de certaines installations de ce secteur. Lorsque des niveaux de performance sont présentés, cela signifie que ces niveaux correspondent aux performances environnementales prévisibles en cas d'application dans le secteur considéré des techniques décrites, compte tenu des coûts et des avantages inhérents à la définition des MTD. Certaines techniques peuvent, dans des cas bien particuliers, permettre d'atteindre de meilleurs résultats en matière de niveaux de consommation ou d'émission mais, en raison des coûts entraînés ou des considérations multimilieux qu'elles impliquent, elles ne sont pas considérées comme des MTD pour le secteur dans son ensemble. Cependant, on peut considérer, dans certains cas spécifiques où il existe des motivations particulières, qu'il est justifié d'atteindre ces niveaux. Les niveaux de consommation et d'émission associés à l'utilisation des MTD doivent toujours être envisagés en association avec des conditions de référence bien précises (périodes de calcul des moyennes, par exemple). Lorsqu'elles étaient disponibles, les données relatives aux coûts ont été indiquées au chapitre précédent, en même temps que la description des techniques. Elles permettent d'avoir une idée approximative des coûts. Cependant, le coût réel de l'utilisation d'une technique dépendra étroitement de la situation en matière de taxes et de redevances, par exemple, et des caractéristiques techniques de l'installation concernée. Ces facteurs spécifiques à chaque site ne peuvent pas être évalués de manière exhaustive dans le présent document. En l'absence de données relatives aux coûts, les conclusions sur la viabilité économique des techniques sont établies à partir des observations faites sur les installations existantes. Les MTD citées dans le présent chapitre sont destinées à servir de référence pour l'évaluation de la performance actuelle d'une installation existante ou d'un projet de nouvelle installation. 104 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Elles aideront ainsi à définir des conditions appropriées à chaque installation sur la base des MTD. Il est prévu que les nouvelles installations peuvent être conçues de manière à obtenir des performances d'un niveau équivalent, voire plus élevé, que les niveaux généraux associés aux MTD et présentés dans ce document. Il est également admis que les installations existantes pourraient parvenir aux niveaux généraux liés à l'utilisation de MTD, voire les dépasser, selon les possibilités techniques et économiques d'application dans chacun des cas considérés. Dans tous les cas, il est indispensable de disposer de solutions propres à chaque installation pour les phases de conception, de construction, d'exploitation, de fermeture et d'entretien après fermeture, et de contrôler et surveiller en permanence la gestion des résidus et des stériles, compte tenu de l'extrême diversité des types de minéralisations, des techniques disponibles d'extraction et de traitement du minerai, ainsi que de la diversité des conditions géologiques, géotechniques, hydrogéologiques et morphologiques observées au cas par cas et au gré des installations. Le présent document ne fixe aucune norme juridiquement contraignante mais il a vocation à renseigner les industriels, les États membres et le public en leur indiquant les performances, les émissions et les niveaux de consommation qu'il est possible d'atteindre en utilisant telle ou telle technique. Pour la gestion des résidus et des stériles, les décisions relatives aux MTD se basent sur : • • • les performances environnementales les risques la viabilité économique. La prise en compte des risques, en particulier, est un facteur étroitement lié aux spécificités locales. 5.2 MTD générales Les MTD consistent à : • • appliquer les principes généraux exposés à la section 4.1 appliquer la méthode de gestion du cycle de vie décrite à la section 4.2. La gestion du cycle de vie couvre toutes les phases de la durée de vie d'une mine, à savoir : • • la phase de conception (section 4.2.1) :  ligne de référence en matière d'environnement (section 4.2.1.1)  caractérisation des résidus et des stériles (section 4.2.1.2)  études et plans de l'IGR (section 4.2.1.3) portant sur les aspects suivants :  documentation sur le choix du site  évaluation des incidences sur l'environnement  analyse de risque  plan d'intervention en cas d'urgence  plan de dépôt  bilan hydrique et plan de gestion, et  plan de déclassement et de fermeture  conception de l'IGR et des structures associées (section 4.2.1.4)  contrôle et surveillance (section 4.2.1.5) la phase de construction (section 4.2.2) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 105 Annexes • • la phase opérationnelle (section 4.2.3), qui inclut :  les manuels d'exploitation, de surveillance et d'entretien (section 4.2.3.1)  les audits (section 4.2.3.2) la phase de fermeture et d’entretien après fermeture (section 4.2.4), qui comprend :  les objectifs de fermeture à long terme (section 4.2.4.1)  les questions de fermeture spécifiques (section 4.2.4.2) concernant  les terrils  les bassins, y compris : o les bassins immergés o les bassins asséchés o les installations de gestion de l'eau. De plus, les MTD consistent : • • • • • • à réduire la consommation des réactifs (section 4.3.2) à prévenir l'érosion aquatique (section 4.3.3) à empêcher les émissions de poussière (section 4.3.4) à réaliser un bilan hydrique (section 4.3.7) et à utiliser les résultats pour élaborer un plan de gestion de l'eau (section 4.2.1.3) à gérer l'eau gravitaire (section 4.3.9) à surveiller la nappe phréatique autour de toutes les zones d'entreposage de résidus ou de stériles (section 4.3.12). Maîtrise du DA La caractérisation des résidus et des stériles (section 4.2.1.2 en association avec l'annexe 4) comprend la détermination de leur potentiel acidifiant. Si un tel potentiel existe, les MTD doivent d'abord empêcher le DA (section 4.3.1.2) et si elles ne peuvent l’éviter, elles doivent en contrôler les conséquences (section 4.3.1.3) ou appliquer des solutions de traitement (section 4.3.1.4). Souvent, une combinaison de ces mesures est mise en œuvre (section 4.3.1.6). Toutes les solutions de prévention, de contrôle et de traitement peuvent s'appliquer aux installations existantes et nouvelles. Néanmoins, les meilleurs résultats en matière de fermeture sont atteints lorsque des plans de fermeture sont élaborés dès le début (phase de conception) de l’exploitation (approche globale). L'applicabilité des solutions dépend principalement des conditions qui règnent sur le site. Des facteurs tels que : • • • le bilan hydrique la disponibilité d'éventuels matériaux de couverture le niveau de la nappe phréatique influencent les solutions que l'on peut appliquer sur un site donné. La section 4.3.1.5 présente un outil qui permet de choisir la solution de fermeture la plus appropriée. Maîtrise de la percolation (section 4.3.10) L'emplacement d'une installation de gestion des résidus et des stériles sera de préférence choisi de façon à rendre inutile un cuvelage. Cependant, si ce n'est pas possible et si le suintement est dommageable et abondant, il convient (par ordre de préférence) d'empêcher, de réduire (section 4.3.10.1) ou de contrôler (section 4.3.10.2) la percolation. Souvent, une combinaison de ces mesures est mise en œuvre. 106 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Rejets aquatiques Les MTD consistent à : • • • • • • réutiliser l'eau de traitement (voir section 4.3.11.1) mélanger l'eau de traitement avec d'autres effluents contenant des métaux dissous (voir section 4.3.11.3) installer des bassins de décantation afin de capturer les fines érodées (voir section 4.3.11.4.1) éliminer les solides en suspension et les métaux dissous avant de rejeter les effluents dans les cours d'eau récepteurs (section 4.3.11.4) neutraliser les effluents alcalins à l'aide d'acide sulfurique ou de dioxyde de carbone (section 4.3.11.6) éliminer l'arsenic des effluents miniers par adjonction de sels ferriques (section 4.3.11.7). Les sections correspondantes du chapitre 3 concernant les niveaux d'émission et de consommation donnent des exemples des niveaux atteints. Aucune corrélation n’a pu être établie entre les techniques appliquées et les données disponibles sur les émissions. En conséquence, il a été impossible de tirer des conclusions sur les MTD avec les niveaux d'émission associés dans le présent document. Les techniques suivantes sont des MTD pour le traitement des effluents acides (section 4.3.11.5) : • • traitements actifs :  ajout de calcaire (carbonate de calcium), d'hydroxyde de calcium ou de chaux vive  ajout de soude caustique pour un DA à forte teneur en manganèse traitements passifs :  aménagement de zones humides  canal de calcaire ouvert/drain calcaire anoxique  puits de dérivation. Les systèmes de traitement passif constituent une solution à long terme à appliquer après le déclassement d'une mine, mais uniquement si elle est utilisée comme une étape de polissage associée à d'autres mesures (préventives). Émissions sonores (section 4.3.5) Les MTD consistent : • à utiliser des systèmes fonctionnant en continu (convoyeurs à bande, pipelines, etc.) • à enfermer les convoyeurs à bande sur les sites où le bruit constitue un problème local • à créer d'abord le flanc extérieur d'un terril, puis les rampes de transport et les gradins d'exploitation dans sa zone intérieure dans toute la mesure du possible. Conception des digues En plus des mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase de conception (section 4.2.1) d'une digue de retenue : • à utiliser la crue centennale comme référence pour le dimensionnement de la capacité d’évacuation d'urgence d'un bassin à faible risque • à utiliser la crue quinquamillennale ou décamillennale comme référence pour le dimensionnement de la capacité d’évacuation d'urgence d'un bassin à haut risque. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 107 Annexes Construction de digues En plus des mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase de construction (section 4.2.2) d'une digue de retenue : • à débarrasser le sol naturel situé sous la digue de toute sa végétation et de son humus (section 4.4.3) • à choisir un matériau de construction approprié qui ne s'abîmera pas sous l'effet des conditions d’exploitation ou climatiques (section 4.4.4). Élévation de digues En plus des mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant les phases de construction et d'exploitation (sections 4.2.2 et 4.2.3) d'une digue de retenue : • à évaluer le risque d'une pression interstitielle trop élevée et à surveiller cette pression avant et pendant chaque élévation du niveau. L'évaluation doit être effectuée par un expert indépendant. • à utiliser une digue de type traditionnel (section 4.4.6.1) dans les circonstances suivantes :  les résidus ne se prêtent pas à la construction d’une digue  la retenue est nécessaire pour stocker de l'eau  l’IGR se trouve dans un lieu éloigné et inaccessible  l'eau des résidus doit être retenue pendant une longue période en vue de la dégradation d'un élément toxique (par exemple, du cyanure)  l'afflux naturel entrant dans la retenue est important ou varie sensiblement et il est nécessaire d’emmagasiner l'eau pour le maîtriser • à utiliser la méthode de construction ascendante (section 4.4.6.2) dans les circonstances suivantes :  le risque sismique est très faible  la digue est construite avec les résidus : au moins 40 à 60 % de matières d'une granulométrie comprise entre 0,075 et 4 mm dans l'ensemble des résidus (non valable pour les résidus épaissis) • à utiliser la méthode de construction descendante (section 4.4.6.3) lorsque :  la quantité de matériaux de construction de la digue (par exemple, des résidus ou des stériles) est suffisante • à utiliser la méthode de construction longitudinale (section 4.4.6.4) lorsque :  le risque sismique est faible. Exploitation des digues En plus des mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase d'exploitation (section 4.2.3) d'un bassin de retenue : • • • • • • • 108 à surveiller la stabilité comme précisé ci-après à prévoir une dérivation des déversements normalement destinés au bassin en cas de difficulté à prévoir d'autres installations de déversement, éventuellement dans un autre bassin à prévoir une deuxième installation de décantation (par exemple un déversoir d’urgence, section 4.4.9) et/ou des stations de pompage de secours si le niveau de l'eau gravitaire contenue dans le bassin atteint le franc-bord minimal préétabli (section 4.4.8) à mesurer les mouvements du sol au moyen de clinomètres profonds et à connaître les conditions de pression interstitielle à assurer un drainage adéquat (section 4.4.10) à conserver les documents relatifs à la conception et à la construction et à consigner toute mise à jour/modification de la conception/construction July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • Annexes à tenir à jour un manuel de sécurité de la digue tel qu’il est décrit à la section 4.2.3.1 en parallèle avec les audits indépendants visés à la section 4.2.3.2 à éduquer et à former convenablement le personnel. Élimination de l'eau gravitaire du bassin (section 4.4.7.1) Les MTD consistent à : • • • utiliser un déversoir dans le sol naturel pour les bassins situés dans une vallée ou en dehors d'une vallée utiliser une tour de décantation :  dans des climats froids à bilan hydrique positif  pour les bassins de type paddock utiliser un puits de décantation :  dans des climats chauds à bilan hydrique négatif  pour les bassins de type paddock  si un franc-bord est maintenu à un niveau élevé pendant les activités. Déshydratation des résidus (section 4.4.16) Le choix de la méthode (résidus boueux, épaissis ou secs) dépend principalement de l'évaluation de trois facteurs, à savoir : • • • le coût les performances environnementales le risque d'accident. Pour la gestion des résidus, les MTD consistent à appliquer : • • • une gestion des résidus secs (section 4.4.16.1) une gestion des résidus épaissis (section 4.4.16.2) ou une gestion des résidus boueux (section 4.4.16.3). De nombreux facteurs influencent le choix des techniques appropriées pour un site donné. En voici quelques-uns : • • • • • • minéralogie du minerai valeur du minerai distribution granulométrique disponibilité de l'eau de traitement conditions climatiques espace disponible pour la gestion des résidus. Exploitation de l'installation de gestion des résidus et des stériles Outre les mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase d'exploitation (section 4.2.3) de toute installation de gestion des résidus et des stériles : • • • à détourner le ruissellement naturel venant de l'extérieur (section 4.4.1) à entreposer les résidus et les stériles dans des excavations (section 4.4.1). Dans ce cas, le problème de la stabilité des flancs des terrils et des digues ne se pose pas à appliquer un coefficient de sécurité d'au moins 1,3 à tous les terrils et digues en exploitation (section 4.4.13.1) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 109 Annexes • à mener une réhabilitation/un reverdissement progressifs (section 4.3.6). Surveillance de la stabilité Les MTD consistent : • à surveiller, dans un bassin/une digue de retenue de résidus (section 4.4.14.2) :  le niveau de l'eau  la qualité et le volume des eaux de percolation qui traversent la digue (voir également section 4.4.12)  la position de la nappe phréatique  la pression interstitielle  le mouvement du sommet de la digue et des résidus  l'activité sismique, afin d'assurer la stabilité de la digue et des couches de soutien (voir également section 4.4.14.4)  la pression interstitielle dynamique et la liquéfaction  la mécanique du sol  les procédures de placement des résidus • à surveiller, dans un terril (section 4.4.14.2) :  la géométrie des gradins/pentes  le drainage sous le sommet  la pression interstitielle • à réaliser également :  dans le cas d'un bassin/d'une digue de retenue de résidus :  des inspections visuelles (section 4.4.14.3)  des révisions annuelles (section 4.4.14.3)  des audits indépendants (sections 4.2.3.2 et 4.4.14.3)  des évaluations de la sécurité des digues existantes (section 4.4.14.3)  dans le cas d'un terril :  des inspections visuelles (section 4.4.14.3)  des révisions géotechniques (section 4.4.14.3)  des audits géotechniques indépendants (section 4.4.14.3). Réduction des accidents Les MTD consistent : • à établir des plans d'urgence (section 4.6.1) • à évaluer et suivre les incidents (section 4.6.2) • à surveiller les pipelines (section 4.6.3). Réduction de l'empreinte écologique Les MTD consistent : • • 110 à éviter et/ou à réduire si possible la production de résidus ou de stériles (section 4.1) à utiliser les résidus comme remblais (section 4.5.1) dans les circonstances suivantes :  lorsque la méthode d'exploitation minière nécessite des remblais (section 4.5.1.1)  lorsque le coût supplémentaire du remblayage est au moins compensé par une récupération plus importante du minerai  dans une mine à ciel ouvert, si les résidus se déshydratent aisément (c'est-à-dire par évaporation et drainage, par filtration) et qu’il est donc possible de se passer d'une IGR ou d'en réduire la taille (sections 4.5.1.2, 4.5.1.3, 4.5.1.4, 4.4.1)  lorsque des mines à ciel ouvert épuisées et proches se prêtent au remblayage (section 4.5.1.5)  pour remblayer de vastes tailles dans les mines souterraines (section 4.5.1.6). Les tailles remblayées à l'aide de boues nécessiteront un drainage (section 4.5.1.9). July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes • • • L’adjonction de liants peut également s'avérer nécessaire pour renforcer la stabilité (section 4.5.1.8) à utiliser des résidus comme remblais sous forme pâteuse (section 4.5.1.10), si les conditions d’un remblayage sont remplies et si :  un remblayage suffisant est nécessaire  les résidus étant très fins, il y a peu de matière disponible pour un remblayage hydraulique. Dans ce cas, la grande quantité de fines rejetées dans le bassin se déshydraterait très lentement  il est souhaitable de ne pas faire pénétrer de l'eau dans la mine ou si le pompage de l'eau provenant des résidus est coûteux (c'est-à-dire sur de grandes distances) à utiliser des stériles comme remblais (section 4.5.2) dans les circonstances suivantes :  lorsqu'ils peuvent servir à combler une mine souterraine  lorsqu'une ou plusieurs mines à ciel ouvert épuisées se trouvent à proximité (ce que l'on appelle parfois le "transfert de mine")  lorsque le mode d’exploitation de la mine à ciel ouvert permet le remblayage sans entraver l'activité à rechercher les utilisations possibles des résidus et des stériles (section 4.5.3). Fermeture et entretien après fermeture Outre les mesures décrites aux sections 4.1 et 4.2, les MTD consistent, durant la phase de fermeture et d’entretien après fermeture (section 4.2.4) de toute installation de gestion des résidus et des stériles : • • à établir des plans de fermeture et d’entretien après fermeture dès la phase de planification d'une exploitation, avec une estimation de coûts, et à les mettre à jour régulièrement (section 4.2.4). Toutefois, les exigences en matière de réhabilitation évoluent au cours de la durée de vie d’une exploitation et peuvent être examinées pour la première fois de manière détaillée au stade de la fermeture d'une IGR à appliquer un coefficient de sécurité d'au moins 1,3 aux digues et aux terrils après la fermeture (sections 4.2.4 et 4.4.13.1), encore que les points de vue divergent concernant les couvertures humides (voir chapitre 7). Pour la phase de fermeture et d’entretien après fermeture des bassins de résidus, les MTD consistent à construire des digues qui soient stables à long terme au cas où la solution de la couverture humide serait choisie pour la fermeture (section 4.2.4.2). 5.3 Lixiviation de l'or au cyanure En plus des mesures générales citées à la section 5.2 et applicables à toutes les mines qui pratiquent la lixiviation de l'or au cyanure, les MTD consistent : • • • à diminuer l'utilisation de cyanure en appliquant :  des stratégies opérationnelles visant à réduire au minimum l'apport de cyanure (section 4.3.2.2)  un contrôle automatique du cyanure (section 4.3.2.2.1)  le cas échéant, un traitement préalable au peroxyde (section 4.3.2.2.2) à détruire le cyanure libre résiduaire avant le déversement dans le bassin (section 4.3.11.8). Le tableau 4.13 fournit des exemples des niveaux de cyanure atteints sur certains sites européens à appliquer les mesures de sécurité suivantes (section 4.4.15) : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 111 Annexes    5.4 dimensionner le circuit de destruction du cyanure au double de la capacité actuellement exigée installer un système de secours pour l'adjonction de chaux installer des groupes électrogènes de secours. Aluminium Outre les mesures générales de la section 5.2 applicables à toutes les raffineries d'alumine, les MTD consistent : • • durant l’exploitation :  à éviter le déversement d'effluents dans les eaux de surface en réutilisant l'eau de traitement dans la raffinerie (section 4.3.11.1) ou, dans les régions sèches, en recourant à l'évaporation durant la phase d’entretien après fermeture (section 4.3.13.1) :  à traiter les eaux de ruissellement de surface provenant des IGR avant leur rejet jusqu'à atteindre des concentrations chimiques acceptables pour leur déversement dans les eaux de surface  à entretenir les chemins d'accès, les systèmes de drainage et la couverture végétale (avec un reverdissement si nécessaire)  à poursuivre les prélèvements pour l’analyse de la qualité de la nappe phréatique. 5.5 Potasse En plus des mesures générales de la section 5.2 applicables à tous les sites d'exploitation de la potasse, les MTD consistent : • • • • si le sol naturel n'est pas imperméable, à imperméabiliser le sol sur lequel se trouve l'IGR (section 4.3.10.3) à réduire les émissions de poussière dues au transport par convoyeur à bande (section 4.3.4.3.1) à étanchéifier/chemiser le pied des terrils à l'extérieur de la zone centrale imperméable et à recueillir les eaux de ruissellement (section 4.3.11.4.1) à combler les vastes chantiers à l'aide de résidus secs et/ou boueux (section 4.5.1.6). 5.6 Charbon Outre les mesures générales de la section 5.2 applicables à toutes les mines de charbon, les MTD consistent à : • • éviter la percolation (section 4.3.10.4) déshydrater les résidus fins < 0,5 mm issus de la flottation (section 4.4.16.3). 5.7 Management environnemental Plusieurs techniques de management environnemental sont considérées comme MTD. La portée (par exemple, le niveau de détail) et la nature du système de management 112 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes environnemental (par exemple, normalisé ou non) seront généralement en rapport avec la nature, la taille et la complexité de l'installation, ainsi qu'avec les différentes incidences qu'elle peut avoir sur l'environnement. Les MDT consistent à mettre en œuvre et respecter un système de management environnemental (SME) qui comporte, selon les circonstances particulières, les caractéristiques suivantes : (voir chapitre 4). • • • • • définition d'une politique environnementale pour l'installation par la direction (dont l'implication est considérée comme une condition préalable au succès de l’application d'autres aspects du SME) planification et établissement des procédures nécessaires mise en œuvre des procédures en veillant particulièrement  à la structure et aux responsabilités  à la formation, à la sensibilisation et aux compétences  à la communication  à la participation des travailleurs  à la documentation  au contrôle efficace du processus  au programme d'entretien  à la préparation et à l'intervention en cas d'urgence  au respect de la législation environnementale vérification des performances et adoption de mesures correctives en veillant en particulier  à la surveillance et aux mesures (voir également le document de référence sur la surveillance des émissions)  aux mesures correctives et préventives  à la conservation des dossiers  à la réalisation d'audits internes indépendants (le cas échéant) permettant de déterminer si les SME est conforme ou non aux dispositions prévues et s'il a été mis en œuvre et maintenu de manière adéquate révision par la direction. Trois autres caractéristiques, qui peuvent progressivement compléter celles présentées cidessus, sont considérées comme des mesures de soutien. Cependant, leur absence n’est généralement pas incompatible avec les MTD. Ces étapes sont les suivantes : • • • examen et validation du système de gestion et de la procédure d'audit par un organisme de certification agréé ou par un contrôleur externe spécialisé en SME préparation et publication (et éventuellement validation externe) d'une déclaration environnementale régulière qui décrit tous les aspects environnementaux significatifs de l'installation et qui permet de les comparer d'année en année avec les objectifs environnementaux et, le cas échéant, avec les critères d’évaluation du secteur mise en œuvre et respect d’un système librement consenti et accepté à l’échelle internationale, comme l’EMAS et l’EN ISO 14001 : 1996. Cette démarche volontariste pourrait accroître la crédibilité du SME. L'EMAS, en particulier, qui englobe toutes les caractéristiques susmentionnées, y concourt. Toutefois, des systèmes non normalisés peuvent, en principe, être aussi efficaces, à condition qu'ils soient conçus et mis en œuvre de manière appropriée. Spécialement en matière de maîtrise des résidus et des stériles, l’application d’un système intégré de gestion des aspects risque/sécurité et environnement constitue une MTD. Par conséquent, le management environnemental doit être élaboré et mis en œuvre conjointement ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 113 Annexes avec l'évaluation/la gestion du risque décrite à la section 4.2.1 et avec la gestion des activités, de la surveillance et de l'entretien décrite à la section 4.2.3.1. 114 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes 6 TECHNIQUES ÉMERGENTES POUR LA GESTION DES RÉSIDUS ET DES STÉRILES DANS LES ACTIVITÉS MINIÈRES 6.1 Evacuation mixte des stériles et résidus de minerai de fer L'exploitant des exploitations suédoises de minerai de fer de Kiruna et de Malmberget travaille depuis plusieurs années à l'élaboration de nouvelles méthodes de transport et de dépôt de ses déchets dits "stériles" (résidus grossiers secs < 100 mm) et des résidus issus de ses installations de concentration (résidus fins < 3 mm). Ces travaux de recherche ont principalement pour objectif d'abaisser les coûts élevés d'investissement et d'exploitation que représentent le transport par camion (actuellement utilisé pour les stériles) et la construction de digues (actuellement utilisées pour les résidus fins). Un essai de grande envergure a été réalisé, qui consistait à pomper un mélange de résidus secs et de résidus humides à l'aide de pompes à boues industrielles. Les différents essais et évaluations menés à l'échelle locale ont montré que cette opération ne pouvait faire concurrence aux techniques de transport classiques, principalement à cause de l'usure des pompes et des pipelines. L'évacuation mixte obtenue, en revanche, a montré que le flux boueux engendrait une formation arrondie de type moraine, similaire à celles créées par la fonte des glaces lors du retrait de la calotte glaciaire. La densité des matériaux déposés s'est avérée plus élevée que celle des matériaux placés de manière classique, c'est-à-dire que le volume disponible était exploité de manière plus efficace. En outre, il a été conclu que si des mesures étaient prises pour contrôler le niveau de la nappe phréatique dans le dépôt, cette méthode d'évacuation permettrait de créer des dépôts stables et élevés. Les propriétés prometteuses de l'évacuation mixte des stériles et des résidus ont favorisé des travaux de recherche visant à obtenir les avantages d'une évacuation mixte tout en conservant des techniques de transport traditionnelles. Un exploitant a créé le concept de l'évacuation par cellules drainées, et a réalisé des essais en laboratoire, à l'échelle pilote et à l'échelle réelle pour élaborer des critères de conception applicables, pour évaluer les aspects opérationnels, hydrauliques et géotechniques et pour étudier l'influence du froid sur la stabilité du dépôt. L'évacuation par cellules drainées est en cours d'évaluation au travers d'études préalables menées dans les installations minières de Malmberget et de Kiruna. En Italie, une technique consistant à construire des terrils par couches de différentes perméabilités a été utilisée avec succès pour évacuer les morts-terrains des mines de charbon de S. Barbara (à Arezzo, en Toscane). Les couches à forte perméabilité sont capables de drainer l'eau, de sorte que le délai nécessaire à la dissipation de la pression interstitielle dans les couches à faible perméabilité est considérablement réduit. Cette technique a permis d'améliorer la stabilité à court terme des terrils, en procurant un niveau de sécurité suffisant pour une vitesse de construction acceptable. 6.2 Blocage de la progression du DA Des études montrent que les revêtements artificiels forment une couverture imperméable et protectrice sur les surfaces sulfurées, qui bloque la progression du drainage acide (DA). Ce programme de recherche a pour but d'étudier la faisabilité d'un procédé qui consiste à former des revêtements de protection contre l'oxydation sur des sulfures à l'aide de réactifs ou de procédés d'électrolyse. Cette couche de protection doit être régulière, pour pouvoir restreindre ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 115 Annexes au maximum l'accès d'un des ingrédients qui engendrent le DA. L'axe principal de ces travaux de recherche sera l'obtention de couches de revêtement capables de résister au vieillissement. Des études d'électrolyse seront également réalisées, dans le but d'oxyder la surface des sulfures exposés dans des stériles ou des digues de retenue et de créer ainsi une couche de passivation. (extrait de http://www.mining.ubc.ca - Study of formation of passivation coatings on sulphide-rich waste-rock: a way to hinder ARD propagation). 6.3 Recyclage du cyanure à l'aide de la technologie des membranes Il est prévu que le recyclage du cyanure à l'aide de la technologie des membranes, actuellement à l'étude, soit appliqué au procédé d'extraction métallurgique de l'or, où l'efficacité du cyanure est entravée par la présence de cuivre (et de métaux similaires tels que le zinc ou l'argent). La présence de ces métaux provoque une augmentation de la consommation de cyanure, une baisse du rendement de récupération de l'or et accroît encore le problème du management environnemental des résidus. Cette technique est un hybride entre la technologie des membranes et celle de l'électrorécupération, qui permet simultanément de récupérer le cuivre métallique et de dégager du cyanure libre à partir des complexes de cuprocyanure. Ce cyanure libre peut ensuite être récupéré et renvoyé en entrée du procédé de broyage, ce qui permet des économies avantageuses. Le procédé peut être mis en œuvre dans le circuit des résidus avant leur déversement dans le bassin de résidus, ou dans le circuit des eaux de retour récupérées de la digue de retenue. Les techniques qui composent le procédé ont largement fait leurs preuves dans l'industrie. Les premières estimations de coût montrent que le procédé peut être extrêmement intéressant par rapport à d'autres méthodes telles que les procédés d'échange sur résine, de précipitation et d'acidification. Le schéma de traitement élémentaire de ce procédé se compose de trois parties : 1. une étape d'élimination des matières solides destinée à fournir une liqueur pure pour traitement ultérieur 2. une étape sur membrane qui concentre les complexes de cuprocyanure. Cette étape permet également de récupérer une partie du cyanure libre 3. une unité de récupération de métal qui dépose le cuivre par voie électrolytique, libérant ainsi une partie du cyanure WAD sous forme de cyanure libre. Il est prévu d'appliquer cette technique à tout flux de procédé contenant du cyanure libre et/ou du cyanure en complexe avec du cuivre ou similaire (cyanure à acide faible dissociable Weak Acid Dissociable - ou cyanure WAD). Il peut s'agir du flux de résidus en amont de la digue de retenue ou des eaux récupérées depuis celle-ci. Cette technique de récupération du cyanure à partir des résidus d'or peut être aisément adaptée à des usines d'exploitation d'or existantes. Le procédé est alimenté soit par la liqueur de résidus, soit par les retours de résidus. Ce procédé procure plusieurs avantages en termes de traitement. Il permet une consommation de réactifs faibles par rapport à celle des procédés de destruction du cyanure. Le cyanure qui autrement aurait été perdu pour le circuit peut être récupéré des résidus et réutilisé, ce qui réduit le stock de cyanure dans l'installation, ainsi que les coûts engendrés par l'achat du cyanure et sa destruction. Le cuivre métallique est récupéré sous forme de sous-produit. 116 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Il n'existe aucune limite sur les concentrations de cyanure WAD pouvant être traitées, bien que l'efficacité du procédé dépende de la composition chimique du flux de résidus. Il existe, par ailleurs, des avantages évidents pour l'environnement. La quantité de cyanure et de cuivre dans le flux de résidus est considérablement réduite avant la destruction du cyanure ou l'évacuation des déchets vers des installations de stockage de résidus. Les risques environnementaux pour la faune et les cours d'eau sont donc réduits. La récupération de cyanure permet de réduire la quantité de cyanure d'appoint acheté, stocké et manipulé sur place. 6.4 Cellules étanches Dans le Projet de Las Cruces, la méthode de dépôt proposée pour les résidus est le dépôt à sec dans des cellules imperméables. Il est proposé que les cellules soient aménagées sous forme de blocs de 100 m de côté et de 25 m de hauteur. Les résidus déposés seraient recouverts d'argile en continu. L'encapsulation définitive se ferait par une couverture à couches multiples, constituée de l'argile (marne) extraite lors de la mise au jour du gisement. Les cellules seraient conçues avec un fond imperméable, composé de diverses couches d'argile reposant éventuellement sur un revêtement synthétique et des couches drainantes. Un système de captage des eaux de drainage serait installé et celles-ci seraient traitées en vue d'être réutilisées dans le traitement ou évacuées. [67, IGME, 2002] 6.5 Utilisation de boues rouges traitées pour résoudre les problèmes de DA et de pollution métallique Une technologie a été mise au point, dans laquelle les résidus de traitement (autrement dit, les "boues rouges") issus des raffineries d'alumine sont soumis à un traitement exclusif pour former un matériau doté d'une alcalinité résiduelle et capable de piéger les ions métalliques. Cette capacité est liée à la quantité de complexes minéraux présents dans le matériau (tels que l'hématite, la boehmite, la gibbsite, la sodalite, le quartz, la cancrinite et beaucoup d'autres). Ce matériau peut servir au traitement des contaminations acides et métalliques des sols et des eaux. Il a été utilisé à l'échelle commerciale pour le traitement de 1,5 Mm3 d'eaux résiduelles dans la mine australienne de Mt. Carrington. Ces eaux étaient fortement chargées en métaux (Al, As, Cd, Cu, Fe, Pb, Mn, Ni, Zn) et après traitement, il s'est avéré que le pourcentage de métaux éliminés de ces eaux allait d'un minimum de 90 jusqu'à 99,9 %. Il s'avère également que les métaux fixés ne peuvent être ni assimilés par la végétation ni libérés par lixiviation. Les applications éventuelles recensées jusqu'à présent sont les suivantes : • • • • • neutralisation et décontamination de l'eau de DA neutralisation des résidus et des stériles présentant un potentiel de DA contrôle des déversements acides ou métalliques au moyen de barrières filtrantes élimination des phosphates de l'eau élimination de l'arsenic et d'autres métaux de la nappe phréatique. Ce matériau peut s'utiliser sous forme de poudre sèche ou sous forme de boues. Les particules fines peuvent ensuite se décanter aisément au fond d'une zone calme, par exemple dans un bassin, puis être recueillies et évacuées à intervalle régulier. Les sédiments ont une densité ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 117 Annexes élevée et peuvent séjourner dans le fond du bassin pendant des périodes prolongées sans engendrer de problèmes. Les métaux piégés sont bloqués sous une forme stable comme le démontrent les essais de lixiviation. Le matériau épuisé peut ensuite être évacué dans une décharge ou bien laissé sur place en tant que couche de fond de bassin, créant ainsi une protection supplémentaire de la nappe phréatique contre les pollutions métalliques. Le matériau peut également s'utiliser sous forme de pastilles poreuses et dans un système de filtre de sable. 6.6 Technique de destruction du cyanure sous l'effet d'une combinaison de SO2/air et de peroxyde d'hydrogène Une technique en cours de mise au point utilise les synergies entre le procédé SO2/air (applicable aux boues) et la technique au peroxyde d'hydrogène (non applicable aux boues) pour détruire le cyanure. L'avantage de cette nouvelle technique est sa souplesse, qui lui permet de s'adapter aux variations dans la composition chimique de l'alimentation. En fonction des spécificités de chaque site, le procédé permet de réaliser des économies sur les coûts d'investissement et d'exploitation par rapport aux installations classiques de type SO2/air. 118 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes 7 OBSERVATIONS FINALES Calendrier des travaux La première réunion plénière du groupe de travail technique s'est tenue en juin 2001. Un avant-projet a été adressé au Groupe de travail technique (GTT) pour consultation en septembre 2002. Les commentaires ont été évalués et intégrés au document et un second projet, comportant des propositions de conclusions pour les MTD, a été envoyé en mai 2003. La réunion plénière finale du GTT s'est tenue en novembre 2003. A l'issue de cette réunion, les chapitres "observations finales" et "résumé" ont été l'objet d'une brève consultation avant que le document paraisse dans sa version définitive. Sources d'informations De nombreux documents ont été fournis par les industriels et les autorités comme base pour l'inclusion d'informations dans le présent document. Les bulletins de la Commission internationale des grands barrages (CIGB) sur la gestion des résidus, le guide canadien de la gestion des parcs à résidus miniers et le "Dam safety code of practice" finlandais peuvent être considérés comme les bases de ce document sur les MTD. Des renseignements précieux relatifs à certaines exploitations et aux techniques appliquées ont été communiqués par les industries des métaux, des minéraux industriels et du charbon. Ils ont été complétés par des informations provenant d'Irlande, de Suède, d'Espagne, du Portugal, de Finlande, de Grèce, d'Italie, d'Autriche et d'Allemagne. Des visites d'installations ont été organisées en Irlande, en Allemagne, en Autriche, en Espagne, en Suède, en Turquie et en Pologne. Les réunions de consultation sur chaque projet de document ont permis d'obtenir des retours d'information spécifiques des exploitants, des observations quant à l'applicabilité et la mise en œuvre de certaines techniques et des compléments d'informations d'exploitation et de coûts. Pendant toute la durée du projet, une attention particulière a été portée à l'implication des pays en voie d'adhésion qui possèdent une importante activité minière. Cela a donné lieu à une participation active de la Pologne, de la République Tchèque et de la Hongrie. Afin de favoriser les échanges d'informations, des ateliers ont été organisés en Suède, en Irlande, en Pologne et en Bulgarie. En outre, des réunions de sous-groupes se sont tenues en Autriche et à plusieurs reprises, à Bruxelles. Tous ces événements ont permis d'obtenir des données d'exploitation complémentaires ainsi que de précieux renseignements techniques. Lacunes et faiblesses Lors de la réunion de lancement, il avait été décidé d'inclure des informations sur la gestion des résidus et des stériles issus de l'exploitation du schiste bitumineux en Estonie. Malheureusement, aucune information pertinente n'a été fournie à ce sujet. Au départ, la plupart des contributions concernaient principalement le traitement du minerai et la gestion globale des résidus et des stériles. Des demandes d'informations complémentaires détaillées ont globalement permis d'atteindre le niveau de détail souhaité s'agissant des techniques appliquées, mais les délais de prise en compte de ces demandes ont provoqué un retard dans la compilation et la diffusion de l'avant-projet. La quantité et la qualité des données présentées dans le présent document sont un peu déséquilibrées dans la mesure où peu d'informations ont été fournies sur les niveaux réels de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 119 Annexes consommation et d'émission des installations de gestion des résidus et des stériles de minéraux industriels. Les données relatives aux émissions concernant les mines métalliques se basent sur des installations individuelles. Aucune corrélation n’a pu être établie entre les techniques appliquées et les données disponibles sur les émissions. En conséquence, il a été impossible de tirer des conclusions sur les MTD avec les niveaux d'émission associés. Le GTT n'a fourni que très peu d'informations sur la réduction des accidents. Degré de consensus atteint Les conclusions du présent travail ont été approuvées lors de la dernière réunion plénière de novembre 2003 en réunissant un large consensus. Les principales questions posées lors de la réunion finale concernaient : • • les quantités de résidus et de stériles engendrés les niveaux d'émission associés aux MTD pour le traitement des effluents et pour la destruction du cyanure les méthodes de couverture des basins de résidus lors de leur fermeture les coefficients de sécurité des terrils et des digues la surveillance des digues et des terrils les méthodes de déshydratation des résidus boueux les méthodes de construction et d'élévation des digues de retenue. • • • • • Le GTT n'a pas été en mesure de fournir des informations sur les quantités de résidus et de stériles engendrées par les activités minières. Par conséquent, seules les données globales issues du rapport annuel d'Eurostat ont été incluses dans le chapitre 1. Pour le traitement des effluents et la destruction du cyanure, comme mentionné ci-dessus à propos des installations de lixiviation de l'or, le GTT n'a pas pu s'entendre sur les niveaux d'émission associés aux MTD pour la concentration en cyanure des eaux évacuées dans le bassin de résidus. Le GTT a trouvé adéquates les clauses de la proposition de Directive sur la gestion des déchets des industries extractives 22 à ce sujet. Conformément à l'article 13, paragraphe 4, la Directive exige actuellement qu'une valeur de 10 ppm de cyanure à acide faible dissociable (WADCN) soit obtenue dans un délai de 10 ans à compter de la transposition de la Directive. Lors de la réunion plénière finale, il a été décidé que la technique de couverture "sèche" et la technique de couverture "humide" étaient toutes deux des méthodes permettant de prévenir l'apparition d'un DA lors de la fermeture d'un bassin de résidus. Des données et des textes complémentaires ont été fournis par la Suède pour étayer cet argument. Par conséquent, les deux techniques sont considérées comme MTD pour la prévention du DA. Le GTT s'est entendu sur un coefficient général de sécurité de 1,3 comme MTD pour les digues et les terrils pendant l'exploitation et à la fermeture. Toutefois, il y avait divergence de points de vue s'agissant du coefficient de sécurité des digues stables à long terme et dotées d'une couverture aquatique ou "couverture humide". Un État membre et certains membres de groupes de travail industriels proposaient une valeur d'au moins 1,3. Ils étayaient leur 22 ) 120 COM(2003) 319 final , 2.6.2003. La proposition de e Directive comporte des renvois aux MTD dans ses articles 4(2), 19(2) et 19(3) July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes proposition en arguant du fait qu'il était impossible de faire passer le coefficient de sécurité de 1,3 pendant l'exploitation du bassin de résidus à 1,5 lors de sa fermeture et que de surcroît, un coefficient de 1,3 était considéré comme "suffisamment sûr" et conforme à la législation en vigueur. En revanche, les autres États membres et certains membres de groupes de travail industriels proposaient une valeur de 1,5 en arguant du fait que l'application d'un coefficient de 1,5 permettrait de diminuer la surveillance pendant la phase d'entretien après fermeture. Du reste, la Commission internationale des grands barrages (CIGB) recommande cette valeur de 1,5. Par conséquent, il n'y a pas eu de décision unanime relative aux MTD sur le coefficient de sécurité des digues stables à long terme et équipées d'une couverture humide. Le GTT a décidé que l'assèchement des résidus, l'épaississement des résidus, ainsi que le dépôt de résidus boueux constituaient tous des MTD, en fonction de nombreux facteurs (granulométrie, climat, etc.). En ce qui concerne les méthodes de construction et d'élévation de digues de retenue, le GTT a approuvé l'applicabilité de la méthode ascendante sur la base des informations fournies dans le présent document et d'autres informations fournies lors de la réunion finale. Les digues classiques ainsi que les méthodes ascendante, descendante et longitudinale sont toutes considérées comme MTD dans certaines conditions. Recommandations pour les travaux ultérieurs Le résultat de l’échange d'informations, à savoir le présent document, constitue un progrès considérable dans la réduction de la pollution quotidienne et dans la prévention des accidents liés aux installations de gestion des résidus et des stériles. Néanmoins, pour certains sujets, les informations sont incomplètes et n'ont pas permis de dégager des conclusions sur les MTD. Les principaux sujets ont été présentés aux sections 7.2 et 7.3. Les travaux à venir pourraient utilement se concentrer sur la collecte d'informations concernant les sujets suivants : • • • extension de la portée des travaux : lors de la réunion de lancement, le GTT avait décidé de limiter cette portée de telle sorte que le présent document puisse être élaboré dans les délais impartis. Toute révision ultérieure devrait viser à étendre cette portée dans deux directions : (1) agrandir la liste des minéraux abordés et (2) adapter le document à la portée finale de la Directive sur la gestion des déchets des industries extractives après adoption de celle-ci production de résidus et de stériles : dans le présent document, les renseignements sur les quantités de résidus et de stériles produits en Europe font défaut. En théorie, ces renseignements devraient figurer pour tous les minéraux abordés dans le présent document. Ils doivent être recueillis par l'industrie et par les États membres à partir de projets en cours niveaux d'émission associés aux MTD pour le traitement des effluents et la destruction du cyanure : les renseignements sur les niveaux d'émission pour le traitement des effluents et la destruction du cyanure font défaut. Il conviendrait de recueillir ces données à partir d'exploitations existantes puis de les analyser et les comparer aux renseignements déjà inclus au chapitre 3, de manière à parvenir à un accord sur les niveaux d'émission associés aux MTD. Pour la destruction du cyanure, les exemples d'installation en Europe sont rares. Par conséquent, il convient de recueillir ces renseignements auprès d'exploitations situées en dehors de l'Europe, et notamment en Australie, au Canada et aux Etats-Unis, ces pays possédant une plus grande expérience dans ce domaine. Il serait souhaitable d'établir des échanges d'information avec les industriels et les autorités de ces pays, afin de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 121 Annexes rassembler les informations nécessaires pour établir les niveaux d'émission associés aux MTD • gestion des résidus en milieu sous-marin : cette technique a été abordée suite à un commentaire fait sur le second projet de document. Au cours de la réunion plénière finale, le GTT a conclu qu'il devait en savoir davantage sur cette technique pour pouvoir la qualifier de MTD. Ce qui manque actuellement, c'est une description plus précise de cette technique ainsi que des informations sur son applicabilité, ses effets multimilieux et ses aspects économiques. Les industriels et les États membres doivent recueillir ces informations à partir de projets en cours avant que l'on puisse décider unilatéralement de qualifier cette technique de MTD. Plusieurs points ont été abordés lors de la réunion finale, par exemple :  cette technique peut constituer une alternative à la décharge terrestre, si les matériaux sont bénins et qu'aucun terrain n'est disponible  la gestion des résidus épaissis se développe dans cette zone, empêchant les résidus de se déplacer une fois déposés sous l'eau  l'évacuation en mer et dans des lacs a été appliquée à de nombreuses reprises, et il doit donc exister des données permettant d'évaluer cette technique  il est possible que cette technique ne puisse s'appliquer que dans des régions de fjords, dans d'autres cas il peut être difficile de prévoir tout mouvement ultérieur des résidus  suite à la marée noire du “Prestige” il a été noté qu'en cas d'erreur, les dommages étaient irréversibles • données économiques : il existe une absence de données économiques pour un grand nombre des techniques présentées au chapitre 4. Les industriels et les États membres doivent recueillir ces informations à partir de projets en cours • caractérisation des résidus et des stériles :  l'annexe 4 recense un certain nombre de normes qui peuvent servir à caractériser les résidus et les stériles. Toutefois, en ce qui concerne les mesures des propriétés géotechniques, il s'agit principalement de normes BS et ASTM. Il faudrait inclure davantage de normes internationales et nationales pour faciliter l'utilisation des méthodes dans les différents États membres  l'annexe 4 recense et décrit de nombreuses méthodes de caractérisation des résidus et des stériles. Il est nécessaire d'élaborer une méthodologie standard qui puisse être généralement appliquée et acceptée au sein de l'Europe, afin de permettre l'obtention d'un niveau pertinent de caractérisation de tous les résidus et stériles. Il faut également établir une corrélation entre les résultats de cette caractérisation et le comportement environnemental à long terme des résidus et des stériles dans des conditions réelles • résidus épaissis : le présent document décrit des techniques de déshydratation des résidus boueux et de gestion des résidus boueux dans des bassins. Il existe relativement peu d'information dans le document concernant la technique des résidus épaissis, cette dernière n'ayant fait son entrée que récemment dans le secteur minier. Il est probable que son usage va se développer à l'avenir. Là encore, si elles existent, les données concernant les performances doivent être incluses dans le présent document. Ainsi, l'applicabilité de cette technique pourra être décrite de manière plus précise • phytoremédiation des rejets de cyanure : dans le cas de l'industrie aurifère, les risques pour l'environnement proviennent désormais de l'utilisation de solutions cyanurées, fortement toxiques pour les animaux et les végétaux. Une des solutions permettant de réduire les incidences sur l'environnement des rejets miniers peut éventuellement consister à traiter les eaux usées par l'aménagement de zones humides, c'est la technique de phytoremédiation par zones humides. La phytoremédiation consiste à utiliser des plantes vertes pour stabiliser ou éliminer les polluants contenus dans les sols, les sédiments ou l'eau. Des études préalables sur la phytoremédiation des métaux lourds et des polluants organiques ont prouvé que les plantes étaient généralement aptes à assimiler les 122 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes substances provenant des sols et de l'eau. Un projet de recherche en cours a pour objectif de trouver des plantes à haute biomasse qui conjuguent une assimilation suffisamment élevée du cyanure et une faible susceptibilité au cyanure ainsi qu'aux métaux toxiques. Après des analyses en laboratoire, l'objectif est d'établir des expériences de terrain, sur des zones humides modèles afin de mettre au point une technique de bioremédiation à usage industriel. Les résultats de ce projet de recherche 23 devraient figurer dans une révision ultérieure du présent document. L'UE lance et soutient, à travers ses programmes de RDT, une série de projets portant sur les technologies propres, les technologies émergentes en matière de traitement et de recyclage des effluents et les stratégies de gestion. Ces projets peuvent contribuer utilement aux révisions ultérieures du présent document. Les lecteurs sont donc invités à informer le BEPRIP de tout résultat de recherche concernant l'un des sujets couverts par ce document (voir également la préface). Sujets proposés pour des projets de recherche et de développement futurs L'échange d'informations a également mis en évidence des domaines dans lesquels des projets de recherche et de développement permettraient d’acquérir des connaissances supplémentaires utiles. Il s'agit des sujets suivants : • • 23 gestion du cycle de vie : le GTT a admis que l'application d'une gestion du cycle de vie complet était essentielle pour qu'un site atteigne un haut degré de performance en matière de sécurité et d'environnement. Cependant, des données économiques montrant qu'il est économiquement efficace de gérer une activité minière selon ce modèle font actuellement défaut. Des travaux dans ce domaine sont nécessaires pour examiner les études de cas existantes, afin de déterminer l’économie que représente l'application de la gestion intégrée du cycle de vie par rapport à une méthode classique (soit un profit maximal durant l'exploitation) toxicité des produits de décomposition du cyanure : la toxicité du cyanure lui-même est un sujet qui a été largement étudié. Toutefois, il semble que certains produits de décomposition aient également de l’importance du point de vue toxicologique. Étant donné les incidences des déversements des sites qui utilisent du cyanure pour la lixiviation de l'or, des recherches sur la toxicité des produits de décomposition du cyanure sont indispensables. ) Prof. Dr. Andreas Schaeffer, Université de technologie d'Aachen (RWTH Aachen), Allemagne, Biologie V - Chimie environnementale ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 123 Annexes REFERENCES 6 ICOLD (1996). 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Substance qui libère plus ou moins facilement des ions hydrogène dans une solution aqueuse. production d'acidité, indépendamment de ses effets sur les eaux interstitielles voisines ou du caractère acidifiant ou neutralisant net du matériau mesure de la capacité d'une solution à neutraliser une base forte action qui consiste à mélanger un liquide avec de l'air (oxygène). qualifie un processus biologique qui se déroule en présence d'oxygène accepteur de protons. Substance qui absorbe plus ou moins facilement des ions hydrogène dans une solution aqueuse. mesure de la capacité d'une solution à neutraliser un acide fort processus par lesquels des particules, des roches et des minéraux sont altérés par exposition à une température et une pression de surface et à des agents atmosphériques tels que l'air, l'eau et l'activité biologique qualifie un processus biologique qui se déroule en l'absence d'oxygène angle formé entre la perpendiculaire à une surface et la force résultante s'exerçant sur un corps en appui sur cette surface, à partir duquel le corps se met à glisser inclinaison maximale à laquelle un terril constitué de matières solides meubles ou fragmentées peut rester sans glisser ou à laquelle les matières vont se stabiliser lorsqu'elles sont déversées ou déchargées sur un tas ou une pente couche rocheuse (y compris gravier et sable) qui fournit de l'eau en quantité utilisable à un puits ou à une source procédé qui consiste à évacuer l'eau d'une mine souterraine ou d'une mine à ciel ouvert, ou de la roche ou zone non lithifiée environnante. activité visant à éviter, à contrôler ou à réduire le niveau de gravité des effets nocifs d'une activité aux plans physique, chimique, biologique et/ou socio-économique matériel dans lequel les matériaux sont séparés en flux continu selon leurs masses volumiques. pesticide utilisé pour lutter contre les bactéries ou les détruire zone perméable contenant ou formant une zone de traitement réactive orientée pour intercepter et neutraliser un panache polluant. Elle élimine les contaminants du réseau hydrographique souterrain de manière passive grâce à des procédés physiques, chimiques ou biologiques [123, PRB action ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 131 Annexes TERME FRANÇAIS bassin de résidus, bassin de décantation BEPRIP (IPPC) bilan acido-basique (ABA) bilan hydrique biodégradable biodisponibilité biodiversité biolixiviation bioremédiation biote boues BREF broyage broyage autogène broyage semiautogène 132 SIGNIFICATION team, 2003] installation artificielle destinée à la gestion des résidus résultant du traitement du minerai et à l'épuration et au recyclage des eaux de traitement, et généralement circonscrite par une digue. Contient principalement des résidus ainsi que des quantités variables d'eau gravitaire Bureau européen de la prévention et de la réduction intégrées de la pollution Le bilan acido-basique est un procédé d'analyse qui permet de déterminer le potentiel de neutralisation de l'acidité et le potentiel acidifiant des échantillons de roche procédé par lequel la totalité des eaux entrant dans le bassin, des eaux sortant du bassin et des pertes en eau sont définies et décrites de manière à permettre la détermination des gains ou des pertes en eau nets du bassin apte à être décomposé physiquement et/ou chimiquement par des microorganismes. De nombreuses substances chimiques, des déchets alimentaires, le coton, la ouate et le papier, par exemple, sont biodégradables. propriété d'une substance rendant celle-ci accessible et potentiellement apte à influer sur la santé d'un organisme. Dépend des conditions propres à une installation nombre et variété des différents organismes dans les complexes écologiques dans lesquels on les trouve à l'état naturel. Les organismes sont organisés selon de nombreux niveaux, qui vont de l'écosystème complet aux structures biochimiques qui constituent la base moléculaire de l'hérédité. Ainsi, ce terme englobe différents écosystèmes, espèces et gènes dont la présence est indispensable à tout environnement sain. La chaîne alimentaire doit être caractérisée par un grand nombre d'espèces qui représentent de multiples relations de prédateur à proie. Procédé qui consiste à dissoudre des minéraux à l'aide de bactéries utilisation d'organismes vivants (par exemple des bactéries) pour nettoyer des marées noires ou pour éliminer d'autres polluants des sols, de l'eau et des eaux usées. ensemble des organismes vivants d'une zone donnée. suspension de matières liquides et de matières solides document de référence sur les MTD procédé de fragmentation donnant un produit fin (<1 mm) et dans lequel la fragmentation s'opère par abrasion et par impact et parfois à l'aide du mouvement libre de supports non liés tels que barres, boulets et galets broyage secondaire d'un minerai par passage dans un cylindre rotatif, l'opération se déroulant en l'absence de barres et de boulets. broyage secondaire d'un minerai, par culbutage dans un cylindre en rotation avec une quantité limitée de boulets ou de barres participant à l'opération. July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes TERME FRANÇAIS C canalisation à résidus capacité d'assimilation carrière classificateur pneumatique CN libre CN total CN WAD coefficient de recouvrement compactage composition chimique des eaux de drainage concassage concassage primaire concasseur à cône SIGNIFICATION Pipeline utilisé pour transporter les résidus de l'usine de traitement du minerai jusqu'au bassin de résidus Capacité d'un cours ou plan d'eau naturel à recevoir des eaux usées ou des matières toxiques sans effets nocifs et sans dommages pour la vie aquatique. ensemble d'une zone se trouvant sous le contrôle d'un exploitant exerçant une activité liée à la prospection, l'extraction, le traitement et l'entreposage de minéraux, y compris les infrastructures connexes courantes et les activités de gestion de déchets, et qui n'est pas une mine. Une carrière se distingue d'une mine par le fait qu'elle est généralement ouverte dans sa partie supérieure et à l'avant, et qu'elle est utilisée pour l'extraction de pierres de construction telles que l'ardoise, le calcaire, le gravier et le sable matériel destiné à séparer les fines particules de poussière (<0,05 mm) des matières sèches d'entrée (<10 mm) ou matériel destiné à extraire les fractions fine et grossière d'un flux d'air cyanure qui n'est pas combiné dans des ions complexes, le HCN moléculaire et l'ion cyanure [24, British Columbia CN guide, 1992] totalité du cyanure se trouvant dans les différents composés en solution aqueuse [24, British Columbia CN guide, 1992] le cyanure à acide faible dissociable (Weak Acid Dissociable) représente les cyanures qui se dissocient sous reflux avec un acide faible, généralement à un pH de 4,5 [24, British Columbia CN guide, 1992] quantité unitaire de stériles ou de morts-terrains qu'il faut enlever pour accéder à une quantité unitaire de minerai, généralement exprimée en mètres cubes de stériles/morts-terrains par tonne brute de minerai procédé entraînant une diminution de volume. Ce changement résulte généralement de charges appliquées de l'extérieur qui amènent les particules solides à se tasser de manière plus serrée. Dans les sols fins en particulier, cela nécessite l'évacuation de l'eau interstitielle. Un degré de compactage plus élevé entraîne souvent une meilleure consolidation concentrations d'éléments dissous dans les eaux de drainage, y compris concentration en éléments, espèces chimiques et autres paramètres chimiques aqueux. procédé de fragmentation qui diminue la granulométrie d'un minerai tout venant à un niveau permettant son broyage. Cette opération s'effectue par compression du minerai contre des surfaces rigides, ou par percussion contre des surfaces dans une trajectoire de mouvement contrainte en raideur procédé qui consiste à fragmenter le minerai pour le préparer à d'autres traitements et/ou le transporter jusqu'à l'usine de traitement. Dans les mines souterraines, le concasseur primaire se trouve souvent sous terre ou à l'entrée de l'usine de traitement machine destinée à fragmenter les matières au moyen d'un cône ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 133 Annexes TERME FRANÇAIS concasseur à impact concasseur à mâchoires concasseur à rouleaux concasseur giratoire concentré conduites de décantation conduites de récupération couche couche arable criblage crue maximale probable (CMP) cyanuration 134 SIGNIFICATION tronqué tournant sur son axe vertical à l'intérieur d'une chambre externe, l'espace annulaire entre la chambre externe et le cône allant en s'effilant dans un concasseur à impact, la fragmentation des matériaux s'opère essentiellement sous l'action par impact des agitateurs qui viennent percuter les morceaux de roche en chute libre dans la chambre de concassage et qui les projettent à haute vitesse contre des surfaces fixes machine permettant de fragmenter un matériau par impact ou par concassage entre une plaque fixe et une plaque oscillante type de concasseur secondaire constitué d'un châssis lourd sur lequel sont montés deux rouleaux. Ils sont entraînés de manière à tourner l'un vers l'autre. La roche introduite depuis le dessus est coincée entre les rouleaux en mouvement, concassée, puis évacuée par le fond concasseur primaire composé d'un axe vertical dont le pied est monté dans un palier excentré à l'intérieur d'une enveloppe conique. La partie supérieure comporte une tête concasseuse conique en rotation excentrée à l'intérieur d'un entonnoir produit commercialisable obtenu après séparation dans une usine de traitement de minerai, pour augmenter la qualité du minéral recherché pipelines amenant les eaux décantées des bassins de résidus à travers, au-dessus ou autour de la digue de retenue jusqu'à un point de captage situé en aval pipelines servant à acheminer les eaux récupérées du bassin de résidus jusqu'à l'usine de traitement du minerai minéralisation stratiforme (typique du charbon et de certains types de gisements salins). En raison de la superposition tectonique, les couches peuvent également être plissées ou en pente raide couche naturelle d'humus recouvrant le gisement et qu'il faut enlever avant de commencer l'extraction (voir figure G1) séparation des matériaux en fractions granulométriques événement de précipitation et/ou de fonte des neiges le plus sévère considéré comme raisonnablement possible en un lieu géographique donné. Détermination en fonction des spécificités locales, basée sur une plage de possibilités d'événements et de conditions météorologiques et hydrologiques. Les variables comprennent la durée, la région et la période de l'année. Cet événement est généralement assimilé à la crue décamillennale ou à deux ou trois fois la crue décacentennale méthode permettant d'extraire de l'or ou de l'argent d'un minerai concassé ou broyé par dissolution dans une solution faible généralement à base de cyanure de sodium mais également de cyanure de potassium ou de calcium. Ce procédé est également appelé lixiviation au cyanure. Les métaux précieux sont ensuite récupérés à partir de la liqueur mère :  soit par précipitation sur de la poussière de zinc (procédé de July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes TERME FRANÇAIS SIGNIFICATION  cycle de vie D d50, d80 DBO DCO déclassement dépôt sub-aérien dérivations déshydratation déversement des stériles digue d'amorçage digue de récupération des eaux de percolation digue de retenue, berge de bassin drainage Merril-Crowe), soit par adsorption sur charbon actif dans une colonne (carbon in leach, (CIL)) ou dans la pulpe (carbon in pulp, (CIP)) conception, construction, exploitation, surveillance, fermeture, réhabilitation et entretien après fermeture d'une installation valeur fréquemment utilisée dans le traitement du minerai pour caractériser la distribution granulométrique. Elle indique la granulométrie à laquelle un pourcentage de 50 % ou 80 % de l'échantillon est inférieur à une granulométrie donnée. Demande biochimique en oxygène : quantité d'oxygène dissous dont les microorganismes ont besoin pour pouvoir décomposer les matières organiques. Son unité de mesure est mg O2/l. En Europe, la DBO est généralement mesurée au bout de 3 jours (DBO3), 5 jours (DBO5) ou 7 jours (DBO7) demande chimique en oxygène : quantité de dichromate de potassium, exprimée en oxygène, qu'il faut pour oxyder par voie chimique à environ 150 ºC des substances contenues dans des eaux usées procédé par lequel une exploitation minière est arrêtée méthode de déversement couramment employée en Amérique du Nord et qui consiste à utiliser des barres de pulvérisation pour déposer de fines couches de résidus sur une plage préalablement mise en place pour les bassins de résidus, les dérivations sont généralement des fossés d'interception relativement petits qui collectent les eaux de ruissellement provenant du bassin versant contributeur et les détournent en aval, au-delà du bassin de résidus et de la digue de retenue réduction de la teneur en eau dans les concentrés, les résidus et les boues de traitement procédé qui consiste à déverser les résidus dans le bassin de résidus par l'intermédiaire d'un grand nombre de petits orifices ou tuyaux de déversement. Ce procédé permet une répartition relativement uniforme sur la plage de résidus qui forme la zone amont semi-imperméable de la digue de retenue digue de retenue initiale, construite avant le démarrage de l'exploitation minière et qui constitue le point de départ de la construction de la digue de retenue finale petite digue de retenue d'eau située en aval de la digue de retenue et ayant pour fonction d'intercepter, de collecter et de renvoyer dans le bassin de résidus la totalité des eaux d'infiltration qui circulent en surface et sous la surface et contournent la digue de retenue principale structure destinée à décanter et à conserver les résidus et l'eau de traitement. Les matières solides se décantent dans le bassin. L'eau de traitement est généralement recyclée mode d'existence et de déplacement des eaux d'un territoire, y ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 135 Annexes TERME FRANÇAIS drainage minier acide (DMA), drainage rocheux acide (DRA) E eau de récupération eau gravitaire eaux souterraines échantillon écosystème effet aigu effets multimilieux effluent émission diffuse émission fugitive 136 SIGNIFICATION compris cours d'eau de surface et trajectoires des eaux souterraines. Terme générique qui désigne l'écoulement global des eaux concentrées et des eaux diffuses Drainage acide issu d'exploitations minières à ciel ouvert ou souterraines ou d'installations de gestion de stériles ou résidus qui contiennent de l'acide sulfurique libre et des sulfates de métaux dissous résultant de l'oxydation des minéraux sulfurés ou des additifs de traitement. L'acide dissout les minéraux présents dans les roches et modifie encore la qualité des eaux de drainage eau récupérée de l'IGR, de l'installation de traitement de l'eau ou de l'usine de traitement du minerai pour être réutilisée dans cette dernière volume d'eau qui recouvre les résidus décantés dans un bassin de résidus, et qui est généralement évacuée par pompage ou par décantation partie des eaux de subsurface se trouvant dans la zone de saturation. A distinguer des eaux de surface quantité représentative de matières solides qui est prélevée dans un gisement ou un procédé en vue de subir des analyses. La quantité de matières solides et le nombre d'échantillons prélevés sur le gisement ou le flux de traitement doivent être statistiquement précis. communauté d'organismes et leur environnement physique, chimique et biologique immédiat effet nocif sur tout organisme vivant, dans lequel des symptômes sévères apparaissent rapidement et diminuent souvent après l'arrêt de l'exposition. calcul des incidences sur l'environnement des rejets dans l'eau, dans l'air ou dans les sols, de la consommation d'énergie ou de matières premières, du bruit et de l'extraction d'eau (c'est-à-dire de tout ce qui est obligatoire au titre de la Directive IPPC) fluide physique (air ou eau et contaminants) formant un rejet émissions résultant du contact direct entre des substances volatiles ou des poussières légères et l'environnement (l'atmosphère, dans des conditions normales de fonctionnement). Ces émissions peuvent être provoquées par :  la conception intrinsèque des équipements (filtres, sécheurs, etc.)  les conditions de fonctionnement (notamment lors d'un transfert de matériaux entre différents conteneurs)  le type d'exploitation (activités d'entretien)  ou par un rejet progressif vers d'autres milieux (par exemple, dans des eaux de refroidissement ou des eaux usées). Les émissions fugitives sont un sous-ensemble des émissions diffuses émission provoquée par un matériel non étanche et/ou une fuite : émission dans l'environnement résultant d'une perte progressive d'étanchéité d'un équipement destiné à contenir un fluide (gazeux July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes TERME FRANÇAIS émissions émissions spécifiques environnement épaississement érosion essai en cellule humide Europe eutrophisation évaporation exploitant exploitation existante exploitation minière exploitation minière SIGNIFICATION ou liquide), et essentiellement provoquée par une différence de pression et la fuite engendrée par celle-ci. Exemples d'émissions fugitives : fuites d'un flasque, d'une pompe, d'un matériel étanche ou hermétique, etc. rejet direct ou indirect de substances, de vibrations, de chaleur ou de bruit par des sources individuelles ou diffuses de l'installation dans l'air, dans l'eau ou dans les sols émissions liées à une base de référence, telle que la capacité de production ou la production réelle (en masse par tonne ou par unité produite, par exemple) éléments physiques, chimiques, biologiques, sociaux, spirituels et culturels qui sont liés entre eux et qui influent sur la croissance et le développement des organismes vivants procédé de séparation entre un liquide et un solide, destiné à augmenter la concentration d'une suspension par sédimentation et s'accompagnant de la formation d'un solide transparent détachement entraînant l'enlèvement de roches ou de matériaux de surface par le vent, la pluie, l'action des vagues, le gel, le dégel et autres processus. essai cinétique destiné principalement à mesurer les vitesses d'acidification et de neutralisation d'une roche sulfurée. États membres actuels de l'UE (UE-15) et pays candidats à l'agrandissement de l'UE (voir section 2 du présent glossaire) pollution d'un cours d'eau ou plan d'eau par des eaux usées, des engrais provenant des sols, et des déchets industriels (nitrates et phosphates inorganiques). Ces composés stimulent la croissance des algues, réduisant ainsi la teneur en oxygène de l'eau et tuant les animaux fortement dépendants de l'oxygène. processus physique par lequel un liquide se transforme en gaz personne physique ou morale à laquelle on a confié la responsabilité du contrôle, de l'exploitation et de l'entretien d'une mine, d'une usine de traitement du minerai, d'une digue de retenue de résidus et/ou des installations associées, y compris la phase d'entretien après fermeture. Lorsque la législation du pays le prévoit, personne à laquelle ont été confiés les pouvoirs économiques de décision quant au fonctionnement technique d'une mine, d'une usine de traitement du minerai, d'une digue de retenue de résidus et/ou des installations associées, y compris pour la phase d'entretien après fermeture. installation en activité ou, aux termes de la législation antérieure à la date d'entrée en vigueur de la présente Directive, installation autorisée ou ayant fait l'objet d'une demande d'autorisation en bonne et due forme auprès des autorités concernées, à condition que l'installation en question entre en activité au plus tard dans l'année qui suit la date d'entrée en vigueur de la présente Directive extraction d'un minerai dont une entreprise extrait les substances minérales, dans un but lucratif ou aux fins d'évoluer en permanence vers la rentabilité exploitation minière se déroulant à la surface. La mine et ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 137 Annexes TERME FRANÇAIS à ciel ouvert exploitation souterraine F filon filtre-presse à chambre floculant flottation fragmentation franc-bord franco à bord (FAB) G gangue garantie financière géochimie géologie 138 SIGNIFICATION l'environnement sont en contact sur une zone étendue extraction du minerai se déroulant sous la surface. L'accès au gisement se fait par l'intermédiaire de puits, de rampes et de galeries structure complexe et mince d'accumulations de minerai, entourée d'une gangue matériel permettant de déshydrater les particules fines dans une boue substance qui amène des particules à s'agglomérer ou s'amasser. Une granulométrie apparente supérieure entraîne la sédimentation des amas. Les floculants sont utilisés pour permettre l'agglomération de petites particules qui seraient autrement très difficiles à éliminer, en raison de leur faible vitesse de sédimentation méthode permettant de séparer les minéraux de la gangue en fonction de leurs réactions superficielles différentes à certains réactifs (ou en fonction de la composition chimique interfaciale des particules minérales en solution). Les réactifs sont utilisés pour adhérer au minéral recherché et rendre sa surface hydrophobe. Sous injection d'air, le minéral recherché monte alors à la surface de la cellule de flottation, où il peut être récupéré sous forme de mousse. Lorsque l'opération vise à faire flotter la gangue, le procédé est appelé flottation inverse action consistant à réduire la granulométrie d'un minerai par concassage et/ou par broyage afin d'obtenir une granulométrie telle que le produit soit un mélange de particules relativement propres d'un minéral et de gangue. Afin de produire un concentré relativement pur, il faut broyer le minerai suffisamment finement pour libérer les minéraux désirés distance verticale (hauteur) entre le niveau maximal utile d'un bassin et le sommet de la digue, ayant pour objectif de fournir une capacité d'atténuation en cas d'inondation ou d'entrée d'eau soudaine Prix de l'expédition à un client par navire ou par camion, tous les frais antérieurs ayant été réglés partie d'un minerai indésirable au plan économique mais inévitable dans une exploitation minière (voir figure G1). fonds fournis par divers instruments financiers et utilisables par des autorités de réglementation pour compenser les coûts de fermeture science qui étudie la composition chimique des matériaux géologiques et l'interaction entre ces matériaux et l'environnement étude de la terre, de son histoire et des variations qu'elle a connues ou qu'elle est en train de connaître, ainsi que des roches et des matériaux non lithifiés dont elle se compose et de leur July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes TERME FRANÇAIS gisement (minéral) gossan gradient hydraulique GTT H hydrogéologie hydrologie I IEF (Information Exchange Forum) immission infiltration installation installation de gestion de stériles (IGS) installations de gestion des résidus (IGR) IPPC L libération SIGNIFICATION mode de formation et de transformation structure géologique naturelle constituée d'une accumulation d'un minéral recherché et de stériles, et à partir de laquelle il est possible d'extraire le minéral en question avec bénéfice ou avec des perspectives raisonnables de bénéfice (voir figure G1) minerai qui se trouve dans la partie supérieure d'un gisement sulfuré et qui s'est altéré pour former un minerai oxydé différence de charge hydraulique entre deux points, divisée par la distance qui sépare ces derniers Groupe de travail technique science qui étudie le circuit des eaux souterraines (relation entre les matériaux géologiques et les processus aquatiques) science qui étudie l'existence, la circulation, la distribution, le mouvement, les propriétés chimiques et physiques et les réactions avec l'environnement de toutes les eaux forum d'échange d'informations (organe consultatif informel dans le cadre de la Directive IPPC) occurrence et niveau d'une substance polluante, d'une odeur ou d'un bruit dans l'environnement entrée d'eau dans une substance poreuse unité technique fixe mettant en œuvre la gestion des résidus et/ou des stériles, et toute autre activité directement associée ayant un lien technique avec les activités exercées sur le site en question, susceptibles d'avoir une incidence sur les rejets et la pollution installation au sein de laquelle des stériles sont évacués, stockés et dans certains cas traités, notamment les eaux de lixiviation des terrils de stériles appellation rappelant que les résidus issus des étapes de traitement du minerai doivent être évacués/stockés ou récupérés. La méthode choisie dépend, entre autres facteurs, des caractéristiques physiques du minerai (grossier ou fin) et de son mode de traitement (par voie sèche ou par voie humide). Les installations ou méthodes types de gestion des résidus sont les suivantes :  digue de retenue/bassin de résidus  terril de résidus  remblai  recyclage (matériaux de construction)  retraitement (extraction du minerai par des méthodes de traitement nouvelles et améliorées). Prévention et réduction intégrées de la pollution - voir aussi PRIP séparation entre le ou les minerais de valeur et la gangue. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 139 Annexes TERME FRANÇAIS liquéfaction lithologie lixiviat lixiviation lysimètre M mélange dosé mesure/technique primaire mesure/technique secondaire méthodes d'extraction minerai minéraux industriels morts-terrains 140 SIGNIFICATION phénomène qui se produit généralement dans des sols meubles saturés, lorsque la pression interstitielle excédentaire (provoquée par un tremblement de terre, par exemple) est égale à la pression initiale de confinement et que le sol se comporte comme un fluide dense, incapable de résister à de fortes contraintes de cisaillement. composition des roches, et notamment leurs caractéristiques physiques et chimiques telles que la couleur, la composition minéralogique, la dureté et la granulométrie. solution obtenue par lixiviation, par exemple de l'eau ayant percolé à travers un sol contenant des substances solubles et contenant certaines quantités de ces substances en solution. passage d'un solvant à travers un matériau poreux ou concassé, permettant d'extraire des composants de la phase liquide. Par exemple, l'or peut être extrait par lixiviation en tas d'un minerai poreux, ou de résidus pulvérisés. Les autres méthodes sont la lixiviation en cuve de minerais, de concentrés ou de résidus et la lixiviation in situ. appareil permettant de recueillir l'eau des espaces interstitiels et de déterminer les composants solubles évacués dans les eaux de drainage mélange des matières premières en vue d'obtenir un matériau d'entrée d'une qualité constante pour des procédés ultérieurs technique qui modifie dans une certaine mesure le fonctionnement du procédé principal dans le but de réduire les émissions ou consommations brutes (voir technique de fin de parcours) voir technique de fin de parcours il existe quatre méthodes principales pour extraire le minerai :  l'exploitation à ciel ouvert  l'exploitation souterraine  l'extraction par dissolution  les carrières minéral ou variété de minéraux accumulés (y compris le charbon) d'une valeur suffisante en termes de qualité et de quantité pour permettre leur extraction à des fins lucratives. La plupart des minerais sont des mélanges de minéraux pouvant être extraits et de matériaux rocheux étrangers appelés gangue (voir figure G1). minerai non métallique, roche ou minéral non combustible ou non précieux, ou matériau non lithifié de valeur économique. Les minéraux industriels s'emploient principalement dans le bâtiment ou dans les industries chimique ou manufacturière. Des exemples sont, entre autres, la barytine, le borate, le feldspath, la fluorine, le kaolin, le calcaire, le phosphate, la potasse, le strontium et le talc couche de sol naturel ou de roche massive recouvrant un July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes TERME FRANÇAIS MTD N n/d nappe phréatique neutralisation O or réfractaire ouvrages annexes P perméabilité perte au feu pesticides biologiques phase à long terme phréatique plage de résidus PME polluant SIGNIFICATION gisement. Dans le cas des mines à ciel ouvert, il faut enlever les morts-terrains avant d'extraire le minerai (voir figure G1) Meilleures Techniques Disponibles absence de données hauteur à laquelle la pression de fluide est égale à la pression atmosphérique. Surface séparant la zone vadose (où l'eau est maintenue sous tension) de la zone saturée (où les pressions de fluide sont positives) augmentation du pH d'une solution acide ou diminution du pH d'une solution alcaline à des valeurs de pH quasi neutres (environ 7) par une réaction lors de laquelle l'ion hydrogène d'un acide et l'ion hydroxyle d'une base s'associent pour former de l'eau. or contenu en quantité inframicroscopique (< 1 μm) et finement dispersé dans les trames de minéraux sulfurés ensemble des structures, composants et installations fonctionnellement liées à une digue de retenue y compris, entre autres, les déversoirs, tours de décantation et pipelines, pompes de récupération, conduites d'eau, structures de dérivation, etc. capacité d'une roche ou d'un matériau non lithifié à transmettre un fluide Appliquée à des analyses chimiques, perte en poids résultant du chauffage d'un échantillon de matériau à une température élevée, après un séchage préalable à une température tout juste supérieure au point d'ébullition de l'eau. La perte en poids au séchage est appelée humidité libre, celle qui se produit au-dessus du point d'ébullition de l'eau est appelée perte au feu ou perte par calcination (en anglais, Loss of Ignition - LOI). certains microorganismes, notamment les bactéries, les champignons, les virus et les protozoaires, efficaces pour lutter contre certains insectes nuisibles. Ces agents ne comportent généralement aucun effet toxique pour les animaux ou pour l'homme et ne laissent aucun résidu chimique toxique ou persistant dans l'environnement. temps qu'il faut aux résidus, à l'issue de la phase de réhabilitation, pour devenir suffisamment inertes pour ne plus poser aucun problème pour l'environnement relatif aux eaux souterraines étendue de résidus qui résulte de la fraction solide décantée d'une boue de résidus dans un bassin non recouvert d'eau gravitaire entre le bord de l'eau gravitaire et le sommet de la digue petite(s) et moyenne(s) entreprise(s) substance individuelle ou groupe de substances susceptibles de nuire à l'environnement ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 141 Annexes TERME FRANÇAIS potentiel acide (PA) potentiel de neutralisation (PN) potentiel de neutralisation effectif (PNE) pourcentage d'extraction PRIP production minière puits Q quebracho R récupération remblai remise en état (réhabilitation, remise en culture) 142 SIGNIFICATION acidification potentielle maximale d'un échantillon. Le calcul du PA (ou PAM) est une partie intégrante du bilan acido-basique terme général qui désigne la capacité d'un échantillon ou d'un matériau à neutraliser l'acidité fraction du PN capable de neutraliser l'acidité et les entrées acides en maintenant un pH des eaux de drainage de 6,0 ou plus proportion de minerai extrait du gisement, exprimée sous forme de pourcentage de la quantité initiale de minerai in situ Prévention et réduction intégrées de la pollution - voir aussi IPPC pour les métaux, quantité de métal dans le concentré après production ; dans tous les autres cas, sauf indication contraire, quantité de concentré en poids après traitement du minerai ouverture principale verticale ou inclinée pratiquée dans des strates minières et utilisée à des fins de ventilation ou de drainage et/ou pour l'acheminement de personnel ou de matériaux (minerai, stériles) ; relie la surface aux chantiers souterrains extrait aqueux de l'écorce de l'arbre quebracho ; contient jusqu'à 65 % de tannin. Utilisé dans la flottation par mousse comme dépresseur des minéraux oxydés. part, exprimée en pourcentage, d'un composant du concentré (ou pour le charbon, tonnage final) rapportée à la quantité totale du minerai en question initialement présente dans l'alimentation avant traitement du minerai. Mesure du rendement d'exploitation, d'extraction et de traitement réintroduction de matériaux dans une ou plusieurs parties extraites du gisement. Les matériaux de remblayage peuvent être des stériles ou des résidus provenant de l'usine de traitement du minerai. Le plus souvent, le remblai sert à combler des zones épuisées afin :  d'assurer la stabilité du sol  de prévenir ou de réduire les affaissements en sous-sol et en surface  d'assurer un soutènement en vue d'extraire d'autres parties du gisement et d'améliorer la sécurité  de fournir une solution autre que l'élimination en surface  d'améliorer la ventilation restauration du terrain et des valeurs environnementales d'un site minier après extraction du minerai. Les opérations de remise en état sont généralement lancées dès que le minerai a été évacué d'un site minier. Le procédé consiste à essayer de rendre au terrain son aspect initial en remettant de la terre végétale et en plantant des herbes indigènes et des couvertures végétales July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes TERME FRANÇAIS renard rendement résidus fins, grossiers résistance au cisaillement ressource minérale rideau d'injection ruissellement S s/o sable résiduel secteur minier, exploitation minière SIGNIFICATION érosion essentiellement souterraine de matériaux non lithifiés provoquée par des écoulements d'eau. Entraîne la formation de conduits par enlèvement de particules rapport massique du concentré à l'alimentation, calculé à sec et exprimé sous forme de pourcentage minerai dont la plus grande partie possible des minéraux recherchés ont été extraits. Les résidus sont constitués principalement de gangue et peuvent inclure de l'eau de traitement, des substances chimiques de traitement et des parties des minéraux non récupérés. Nota : dans l'industrie britannique du charbon, les résidus sont classés comme suit : résidus grossiers : fraction plus grossière (et plus sèche) des résidus, qui reste une fois que l'on a traité la masse des matières extraites afin de séparer le produit rechercher par voie sèche ou humide. résidus fins : fraction plus fine (et plus humide) des résidus, produite à partir des solides en suspension épaissis ou floculés dans l'eau de lavage utilisée pour traiter et séparer le produit recherché des résidus grossiers par lavage ou par flottation des matières extraites. résistance interne d'un corps à une contrainte de cisaillement, et comprenant généralement une partie frottement et une partie indépendante du frottement, appelée cohésion concentration ou présence d'un matériau naturel, solide, inorganique ou organique fossilisé dans ou sur la croûte terrestre, sous une forme, dans une quantité, et d'une teneur ou d'une qualité telles que ce minerai présente des perspectives raisonnables d'exploitation à des fins économiques. L'emplacement, la quantité, la teneur, les caractéristiques géologiques et la pérennité d'une ressource minérale sont connus, estimés ou interprétés à partir de preuves géologiques et de connaissances spécifiques zone dans laquelle un coulis (boue de ciment injectable) a été injecté pour former une barrière autour d'une excavation ou sous une digue et à travers laquelle l'eau souterraine ne peut s'infiltrer ou s'écouler eaux provenant des pluies et de la fonte des neiges, qui ne s'infiltrent pas mais qui s'écoulent à la surface des terres. sans objet sable obtenu à partir de l'ensemble des résidus et utilisé dans la construction d'une digue de retenue. Souvent produit par cyclonage de tous les résidus méthodes et techniques permettant d'extraire le minerai du sol, y compris les installations connexes (terrils, ateliers, transport, ventilation) et activités connexes exercées au sein même de la mine ou à proximité ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 143 Annexes TERME FRANÇAIS séparation solubilité sources diffuses station de pompage sur barge stériles submersion de la plage substances biochimiques surface de la nappe phréatique surveillance système de récupération T technique de fin de parcours 144 SIGNIFICATION méthodes de traitement destinées à séparer un minerai en un concentré et des résidus. quantité de soluté qui se dissout dans un volume et un type de solvant donnés et à une température et une pression données, pour former une solution saturée. Le degré de solubilité d'un composé dépend de l'aptitude de ce composé, et de celle des autres espèces dissoutes, à former des ions et des complexes aqueux dans une composition chimique particulière des eaux de drainage sources d'émissions similaires diffuses ou directes qui sont multiples et réparties à l'intérieur d'un périmètre défini barge qui flotte sur le bassin de résidus et sur laquelle sont posées les pompes utilisées pour récupérer l'eau gravitaire du bassin en vue de la réutiliser dans l'usine de traitement du minerai partie du gisement comprenant ou non des minerais pauvres et qu'il est impossible d'exploiter et de traiter de façon rentable (voir figure G1) montée rapide de l'eau gravitaire dans le bassin de résidus, qui recouvre ou inonde la plage amont semi-perméable de la digue de retenue et entraîne la présence d'une surface d'eau gravitaire contre la digue de retenue substances chimiques naturelles ou identiques à des substances naturelles. Les hormones, les phéromones et les enzymes en sont des exemples. Les substances biochimiques agissent comme des pesticides au travers de modes d'action non toxiques et non mortels, consistant par exemple à perturber les modes d'accouplement des insectes, à réguler la croissance ou à agir comme des répulsifs. surface située entre la zone de saturation et la zone d'aération ; niveau d'un plan d'eau souterraine confinée auquel la pression est égale à la pression atmosphérique procédé permettant d'évaluer ou de déterminer la valeur réelle et les variations d'une émission ou d'un autre paramètre, sur la base d'opérations systématiques, périodiques ou ponctuelles de surveillance, d'inspection, de prélèvement et de mesure ou d'autres méthodes d'évaluation destinées à fournir des renseignements sur les quantités émises et/ou les tendances observées dans les rejets de polluants éléments divers composant le système destiné à récupérer l'eau du bassin de résidus et à l'envoyer vers l'usine de traitement du minerai. Peut inclure des éléments tels que stations de pompage, conduites de récupération, tours de décantation et conduites de décantation technique qui permet de réduire le niveau final d'émission ou de consommation par l'ajout d'un procédé supplémentaire mais qui ne modifie pas fondamentalement le fonctionnement du procédé vedette. Synonymes : "technique secondaire", "technique de réduction". Antonymes : "technique intégrée au procédé", July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes TERME FRANÇAIS techniques émergentes teneur terril tour de décantation tout-venant toxicité aiguë traitement du minerai (enrichissement, préparation du minerai, broyage) tranchée parafouille tremblement de terre maximal crédible (Maximum Credible Earthquake, MCE) tremblement de terre maximum probable SIGNIFICATION "technique primaire" (technique qui d'une certaine façon modifie le fonctionnement du procédé vedette afin de réduire les émissions ou consommations brutes) techniques qui permettent d'améliorer les performances environnementales mais qui ne sont pas encore appliquées à l'échelle commerciale ou qui en sont encore au stade de la recherche et du développement proportion sans dimension d'un composant donné d'un minerai, souvent exprimée en pourcentage, en grammes par tonne (g/t) ou en parties par million (ppm) structure artificielle destinée à l'entreposage des résidus en surface. Entreposage à sec des résidus en surface structure de prise d'eau qui s'élève au fur et à mesure de la montée du bassin de résidus. La tour de décantation sépare les eaux claires de la surface du bassin de résidus et les évacue par des conduites de décantation matériau (minerai) non traité, acheminé depuis l'exploitation minière. effets nocifs provoqués par une seule dose ou une seule exposition à une substance chimique ; tout effet d'intoxication produit dans un délai très court, généralement en moins de 96 heures. Ce terme s'emploie généralement pour décrire des effets sur des animaux de laboratoire. procédés permettant de produire des produits minéraux commercialisables (concentrés) à partir d'un minerai. Ces procédés sont généralement effectués au sein de la mine, l'installation étant alors appelée usine de traitement du minerai (broyeur ou concentrateur). L'objectif fondamental consiste à réduire la masse du minerai, lequel doit être acheminé vers d'autres procédés (par exemple en fonderie) pour y être traité, au moyen de méthodes destinées à séparer le ou les minerais d'intérêt de la gangue. Le produit commercialisable obtenu est appelé concentré, les autres matériaux constituant les résidus. Le traitement du minerai comporte les différentes opérations qui sont liées aux caractéristiques physiques d'un minéral (granulométrie, masse volumique, propriétés magnétiques, couleur) ou physicochimiques (tension superficielle, hydrophobicité, mouillabilité). mur, garniture ou autre structure imperméable que l'on place sous la base ou à l'intérieur de la digue pour prévenir ou réduire les pertes par percolation le long d'une interface de construction ou à travers des couches poreuses ou fracturées. Cet ouvrage peut être en béton, en argile compactée, en palplanche ou en coulis injecté le long d'une rangée d'orifices séisme hypothétique qui pourrait émaner de sources potentielles régionales et locales d'activité sismique et qui produirait le mouvement de sol le plus sévère par vibration au niveau d'un site paramètre de génie géotechnique déterminé par le tremblement de terre le plus important enregistré au niveau du site, le ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 145 Annexes TERME FRANÇAIS (PME : Probable Maximum Earthquake) U ultramafique usine de traitement du minerai (broyeur, concentrateur) V valeurs limites d'émission Réactifs : Nom abrégé SIBX SIPX SEX PAX DTP MIBC CMC 146 SIGNIFICATION tremblement de terre le plus important enregistré au niveau d'un site situé dans un lieu similaire et pour lequel il existe des données historiques, ou le tremblement de terre décamillennal prévu par les statistiques issues de séismes précédents ayant eu lieu dans cette région roche ignée composée principalement de minéraux mafiques, par exemple des roches monominérales composées d'hypersthène, d'augite ou d'olivine installation dans laquelle s'opère le traitement du minerai masse, exprimée par rapport à certains paramètres spécifiques, concentration et/ou niveau d'émission qu'il ne faut pas dépasser au cours d'une ou plusieurs périodes de temps Nom complet Collecteurs : Xanthate isobutylique de sodium Xanthate isopropylique de sodium Xanthate éthylique de sodium Xanthate amylique de potassium Dithiophosphate Agents moussants : Méthylisobutylcarbinol Dépresseurs : Carboxyméthylcellulose July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Figure G1 : Illustration schématique d'un gisement de minerai Sources pour le glossaire : • • • • • • • • • “MANAGEMENT OF MINING, QUARRYING AND ORE-PROCESSING WASTE IN THE EUROPEAN UNION”, étude réalisée pour la DG Environnement de la Commission européenne. Appel d'offre DG XI E3/ETU/980116, Juin 2001, BRGM/RP-50319-FR “Mineral Processing Technology”, 5th edition, B.A. Wills Commentaire de l'Autriche sur document de réflexion http://imcg.wr.usgs.gov/dmmrt/ http://www.dep.state.pa.us/dep/deputate/minres/dms/website/training/glossary.html http://www.nrcan.gc.ca/mms/school/glossary.htm#r4 http://www.yesresources.com/Business_Tools/glossary.html http://www.inap.com.au/inap/homepage.nsf “Tailings Dam Safety. Guidelines”. ICOLD Bulletin 74, 1989. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 147 Annexes 2. LISTE DES ÉTATS MEMBRES DE L'UE (UE-15) Nom abrégé Autriche Belgique Allemagne Danemark Espagne Grèce France Finlande Italie Ireland Luxembourg Pays-Bas Portugal Suède Nom complet Abréviation Devise2 République d'Autriche Royaume de Belgique République fédérale d'Allemagne Royaume du Danemark Royaume d'Espagne République Hellénique République Française République de Finlande République Italienne Irlande Grand Duché du Luxembourg Royaume des PaysBas République Portugaise A Euro B Euro 2. 3. 148 Euro EUR EUR EUR DK couronne danoise E EL Euro Euro F Euro FIN Euro I IRL L Euro Euro Euro NL Euro P Euro S couronne suédoise SEK livre sterling GBP Royaume de Suède Royaume-Uni de Royaume-Uni Grande-Bretagne et d'Irlande du Nord 1. D Code ISO de la devise3 DKK EUR EUR EUR EUR EUR EUR EUR EUR EUR UK anciennes devises (avant l'euro)  Autriche - Schilling autrichien (ATS)  Belgique - Franc belge (BEF)  Allemagne - Mark allemand (DEM)  Espagne - Peseta espagnole (ESP)  Grèce - Drachme grecque (GRD)  France - Franc français (FRF)  Finlande - Mark finlandais (FIM)  Italie - Lire italienne (ITL)  Irlande - Livre irlandaise (punt) (IEP)  Luxembourg - Franc luxembourgeois (LUF)  Pays-Bas- Guilder néerlandais (NLG)  Portugal - Escudo portugais (PTE) ISO 4217, sur recommandation du Secrétariat Général (SEC (96) 1820). Liste des pays (Situation au 26.6.2002) July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes 3. NOUVEAUX ÉTATS MEMBRES (2004) Nom abrégé Nom complet Chypre République de Chypre République tchèque République Tchèque Estonie République d'Estonie Hongrie Lettonie Lituanie Malte Pologne Code ISO du pays1 CY République de Hongrie République de Lettonie République de Lituanie République de Malte République de Pologne Slovaquie République Slovaque Slovénie République de Slovénie Code ISO de la devise2 livre chypriote CYP Devise CZ couronne tchèque CZK EE EEK HU couronne estonienne forint (inv.) HUF LV lats (pl. lati) LVL LT litas (pl. litai) LTL MT PL lire maltaise Zloty MTL PLN SK couronne slovaque Tolar SKK SI SIT 4. AUTRE PAYS Nom abrégé Nom complet Canada Commonwealth d'Australie République de Bulgarie Canada Islande République d'Islande Japon NouvelleZélande Japon Australie Bulgarie Nouvelle-Zélande Norvège Royaume de Norvège Roumanie Roumanie Russie Fédération de Russie Suisse Turquie Code ISO du pays1 BG CH lev (pl. leva) dollar canadien couronne islandaise yen (inv.) dollar néozélandais couronne norvégienne leu roumain (pl. lei) nouveau rouble ; rouble russe Franc suisse RUB ; RUR CHF TR lire turque TRL CA IS JP NZ NO RO Confédération Helvétique République de Turquie ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL AU juillet 2004 Code ISO de la devise2 dollar australien AUD Devise RU BGN CAD ISK JPY NZD NOK ROL 149 Annexes Etats-Unis Etats-Unis d'Amérique US dollar US USD 1. ISO 3166 2. ISO 4217 150 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes 5. LISTE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES NOM Actinium Aluminium Américium Antimoine Argent Argon Arsenic Astate Azote Baryum Berkélium Béryllium Bismuth Bore Brome Cadmium Calcium Californium Carbone Cérium Césium Chlore Chrome Cobalt Cuivre Curium Dysprosium Einsteinium Erbium Etain Europium Fer Fermium Fluor Francium Gadolinium Gallium Germanium Hafnium Hélium Holmium Hydrogène Indium Iode Iridium Krypton Lanthane Lawrencium Lithium Lutétium Magnésium Manganèse ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL SYMBOL E Ac Al Am Sb Ag Ar As At N Ba Bk Be Bi B Br Cd Ca Cf C Ce Cs Cl Cr Co Cu Cm Dy Es Er Sn Eu Fe Fm F Fr Gd Ga Ge Hf He Ho H In I Ir Kr La Lr Li Lu Mg Mn NOM Mendélévium Mercure Molybdène Néodyme Néon Neptunium Nickel Niobium Nobélium Or Osmium Oxygène Palladium Phosphore Platine Plomb Plutonium Polonium Potassium Praséodyme Prométhium Protactinium Radium Radon Rhénium Rhodium Rubidium Ruthénium Rutherfordium Samarium Scandium Sélénium Silicium Sodium Soufre Strontium Tantale Technétium Tellure Terbium Thallium Thorium Thulium Titane Tungstène Uranium Vanadium Xénon Ytterbium Yttrium Zinc Zirconium juillet 2004 SYMBOL E Md Hg Mo Nd Ne Np Ni Nb No Au Os O Pd P Pt Pb Pu Po K Pr Pm Pa Ra Rn Re Rh Rb Ru Rf Sm Sc Se Si Na S Sr Ta Tc Te Tb Tl Th Tm Ti W U V Xe Yb Y Zn Zr 151 Annexes 6. PRÉFIXES DU SYSTÈME D'UNITÉS INTERNATIONAL (SI) Symbole Préfixe Terme 152 Y yotta Z E P T G M k h da ----d c m µ n p f a z y zeta exa péta téra giga mega kilo hecto déca ----déci centi milli micro nano pico femto atto zepto yocto Nombre 1024 1 000 000 000 000 000 000 000 000 21 10 1 000 000 000 000 000 000 000 1018 1 000 000 000 000 000 000 15 10 1 000 000 000 000 000 12 10 1 000 000 000 000 109 1 000 000 000 6 10 1 000 000 103 1000 2 10 100 1 10 10 1 unité 1 10−1 0,1 10−2 0,01 −3 10 0, 001 10−6 0,000 001 −9 10 0,000 000 001 −12 10 0,000 000 000 001 10−15 0,000 000 000 000 001 −18 10 0,000 000 000 000 000 001 10−21 0,000 000 000 000 000 000 001 −24 10 0,000 000 000 000 000 000 000 001 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes ANNEXES ANNEXE 1 Chimie du cyanure La présente section fournit un bref aperçu de la chimie du cyanure. La chimie du cyanure étant complexe, les lecteurs souhaitant en savoir plus sur ce sujet sont invités à consulter la liste des références fournie sur le site www.cyanurecode.org. Espèces cyanurées Le terme "cyanure" désigne un anion à charge simple constitué d'un atome de carbone et d'un atome d'azote liés par une triple liaison, CN. La forme de cyanure la plus toxique est le cyanure libre, qui inclut l'anion cyanure proprement dit et le cyanure d'hydrogène HCN, en phase gazeuse ou aqueuse. A un pH de 9,3 à 9,5, CN et HCN sont en équilibre et présents en quantité égale. A un pH de 11, plus de 99 % du cyanure reste en solution en tant que CN, tandis qu'à un pH de 7, plus de 99 % du cyanure se présente sous forme de HCN. Bien que le HCN soit fortement soluble dans l'eau, sa solubilité diminue au fur et à mesure que la température augmente et dans des conditions extrêmement salines. Le HCN gazeux et le HCN liquide sont tous deux incolore et ont une odeur d'amande amère, bien que celle-ci ne soit pas forcément décelable par tout le monde. Le cyanure est extrêmement réactif, et il forme des sels simples avec des cations alcalinoterreux et des complexes ioniques de différentes forces avec un grand nombre de métaux. La stabilité de ces sels dépend du cation et du pH. Les sels de sodium, de potassium et de calcium sont hautement solubles dans l'eau, et se dissolvant facilement pour former du cyanure libre, ils sont eux-mêmes extrêmement toxiques. Les exploitations reçoivent généralement le cyanure sous forme de NaCN ou de Ca(CN)2 dissous ou solide. Les complexes faibles ou moyennement stables tels que ceux du cadmium, du cuivre et du zinc sont qualifiés de complexe "à acide faible dissociable" (Weak Acid Dissociable - WAD), avec des concentrations égales du complexe et des ions métalliques et cyanurés qui le composent à un pH d'environ 4,0. Bien que les complexes métallocyanurés soient en eux-mêmes moins toxiques que le cyanure libre, leur dissociation libère du cyanure libre. Même dans la gamme de pH neutre de la plupart des eaux de surface, les complexes métallocyanurés WAD sont suffisamment solubles pour présenter un risque pour l'environnement. Les différences de stabilité des divers sels et complexes de cyanure dans des conditions de pH variables engendrent des incidences et interactions potentielles différentes sur l'environnement en termes d'effets aigus ou chroniques, d'atténuation et de réémission. Le cyanure forme avec l'or, le mercure, le cobalt et le fer des complexes qui sont extrêmement stables dans des conditions moyennement acides. En revanche, les ferrocyanures et ferricyanures libèrent du cyanure libre lorsqu'ils sont exposés à une lumière ultraviolette directe en présence d'eau. Les espèces métallocyanurées forment également des complexes avec les ions alcalins ou métallifères, tels que le ferricyanure de potassium (K3Fe(CN)6) ou le ferricyanure de cuivre Cu3(Fe(CN)6)2. La solubilité de ces complexes varie en fonction du cyanure métallique et du cation. La quasi-totalité des sels alcalins de cyanates de fer sont extrêmement solubles, et si l'un de ces doubles sels vient à se dissocier pour former le cation et le complexe métallocyanuré, le complexe lui-même peut se dissocier à son tour pour produire du cyanure libre. Les sels de métaux lourds des cyanures de fer forment des précipités insolubles. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 153 Annexes L'ion cyanure s'associe également avec le soufre pour former du thiocyanate, SCN. Le thiocyanate se dissocie dans des conditions très faiblement acides, mais il n'est généralement pas considéré comme une espèce à acide faible dissociable car il présente des propriétés de complexation similaires à celles du cyanure lui-même. Le thiocyanate s'oxyde chimiquement et biologiquement pour former du carbonate, du sulfate et de l'ammoniac. L'oxydation du cyanure, par des processus naturels ou par traitement d'effluents à base de cyanure, peut produire du cyanate, OCN. Le cyanate est moins toxique que le HCN, et s'hydrolyse facilement pour former de l'ammoniac et du dioxyde de carbone. Cyanuration Le procédé qui consiste à extraire de l'or à partir d'un minerai à l'aide de cyanure s'appelle la cyanuration. La réaction correspondante, appelée équation d'Elsner, s'écrit : 4 Au + 8 NaCN + O2 + 2 H2O ⇔ 4 NaAu(CN)2- + 4 NaOH L'affinité du cyanure pour l'or est telle que c'est ce dernier qui sera extrait de préférence, mais le cyanure peut également former des complexes avec d'autres métaux contenus dans le minerai, notamment le cuivre, le fer et le zinc. La formation de complexes fortement liés tels que ceux à base de fer et de cuivre va monopoliser le cyanure qui serait autrement disponible pour dissoudre l'or. Les cyanures de cuivre sont moyennement stables, et leur formation peut poser des problèmes aussi bien pour l'exploitation que pour l'environnement. De fortes concentrations en cuivre dans le minerai font augmenter les coûts et diminuer le rendement de récupération car il faut alors des taux d'application de cyanure plus élevés pour compenser le réactif qui forme des complexes avec le cuivre plutôt qu'avec l'or. Les eaux ou les résidus de traitement d'une telle opération peuvent présenter des concentrations en cyanure nettement plus élevées qu'elles ne le seraient normalement en l'absence de cuivre. La présence de soufre libre ou de minéraux sulfurés dans le minerai nuit également à la cyanuration. Le cyanure va lixivier de préférence les minéraux sulfurés, et va réagir avec le soufre pour produire du thiocyanate. Ces réactions vont également favoriser l'oxydation des espèces soufrées réduites, faisant ainsi baisser le pH de la solution et se volatiliser le HCN. Techniques d'échantillonnage et méthodes analytiques issues du Code du Cyanure Ce texte donne des indications contextuelles d'ordre général sur l'échantillonnage et l'analyse des différentes formes de cyanure trouvées dans des échantillons aqueux dans des exploitations aurifères. Il ne prétend pas constituer une référence exhaustive pour l'échantillonnage et l'analyse des cyanures. Généralités Ce texte met l'accent sur des méthodes éprouvées et fiables qui s'utilisent à l'échelle mondiale pour assurer la surveillance des solutions de traitement et le respect de l'environnement dans les exploitations aurifères. Mais il existe aussi d'autres procédés analytiques de mesure qui sont capables de produire des résultats acceptables ; ces procédés peuvent remplacer les méthodes classiques décrites dans le présent document. L'industrie minière, les organismes de régulation et la plupart des laboratoires de service utilisent généralement les règles suivantes pour les espèces cyanurées. 154 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Cyanure libre (CNF) Seuls le cyanure d'hydrogène et l'ion cyanure en solution peuvent être classés comme cyanure "libre". Les proportions de HCN et de CN- en solution sont déterminées selon leur équation d'équilibre ; celle-ci est influencée par le pH de la solution. Pour l'analyse du cyanure libre, les méthodes utilisées doivent remplir les conditions suivantes : • • ne pas altérer la stabilité des complexes cyanurés plus faibles, au risque d'inclure ceux-ci dans le résultat du cyanure libre être libres de toute interférence en raison de la présence de fortes concentrations de complexes cyanurés plus stables ou d'autres formes de cyanure. Sinon, cette interférence doit être quantifiée et prise en compte dans le résultat. Cyanure à acide faible dissociable (CN WAD) Contrairement à la définition de “cyanure libre” qui identifie l'espèce de cyanure spécifique mesurée, le cyanure WAD désigne les espèces cyanurées mesurées par des techniques analytiques spécifiques. Le cyanure WAD inclut les espèces de cyanure libérées à un pH modéré de 4,5, telles que le HCN aqueux et le CN-, la plupart des complexes de Cu, Cd, Ni, Zn, Ag et d'autres espèces ayant des constantes à dissociation faible similaires. Pour l'analyse du cyanure WAD, les méthodes utilisées doivent remplir la condition suivante : • être libres de toute interférence en raison de la présence de fortes concentrations de complexes cyanurés plus stables ou d'autres formes de cyanure. A défaut, l'interférence en question doit être quantifiée et prise en compte dans le résultat. Cyanure total (CNT) Cette mesure du cyanure inclut tout le cyanure libre, tous les complexes cyanurés dissociables et tous les cyanures métalliques forts, notamment le ferrocyanure Fe(CN)6-4, le ferricyanure Fe(CN)6-3, et des éléments de l'hexacyanocobaltate Co(CN)6-3, ainsi que ceux contenant de l'or et du platine. Seuls les composés liés ou dérivés cyanate (CNO-) et thiocyanate (SCN-) sont exclus de la définition du cyanure total. Pour l'analyse du cyanure total, la méthode d'analyse doit remplir la condition suivante : • se montrer capable d'analyser de façon quantitative tous les complexes stables du cyanure, notamment le complexe de cyanure de cobalt. Si certaines méthodes permettent de doser également d'autres analytes (par exemple le SCN-), ces analytes doivent être dosés séparément et pris en compte dans le résultat total. Echantillonnage L'importance de l'échantillonnage et de la manipulation des échantillons avant leur fourniture au laboratoire, se résume par la phrase suivante : Les résultats d'une analyse ne peuvent être meilleurs que l'échantillon sur lequel elle est pratiquée. Bien que le prélèvement d'échantillons aqueux ou solides puisse sembler facile, le recueil d'échantillons qui soient satisfaisants à la fois pour leur emplacement et par rapport aux analytes à contrôler, est semé de difficultés. Tout échantillonnage doit avoir pour objectif le recueil d'une partie représentative de la substance à analyser. Lorsque cette portion est présentée à l'analyse, les paramètres à déterminer doivent être présents dans une concentration et sous une forme chimique ou biologique identique à celles trouvées dans le milieu initial dont on a extrait cette portion. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 155 Annexes Les échantillons représentatifs d'un site ou d'une partie d'un site fournissent des renseignements qui sont souvent extrapolés pour inclure la totalité de la zone étudiée. Ce principe vaut, que l'entité échantillonnée soit une section de terre polluée, une eau de surface, des rejets industriels ou un fût contenant des déchets. Par conséquent, les échantillons doivent être représentatifs de l'entité spécifique échantillonnée, mais pas nécessairement représentatifs de l'intégralité de la zone dont elle fait partie. Les objectifs généraux d'un programme d'échantillonnage doivent être pris en compte lors de l'élaboration d'un plan d'échantillonnage. L'échantillonnage peut être effectué pour une ou plusieurs raisons : • • pour déterminer les valeurs maximales, minimales et moyennes d'un flux quasi stationnaire, l'objectif étant de contrôler la conformité par rapport à des spécifications établies (contrôle de procédé, critères environnementaux). Ces données permettent d'illustrer la probabilité et l'ampleur de la non conformité à condition qu'un nombre suffisant de points de données aient été analysés à partir des échantillons. Les analyses de flux de procédés, de résidus et d'effluents pourraient avoir ce type d'objectifs. Même les prélèvements d'aquifère (trous de forage) correspondraient à ce descriptif. Il faut souvent connaître les débits massiques relatifs pour intégrer correctement les données pour déterminer des valeurs maximales, minimales et moyennes à partir de l'analyse de "flux discontinus", notamment des parties de remblais traités ou des lots de déchets détoxifiés, qui nécessitent généralement au minimum un point de données par lot pour assurer la représentativité de l'échantillon. L'objectif principal reste celui de la conformité et/ou de la vérification de l'efficacité des procédures de gestion des flux discontinus concernés. Il convient, en outre, de tenir compte des points suivants : 1. les événements non stationnaires qui suivent un motif cyclique sont souvent influencés par plusieurs paramètres, et ces paramètres peuvent eux-mêmes être sujets à des variations cycliques. Autrement dit, ces facteurs confusionnels engendrent une situation complexe qui nécessite une analyse et une planification approfondies pour permettre l'obtention d'un échantillon représentatif 2. les périodes de cycles doivent être connues, ainsi que nombre d'autres facteurs d'influence du "système". Un exemple classique est celui du prélèvement de matières liquides (ou solides) à la surface des résidus, de liquides de décantation ou de liquides en vrac en retour d'une digue. Toutes ces "populations d'échantillonnage" subissent des variations cycliques massives au travers de l'influence des modifications chimiques et physiques liées aux événements survenant à la surface des résidus de traitement et aux conditions climatiques saisonnières 3. il faut savoir que les périodes de cycles ne sont absolument pas synchronisées et que par conséquent, les données obtenues sont susceptibles de paraître aléatoires. Un objectif de ces campagnes d'échantillonnage pourrait être l'établissement d'une base de données de prévisions reposant sur la connaissance des principes fondamentaux. Cela implique qu'un effort d'échantillonnage exhaustif et non biaisé, du début à la fin du cycle le plus long, doit être effectué au moins une fois. Sinon, une fois ces principes connus, certains échantillons prélevés à certains moments peuvent être analysés à des fins de contrôle. Bien que de nombreuses politiques d'échantillonnage puissent être élaborées, le tableau suivant illustre les approches élémentaires principales adoptées en matière d'échantillonnage. Approche 156 Nombre Potentiel de biais July 2004 Base pour le choix d'un site ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes au jugé d'échantillons faible relatif très élevé systématique aléatoire élevé très élevé faible très faible historique, appréciation visuelle et/ou appréciation technique grille ou schéma systématique choix aléatoire simple Tableau annexe 1.1 : Approches élémentaires de l'échantillonnage Conservation des échantillons Une fois que les échantillons ont été enlevés de leur environnement naturel, des réactions chimiques ou biologiques capables de modifier la composition de l'échantillon sont susceptibles de se produire, et il faut donc analyser l'échantillon le plus rapidement possible. La conservation de l'échantillon permettra de conserver le paramètre d'intérêt sous la forme qu'il avait avant d'être séparé de son milieu. Aucune technique de conservation ne pouvant à elle seule conserver la totalité des paramètres, chaque paramètre d'intérêt devra donc être pris en compte et conservé spécifiquement. Si la plupart des échantillons de sol nécessitent qu'on les conserve à l'abri de la lumière, de l'air et de la chaleur pour préserver l'intégrité de l'échantillon, les échantillons aqueux nécessitent un effort plus concerté. Les échantillons d'espèces cyanurées aqueuses étant potentiellement extrêmement réactifs et toxiques, les précautions de sécurité telles que le port de gants et de vêtements de protection doivent être strictement respectées. En raison de leur réactivité, il est impératif de tester les solutions échantillons sur place avant de les soumettre à une analyse de cyanure, afin de les protéger contre les principales substances nocives, les oxydants et les sulfures. La présence de matières oxydantes est détectée par papier test à l'amidon-iodure de potassium. Lorsqu'on dépose une goutte de l'échantillon sur une languette humide, si la languette vire au bleu, cela indique que la quantité de matière oxydante présente est suffisante pour réagir potentiellement avec le cyanure présent durant le transport. Il faut alors réduire les agents oxydants avant d'envoyer l'échantillon au laboratoire. Marche à suivre pour éliminer les matières oxydantes : 1. extraire toutes les matières solides par décantation ou au filtre presse et les conserver 2. ajouter de l'arsénite de sodium et mélanger. Généralement, il suffit d'environ 0,1 g/l 3. recommencer l'essai et si la languette est décolorée, traiter à nouveau selon l'étape 2 4. réintroduire les matières solides dans la solution échantillon et augmenter le pH à 12 en ajoutant 1 ou 2 pastilles d'hydroxyde de sodium solide. La présence de sulfures est indiquée par le noircissement du papier d'acétate de plomb. On dépose une goutte de l'échantillon sur la languette préalablement humectée d'une goutte d'acide acétique et si le papier prend une teinte sombre, cela indique la présence de sulfures. Les sulfures s'éliminent par réaction avec le carbonate de plomb. Marche à suivre pour éliminer les sulfures 1. extraire toutes les matières solides par décantation ou au filtre presse et les conserver 2. ajouter du carbonate de plomb (environ 0,1 g/l) et mélanger 3. extraire le sulfure de plomb formé au filtre presse et éliminer le précipité de PbS 4. tester à nouveau la solution échantillon. Si la languette est décolorée, traiter à nouveau selon les étapes 2 et 3 5. réintroduire les matières solides dans l'échantillon et augmenter le pH à 12 avec de l'hydroxyde de sodium solide. Les échantillons doivent être conservés dans un endroit sombre et à environ 4 ºC, par exemple un réfrigérateur, pendant leur transport, puis réfrigérés au laboratoire. Les échantillons de sol ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 157 Annexes destinés à l'analyse des cyanures (en carottes ou en flacons) doivent être enveloppés dans du plastique noir et conservés au frais, à 4 ºC et sans autre traitement. Transport et stockage Une fois correctement conservés et conditionnés, les échantillons doivent être scellés et chaque récipient (bouteille ou flacon) placé individuellement dans un sac en plastique hermétiquement fermé. Tous les échantillons doivent être ensuite conditionnés dans un réfrigérateur (avec des blocs de glace) de manière à rester au frais pendant leur transport. L'envoi au laboratoire d'analyse doit se faire dès que possible, par camion ou avion de nuit. Il est indispensable que le protocole d'échantillonnage soit enregistré et qu'une chaîne de contrôle soit incluse dans l'envoi pour permettre de suivre sa trace avant et pendant le stockage et l'analyse. Méthodes analytiques Un laboratoire de qualité doté de l'expérience technique nécessaire peut obtenir de bons résultats avec un grand nombre de méthodes différentes. La méthode automatisée modifiée SFAA, qui utilise le microstill de McLeod peut être la meilleure méthode pour les laboratoires les plus avancés, mais à l'échelle mondiale, les facteurs d'uniformité, de disponibilité et de coût indiquent que les méthodes analytiques classées comme "primaires" au tableau suivant peuvent être utilisées. 158 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Analyte Cyanure libre Méthode titrage au AgNO3 titrage au AgNO3 avec détermination potentiométrique du point final Microdiffusion de HCN d'un échantillon statique dans NaOH (ASTM D4282) Electrode sélective aux ions Colorimétrie directe Détermination ampérométrique cyanure WAD Commentaires méthode préférée Pour solutions de traitement principalement au-dessus de 1 mg/l LQL1 : 1 mg/l HCN(aqueux), CN-, Zn(CN)x, parties de Cu(CN)4 méthode alternative méthode précise de détermination du point final Mesure les mêmes espèces que la méthode primaire Méthode alternative Proche du "cyanure libre" Méthode alternative Proche du "cyanure libre" Méthode alternative HCN(aqueux), CN-, Zn(CN)x, parties de Cu(CN)4 + ? Méthode alternative Mesure les mêmes espèces que la méthode primaire Méthode préférée LQL1 : 0.05 mg/l HCN(aqueux), CN-, Zn/Cd/Cu/Ni/Ag(CN)x Résultats meilleurs qu'avec la méthode ASTM en présence d'une forte concentration de cuivre Distillation manuelle pH 4,5 + finition potentiométrique ou colorimétrique (ISO/DIS 6703/2, DIN 38405 Partie 13.2 : 1981-02) se prête à la chloration (CN Méthode alternative Total - partie non Mesure les mêmes espèces que la méthode chlorable) (ASTM D2036primaire B, US-EPA 9010) microdistillation en ligne Méthode alternative SFIA pH 4,5 + finition Mesure les mêmes espèces que la méthode colorimétrique (ASTM primaire D4374) échange de ligand en ligne Méthode alternative FIA + finition Mesure les mêmes espèces que la méthode ampérométrique (US-EPA primaire OIA-1677) Acide picrique, Méthode alternative détermination Mesure les mêmes espèces que la méthode colorimétrique primaire Cyanure total distillation manuelle discontinue + Méthode préférée titrage/finition LQL1 : 0.10 mg/l potentiométrique ou HCN(aqueux), CN-, colorimétrique Zn/Cd/Cu/Ni/Ag/Fe(CN)x, (ISO/DIS 6703/1, DIN parties de Au/Co/Pt/Pd(CN)x 38405 Partie 13.1 : 198102) SFIA, irradiation UV en Méthode alternative ligne, microdistillation + Mesure les mêmes espèces que la méthode finition colorimétrique primaire (ASTM D4374) 1 : le LQL, Lower Quantitation Level, ou niveau inférieur de quantification, est défini comme étant à peu près 3 fois supérieur au niveau de détection ou 10 fois supérieur à l'écart-type au niveau quasi neutre. Tableau annexe 1.2 : Méthodes analytiques primaires et alternatives ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 159 Annexes Pour ces méthodes primaires, le tableau fournit également un niveau inférieur de quantification, qui représente la concentration que tous les laboratoires doivent être en mesure de doser de façon fiable. Les laboratoires dont on sait qu'ils travaillent avec des méthodes alternatives, notamment celles qui reposent sur des méthodes automatisée normalisées, doivent être encouragés à continuer avec ces méthodes mais doivent si possible établir des références croisées pour chaque site, en appliquant les méthodes proposées. Pour qu'une mine soit sûre de bénéficier d'un service analytique de qualité, le laboratoire choisi devra : • • • • employer des personnels expérimentés pour effectuer les analyses être certifié par l'organisme de certification national respectif pour toutes les méthodes analytiques avoir mis en place des procédures saines de contrôle de qualité être à même de prouver la qualité de ses données en participant à des essais d'aptitude. Il est indispensable de disposer d'analystes expérimentés et de personnels de supervision connaissant à fond les méthodes de chimie du cyanure si l'on veut obtenir des résultats qui soient cohérents et fiables, car ces personnes connaissent les interférences potentielles inhérentes à chaque méthode. Les méthodes préférées de dosage analytique des différents types de cyanure sont résumées succinctement ci-après : Cyanure libre La méthode préférée pour le dosage analytique du cyanure libre est le titrage au nitrate d'argent. On ajoute des ions argent à la solution pour former des complexes avec les ions de cyanure libre. Une fois que tout le cyanure libre a été consommé pour former un complexe de cyanure d'argent, les ions d'argent excédentaires indiquent le point final du titrage. Le matériel analytique utilisé pour le titrage est relativement simple. Pour déterminer avec précision la concentration en cyanure, on dose une solution normalisée de nitrate d'argent à l'aide d'une burette manuelle ou automatique qui doit être capable de mesurer des volumes avec une précision supérieure à 0,005 ml. Pour déterminer le point final, on peut utiliser plusieurs techniques. La plus simple consiste à utiliser un indicateur tel que l'iodure de potassium ou la rhodanine, qui change de couleur en présence d'ions d'argent libres. Il est important d'utiliser le premier changement de couleur comme indication du point final, car les ions argent ont tendance à libérer des ions cyanure à partir d'autres complexes, ce qui fait disparaître la couleur. La détection potentiométrique du point final est un moyen plus précis de déterminer le point final, car le signal maximal produit est plus facilement identifiable. Cyanure à acide faible dissociable (CN WAD) La méthode analytique préférée pour le dosage du cyanure à acide faible dissociable est la méthode de distillation selon les normes ASTM ou ISO/DIS. Ces méthodes créent des conditions chimiques qui permettent au cyanure WAD d'être libéré sous forme de cyanure d'hydrogène gazeux, lequel est ensuite amené par flux d'air à une absorption dans de la soude caustique, où le CN WAD se présente sous forme de CNF. Le cyanure d'hydrogène étant adsorbé dans un volume beaucoup plus faible que la solution échantillon initiale, la concentration de CNF à analyser est généralement au moins 10 fois supérieure à la concentration initiale de CN WAD dans la solution échantillon. On détermine ensuite la concentration de CNF dans l'échantillon du produit de distillation par titrage au nitrate d'argent, comme expliqué ci-dessus. 160 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Bien que les méthodes correspondant aux normes ASTM et ISO/DIS soient similaires, les résultats de la méthode ISO/DIS sont plus précis que ceux de la méthode ASTM pour les échantillons contenant de fortes concentrations en cyanure de cuivre. Cyanure total La méthode analytique préférée pour le dosage du cyanure total est la méthode de distillation selon les normes ASTM ou ISO/DIS. Dans son principe, la méthode appliquée est très similaire à la méthode de distillation décrite pour le cyanure à acide faible dissociable. En revanche, elle nécessite des conditions fortement acides et des températures élevées pour libérer l'ion cyanure des complexes de cyanure stables tels que les ferricyanures et les ferrocyanures. Les références suivantes comportent des descriptions exhaustives de ces différentes procédures analytiques : DIN 38405-13 : 1981-02, Méthodes allemandes normalisées pour l'analyse de l'eau, des eaux usées et des boues - Anions (Groupe D) - Dosage des cyanures (D13), normes allemandes (DIN Normen, Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin/Allemagne). South African Water Quality Guidelines, Volumes 1 - 7, Department of Water Affairs and Forestry, 1996. Standard Methods For The Examination Of Waters and Wastewater, APHA-AWWA-WEF, 20th Edition, Washington DC, 1998. Qualité de l'eau - Dosage des cyanures - Partie 1 : Dosage des cyanures totaux ISO/DIS 6703/1, Organisation internationale de normalisation. Qualité de l'eau - Dosage des cyanures - Partie 2 : Dosage des cyanures aisément libérables ISO/DIS 6703/2, Organisation internationale de normalisation. USEPA “Methods and Guidance for Analysis of Water”, United States Environmental Protection Agency (USEPA), June 1999. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 161 Annexes ANNEXE 2 Dans cette annexe, plusieurs ruptures de digues sont décrites. Les descriptions fournissent des propositions utiles pour une gestion en toute sécurité des installations de gestion des résidus. La rupture de digue d'Aitik La nuit du 8 septembre 2000, une rupture de digue se produisit sur le site d'Aitik. Cette rupture eut lieu dans une partie de la digue qui séparait le bassin de résidus du bassin de clarification situé en aval. L'événement entraîna le déversement de 2,5 Mm3 d'eau du bassin de résidus dans le bassin de clarification. En conséquence, la montée du niveau d'eau dans le bassin de clarification, de 1,3 m, entraîna le déversement de 1,5 Mm3 d'eau clarifiée dans les cours d'eau récepteurs. Cela donna lieu à une augmentation temporaire des teneurs en matières solides en suspension dans le réseau hydrographique aval. L'évènement se produisit en dépit des systèmes de surveillance manuels et automatiques installés conformément à un manuel d'exploitation, de surveillance et d'entretien qui avait été récemment élaboré. Deux théories ont été élaborées pour expliquer cet évènement : Selon la première théorie, les couches filtrantes de la digue ne fonctionnaient pas correctement, ce qui a fait augmenter la pression interstitielle à l'intérieur du bassin, provoqué une érosion ou des glissements dans le remblai de soutènement, et conduit à terme à une rupture totale de la digue. Des fuites indésirables accompagnées de pressions interstitielles élevées ont également pu se produire : • • • • • le long de la buse de déversement traversant la digue à travers la partie supérieure étroite de la zone centrale imperméable sous la palplanche au niveau de la buse à travers des fissures dans le lit rocheux par le côté droit de la brèche. Selon la seconde théorie, une érosion interne est apparue le long de la buse de déversement, éventuellement associée à des ouvertures dans les joints entre les éléments de la buse et/ou à un effondrement de la buse. L'entrée soudaine d'eau et de terre dans la buse a probablement provoqué une fissure dans la digue, avec écoulement directement du bassin dans la buse. Les défaillances se sont enchaînées, provoquant le débordement de la digue et enfin, sa rupture totale. Il sera probablement impossible d'éliminer complètement une théorie en faveur de l'autre, principalement parce que la digue a été complètement érodée. L'exploitant, toutefois, interprète les résultats comme indiquant des fuites, la buse étant la principale cause de l'accident. Il base sa conclusion sur les arguments suivants : • • 162 la buse reposait sur 16 à 50 mm de gravier, et a été recouverte lors de la dernière reconstruction d'une toile filtrante. Des fuites se sont bel et bien produites à travers les joints et/ou dans le gravier, comme le prouvent des recherches effectuées après l'accident, qui ont révélé des résidus provenant effectivement de l'accident la buse n'était pas équipée d'un renfort longitudinal et était donc incapable de résister à une tension. July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes En outre, certaines conditions indiquent que la pression interstitielle élevée n'était pas la cause principale : • • le soir même qui a précédé l'accident, aucune fuite visible n'avait été observée le long du pied de l'extension E-F de la digue. Cela indique que la rupture a été soudaine des calculs montrent qu'avant l'accident, la digue avait un coefficient de sécurité supérieur à 1 même avec une augmentation de la pression interstitielle. L'exploitant a donc conclu que des fuites et/ou un effondrement de la buse étaient les causes les plus probables de l'accident. Toutefois, le fait qu'une augmentation de la pression interstitielle provoquée par un dysfonctionnement du filtre ait pu également contribuer à cet accident ne peut être entièrement exclu. [63, Base metals group, 2002] Une des conséquences de cet accident a été la construction d'une buse plus stable, qui sera à terme remplacée par un système de déversoir aménagé autour de la digue dans la roche naturelle. Les digues futures comporteront deux couches filtrantes, une grossière et une fine. La rupture de digue d'Aznalcollar L'évènement d'Aznalcollar a été décrit à maintes reprises. La section ci-après se borne à faire état des principales causes de l'accident et des conclusions. La nuit du 24 au 25 avril 1998, un tronçon de 600 m de la digue aval du bassin de résidus cédait brusquement sur une longueur de 60 m. Le glissement engendra une brèche dans la digue, à travers laquelle l'eau et les résidus se déversèrent. En quelques heures, 5,5 Mm3 d'eaux riches en acides et en métaux se déversèrent depuis le bassin. La quantité de résidus déversés a été estimée entre 1,3 et 1,9 million de tonnes. En raison de leur granulométrie fine, (d80 <45 μm) ces résidus furent été aisément charriés en suspension avec la vague d'inondation. La cause directe de l'accident était une faille dans les marnes située à 14 m sous la surface du sol (voir figure ci-après). Cette faille était due à un excédent de pression des eaux interstitielles de l'argile résultant du poids de la digue et du bassin de résidus. Figure annexe 2.1 : Coupe de la digue de retenue ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 163 Annexes [68, Eriksson, 2000] Selon l'une des conclusions des enquêtes réalisées à la suite de cet incident, une bonne étude de base menée avant l'accident aurait considérablement facilité l'évaluation des effets de ce dernier [68, Eriksson, 2000]. Une autre conclusion qui peut être tirée de cet évènement est qu'il est indispensable d'effectuer une analyse minutieuse et approfondie de la fondation d'une IGR avant de construire une digue. Autres exemples Il y a eu de nombreux exemples de bassins retenus par des digues construites selon la méthode ascendante dans les mines de cuivre chiliennes. Le Chili est un pays sujet aux tremblements de terre, et les accidents n'étaient pas rares. Un exemple célèbre est celui de l'ancienne digue d'El Cobre, élevée sur une hauteur de 33 m entre 1930 et 1963, avec une pente aval de 1 sur 1,2 à 1,4. Deux ans après la fin de sa construction, la région était frappée, en 1965, par le tremblement de terre de La Ligua, qui s'est produit en plein jour. Selon des témoins, des nuages de poussière s'élevèrent au-dessus de la digue, masquant celle-ci tandis qu'elle s'effondrait en libérant les résidus liquéfiés qui se déversèrent dans la vallée, noyant le village de mineurs sur son passage avant de continuer sur encore 5 km. De nombreuses vies furent perdues. Cet accident, et d'autres survenus au Chili, ont été décrits par Dobry et Alvarez (1967). Les rejets de poussières sont typiques des effondrements de talus de loess sec et résultent de la réduction de volume au cisaillement qui se produit dans des particules meubles. L'air est évacué du vide, en transportant de la poussière avec lui. La face aval de la digue avait visiblement été relativement sèche de se désintégrer, laissant passer le flux de tous les résidus boueux non consolidés. Au Japon, le bassin de Mochikoshi était en cours de construction dans un creux situé près du sommet d'une colline, pour stocker des résidus de mine aurifère et sa retenue était assurée par trois digues de retenue. Ces dernières avaient été construites par la méthode ascendante à partir de digues d'amorçages très solides constituée de terre volcanique locale. Les digues avaient été surélevées par la construction de digues de sécurité faites de terre volcanique placée sur la plage et compactées. Le bassin subit une accélération au sol de 0,25g suite au séisme d'Iso-Oshima d'une magnitude de 7,0 qui se produisit le 14 janvier 1978. La plus haute des trois digues s'effondra lors de la secousse principale, laissant s'échapper 80 000 m3 de résidus contaminés par du cyanure de sodium à travers une brèche de 73 m de large et de 14 m de profondeur. Les résidus parcoururent 30 km et se déversèrent dans l'Océan Pacifique. La deuxième digue la plus haute s'effondra le lendemain, 5 heures 20 minutes après une réplique, laissant s'échapper encore deux à trois milliers de mètres cubes à travers une brèche de 55 m de large et de 12 m de profondeur. A la suite de cet accident ; ainsi que d'autres provoqués par un tremblement de terre, il fut recommandé d'utiliser la méthode de construction descendante dans les régions à risque sismique, plutôt que la méthode ascendante. Dans cette méthode, les matériaux grossiers provenant éventuellement des cyclones, sont déposés dans la partie aval de la digue, où des mesures de drainage efficaces peuvent être prises et les remblais peuvent être compactés. Sinon, la digue peut être construite avec des remblais d'emprunt, comme pour les barrages de retenue d'eau. Stava Le 19 juillet 1985 à 12h23, deux digues de retenue de résidus, l'une au-dessus de l'autre et toutes deux construites par la méthode ascendante, s'effondraient. Un volume total de 190 000 m3 de résidus boueux s'échappèrent et se déversèrent, à une vitesse initiale de 30 km/h, dans la vallée étroite et encaissée du Rio Stava en détruisant une grande partie du petit village voisin de Stava, et continuèrent à une vitesse croissante estimée à 60 km/h jusqu'à une autre 164 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes petite ville, Tesero située à environ 4 km en aval, au confluent de la rivière Avisio dans le nord de l'Italie. (Le seul témoin survivant, un vacancier, vécut l'expérience horrible d'être témoin de la catastrophe depuis la colline, et de voir l'hôtel où déjeunait sa famille emporté par un torrent de boue.) Les dégâts provoqués par les résidus sont beaucoup plus importants que lors d'une inondation d'eau, car les résidus sont extrêmement lourds. Là où l'eau peut envahir un immeuble, les résidus sont capables de le faire basculer et de l'emporter sur leur passage. Cet accident fit 269 morts. Les digues de résidus étaient destinées à une mine de fluorure dont l'exploitation avait commencé en 1962, et se trouvaient sur une pente latérale de 1 sur 8. La structure de décantation se présentait sous la forme d'une buse de béton posée sur le sol incliné, avec des ouvertures refermables s'ouvrant environ tous les 0,5 m à la verticale. L'eau du bassin se décantait en tombant des ouvertures, lesquelles étaient recouvertes une par une, au fur et à mesure que le niveau des résidus s'élevait. La digue inférieure avait été construite selon la méthode ascendante avec une pente de 1 sur 1,23. Lorsqu'elle avait atteint une hauteur de 19 m, la construction de la deuxième digue avait démarré à l'extrémité amont du bassin et avec une pente de 1 sur 1,43. Lorsqu'elle avait atteint une hauteur de 19 m, il avait fallu obtenir d'autres autorisations de planification. Celles-ci avaient été accordées à condition qu'une berme de 5 m de large soit construite à ce niveau, et la permission de construire la digue jusqu'à une hauteur de 35 m avait été accordée. La construction s'était poursuivie selon cette même pente de 1 sur 1,43 et l'accident se produisit alors que la digue avait atteint 29 m de hauteur. Il aurait été provoqué par la combinaison d'un blocage et d'une fuite de la buse sous le pied de la digue supérieure, faisant monter le niveau de la nappe phréatique suffisamment pour provoquer un glissement circulaire. Six mois avant l'accident, un glissement local s'était produit dans la partie basse de la digue supérieure et sur le côté droit, dans la zone où les canalisations de décantation passent sous la digue, à cause du gel de la canalisation de service pendant une période de gel intense, selon Berti et al (1988). Les trois mois qui suivirent, on voyait de l'eau s'échapper de la zone du glissement. Un mois avant l'accident, la canalisation de décantation sous la retenue inférieure s'était rompue, laissant s'échapper l'eau gravitaire et la boue liquide du bassin vers la rivière Stava, créant un cratère au-dessus du point de rupture. Il avait fallu installer une canalisation de dérivation à travers la partie supérieure de la digue inférieure, et bloquer la canalisation de décantation endommagée pour pouvoir à nouveau utiliser le système. Pendant cette opération, le niveau d'eau du bassin supérieur avait été abaissé le plus possible, et à peine quatre jours avant l'accident, les deux bassins avaient été remplis et remis en service. 53 minutes avant l'accident, une ligne électrique située en dessous des bassins s'était rompue, et seulement 8 minutes avant, une deuxième ligne électrique s'était rompue. Les résidus provenant de l'accident atteignirent Tesero, situé à environ 4 km, en moins de 5 à 6 minutes. Par suite de cet accident, la loi italienne très stricte qui régit la conception et la construction des barrages de retenue d'eau, selon Capuzzo (1990), s'étend maintenant aux digues de retenue de résidus. Merriespruit La digue de retenue No 15 de Virginia avait été construite par la méthode "paddock", couramment employée dans l'industrie minière aurifère sud africaine. C'était une longue digue qui entourait et retenait un bassin de 154 ha contenant 260x106 m3 de résidus de mine d'or comportant du cyanure et de la pyrite de fer. Le sol de fondation était argileux et il fallait un système de drainage sous les digues. L'expérience avait montré que les drains étaient souvent obstrués par des oxydes de fer et autres résidus. Cette retenue constituait l'une des multiples retenues similaires de la mine d'or d'Harmony, près de Virginia, dans l'Orange Free State. Le quartier de Merriespruit, qui comptait environ 250 maisons, avait été construit en 1956 à proximité de la mine. Le bassin de résidus N° 15 de Virginia avait été commencé en 1974 et une partie située pile au nord de la digue, à proximité immédiate du quartier, se trouvait à 300 m à peine des maisons les plus proches. La construction de la digue et le remplissage du ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 165 Annexes bassin s'étaient poursuivis jusqu'en mars 1993, la partie de la digue la plus proche des maisons mesurant alors 31 m de hauteur. L'été de 1993/94 avait été particulièrement humide dans l'Orange Free State, et la nuit du mardi 22 février 1994, de violents orages éclatèrent sur Virginia, avec des pluies torrentielles où 40 mm de pluie tombèrent en très peu de temps. Le niveau d'eau du bassin monta par captage direct. En effet, aucun ruisseau ou source d'eau naturelle ne se jetait dans le bassin et ce dernier, tant qu'il était en service, était équipé d'un système de chenal destiné à évacuer l'eau de transport issue de la décantation des résidus boueux qui avaient été déversés dans le bassin. En début de soirée, à 19h00 environ, l'eau envahit les rues et les jardins, et un témoin vit l'eau déborder du sommet de la digue qui dominait les maisons. La compagnie minière et l'exploitant furent informés, mais lorsque leurs représentants arrivèrent sur place la nuit était déjà tombée. L'un des employés de l'exploitant se précipita vers les structures de décantation et découvrit que l'eau avait atteint les anneaux supérieurs mais ne s'était pas déversée dans les structures de décantation. Il enleva plusieurs anneaux pour tenter de faire s'écouler l'eau, mais le bassin principal était proche du sommet de la digue nord avec aucune liaison directe avec les structures de décantation. Dans le même temps, un autre employé de la société contractante se trouvait à proximité du pied aval de la digue et vit des blocs de résidus basculer sur un contrefort récent, qui avait été construit contre une partie fragile de la digue. On tenta déclencher l'alarme, mais avant que quiconque eut pu être contacté, il y eut un énorme bruit, suivi d'une vague de résidus liquéfiés qui se déversa du bassin dans la ville. Une brèche de 50 m de large apparut dans la digue, laissant s'échapper 2,5x106 m3 de résidus qui parcoururent une distance de 1960 m, couvrant une superficie de 520x103 m2. Le torrent traversa le quartier, la puissance des résidus liquéfiés extrêmement lourds dévastant tout sur son passage, maisons, murs, mobilier urbain, voitures, et emportant avec lui les habitants et tous leurs biens. (D'après des reportages dans la presse, des personnes qui s'étaient déjà couchées à environ 21h quand le torrent de boue surgit se retrouvèrent à flotter dans leur lit contre le plafond. Les 400 survivants passèrent la nuit dans le Virginia Community Hall, situé à un kilomètre de là. Hetta Williamson déclara que son époux s'était rendu au matin dans leur ancienne maison dont il n'avait retrouvé que les fondations). Etonnamment, il n'y eut que 17 victimes. Apparemment, cette partie nord de la digue de retenue montrait des signes de désordre depuis plusieurs années, avec des fuites d'eau provoquant des envasements à proximité du pied. Un contrefort drainé, aménagé à partir de résidus compactés, avait été construit contre une section de 90 m de long, mais à cause de la poursuite des envasements la mine avait cessé de déverser le flux normal de résidus dans la retenue plus d'un an avant l'accident, autrement, dit, le bassin avait été fermé. A cette époque, selon l'exploitant, le franc-bord mesurait 1 m, ce qui était une distance honorable. Mais les envasements continuèrent au niveau du pied, et la construction du contrefort se poursuivit. Peu de temps avant l'accident, des glissements s'étaient produits dans la partie basse de la pente aval, juste au-dessus du contrefort. En fait, bien que le dépôt de résidus ait cessé, des eaux usées contenant une certaine quantité de résidus continuèrent d'être déversées, et ces eaux débordaient dans les deux structures de décantation. Malheureusement, il se forma un dépôt de résidus suffisamment important pour couper les structures de décantation et faire que le plan d'eau principal se déplace vers le sommet de la partie nord de la digue, laissant seulement 0,3 m de franc-bord, et l'eau continuait d'être pompée du broyeur vers le bassin le soir de l'accident. Des preuves de ce qui s'était passé depuis la supposée fermeture furent fournies grâce à des photos satellite. Un satellite Landsat passait au-dessus de cette zone tous les 16 jours et des images infrarouges révélèrent les positions des résidus et du bassin d'eau. Selon la réglementation gouvernementale sur l'exploitation minière entrée en vigueur en 1976, il fallait maintenir à tout moment un franc-bord minimum de 0,5 m pour ce type de retenue, 166 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes pour pouvoir faire face à une averse centennale sans risque de débordement. Des preuves quant au niveau des résidus du bassin N° 15 de Virginia montrèrent qu'on avait amené ces derniers à moins de 15 cm du sommet de la digue avant d'abandonner cet entreposage en 1993. Si la réglementation gouvernementale avait exigé une inspection de la digue, notamment à la fermeture, ce franc-bord très faible aurait été remarqué et une élévation supplémentaire du sommet de la digue aurait été ordonnée pour empêcher tout débordement en cas de précipitations maximales probables. Baia Mare La ville roumaine de Baia Mare, en plein essor, commençait à empiéter sur d'anciens sites miniers sur lesquels se trouvaient des bassins de résidus désaffectés. L'élimination de ces bassins et de leurs digues de retenue de résidus permettrait à la fois de libérer des terrains intéressants pour le développement urbain et d'autoriser l'extraction des métaux restants à partir des anciens résidus. Le programme de Baia Mare prévoyait la construction d'une nouvelle retenue et d'une nouvelle installation de traitement efficace qui accepterait les résidus extraits des anciennes retenues. Au départ, trois d'entre elles devaient être reprises et des pipelines furent posés pour faire passer l'eau de la nouvelle retenue devant servir à former des jets puissants qui trancheraient dans les anciens résidus, en produisant des boues qui seraient envoyées dans la nouvelle installation pour l'extraction des métaux restants, les résidus de ce procédé se déversant dans la nouvelle retenue. Le système utilisait la même eau en circuit fermé, sans aucune interférence avec l'environnement. Le lieu choisi pour la nouvelle retenue, très éloigné de la ville, se trouvait sur un terrain quasi plat, avec un axe principal sur une longueur de 1,5 km, une inclinaison de seulement 7 m du nord-est au sud-ouest avec une largeur d'environ 0,6 km, comme le montre la figure 3. Un endiguement périphérique extérieur de 2 m de haut avec des pentes latérales de 1 sur 2, comme le montre la figure 4, fut construit à partir des anciens résidus, et l'ensemble de la zone, d'une superficie d'environ 90 ha, fut revêtue d'une feuille de PEHD accrochée au sommet de la digue périphérique. On installa un système de drainage pour recueillir les infiltrations, destinées à être rétropompées pour éviter toute fuite d'eau contaminée dans l'environnement. A environ 10 m à l'intérieur du périmètre, on construisit des digues d'amorçage également dotées de pentes latérales de 1 sur 2, et d'une hauteur d'environ 5,5 m, le long de la berge inférieure sud-ouest du bassin, descendant à une hauteur de 2 m à peu près à mi-chemin des parois, le reste de la digue autour de l'extrémité nord-est de la retenue mesurant environ 2 m de hauteur. Des cyclones installés le long du sommet de la digue d'amorçage sud-ouest et en partie le long des digues d'amorçage latérales recevaient les résidus acheminés depuis la nouvelle usine de traitement, déchargeant la fraction grossière sur le talus aval pour combler l'espace jusqu'à la digue périphérique, et pour surélever l'ensemble de la digue, le gros des résidus boueux fins se déversant dans le bassin. Les eaux recueillies étaient déversées dans la structure de décantation centrale, drainées par l'intermédiaire d'une bouche de drainage de 450 mm de diamètre incluse sous le revêtement PEHD et rétropompées pour actionner les jets de surveillance de la première des anciennes retenues, située à une distance de 6,5 km et proche de la ville. On utilisait du cyanure dans la nouvelle usine de traitement pour l'extraction de l'or, de sorte que les résidus et l'eau de la nouvelle retenue contenaient des quantités importantes de cyanure. En principe, il n'y aurait aucune fuite d'eau depuis le système de canalisations, bien que l'eau utilisée dans les jets de coupage circule sur le sol non étanche de l'ancienne retenue où elle pouvait s'infiltrer dans le sol. Le premier déversement dans la retenue se fit en mars 1999, et pendant tout l'été, le système fonctionna très bien, particulièrement en juin, en juillet et en août, période pendant laquelle l'évaporation moyenne était de 142 mm par mois, bien que les résidus amenés aient contenu des quantités de matériaux grossiers inférieures à celles initialement envisagées et bien que la vitesse de surélévation des digues ait été inférieure à celle prévue. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 167 Annexes Mais en hiver, les conditions changèrent radicalement. La température tomba en dessous de zéro le 20 décembre et resta basse pendant la plus grande partie du mois de janvier, provoquant le gel des cyclones et engendrant une couche de glace sur le bassin, qui fut recouverte de neige. Les résidus de l'usine de traitement étaient suffisamment chauds pour que l'installation continue de fonctionner, mais il n'y avait plus de surélévation des digues car les cyclones étaient hors service. De septembre à janvier, les précipitations furent en moyenne de 71 mm par mois, et tombèrent sous forme de pluie et de neige non seulement sur toute la superficie de la retenue, mais également sur les anciens bassins de résidus qui étaient exploités. Cet excédent d'eau fut stocké dans le bassin, dont le niveau monta sous l'épaisse couche de glace et de neige. Le 27 janvier, il y eut un net changement de temps. La température monta au-dessus de zéro et il y eut 37 mm de pluie. La couverture de glace et de neige fondit et les digues, à michemin le long des berges du bassin, où elles n'avaient que leur hauteur d'amorçage, étaient plus basses que le niveau des eaux en train de monter. Le 30 janvier 2000 à 22 heures, un tronçon déborda, ouvrant une brèche de 25 m de long qui laissa s'échapper environ 100 000 m3 d'eau fortement contaminée qui s'écoula en suivant l'inclinaison naturelle de la zone, vers la rivière Lapus. Celle-ci se jette à son tour dans le Somes, la Tisa et le Danube, qui se jettent ensuite dans la Mer Noire. Un très grand nombre de poissons furent tués, ce qui eut de graves conséquences pour l'industrie de la pêche pendant un certain temps. Les autorités hongroises estimèrent ces pertes halieutiques à plus de mille tonnes. Il fallut fermer les réseaux d'adduction d'eau des rivières jusqu'à ce que le panache de produits contaminés toxiques soit passé et encore un certain temps après coup, jusqu'à ce que la pureté de l'eau soit confirmée. Le panache de cyanure était mesurable au delta du Danube, quatre semaines plus tard et à 2000 km de la source du déversement. Le concept d'un système fermé dans lequel aucune eau de traitement ne devait s'échapper dans l'environnement était a priori excellent, avec un nouveau bassin de résidus entièrement revêtu d'une feuille de plastique et un système prévu pour recueillir les infiltrations. Malheureusement, rien n'avait été prévu pour les excédents d'eau dus aux précipitations, et les problèmes de fonctionnement à basse température n'avaient pas non plus été résolus. Le système tel qu'il était prévu aurait parfaitement fonctionné dans les conditions de chaleur et de sécheresse qui règnent dans certaines régions d'Australie et d'Afrique du Sud. 168 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes ANNEXE 3 Exemple des aspects traités par une étude de base Les sous-sections ci-après donnent l'exemple d'une étude de base récemment effectuée en Europe pour un bassin de résidus [25, Lisheen, 1995]. Ces études sont devenues un procédé classique et correspondent souvent à une obligation légale. Elles constituent un point de référence nécessaire pour quantifier les incidences d'une exploitation. Archéologie et histoire locale/patrimoine culturel Cette partie de l'étude de base analyse les probabilités de faire des découvertes archéologiques à partir de données historiques. Elle répond à la question de savoir si des découvertes importantes peuvent être entravées, voire favorisées, par un nouveau projet d'exploitation. Du point de vue de l'exploitant, des découvertes archéologiques répétées peuvent ralentir de manière conséquente l'extension d'un site. Le public peut s'inquiéter de la perte de sites importants du point de vue archéologique, mais de nombreuses autorités acceptent la préservation de ces derniers par des fouilles professionnelles et la publication d'un dossier. Aspect socioéconomique Le niveau d'emploi est pris en compte et les tendances pour l'avenir sont présentées de façon succincte. Les principales sources d'emploi sont énumérées. Cela permet de faire des prévisions quant à la prospérité future de la zone étudiée. Santé Le mode de vie type (notamment les habitudes alimentaires) de la région est examiné, les taux de mortalité sont recensés et comparés aux conditions “moyennes” (par exemple, moyenne pays/moyenne mondiale) et les raisons possibles des anomalies sont abordées. Infrastructures Cette section décrit la situation routière, ferroviaire, maritime et aérienne. Elle aborde, en outre, l'accès à l'eau et à l'électricité. Cette section peut également mentionner la collecte des déchets dans la région. Circulation La situation locale à l'égard de la circulation est quantifiée. Les flux de circulation par rapport à d'autres zones ou à la moyenne du pays peuvent être analysés. Climatologie Des données comme la pluviométrie annuelle, les vents dominants (force et direction prédominante), l'humidité et les températures de l'air et du sol sont présentées. Si elles sont utiles, ces statistiques peuvent être comparées à celles d'autres régions. Qualité de l'air Ici sont présentés les résultats d'un programme d'échantillonnage de référence. Les niveaux mesurés sont indiqués et les origines déterminées. Les valeurs mesurées comprennent le niveau total de poussières et de métaux. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 169 Annexes Géologie Cette partie décrit l'aspect géologique du gisement minéral et des environs. Elle aborde généralement : • • • • • • la profondeur du gisement le pendage des strates l'assemblage minéral les dimensions du gisement les ressources exploitables une description de la couche arable, des morts-terrains, du lit et des stériles. Paysage Cette partie décrit le paysage que compose la zone d'étude. Le site sera-t-il implanté en montagne ou sur des pâturages plats ? Y a-t-il beaucoup d'arbres et/ou de haies ? L'impact visuel de la nouvelle exploitation peut être mentionné dans ce contexte. Ecologie Cette section aborde, entre autres : • • • • • • • les sols de la zone les terrains boisés concernés les espèces des habitats étudiés la diversité des plantes et des bois les espèces végétales la diversité des oiseaux et des mammifères les zones de désignation écologique spéciale se trouvant éventuellement à proximité du site. Bruit Les niveaux de bruit diurnes et nocturnes mesurés pour l'étude sont souvent recensés sous forme de moyenne sur 12 heures. Les sols et l'aptitude des sols La qualité globale des sols doit être étudiée dans la zone susceptible d'être concernée par l'exploitation, et comparée à d'autres zones. Le levé de terrain inclut les caractéristiques du sol, sa qualité et son aptitude à la production herbagère, à la culture des champs et à l'élevage. Au Royaume-Uni, l'évaluation des sols est effectuée par un organisme reconnu chargé d'évaluer les caractéristiques et la qualité des sols, le système de classement des terres agricoles (Agricultural Land Classification System). Echantillonnage des sols et des herbages 170 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Cette section évalue l'état de fertilité des sols de la région. Elle comprend des mesures des éléments traces (magnésium, cuivre, molybdène, manganèse, cobalt, zinc, plomb, cadmium) et d'autres éléments fertilisants tels que le phosphore, l'azote, le potassium, le calcium, le soufre, l'iode, le sélénium. Ces valeurs sont comparées à celles obtenues dans d'autres régions et les anomalies sont analysées. On veille en particulier à établir les niveaux de référence de tous les constituants susceptibles d'être modifiés par une future exploitation minière. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 171 Annexes Production agricole et animale On examine les exploitations agricoles voisines pour déterminer les rendements de leurs cultures et herbages. On examine simultanément leur type, leur nombre et l'état de leur bétail. Pour évaluer les systèmes de culture et d'élevage de la région, il faut une méthodologie reconnue qui prenne en compte des variables telles que les compétences en gestion agricole, le niveau des coûts fixes, les intrants et le classement en zone agricole. Toute comparaison des rendements sans prise en compte de ces autres facteurs serait faussée. Humidité des sols Cette partie de l'étude a pour objectif d'aborder la question des effets nocifs que l'assèchement d'une mine est susceptible d'avoir sur la croissance des cultures et des autres végétaux en surface, notamment les arbres et les taillis. Pour ce faire, on peut procéder à une analyse du mouvement de l'eau dans les sols et du lien possible entre la profondeur de la nappe phréatique et le bilan hydrique du sol. Aspect vétérinaire Dans une zone concernée, les troupeaux font l'objet d'analyses visant à rechercher des éléments traces et d'autres éléments d'importance dans le sang, le fourrage et le lait. Cette section peut également comporter un bilan de santé animale sur 12 mois. Hydrogéologie Tous les facteurs qui influent sur l'écoulement des eaux souterraines devraient être mentionnés ici, notamment les systèmes aquifère/aquitard, les failles et zones de faille ainsi que toute autre caractéristique géologique intervenant sur l'écoulement des eaux souterraines. L'existence de barrières hydrauliques et de conduits hydrauliques doit être abordée. Les autres questions susceptibles d'être abordées dans cette section sont les niveaux des eaux souterraines et leur transmissivité (conductivité hydraulique x épaisseur). Qualité des eaux souterraines Cette partie de l'étude analyse la composition chimique des eaux souterraines. Ces eaux sont généralement prélevées dans des puits et des piézomètres. En cas de découverte d'eau contaminée, la source possible de cette contamination doit être identifiée (pratiques agricoles, autres activités industrielles, etc.). Qualité des eaux de surface Ici sont présentés les résultats d'un programme d'échantillonnage de référence des eaux de surface. Les points de prélèvement doivent être choisis de manière à fournir une base pour déterminer quelle partie de la zone de captage risque d'être affectée par les rejets du projet d'exploitation proposé. Généralement, les sujets abordés sont qualité globale de l'eau ainsi que les niveaux de pollution organique, les nutriments et les niveaux de métaux à l'état de trace. Les sources possibles de contamination sont identifiées. Hydrologie des eaux de surface Afin de pouvoir déterminer la capacité d'assimilation des eaux réceptrices, il est nécessaire de disposer des données d'écoulement de toutes les eaux de surface susceptibles d'être 172 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes influencées par le projet. “Il importe de connaître les caractéristiques hydrologiques des eaux de surface également pour pouvoir établir le lien alimentation-déversement entre les rivières/ruisseaux et les nappes phréatiques.” [25, Lisheen, 1995] Pêcheries, population halieutique et frai Cette section comporte une évaluation des réserves halieutiques dans des tronçons représentatifs des principaux cours d'eau de la zone étudiée. Cette évaluation inclut des analyses de tissus et des mesures de la densité des espèces existantes. En outre, des mesures telles que le nombre moyen de frayères (la frayère étant le nid que creusent les saumons adultes dans le gravier pour se reproduire, dans lequel la femelle dépose ses œufs et le mâle les recouvre de semence. Un comptage des frayères indique le nombre moyen de ces nids décompté dans la rivière à la fin de la période de frai. Le nombre de frayères est une bonne indication de la santé des saumons pendant leur migration) peuvent être fournies pour chacun des cours d'eau, comme moyen d'analyse de l'activité reproductive dans ces cours d'eau. Flore et faune macroinvertébrée des eaux de surface Certaines plantes et espèces macroinvertébrées peuvent servir d'indicateurs de la qualité de l'eau. Pour analyser ces levés écologiques aquatiques et la composition chimique de l'eau, on procède à des sondages. Cette partie de l'étude doit recenser la flore et la faune macroinvertébrée rencontrées, ainsi que les implications de leur présence et/ou absence. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 173 Annexes ANNEXE 4 La présente annexe procure une vue d'ensemble des méthodes de caractérisation utilisées pour les stériles et les résidus, mais ne constitue pas une compilation exhaustive de toutes les méthodes existantes, et ne donne pas suffisamment d'indications permettant de savoir quelle méthode utiliser et quand. On verra donc cette annexe comme une compilation des méthodes de caractérisation pertinentes dans tel ou tel cas. Par ailleurs, on la verra comme le point de départ d'un travail à venir, qui permettra de parvenir à une méthodologie pouvant être généralement appliquée et acceptée au sein de l'Europe afin d'atteindre un niveau pertinent de caractérisation de l'ensemble des stériles et des résidus. Caractérisation des échantillons de résidus et de stériles Un résumé des méthodologies qui permettent de caractériser les résidus et stériles aux plans géotechnique et géochimique et de prévoir la qualité des eaux de drainage est présenté. Méthodologies disponibles pour la caractérisation des échantillons de résidus et de stériles Echantillonnage Pour assurer une caractérisation environnementale fiable des résidus et des stériles et la conception de systèmes rentables de remédiation et de remise en état, il est indispensable de définir des procédures appropriées de prélèvement et de préparation des échantillons. Ces procédures seront fonction des aspects auxquels se rapporte le programme, à savoir : • • • • étude de base planification préalable à l'exploitation exploitations minières plan de remise en état/fermeture. L'échantillonnage peut concerner l'un quelconque des points suivants : • • • • échantillons ponctuels : ceux-ci peuvent être un simple échantillon pris au hasard, choisi pour représenter un dépôt de déchets individuel, ou des échantillons aléatoires prélevés en plusieurs points sources, généralement au sein d'un périmètre prédéfini échantillons linéaires : échantillons prélevés en continu sur un intervalle d'une ligne, par exemple échantillons en rainure, échantillonnage du profil des morts-terrains, ou dans des trous de forage sous forme d'échantillons individuels, remaniés, non remaniés ou carottés échantillons de panel : il s'agit d'échantillons plans, constitués d'une multitude de copeaux prélevés sur une surface dotée de dimensions échantillons de masse : échantillonnage d'une masse importante de matière qui sera découpée et séparée en fractions, avec prélèvement d'échantillons à partir de ces diverses fractions. La théorie et la pratique de l'échantillonnage sont abordées par Pitard (1993), et la méthodologie d'échantillonnage dans le contexte spécifique des résidus est fournie dans MEND (1989) et Runnels et al. (1997). Les directives et protocoles d'échantillonnage dépassent la portée du présent rapport et ne sont pas abordés. Paramètres géotechniques Il faut procéder à une série d'essais en laboratoire et sur le terrain pour pouvoir caractériser les résidus et analyser les éventuels additifs afin d'en déduire leur comportement géotechnique probable. Les propriétés physiques et géotechniques des résidus peuvent être obtenues à partir 174 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes de prélèvements de masse effectués lors du traitement des minéraux pour prévoir et contrôler le procédé de dépôt, ou d'échantillons remaniés et/ou non remaniés prélevés sur des matières déposées en l'état. Ces propriétés comprennent la granulométrie, la teneur en humidité, la densité, les caractéristiques de sédimentation, la densité relative et la densité in situ, la perméabilité, la plasticité, la compressibilité, la consolidation, la résistance au cisaillement, et les paramètres de contrainte. Il est connu que les variations de ces propriétés influent à la fois sur le comportement géotechnique et géochimique des résidus et sur la conception, la stabilité et le drainage du bassin, comme l'explique le livre vert du CLOTADAM (Knight Piésold, janvier 2002). En raison de l'importance que revêtent les caractéristiques géotechniques des sols pour le génie civil et la conception des digues, un certain nombre de procédures normalisées ont été élaborées. Un grand nombre de ces procédures normalisées d'analyse des sols, dont des normes ISO, CEN, nationales et, peuvent s'appliquer aux résidus. En outre, plusieurs procédures d'essai non normalisées sont utilisées pour la détermination de paramètres physiques et géotechniques spécifiquement liés aux résidus. Les analyses géotechniques des résidus se classent en quatre groupes génériques : • • • • essais sur un échantillon individuel essais géotechniques mixtes essais spécifiques d'un procédé, et essais spécifiques d'un modèle. La suite normale des essais géotechniques réalisés en laboratoire pour une caractérisation élémentaire des résidus est présentée ci-après. Méthode teneur en humidité densité (particulaire) limites d'Atterberg (limites plastiques et liquides) classement des sols (hygrométrie et tamisage) essai Proctor (compactage) densité à sec perméabilité à charge variable Procédures opératoires normalisées BS 1377-2, ASTM D2216 BS 1377-2, ASTM D854, BS 1377-2, ASTM D4318 BS 1377 BS 1377-4, ASTM-D698, D1558, D558 BS 1377-4, ASTM C127-88 KH Head : Procédure 10.7.2, BS 1377-6, ASTM D2434, D5084 essai à l'oedomètre BS 1377-7, ASTM D 3999 Tableau annexe 4.1 : Caractérisation géotechnique des résidus – caractérisation élémentaire Une caractérisation exhaustive des résidus implique la réalisation de divers essais. Des méthodes et instructions d'essai normalisées relatives aux procédures disponibles sont recensées ci-après. Essais géotechniques Les essais géotechniques permettant d'identifier des paramètres individuels dans les résidus sont les suivants : • • • • essais indiciels essais de dessiccation essais de perméabilité essais de résistance ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 175 Annexes • • essais de consolidation essais de sédimentation. Méthode Normes disponibles Essais indiciels teneur en humidité densité (particulaire) limites d'Atterberg (limites plastique et liquide) distribution granulométrique essai Proctor (compactage) densité à sec classement des sols Essais de dessiccation essai de dessiccation Essais de perméabilité Perméamètre Charge variable Essais de résistance Résistance à la compression sans confinement Essais de consolidation Essai triaxial Essai à l'oedomètre Cellule de Rowe Essais de sédimentation Vitesses de chute Contrôle des niveaux de boue (drainé et non drainé) BS 1377-2, ASTM D2216 BS 1377-2, ASTM D854 BS 1377-2, ASTM D4318 BS 1377-2, ASTM D2487, D422 BS 1377-4, ASTM-D698, D1558, D558 BS 1377-4, ASTM C127-88 BS 1377, Mahar et O’Neill (1983) ASTM D5887 KH Head : Procédure 10.7.2, BS 1377-6, ASTM D2434, D5084 BS 1377-7, ASTM D2166 BS 1377-5, ASTM D2435 BS 1377-7, ASTM D 3999 Sheahan et Watters (1996) BS 812-103, pas d'ASTM, méthode de la pipette mise au point – procédures normalisées en cours d'élaboration Tableau annexe 4.2 : Caractérisation géotechnique des résidus - essais individuels Des contrôles des niveaux de boue destinés à déterminer la densité de sédimentation des échantillons de résidus en dépôt, à l'état drainé et non drainé, ont été mis au point (Reference Knight Piesold Personal Communication), pour lesquelles une procédure normalisée est en cours d'élaboration dans le cadre du projet Clotadam. Essais indiciels Les essais indiciels fournissent l'essentiel de la caractérisation géotechnique des résidus, et ont l'avantage de pouvoir être réalisés facilement, dans des délais très courts et par conséquent à moindre coût. Les propriétés indicielles permettent de réaliser un classement rapide des résidus. Détermination de la granulométrie Les résidus appartiennent généralement aux trois premiers des quatre groupes de distribution granulométrique suivants : • 176 argile - matériaux d'une granulométrie inférieure à 2 μm July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL • • • Annexes limon - matériaux d'une granulométrie comprise entre 2 μm et 63 μm sable - matériaux d'une granulométrie comprise entre 63 μm et 2 mm, et gravier - matériaux d'une granulométrie comprise entre 2 mm et 60 mm. Les méthodes d'essai utilisées pour les analyses de granulométrie comprennent généralement une association de tamis et d'un hydromètre. Limites d'Atterberg (limite plastique et limite liquide) Les limites d'Atterberg permettent d'évaluer la plasticité des matériaux et constituent donc un essai fondamental de la consistance des résidus. La teneur en eau à laquelle le résidu cesse de se comporter en liquide et devient un solide plastique est connue sous le nom de limite liquide. La méthode définitive est l'essai de pénétration au cône, où on analyse un échantillon pour déterminer une plage de teneurs en humidité. A partir des valeurs de pénétration au cône obtenues, on trace une courbe de la teneur en eau par rapport à la pénétration, et on prend la limite liquide comme étant la teneur en humidité qui correspond à une pénétration au cône de 20 mm. Lorsque la teneur en eau diminue, la limite à laquelle on passe d'une rupture plastique à une rupture fragile est appelée limite plastique. L'indice de plasticité est défini comme étant l'intervalle de teneur en humidité sur lequel un matériau a un comportement plastique. En général, plus le sol est fin, plus son indice de plasticité est élevé. Essai de dessiccation On soumet des échantillons de boue à des essais de séchage à l'air pour déterminer l'effet de l'évaporation atmosphérique sur les résidus entreposés après une première décantation et élimination de l'eau surnageante. L'essai, par conséquent, simule le dépôt subaérien de résidus. On surveille le poids et le volume de l'échantillon en continu pour définir une relation entre la densité à sec, la teneur en humidité, la diminution de volume, l'évaporation et le degré de saturation des résidus. L'essai peut inclure la mesure de la résistance au cisaillement au moyen d'une vanne à cisaillement. Il existe une relation absolue entre la densité à sec et la teneur en humidité, jusqu'à un point de rupture auquel le degré de saturation tombe en dessous de 100 %. A ce stade, une pression interstitielle négative apparaît, qui contribue à consolider encore les résidus. A un point limite de saturation, il n'y a plus de dégorgement des matériaux et le séchage continue car l'eau est aspirée des vides. A ce stade, l'échantillon se fissure et par conséquent, la densité à sec et la teneur en humidité finales sont généralement calculées par interpolation. L'essai normalisé de séchage à l'air est réalisé avec un récipient de 1 litre dépourvu de drainage. Pour la majorité des échantillons, l'absence de drainage n'a pas d'effet significatif sur la vitesse de séchage ou la densité finale de l'échantillon. Lorsque les échantillons de résidus contiennent des quantités importantes de sel dans l'eau, la formation d'une croûte de sel peut empêcher le séchage. Essais de perméabilité Il existe des essais normalisés qui permettent de déterminer le coefficient de perméabilité (conductivité hydraulique) d'un matériau. Ces essais fournissent une mesure des caractéristiques de drainage des résidus. Essais de résistance Les essais de résistance peuvent fournir des données de caractérisation élémentaire ainsi que des paramètres de calcul dont il faudra tenir compte dans les projets de fermeture des installations de gestion de résidus. Les essais triaxiaux consolidés, drainés et non drainés ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 177 Annexes utilisent des échantillons cylindriques. Ces échantillons ont généralement un facteur de forme de 2:1 et sont hermétiquement protégés par une membrane en caoutchouc fixée par des joints toriques en caoutchouc à un socle et un capuchon supérieur. Des mesures des pressions interstitielles peuvent être réalisées pendant les essais et la consolidation. On procède généralement à l'essai triaxial non drainé des échantillons par incréments de pression d'une cellule à étages multiples, pour déterminer les caractéristiques de résistance au cisaillement sur une plage de contraintes effectives de confinement. A partir d'une courbe de MohrCoulomb, on peut alors déterminer les paramètres géotechniques fondamentaux, c'est-à-dire l'angle effectif de résistance (frottement) et la cohésion effective. Essais de consolidation Les essais de consolidation servent à évaluer le comportement et en particulier, les caractéristiques de tassement et de drainage d'un matériau en fonction de variations de charge. Les résultats de ces essais fournissent les rapports indice des vides/logarithme de la pression, le coefficient de consolidation, le coefficient de compressibilité volumique et les pressions de gonflement. Les paramètres de consolidation sont importants pour l'exploitation, la gestion de l'eau et le projet de fermeture d'une IGR. La consolidation des résidus peut se décrire à l'aide de deux paramètres. Le premier est le coefficient de consolidation (cv), qui désigne le taux de dissipation de la pression interstitielle excédentaire et donc le taux de gain en contrainte effective des résidus. Cette mesure du taux de consolidation implique que plus les valeurs sont élevées, plus la consolidation est rapide. Le second paramètre est le coefficient de compressibilité volumique (mv), autrement dit, la variation de volume par unité de volume par unité d'augmentation de la contrainte effective. Le quotient des deux coefficients couplé au poids unitaire du matériau peut servir à calculer la perméabilité. On peut également coupler ces deux coefficients à d'autres paramètres géotechniques pour réaliser des modèles temporels de tassement et de drainage au moyen de logiciels analytiques appropriés. La consolidation est généralement réalisée dans un oedomètre classique à anneau fixe et à incréments variables de pression (contrainte effective). Chaque incrément de pression est le double du précédent, et il est maintenu pendant environ 24 heures. Les mesures systématiques du tassement doivent en principe être enregistrées en fonction du temps à chaque stade de chargement. Une fois que le tassement a cessé ou qu'il est devenu négligeable pendant le chargement, on augmente la pression de confinement au stade suivant. En règle générale, pour le confinement des résidus, les pressions varient de 0,2 kPa à 400 kPa. Pour des échantillons de faible densité comme les résidus, les essais de consolidation peuvent se faire au moyen d'une cellule de Rowe ou d'un oedomètre spécialement adapté. Ces cellules d'essai permettent de placer et de tester les échantillons avec une teneur initiale en matière solides qui s'approche de l'état des résidus avant consolidation (déterminé à partir des essais de tassement des boues). Essais de sédimentation Les essais de sédimentation drainé et non drainé permettent de modéliser les phases subaquatique et subaérienne du dépôt de résidus et fournissent une indication de la densité globale atteinte lors de leur placement. Ces essais indiquent non seulement la densité au dépôt, mais également le taux de libération du surnageant interstitiel utilisé à des fins de modélisation du bilan hydrique. Essai de sédimentation non drainé 178 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes L'essai de sédimentation non drainé permet d'estimer la densité à laquelle les résidus se sédimentent dans un environnement subaquatique non drainé. Les essais sont réalisés sur des résidus boueux placés dans un cylindre gradué de 1 litre. On enregistre la vitesse de sédimentation et le changement de volume des résidus au fur et à mesure que l'eau surnageante s'évacue vers la surface. On calcule la densité à sec des vides tassés une fois que le changement de volume tassé reste constant. Essai de sédimentation drainé L'essai de sédimentation drainé fournit une indication de la densité à sec qui sera obtenue avec un drainage des résidus. Les essais sont réalisés d'une manière similaire à celle d'un essai de sédimentation non drainé, mais le cylindre comprend un système qui prévoit le drainage par le fond et la récupération des infiltrations vers le bas. On enregistre la vitesse de sédimentation et le changement de volume des résidus dans le temps, au fur et à mesure que l'eau surnageante s'évacue vers la surface et est drainée de la base. Pour limiter le développement d'un gradient vertical dans l'échantillon, il est recommandé que l'eau surnageante soit décantée en continu depuis la surface. On calcule la densité à sec des vides tassés une fois que le changement du volume tassé reste constant. Vitesse de sédimentation On détermine les vitesses de sédimentation des particules des résidus solides fins (granulométrie < 0,074 mm) en utilisant les données de la partie hydromètre de l'analyse granulométrique. On peut également les déterminer en mesurant le temps qu'il faut à une particule en chute pour parcourir une distance de 500 mm à travers de l'eau distillée. Les résultats peuvent servir à calculer des pertes par frottement lors de la conception d'un pipeline à résidus boueux. Pour définir les détails du pipeline de transport des résidus, on utilise le pourcentage de matières solides dans le produit total et la vitesse de sédimentation des particules dans l'analyse du transport des boues. Essais de modélisation géotechnique Une pratique adoptée parfois pour modéliser les dépôts de résidus consiste à tester séquentiellement un échantillon afin de simuler les conditions d'une installation de gestion de résidus. Cela peut consister, en particulier, à associer des essais de sédimentation, de séchage à air, de consolidation et de résistance. L'essai mixte vise à refléter le fait que le dépôt subaérien de résidus est en train de se développer, dans lequel on observe systématiquement une combinaison de deux des procédés de déshydratation suivants : • • • sédimentation séchage à l'air consolidation. Les méthodes d'essai sont décrites ci-dessus, mais les pratiques qui consistent à provoquer la sédimentation et la consolidation des échantillons dans un appareil d'essai mixte ne sont pas normalisées. Essais spécialisés Pour la conception d'un système d'évacuation des résidus, il existe également une série d'essais reconnus, liés à des procédés, entre autres : • • • • essais en soufflerie essais de déshydratation essais au papier filtre essais d'épaississement gravitaire. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 179 Annexes Au cours de la modélisation des bassins de résidus, on procède parfois également à des essais en centrifugeuse. Ces essais correspondent pour les sols à la norme ASTM D-425. Analyses chimico-minéralogiques Analyses chimiques Les analyses chimiques incluent des méthodes permettant d'analyser des échantillons de résidus et de stériles pour y rechercher (1) les éléments et composés présents dans les minéraux et capables d'engendrer et/ou de neutraliser l'acidité (2) des métaux à l'état de trace, et (3) les constituants de la roche totale lesquels, conjugués avec des analyses diffractométriques, peuvent servir à quantifier la composition minéralogique Les procédures à choisir sont fonction de la minéralogie de l'échantillon de résidu ou de stérile étudié. Analyses du soufre et du carbonate On s'intéresse en particulier aux espèces soufrées acidifiantes et aux espèces carbonatées neutralisantes. Les espèces soufrées acidifiantes incluent les sulfures associés aux minéraux de sulfure de fer (généralement la pyrite et la pyrrhotite) et les sulfates associés aux jarosites, aux alunites et aux minéraux sulfatés efflorescents. Les sulfures contenant des métaux traces contribuent à l'acidité des eaux de drainage, si on suit leur oxydation en présence et d'oxygène, les métaux traces associés se précipitent sous forme d'hydroxydes, d'oxydes ou de carbonates. Ces minéraux sont intéressants car ils sont susceptibles de participer à l'apport de métaux traces dans les eaux de drainage. Les jarosites et l'alunite doivent être distinguées des minéraux sulfatés non acidifiants tels que le gypse et l'anhydrite. Les minéraux de carbonate de calcium et de magnésium sont importants pour déterminer la capacité de neutralisation d'un matériau de déchet, car leur dissolution neutralise l'acidité. Il faut distinguer ces minéraux des carbonates de fer et de manganèse qui, dans des conditions oxydantes, n'entraînent pas de neutralisation nette de l'acidité. Dosages du soufre Les techniques analytiques existantes, telles que celles qui utilisent un four à combustion (un four LECO, par exemple) avec quantification consécutive du dioxyde de soufre dégagé, sont capables de déterminer avec précision la teneur en soufre total du matériau étudié. Toutefois, compte tenu des différentes formes sous lesquelles peut se présenter le soufre dans les résidus et les stériles (soufre de sulfure, soufre élémentaire, sulfates, etc.) et leurs différents potentiels d'acidification, il serait extrêmement utile de disposer d'un programme analytique permettant la spéciation du soufre pour obtenir une caractérisation environnementale des résidus et stériles sulfurés. Le dosage d'autres espèces soufrées consiste souvent à traiter l'échantillon afin d'extraire une phase soufrée spécifique. Cette méthode consiste à faire digérer l'échantillon avec du carbonate de sodium pour extraire les minéraux sulfatés. On détermine le dosage du soufre de sulfure comme étant la différence entre le soufre total et le S(SO4). Ce procédé connaît certaines limites, en fonction de la composition minéralogique des résidus et stériles examinés. Par exemple, des minéraux comme l'orpiment (As2S3) ou le réalgar (AsS) vont subir une certaine dissolution pendant la digestion, ce qui entraînera une sous-estimation de la teneur en sulfure, alors que les jarosites et l'alunite sont également susceptibles de ne pas se dissoudre complètement lors de la digestion, entraînant une surestimation de la teneur en soufre de sulfure. 180 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes Dosages du carbone Les techniques classiques utilisant un four à combustion peuvent également être utilisées pour déterminer la teneur en carbone total (carbone présent sous forme de carbonate, de carbone organique et de graphite). Le dosage des espèces carbonées consiste souvent à traiter l'échantillon pour extraire une phase carbonée spécifique et à utiliser le dosage du carbone total sur l'échantillon initial et sur l'échantillon traité afin de déterminer le changement de teneur en carbone induit par l'extraction. Une méthode de dosage de la teneur en carbone consiste à chauffer l'échantillon à 550 ºC pendant une heure pour évacuer le carbone organique sous forme de dioxyde de carbone (Lapakko, 2000). Le carbone de carbonate est estimé comme étant le carbone total dans le résidu, et il est souvent légèrement supérieur à la teneur en carbonate initiale, en raison d'une certaine perte de carbonate lors de la pyrolyse. La différence entre les températures auxquelles les espèces de carbone se décomposent peut également permettre de différencier les espèces carbonées (Hammack, 1994). Les carbonates métalliques de transition, comme la sidérite (FeCO3) et la rhodochrosite (MnCO3) se décomposent, en libérant du CO2, dans une plage de 220 ºC à 520 ºC. La calcite se décompose au-dessus de 550 ºC, tandis que la décomposition de la dolomite se produit entre 800 ºC et 900 ºC. Il existe une seconde méthode de dosage de la teneur en carbonate, baptisée “carbone insoluble à l'acide” (Lapakko, 2000). Après l'avoir analysé pour le carbone, on fait digérer l'échantillon avec du HCl chaud à 20 %, on le fait sécher, on le rince trois fois à l'eau distillée pour éliminer le chlore résiduel qui risquerait de gêner ensuite l'analyse pour le carbone total. On analyse le solide résiduel pour le carbone total en supposant qu'il s'agit de carbone organique. La teneur en carbone de carbonate est la différence entre le dosage initial en carbone total et le carbone insoluble à l'acide. Teneur totale en éléments majeurs (roche totale), mineurs et en métaux traces Les techniques analytiques permettant de déterminer les concentrations de métaux dans les échantillons de résidus et de stériles se divisent généralement en techniques non destructives et en techniques destructives. Les techniques non destructives permettent d'analyser l'échantillon directement, en le laissant intact. Dans les techniques destructives, au contraire, l'échantillon est dissous et la solution aqueuse obtenue est soumise à analyse par une méthode parmi d'autres. Techniques non destructives Les techniques non destructives comprennent l'analyse par activation neutronique instrumentale (INAA) et la spectrométrie de fluorescence X (XRF). On utilise la spectrométrie de fluorescence par dispersion de longueurs d'onde (WDXRF) pour déterminer la teneur en éléments ayant un nombre atomique inférieur ou égal à 26, généralement appelés éléments majeurs ou constituants de la roche totale, mais on peut également l'utiliser pour des éléments ayant des numéros atomiques supérieurs. La spectrométrie de fluorescence X à dispersion d'énergie (EDXRF) est utilisée pour le dosage des éléments ayant un nombre atomique supérieur à 26, cette technique présentant en outre l'avantage d'être transportable pour une utilisation sur le terrain. La XRF est la technique non destructive la plus répandue. Techniques destructives La digestion acide, le frittage et la fusion sont des techniques destructives utilisées pour dissoudre les échantillons, et on analyse la solution et/ou le résidu résultants pour y rechercher les métaux étudiés, au moyen d'une de plusieurs techniques. On procède généralement à une digestion à l'eau régale (acide chlorhydrique et acide nitrique) pour attaquer les sulfures, ainsi que certains oxydes et silicates, et pour déterminer les concentrations en métaux traces. On peut également procéder à une digestion "quasi totale" à basse température et à pression atmosphérique au moyen d'une association d'acides ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 181 Annexes fluorhydrique, chlorhydrique, nitrique et perchlorique. Le frittage et la fusion, suivis d'une digestion, permettent de solubiliser une gamme de minéraux plus large, mais ils sont généralement plus appropriés au dosage de constituants de roche totale qu'à celui d'éléments traces. On utilise la digestion à l'eau régale pour déterminer la concentration maximale d'éléments susceptibles de se présenter dans des conditions acides sévères. Les méthodes les plus courantes d'analyses des digestats sont la spectroscopie par absorption atomique à la flamme (F-AAS), la spectroscopie par absorption atomique à four à graphite (GF-AAS), la spectrométrie d'émission atomique par plasma à couplage inductif (ICP-AES), et la spectrométrie de masse par plasma à couplage inductif (ICP-MS) (Hall 1995). Les deux premières méthodes permettent d'analyser des solutions pour un seul élément à la fois, tandis qu'avec les méthodes ICP, les solutions sont analysées pour plusieurs composants à la fois. Analyses minéralogiques L'examen pétrographique ou minéralogique des échantillons s'effectue généralement par des techniques de diffraction de rayons X (XRD) et de microscopie en lumière transmise et en lumière réfléchie, souvent associées à une analyse d'images. On emploie également des techniques plus spécialisées, notamment la microscopie électronique à balayage (SEM) et la microanalyse par sonde électronique (EPMA), lorsqu'on a besoin d'analyses plus détaillées de composants minéralogiques spécifiques. Ces techniques sont particulièrement utiles lorsqu'il s'agit de déterminer la composition chimique des produits d'oxydation des sulfures tels que les couronnes, les inclusions et les espèces amorphes (non cristallines). La microscopie en lumière transmise utilise de minces sections (30 µm) d'échantillons et la microscopie en lumière réfléchie utilise des échantillons montés et polis. Les échantillons peuvent être préparés à partir d'échantillons en carottes, ou à partir de résidus et d'échantillons représentatifs de matériaux traités, ou à partir de matériaux fragmentés tels que des matériaux d'alimentation de cellule humide et des échantillons résiduels. On utilise la microscopie en lumière transmise pour étudier les minéraux qui transmettent la lumière en section mince, ceux-ci comprenant la plupart des minéraux de gangue ou non métalliques susceptibles de posséder une capacité neutralisante. On utilise la microscopie en lumière réfléchie pour étudier les minéraux qui ne transmettent pas la lumière en section mince mais qui la réfléchissent à des degrés variables lorsqu'ils sont polis. Ces minéraux comprennent les sulfures métalliques susceptibles de s'oxyder pour produire de l'acide. On utilise les deux types de microscopie pour identifier des grains minéraux individuels afin de déterminer la granulométrie et la distribution granulométrique des grains minéraux, et pour identifier des relations spatiales entre grains minéraux. La granulométrie, la distribution granulométrique et les associations de grains sont souvent étudiées, à l'aide de techniques d'analyse d'images associées aux microscopes susmentionnés. Les produits de réaction de l'oxydation des sulfures (formation de couronne autour des grains) sont facilement observés, comme nombre d'autres caractéristiques des grains minéraux (comme les inclusions) qui ne sont pas faciles à voir au moyen d'autres techniques analytiques. Ces possibilités que procure l'examen au microscope sont extrêmement utiles pour les études de DA, pour les résidus comme pour les stériles. Répartition des métaux La concentration d'un métal trace dans des résidus ou des stériles n'indique pas nécessairement son potentiel de rejet dans l'environnement. La phase sous laquelle se présentent les métaux traces détermine leur facilité de rejet vers l'environnement. Grâce à des 182 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes essais d'extraction séquentielle mis au point et utilisés principalement pour la spéciation chimique des métaux dans les sols et les sédiments (Tessier et al., 1979) on peut obtenir des indications intéressantes sur le mode d'occurrence et la mobilité des éléments traces. Depuis peu, on applique de plus en plus ces extractions séquentielles aux résidus et aux stériles afin d'étudier la répartition des métaux (Leinz et al., 2000) ainsi que la rétention des éléments mobilisés par des phases secondaires (McGregor et al., 1995 ; Dold, 2001), ces paramètres étant caractéristiques du comportement environnemental global des matériaux étudiés. Le tableau ci-après illustre l'exemple d'une extraction séquentielle en 7 étapes, effectuée sur des résidus et des stériles et rapportée par Leinz et al. (2000). Phase soluble dans l'eau échange d'ions carbonate Fe-MnOxam FeOxcryst sulfure Silicate Echantillon/ milieu d'extraction 0,25g d'échantillon + 0,25 g de gel de silice + 25 ml d'eau déionisée résidu de la 1ère extraction + 25 ml d'acétate de sodium 1M résidu de la 2ème extraction + 25 ml d'acétate de sodium 1M dans un tampon d'acide acétique, pH : 5,0 résidu de la 3ème extraction + 25 ml de chlorhydrate d'hydroxylamine 0,25 M dans du HCl 0,25M résidu de la 4ème extraction + 25 ml de HCl 4 M résidu de la 5ème extraction + 2 g de chlorate de sodium +10 ml de HCl conc. Séparation et dilution à 25 ml avec de l'eau déionisée Résidu + 25 ml de HNO3 4N digestion du résidu avec 10 ml de chaque de HNO3 concentré, de HClO4 et de HF + 25 ml de HCl 4M Conditions Durée agitation/température ambiante agitation/température ambiante agitation/température ambiante 2h bain d'eau/50 ºC 30 min bain d'eau/94 ºC 30 min 1h 2h 45 min bain d'eau bouillante 220 ºC 40 min 100 ºC 30 min Tableau annexe 4.2 : Exemple d'une extraction séquentielle en 7 étapes pour des résidus et des stériles. Bilan acido-basique Procédures Les essais d'équilibre acido-basique statiques sont des essais à court terme (généralement mesurés en heures ou en jours) et relativement bon marché qui ont été conçus dans le but d'estimer la capacité d'un résidu ou d'un stérile à produire de l'acidité et sa capacité à la neutraliser. Ces essais ne prennent pas en compte les paramètres tels que la disponibilité réelle de minéraux acidifiants ou neutralisants et les différences entre les taux de dissolution respectifs de minéraux acidifiants ou neutralisants. Ainsi, ces essais servent généralement d'outil de sélection et leurs implications font l'objet de vérifications. Parmi ces différentes procédures, les plus répandues sont les suivantes : • • • • • • • Méthode de titrage acido-basique (ABA) de Sobek (Sobek et al., 1978) Procédure d'essai initial de BC Research Inc. (Bruynesteyn et Duncan, 1979) Essai de production d'acidité nette (Coastech Research Inc., 1989) Essai de génération d'acidité nette (Miller et al., 1997) Méthode du bilan acido-basique modifié (Lawrence et Wang, 1997) Méthode d'analyse du potentiel de neutralisation de Lapakko (Lapakko, 1994) Correction pour le peroxyde et la sidérite pour la méthode acido-basique de Sobek (Skousen et al., 1997). ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 183 Annexes Malgré des différences individuelles de procédure, toutes ces méthodes consistent à : • • déterminer le potentiel acide (PA) sur la base de la teneur en soufre total ou en soufre de sulfure déterminer le potentiel de neutralisation (PN) et notamment :  à faire réagir un échantillon avec un acide inorganique d'une quantité mesurée  à déterminer l'équivalence basique de l'acide consommé  à convertir les quantités mesurées en un potentiel neutralisant en g/kg ou en kg/tonne ou en tonne/1000 tonnes de carbonate de calcium (CaCO3). A l'origine, l'essai statique le plus répandu était le bilan acido-basique classique (Sobek et al., 1978). Les variantes du bilan acido-basique couramment utilisées aujourd'hui sont le bilan acido-basique modifié (Lawrence et Wang, 1997), l'essai NAG (Miller et al, 1997) et l'essai initial de B.C. Research (Bruynesteyn et Duncan, 1979). Comme évoqué ci-dessus, les essais statiques permettent de quantifier le potentiel acide (PA) grâce à la teneur en soufre total ou en soufre de sulfure. Or, la teneur en soufre total (bilan acido-basique classique) va surestimer le potentiel acide réel des échantillons qui contiennent des quantités substantielles de minéraux sulfatés non acidifiants (la barytine ou le gypse, par exemple). D'un autre côté, la mesure du soufre de sulfure (bilan acido-basique modifié) va sous-estimer le potentiel acidifiant réel des échantillons qui contiennent des quantités substantielles de minéraux sulfatés acidifiants (la mélantérite ou la jarosite, par exemple). La connaissance de la minéralogie des sulfates des résidus et des stériles va indiquer si les minéraux sulfatés éventuellement présents sont acidifiants et va permettre de choisir la méthode de quantification du PA la plus appropriée. Toutefois, il est actuellement admis que le PA se calcule sur la base du soufre de sulfure. Des méthodes d'essai statiques différentes peuvent produire des valeurs de potentiel de neutralisation (PN) radicalement différentes pour un même échantillon. Les variables de protocole susceptibles de contribuer à ces différences comprennent la granulométrie des résidus et des stériles (les résidus passent généralement "tels que reçus") ; le type et la quantité d'acide ajouté (c'est-à-dire le pH de digestion), la température et le pH final du "titrage en retour", le cas échéant. Le degré d'influence des variables de protocole sur la mesure du PN dépend de la minéralogie de l'échantillon. Le tableau ci-après récapitule les conditions et minéraux dont la dissolution par différentes procédures de bilan acido-basique a été rapportée. On note que les carbonates sont considérés comme les minéraux les plus réactifs pour neutraliser l'acidité, tandis que des minéraux comme les feldspaths plagioclases, le feldspath K, la muscovite et le quartz sont des minéraux à altération lente. Les essais de production d'acidité nette (NAP) (Coastech Research Inc., 1989) et de génération d'acidité nette (NAG) (Miller et al., 1997) partent du principe que le peroxyde d'hydrogène accélère l'oxydation des minéraux de sulfure de fer. L'acidité ainsi produite dissout les minéraux neutralisants présents, et le résultat net de la production et de la neutralisation de l'acidité peut être mesuré directement. Cet essai ne nécessite aucun dosage du soufre et par conséquent, il est plus facile à réaliser dans un laboratoire de terrain que tous les autres essais statiques. Sur la base d'études précédemment réalisées, l'application de l'essai de production d'acidité nette aux déchets ayant une teneur en soufre supérieure à 10 % est susceptible d'entraîner une sous-estimation du potentiel d'acidification par suite d'une oxydation incomplète (Adam et al., 1997). Procédure 184 Acide Quantité pH final Durée de July 2004 Température Minéraux dissous ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes d'acide ajouté Sobek chlorhydrique déterminée par "fizz test" initial BCRI sulfurique ABA modifié Lapakko Sobek – correction pour la sidérite suffisamment pour atteindre un pH de 3,5 chlorhydrique déterminée par "fizz test" de l'essai de l'essai l'apport acide 0,8 - 2,5 jusqu'à élevée arrêt de (90 °C) l'évolutio n gazeuse (∼3 h) 3,5 de ambiante 16 à 24 h 2.0 - 2.5 24 h ambiante sulfurique suffisamme 6,0 jusqu'à 1 ambiante nt pour semaine atteindre un pH de 6,0 même procédure que pour Sobek, mais avec correction au peroxide pour la sidérite carbonates minéraux feldspath Ca, pyroxène, olivine (forstéritefayallite) Certains feldspaths anorthoclase>orthoclase >albite ferromagnésiens – pyroxène hornblende, augite, biotite carbonates Ca + Mg. éventuellement chlorite et limonite carbonates Ca + Mg Certains carbonates Fe, biotite, chlorite, amphibole olivine (forstérite-fayallite) Ca + Mg carbonates carbonates Ca + Mg, exclusion des carbonates Fe+Mn. Sinon, les mêmes que pour Sobek. Tableau annexe 4.3 : Méthodes les plus répandues pour le bilan acido-basique Critères d'évaluation préliminaire Pour classer les matériaux selon leur potentiel de drainage acide, il faut calculer deux paramètres, à savoir : • • le potentiel net de neutralisation (PNN), qui est la différence de valeur entre le potentiel de neutralisation (PN) et le potentiel acide (PA), exprimée en kg de CaCO3/t de matériau et le rapport des potentiels de neutralisation (RPN), qui est le rapport de la valeur PN à la valeur PA. Le premier est le paramètre privilégié pour la caractérisation des résidus et des stériles provenant des mines de charbon des Appalaches, et le second pour les mines métallifères de l'ouest canadien. Les matériaux comportant des minéraux sulfurés dont le potentiel neutralisant net est négatif sont susceptibles de constituer une source de drainage acide. Il existe des exceptions, si la teneur en sulfures du matériau est très faible e/ou s'il existe des sources d'alcalinité non carbonatées et à dissolution lente. Sur la base des valeurs du RPN, les critères d'évaluation de l'équilibre acido-basique recommandés par le ministère canadien de l'emploi et de l'investissement de la Colombie Britannique sont recensés au tableau ci-après (Price et al., 1997). Les recommandations ci-dessus définissent une "zone grise" pour un RPN s'échelonnant entre 1 et 4. Le potentiel de drainage acide des matériaux qui se trouvent dans la zone grise est considéré comme incertain, et il faut procéder à des essais cinétiques pour mieux les caractériser en termes de potentiel acidifiant. On notera que la Colombie Britannique recommande de déterminer le potentiel de neutralisation à partir de la version améliorée de la méthode Sobek (ABA modifié) et de déterminer le potentiel acide à partir de la teneur en soufre de sulfure des échantillons. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 185 Annexes Potentiel de DA probable possible RPN <1:1 1:1 – 2:1 faible 2:1 – 4:1 nul >4:1 Commentaires DA probable DA possible si le PN est insuffisamment réactif ou diminue plus rapidement que les sulfures aucun potentiel de DA sauf en cas d'exposition préférentielle importante des sulfures ou en présence de sulfures extrêmement réactifs associés à un PN insuffisamment réactif ne nécessite pas d'autre essai sauf si le matériau est destiné à servir de source d'alcalinité Tableau annexe 4.4 : Potentiel de DA en fonction du rapport des potentiels de neutralisation (RPN) Une autre méthode consiste à utiliser l'ABA modifié (Lawrence et Wang, 1997) conjointement avec la minéralogie de l'échantillon, comme base d'un programme fiable d'évaluation du DA. Avec l'ABA modifié, il y a moins de risque que les échantillons de déchets examinés soient classés par erreur dans la mauvaise catégorie et cette méthode comporte un essai préliminaire rentable. Essais cinétiques On procède à des essais cinétiques sur des résidus et stériles sulfurés qui, selon les résultats des essais statiques, sont caractérisés comme potentiellement acidifiants ou qui se trouvent dans la zone d'incertitude. Les essais cinétiques peuvent également servir à déterminer la lixiviabilité métallique des éléments traces présentant un risque pour l'environnement. Il est nécessaire d'estimer le taux de production d'acidité et la qualité de drainage de ces matériaux, information considérée cruciale pour une gestion écologiquement sûre des résidus et des stériles. Un certain nombre d'essais cinétiques en laboratoire ont été mis au point, parmi lesquels les cellules humides, les colonnes et les lysimètres (voir tableau ci-après) sont les trois méthodes les plus couramment utilisées pour déterminer les caractéristiques cinétiques de drainage acide des échantillons de carottes de forage, de stériles et de résidus. Toutes les procédures d'essais cinétiques comportent deux étapes principales, à savoir la soumission de l'échantillon à une lixiviation périodique et le recueil de l'eau de drainage pour analyse. 1 Type cellules humides (ASTM D5744-96) 2 essai en colonne 3 essais lysimétriques Procédure masse de l'échantillon : 1 kg cycles d'oxydation humide/à sec durée de l'essai : 20 semaines minimum conditions de fonctionnement spécifiques au matériau ou au site d'évacuation étudié Simulation du milieu oxydant, réducteur simulation des conditions de terrain Commentaires • procédure normalisée • détermination des taux de génération/neutralisation d'acidité • les conditions réelles ne peuvent être simulées. • souple, permet de simuler les conditions de terrain • longue durée • méthode non normalisée • longue durée Tableau annexe 4.5 : Essais cinétiques en laboratoire L'essai en cellule humide est un essai cinétique normalisé (ASTM D5744-96) recommandé par le gouvernement de Colombie Britannique, au Canada, pour les prévisions du comportement géochimique des résidus et des stériles. Il porte généralement le nom de procédure d'altération accélérée, ayant été conçu pour accélérer la vitesse d'altération naturelle des échantillons potentiellement acidifiants et pour diminuer la durée de réalisation de l'essai. Une cellule de 203 mm de hauteur sur 102 mm de diamètre est destinée aux matériaux à 100 % de passant à 6,3 mm (noyau concassé ou stériles ou résidus grossiers) et une cellule de 186 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes 102 mm de hauteur sur 203 mm de diamètre, aux matériaux passant à 150 μm (résidus fins). La procédure opératoire de la cellule humide est un cycle pendant lequel l'échantillon est soumis à trois jours de perméation à l'air sec, trois jours de perméation à l'air humide (saturé en eau) et un jour de lavage à l'eau avec un volume fixe d'eau, en l'occurrence 500 ml pour 1 kg d'échantillon. La masse de l'échantillon utilisé est d'environ 1 kg et une durée minimum d'essai de 20 semaines est recommandée. On peut procéder à des essais en colonne pour déterminer le comportement géochimique de stériles et de résidus entreposés en surface et exposés à une altération atmosphérique (dépôt subaérien) ou déposés avec une couverture aquatique (dépôt subaquatique). Contrairement à la procédure par cellule humide, la procédure d'essai en colonne est peu normalisée, voire pas du tout, ce qui autorise une grande souplesse. Cette souplesse permet à l'essai en colonne d'être extrêmement spécifique au site ou au matériau en terme de granulométrie, de masse et de volume des échantillons, de cycles humide/sec, de volume d'eau de lavage, etc. Les colonnes des essais subaériens et subaquatiques mesurent généralement 76, 102 ou 152 mm de diamètre et leur hauteur varie d'environ 1 m à plus de 3 m. On peut également utiliser des lysimètres pour déterminer les vitesses de génération/neutralisation de l'acidité des résidus et stériles sulfurés et évaluer la qualité des eaux de drainage. Comme l'essai cinétique en colonne, l'essai lysimétrique permet de simuler les conditions qui règnent sur le site. Les lysimètres ont généralement un plus grand diamètre et une plus petite hauteur que les colonnes (par exemple, 30 ou 70 cm de diamètre et une hauteur de 30 cm à moins de 100 cm). Il est à noter qu'une cellule humide permet généralement de déterminer si un échantillon donné va produire de l'acidité, mais ne permet ni de déterminer à quel moment l'échantillon va s'acidifier, ni quelle est la qualité des eaux de drainage sur place. En revanche, la procédure d'essai en colonne et/ou lysimétrique peut simuler des conditions de terrain et elle peut donc servir à indiquer la qualité des eaux de drainage sur site, autrement dit, elle peut permettre de déterminer les limites haute et basse. Les paramètres de surveillance d'un essai cinétique comprennent la masse et le volume des lixiviats, le pH, la conductivité, le potentiel d'oxydoréduction (mV), l'acidité ou l'alcalinité, les sulfates et les métaux dissous. Présence de sels solubles L'essai du pH pâteux est un essai in situ courant et simple à réaliser, qui sert à évaluer la présence de sels d'acides solubles dans des résidus et des stériles. La plupart des méthodes utilisent un rapport en poids de 1:1 de l'eau distillée aux matières solides séchées à l'air, et le pH est mesuré dans le mélange. La masse de l'échantillon et le temps d'équilibre du mélange eau-solides avant la mesure du pH varient d'une méthode à l'autre. La procédure décrite par MEND (1990) détermine le pH d'un mélange de 10 g d'échantillon (maille de 60) et d'au moins 5 ml d'eau distillée (une quantité d'eau suffisante pour saturer l'échantillon sans le recouvrir). L'essai de présence de concentration en acide est légèrement plus compliqué mais il donne une estimation de l'acidité présente et non simplement du pH (Lapakko, 2000). On agite un mélange de 20 g d'échantillon (maille de 200) et de 50 ml d'eau déionisée, on enregistre le pH initial, et on titre le mélange avec NaOH jusqu'à obtenir un pH de 7. L'essai normalisé du pH pâteux a été mis au point par l'agence américaine de protection de l'environnement, US EPA (Méthode 9045C). Essais de lixiviation des métaux ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 187 Annexes Procédures Bien que la production d'acidité soit l'objet de toutes les attentions pour les mines de sulfure et de charbon actives et/ou abandonnées, les métaux lixiviables constituent une source potentielle de substances contaminantes dans les eaux de drainage des résidus et des stériles. De nombreux procédés de lixiviation ont été mis au point dans le monde, abordant divers scénarios de gestion, propriétés de lixiviation et types de résidus et de stériles. Des essais ont été créés pour prendre en compte la variabilité du rapport du fluide de lixiviation aux matériaux solides, la composition chimique du fluide de lixiviation, l'analyse des matières monolithiques et granulaires ainsi que des matières stabilisées et solidifiées. Le tableau ciaprès résume les procédures d'essais de lixiviation employées en Europe, aux États-Unis et au Canada. Les méthodes d'essai de lixiviation se classent en deux grandes catégories : • • les essais d'extraction, dans lesquels la lixiviation s'opère avec un volume donné unique de fluide de lixiviation, et les essais d'extraction dynamiques, dans lesquels le fluide de lixiviation est renouvelé au cours de l'essai. Les protocoles d'essai comportent fréquemment une fragmentation, destinée à augmenter la quantité de surface disponible pour le contact afin de réduire le temps nécessaire pour parvenir à l'équilibre. Voici certains exemples d'essais d'extraction réalisés à des fins réglementaires : • • • • • • la procédure de lixiviation pour l'évaluation des caractéristiques de toxicité, de l'agence américaine pour la protection de l'environnement (TCLP, Méthode 1311) la procédure d'extraction sur déchets spéciaux du gouvernement de Colombie Britannique, SWEP (MELP, 1992) la norme allemande DIN 38414-S4 la norme française AFNOR X 31-210 l'essai d'élution suisse TVA la norme EN 12457/1-4. Ces deux dernières décennies, les essais les plus utilisés ont été les essais TCLP et SWEP, qui avaient été mis au point pour simuler la lixiviation dans des décharges contrôlées et qui consistent en une lixiviation à l'acide acétique. Cet acide, constitué du produit de décomposition des déchets organiques qui se trouvent dans les décharges municipales, possède une forte capacité de dissolution du plomb. Etant donné que, dans les sites de décharge de l'industrie minière, il n'y a généralement pas de décharge conjointe des résidus et des stériles avec des déchets organiques, l'essai de lixiviabilité avec de l'acide acétique n'est pas considéré comme étant une pratique recommandée pour la caractérisation des résidus et des stériles. Les essais d'extraction qui utilisent l'eau déionisée comme milieu lixiviant, tels que l'essai DIN 38414-S4, l'essai SWEP modifié, et autres, se rapprochent davantage des conditions qui règnent dans une installation de gestion des résidus et des stériles. Plus récemment et dans le cadre de l'application de la Directive concernant la mise en décharge des déchets (1999/31/CE), on a élaboré la norme européenne EN 12457/1-4, qui s'applique au classement des déchets ayant été admis pour mise en décharge (COM(2002) 512 final) et qui utilise également de l'eau déionisée comme milieu lixiviant. Dans les protocoles d'extraction dynamique, le fluide de lixiviation est renouvelé de manière continue ou intermittente, pour permettre à la lixiviation de se poursuivre. Etant donné que 188 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes l'intégrité physique du matériau étudié est généralement préservée lors de l'essai et que les informations sont générées en fonction du temps, les essais d'extraction dynamiques fournissent des informations à propos de la cinétique de mobilisation des contaminants. En général, les essais d'extraction dynamique se classent parmi les catégories suivantes : • • • • les essais en bâchées multiples, les essais d'écoulement par contournement ("flow-around"), les essais d'écoulement par traversée ("flow-through"), et les essais soxhlet. Dans un essai en bâchées multiples, on mélange une portion d'un échantillon granulaire concassé avec un lixiviant et on agite le tout pendant une durée précise. A l'issue de ce délai, on sépare et on élimine le lixiviat, on ajoute un nouveau lixiviant et on répète le procédé jusqu'à l'achèvement du nombre souhaité de durées de lixiviation. Les concentrations en contaminants mesurées dans les multiples lixiviats peuvent fournir des indications cinétiques sur la dissolution des contaminants. Ces essais comprennent, par exemple, la procédure d'extraction multiple (US EPA, Méthode 1320) ; l'essai de disponibilité (NEN 7341) et l'essai en bâchées multiples (NEN 7349) des Pays-Bas. Les essais d'écoulement par contournement ("Flow-around") utilisent des échantillons monolithiques ou des échantillons qui sont confinés d'une manière ou d'une autre. On place l'échantillon avec un espace autour dans un récipient d'essai, et on ajoute du lixiviant de telle sorte qu'il coule autour de l'échantillon. Le lixiviant peut être renouvelé en permanence et analysé périodiquement, ou il peut être remplacé par intermittence. Dans les deux cas, le rapport de liquide à solide s'exprime comme le rapport du volume de lixiviant à la superficie de l'échantillon. Comme exemples d'essai d'écoulement par contournement, on peut citer l'essai ANSI 16-1 et l'essai hollandais de diffusion monolithique (NEN 7345). Les essais d'écoulement par traversée ("Flow-through") diffèrent des essais par contournement par le fait que le lixiviant s'écoule à travers l'échantillon et non autour, simulant ainsi les conditions qui règnent dans la décharge de résidus et de stériles. Les essais d'écoulement par traversée, notamment les essais cinétiques utilisés dans les essais de DA, sont généralement réalisés à l'aide de colonnes ou de lysimètres et peuvent être configurés de manière à reproduire les spécificités du site. Ces essais posent en revanche quelques difficultés au plan expérimental, notamment la formation de chemins préférentiels, les variations de débit provoquées par la conductivité hydraulique des déchets, le colmatage du système par les particules fines et la croissance biologique dans le système. Voici quelques exemples d'essais d'écoulement par traversée : • • • l'essai en colonnes selon la norme hollandaise (NEN 7343) l'essai en colonne ASTM D 4874-95 et la méthode de mobilité de l'eau météorique du Nevada ("Nevada Meteoric Water Mobility Procedure" - MWMP), qui permet d'analyser des matériaux de masses importantes et de granulométrie grossière. Le classement susmentionné des essais de lixiviation est directement lié aux procédures opératoires appliquées, à savoir la méthode extractive ou la méthode dynamique. Un autre mode de classement des essais de lixiviation consiste à les classer en fonction de leur objectif d'application et de réalisation. Dans ce contexte, les essais se classent dans les catégories suivantes : ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 189 Annexes • • • les essais de caractérisation, qui visent à étudier le comportement de lixiviation des matériaux dans diverses conditions d'exposition (la durée de l'essai allant généralement de quelques jours à deux ou trois semaines voire un mois) les essais de conformité, qui durent en général beaucoup moins longtemps et qui visent à établir une comparaison directe avec des valeurs seuils (la durée de l'essai pouvant aller jusqu'à un ou deux jours), et enfin les essais de vérification in situ, qui visent à vérifier une évaluation précédente d'un chargement ou d'une bâchée arrivant dans une usine de traitement et/ou une installation de gestion de résidus ou de stériles. Les deux dernières catégories ont été adoptées par le Comité européen de normalisation, CEN, comme base pour la mise au point d'un essai de lixiviation normalisé. Comme indiqué précédemment, la norme européenne récemment élaborée EN 12457 (Van der Sloot et al., 1997, EN 2002) est un essai d'extraction proposé pour lixivier les déchets granulaires et les boues avec de l'eau déionisée à un niveau de conformité. 190 July 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Annexes α/α Organisme/Pays Norme Essais d'extraction 1 US EPA Ep Tox 2 TCLP 3 SPLP 4 5 6 7 8 9 10 Colombie Britannique Réglementation relative aux déchets spéciaux Environment Canada* Allemagne France CEN/TC 292 SWEP Centre de caractérisation des matériaux, 1984 Application Milieu lixiviant classement des déchets par toxicité évaluation de l'impact des déchets SWEP modifié Granulométrie maximale Rapport liquide : Nombre solide d'extractions Durée de l'essai acide acétique 0,04 M, pH : 5,0 acide acétique pH : 2,88 ou pH : 4,93 pluie acide synthétique 9,5 16:1 1 24 h 9,5 mm 20:1 1 18 h 9,5 mm 20 : 1 1 18 acide acétique 0,5 N, pH : 5,0 eau déionisée 9,5 mm 20:1 1 24 h 9,5 mm 20:1 1 1h ELT déchets granulaires eau déionisée 150 μm 4:1 1 7 jours DIN 38414 S4 AFNOR X-31-210 EN 12457 boues et sédiments déchets granulaires déchets granulaires et boues eau déionisée eau déionisée eau déionisée 10 mm 4 mm 90 % <4 mm 10:1 10:1 de 2:1 à 10:1 1 ou plus 1 1 ou 2 24 h 24 h 24 h MCC -1P déchets fortement radioactifs eau déionisée monolithes volume/surface 10-200 cm 1 indéterminée Tableau annexe 4.6 : Procédures d'essais de lixiviation pour les déchets (EPA/625/6-89/022, Van der Sloot et al., 1997) * Environment Canada et Alberta Environmental Center (1986) ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 191 Annexes (suite) α/α Organisation/Pays Norme Application Milieu lixiviant Essais dynamiques 13 US EPA 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 192 Granulométrie maximale essai en bâchées multiples déchets granulaires α) acide acétique 9,5 mm MEP β) pluie acide synthétique MWEP déchets granulaires/monolithes eau déionisée 9,5 mm ou monolithe essai de disponibilité gestion hollandaise des déchets eau déionisée avec : 125 μm NEN 7341 lixiviabilité maximale a) pH 7,0 et b) pH 4,0 Pays-Bas essai en colonne NEN déchets minéraux- Simulation eau déionisée avec HNO3 4 mm 7343 de la lixiviation à court et à au pH de 4,0 moyen terme (<50 ans) NEN 7345 essai de lixiviation en cuve eau déionisée 0,1×0,1 pour monolithes et déchets ×0,1 m stabilisés >40 mm essai en bâchées multiples comportement de lixiviation à eau déionisée ajustée avec 4 mm NEN 7349 long terme des déchets du HNO3 au pH de 4,0 Suisse essai d'élution TVA déchets granulaires et eau déionisée, atmosphère non précisée essai en bâchées multiples monolithiques de CO2 pH : 5-6 Suède essais de secousses ENA déchets minéraux-Simulation eau déionisée ajustée au 20 mm essai en bâchées multiples de la qualité initiale de l'eau pH de 4,0 avec H2SO4 interstitielle Unité britannique de WRU élimination des déchets en eau déionisée ou 10 mm recherche sur les milieu inorganique ou en CH3COOH au pH : 5,0 déchets décharge municipale Pays scandinaves Nordtest déchets granulaires eau déionisée ajustée avec 90 % <4 mm bâchées multiples du HNO3 au pH de 4,0 Nordtest déchets granulaires eau déionisée avec : 125 μm essai de disponibilité a) pH 7,0 et b) pH 4,0 Nordtest déchets granulaires eau déionisée ajustée avec 4 mm essai en colonnes du HNO3 au pH de 4,0 ANS 1986 ANS-16.1 déchets faiblement eau déionisée monolithes radioactifs/dangereux Association minière MWMP eau déionisée 5 cm du Nevada July 2004 Rapport liquide:solide Nb d'extractions Durée de l'essai 16:1 20:1 10:1 1 ≥9 4 50 : 1 2 0.1:1 à 10:1 7 5:1 8 de 6h à 64 jours de 20:1 à 100 : 1 5 10:1 2 4:1 4 23 h par extraction 24 h par extraction 24 h par extraction 24 h 18 h par extraction 3 h par extraction 21 jours de 1 à 10 volumes 5 de pore 2 –80 h 2:1 à 50 : 1 1 or 2 or 3 24 h 100 : 1 2 0.1:1 à 2:1 4-5 3 h par extraction 20 jours volume/surface : 10 cm 1:1 11 1 de 2 h à 90 jours 24 h ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 2 Méthodologie pour la caractérisation des résidus et des stériles Caractérisation environnementale des échantillons de résidus Sur la base des techniques mises au point pour l'évaluation du comportement environnemental des déchets miniers et décrites à la section 1 de la présente annexe, la figure ci-après illustre une méthodologie possible de caractérisation des résidus et des stériles. Figure annexe 4.1 : Méthodologie possible pour la caractérisation des résidus et des stériles Procédures opératoires normalisées Les procédures opératoires normalisées (PON) décrivent le mode de réalisation d'essais et de méthodes spécifiques. Elles incluent l'échantillonnage, la préparation des échantillons, les étalonnages, les procédés de mesure et tous les essais effectués de manière répétitive. Le qualificatif "normalisé" signifie que le mode de réalisation de l'opération est précisé à chaque occasion, qu'il corresponde ou non à une procédure élaborée par un organisme de normalisation. Cela dit, lorsque de telles procédures normalisées existent, il est conseillé aux laboratoires, aux organismes de recherche et aux industries minières de les prendre en compte, car elles représentent le jugement de la profession et peuvent servir de base de comparabilité pour des données obtenues par différents laboratoires utilisateurs. Bien que l'utilisation de PON permette d'assurer une certaine continuité dans la réalisation des mesures, aucune méthodologie ne doit être utilisée sans discernement. Son applicabilité doit être réétudiée à chaque utilisation. Si elle est rarement utilisée, le chercheur et/ou l'exploitant devra éventuellement effectuer un nombre suffisant de mesures préliminaires pour démontrer qu'il parvient à une maîtrise statistique du procédé de mesure à chaque occasion. Les procédures opératoires normalisées (PON) relatives à la caractérisation des échantillons de sont recensées dans les deux tableaux ci-après. La plupart de ces procédures s'appliquent également à la caractérisation des stériles. 193 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 2 Paramètre distribution granulométrique densité particulaire PON* BS 1377: Partie 2 : 1990 BS 1377: Partie 2 : 1990 Méthode méthode de tamisage humide/sec méthode du flacon de gaz/méthode du pycnomètre méthode de séchage en étuve méthode du compactage teneur en humidité BS 1377: Partie 2 : 1990 relation entre la densité à sec et BS 1377: Partie 4 : 1990 la teneur en humidité essai en colonne de à préciser consolidation perméabilité - cellule triaxiale BS 1377: Partie 6 : 1990 méthode de la cellule triaxiale - charge décroissante KP (Annexe A.1.1) méthode de la charge décroissante *une méthodologie normalisée équivalente à la méthodologie britannique et de préférence européenne peut être suivie. Tableau annexe 4.7 : Procédures opératoires normalisées Paramètres Bilan acido-basique PON ABA modifié (Annexe B.1.1) 1. pH pâteux 2. Procédure d'extraction modifiée des déchets spéciaux en Colombie Britannique Commentaire recommandé Lixiviabilité 1. Procédure de lixiviation pour l'évaluation des caractéristiques de toxicité (TCLP) 2. Procédure de lixiviation par précipitation synthétique (SPLP) 3. Lixiviabilité par l'eau USEPA #1311 facultative USEPA #1312 DIN 38414 S4 facultative recommandée 4. Lixiviabilité par l'eau EN 12457 facultative 5. Méthode séquentielle Essais cinétiques 1. cellules humides en attente de normalisation 2. protocole en colonnes mis au point par GSG Sels solubles Modifié de Morin et Hutt, 1997 et ASTM D5744-96 recommandé recommandée essais en colonnes ou en cellule humide appliqués de façon sélective. Analyse chimique 1. spectres d'absorption atomique avec flamme. (F-AAS) 2. spectres d'absorption atomique avec four graphite. (GF-AAS) 3. spectrométrie d'émission atomique à source plasma à couplage induit (ICPAES) 4. spectrométrie de masse à couplage induit (ICP-MS) Minéralogie 1. spectrométrie de fluorescence X (XRF) 2. diffraction de rayons X (XRD) 3. microscopie électronique à balayage (SEM) 4. microscopie à lumière transmise ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 194 Chapitre 2 (TLM) Tableau annexe 4.8 : Procédures opératoires normalisées Caractérisation des additifs Pour une gestion des stériles et des résidus sans risque pour l'environnement durant l'exploitation et la fermeture, il est parfois nécessaire d'utiliser des additifs pour empêcher ou limiter la formation d'acidité et d'eaux de drainage contaminées. La caractérisation des additifs va dépendre du type d'application de ces additifs et de leurs objectifs spécifiques. Les additifs se répartissent dans les catégories suivantes : • les matériaux alcalins (par exemple le calcaire et la chaux) pour l'apport d'une capacité de neutralisation • les matériaux pouzzolaniques (les cendres volantes, par exemple) pour l'apport d'une capacité de neutralisation, la modification des propriétés géotechniques des déchets et/ou résidus évacués et pour la formation de couvertures et barrières à faible perméabilité • les argiles (la bentonite, par exemple) pour la formation de couvertures et barrières à faible perméabilité et • les matériaux organiques (les boues biologiques, par exemple), principalement pour faciliter la gestion lors de la phase d'après fermeture ou pour améliorer le maintien de conditions anaérobies au sein du matériau. Le tableau ci-après recense certaines méthodes de caractérisation des additifs : Paramètre humidité analyse granulométrique indice de gonflement analyse chimique teneur en oxyde de calcium libre analyse minéralogique potentiel de neutralisation capacité d'échange cationique lixiviabilité des métaux Méthode Matériaux alcalins √ √ ASTM D 5890 - - AAS/ICP/titrage /méthodes gravimétriques CaO, MgO, Al2O3, CO2, SO3, SiO2, Fe, Mn, LOI Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, TiO2, SiO2, SO3, CO2, LOI Teneur en éléments traces: Pb, Zn, Cd, As, Mn, Ni, Cr BS 1377 : 2 1990 BS 1377: 2 1990 EN 451-1 √ √ √ Matériaux pouzzolaniques √ √ √ √ √ Olphen 1977 - TCLP DIN 38414 S4 - √ √ √ XRD/microscop ie optique ABA modifié Argiles √ Matériaux organiques √ - carbone organique, azote, phosphore, LOI, teneur en métaux lourds - - √ - √ - - √ √ √ √ √ Tableau annexe 4.9 : Quelques méthodes de caractérisation des additifs Elaboration de techniques de réhabilitation Stabilisation physique et géochimique Pour l'élaboration et l'évaluation de politiques de réhabilitation et de fermeture pour les installations de gestion de résidus ou de stériles, il est d'usage de procéder à des essais cinétiques en laboratoire similaire à ceux qui sont effectués au cours du programme de caractérisation environnementale. Par exemple, l'efficacité des additifs alcalins pour bloquer la génération d'acidité par des résidus et des stériles sulfurés peut être évaluée grâce à des essais en cellule humide, des colonnes (ROLCOSMOS, 2001), ainsi que des lysimètres (PRAMID, 1996). 195 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 2 Pour l'élaboration et l'évaluation de couches de faible perméabilité consistant en un mélange des résidus ou des stériles avec certains additifs, la méthodologie doit en principe inclure une caractérisation géotechnique et géochimique du système de couverture potentiel, comme le montre la figure ci-après. Cette méthodologie, appliquée auparavant aux systèmes de couverture composites à base de résidus, de cendres volantes et de bentonite, est basée sur les recommandations émises par les agences internationales de protection de l'environnement concernant les aspects suivants : • conception et évaluation des dépôts de couverture (U.S EPA/625/4-91/025) • traitement de stabilisation/solidification des déchets (U.S EPA 625/6-89/022), et • prévision et prévention du drainage acide dans une mine de sulfure (Environment Australia, 1997). Figure annexe 5.1 : Caractérisation environnementale des matériaux A l'issue de la caractérisation physique des résidus et additifs, c'est-à-dire de l'analyse de leur niveau d'humidité et de leur granulométrie, les essais géotechniques réalisés avec les mélanges composites ont pour objectif de déterminer les paramètres fondamentaux utilisés pour mettre au point des barrières de surface, notamment la courbe de compactage normalisée de Proctor et la conductivité hydraulique. Lorsqu'on utilise des additifs présentant un comportement chronodépendant, par exemple des mélanges bentonite/résidus ou ciment/résidus, il faut appliquer une procédure normalisée de ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 196 Chapitre 2 mûrissement à l'échantillon avant de l'analyser. Ces procédures d'essai normalisées sont actuellement en cours de préparation (CLOTADAM 2003). La relation entre la densité à l'état humide et à l'état sec (courbe de compactage) peut être déterminée selon la norme et/ou la méthode Proctor modifiée (BS 1377 partie 4, ASTM D698, D1557, D558). L'influence du mûrissement du mélange résidus/additif sur le délai de compactage et la teneur en humidité des mélanges est généralement prise en compte. Les mesures de conductivité hydraulique peuvent être effectuées sur des échantillons compactés à leur teneur optimale en humidité et à leur densité maximale à sec et mûris pendant 7 et/ou 28 jours à une humidité relative > 90 % et à température ambiante. Le mûrissement des échantillons est fondamental car il permet aux réactions pouzzolaniques et de cimentation de se dérouler, assurant ainsi la stabilisation physique et géochimique des matériaux. On mesure également la conductivité hydraulique des échantillons compactés à l'état humide ou sec et à l'humidité optimale, afin de déterminer les conditions qui font baisser la conductivité hydraulique. La conductivité hydraulique se détermine selon BS 1377 (Partie 7) et/ou par la méthode de la charge variable (BS 1377 Partie 5/6, ASTM D 5084). Pour évaluer l'aptitude géotechnique des différents mélanges testés, on peut par exemple comparer les mesures de conductivité hydraulique à la valeur recommandée par la réglementation européenne relative aux revêtements et couvertures à faible perméabilité, soit k ≤ 10-9 m/s. Pour les mélanges composites qui répondent à ce critère, on peut poursuivre la caractérisation géotechnique, notamment par des essais de résistance à la compression (ASTM D2166) et de durabilité à l'état sec/humide (ASTM D559) pour déterminer les caractéristiques de résistance de ces mélanges et évaluer leur intégrité physique à long terme. L'agence américaine de protection de l'environnement (US EPA) considère qu'un matériau stabilisé/solidifié doté d'une résistance de 50 psi (345 kPa) présente un niveau satisfaisant de résistance à la compression sans confinement (U. EPA/625/6-89/022). Cette recommandation minimum a été proposée pour assurer la stabilité de la fondation sur laquelle vont reposer les matériaux, y compris les engins de construction et les matériaux de couverture. La valeur minimum de résistance à la compression sans confinement imposée pour les mélanges résidus-additifs doit être évaluée en fonction des charges nominales auxquelles les matériaux seront soumis. Essais géochimiques Les essais géochimiques pouvant être réalisés sur des mélanges composites compactés et vieillis sont entre autres les suivants : • la méthode du bilan acido-basique (ABA) modifié permettant de déterminer le potentiel acidifiant des résidus sulfurés • les essais normalisés de lixiviabilité des métaux - méthode DIN 38414 S4. Reverdissement des zones de dépôt de résidus Un certain nombre d'analyses chimiques spécifiques peuvent être réalisées afin de caractériser des résidus, traités ou non, en tant que milieu de culture pour la croissance végétale. Ces analyses comprennent : la composition chimique, l'acidité, la salinité/sodicité et la teneur en éléments dans la solution du sol. Une description détaillée des analyses à effectuer est donnée dans l'ouvrage suivant : “Methods of Soils Analysis. Part 2 : Chemical and Microbiological Properties”, 2nd edition, American Society of Agronomy Inc., Soil Science Society of America Inc., Madison, Wisconsin, US, 1982. Analyse chimique 197 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 2 Outre la détermination de la teneur en métaux lourds précédemment décrite, un certain nombre d'éléments inorganiques indispensables à la croissance végétale peuvent également faire l'objet de dosages lors de l'élaboration du programme de reverdissement. Ces dosages portent sur les éléments suivants : Carbone total, carbone inorganique et carbone organique : Le carbone total est la somme du carbone organique et du carbone inorganique. La plus grande partie du carbone organique se trouve dans la fraction de matière organique du sol, qui est constituée de cellules de micro-organismes, de résidus végétaux et animaux à différents stades de décomposition, d'humus stable synthétisé à partir de résidus, et de composés fortement carbonés tels que le charbon de bois, le graphite et le charbon. Le carbone inorganique se trouve principalement dans les minéraux carbonatés. Dosage du phosphore, de l'azote et du potassium La présence de ces éléments dans un milieu de culture végétale est indispensable. Leur éventuelle absence peut être compensée par un apport en engrais. Le type et la quantité de l'engrais seront déterminés en fonction de la présence des ces éléments dans le sol. Les procédures normalisées de détermination de la teneur en P, N et K dans les sols devront être respectées. Acidité potentielle et pH Il existe plusieurs méthodes de mesure du pH, notamment la mesure directe dans la pâte de saturation, la mesure dans l'extrait de saturation et la mesure dans des extraits dilués (avec un rapport de liquide à solide égal à 1, à 2, à 5 etc.). La mesure la plus représentative pour le pH du sol (ainsi que pour la conductivité électrique et pour la teneur en sels solubles) est celle de la pâte ou extrait de saturation, car elle se rapproche davantage aux conditions du terrain. Toutefois, des méthodes de mesure dans des conditions autres que saturantes sont souvent appliquées, car elles sont simples et produisent une plus grande quantité de solution de lixiviat, ce qui permet de procéder à des analyses complémentaires (la concentration de l'extrait en sulfates et en métaux lourds, par exemple). L'acidité/alcalinité potentielle est déterminée par titrage en retour avec une base ou un acide jusqu'à un point final prédéfini. Conductivité électrique et sels solubles Comme le pH, la conductivité électrique peut être mesurée dans la pâte de saturation, les extraits de saturation ou les extraits dilués. Pour doser les sels solubles, on mesure leur concentration dans l'extrait. Le rapport d'adsorption du sodium (SAR) se calcule par la formule suivante : SAR = Na/((Ca+Mg)/2)1/2 où Na, Ca et Mg s'expriment chacun en meq/l CEC et ESP La capacité d'échange cationique (CEC) est une mesure de l'aptitude d'un sol à retenir les cations sous forme échangeable. L'essentiel de cette capacité d'échange provient de l'argile et des matières organiques qui composent l'échantillon. La capacité à retenir les cations sous forme échangeable résulte d'une charge négative sur les minéraux argileux et les matières organiques. Cette charge négative est neutralisée par un nombre équivalent de cations échangeables. Les procédures de détermination de la CEC sont différentes selon que les échantillons sont non calcaires ou non gypsifères ou qu'ils sont calcaires et gypsifères. Le pourcentage de sodium échangeable (ESP) est le rapport entre le nombre de cations de sodium échangeables et le nombre total de cations échangés. ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 198 Chapitre 2 ANNEXE 5 Normes d'audit en vigueur dans différentes régions du monde Les audits indépendants doivent commencer par un examen de la conception et de l'exploitation de l'installation par rapport aux normes fixées par les autorités de régulation du pays concerné et des engagements pris par la mine dans sa propre documentation. A cet égard, les normes des différents pays sont résumées ci-après : Australie Les directives australiennes sur la conception sécurisée et les normes d'exploitation d'une installation de stockage des résidus (“Guidelines on the Safe Design and Operating Standards for Tailings Storage”) et sur l'élaboration du manuel d'exploitation d'une installation de stockage des résidus (“Guidelines on the Development of an Operating Manual for Tailings Storage”), qui émanent du ministère australien des minéraux et de l'énergie pour l'Australie occidentale, définissent les normes qui régissent les inspections systématiques et les audits d'exploitation. Il existe un document complémentaire, intitulé “Tailings Dam HIF Audit” et qui décrit les éléments d'un audit indépendant selon les normes australiennes. Ce document est disponible à l'adresse suivante : http://notesweb.mpr.wa.gov.au/MODAMS/MDWebAnalysisReps.nsf/ca94b16fd41d002 et les directives, dans les publications ISBN 0 7309 7808 7 et ISBN 0 7309 7805 2. Canada Les directives canadiennes “A Guide to the Management of Tailings Facilities” et “Developing an Operation, maintenance and Surveillance manual for Tailings and Water Management”, produites par l'association minière du Canada suggèrent que des inspections et revues périodiques, des audits, des vérifications indépendantes et des revues indépendantes et soient réalisées dans le cadre du programme de surveillance. Les documents correspondants sont disponibles sur le site www.mining.ca Afrique du Sud Le document principal régissant les activités d'élimination des résidus des sociétés minières d'Afrique du Sud est le Code des pratiques obligatoires pour le dépôt des résidus miniers, publié par le ministère des ressources minérales et énergétiques (disponible sur le site Internet www.dme.gov.za (publications)). Ce code exige que chaque exploitation minière élabore par écrit les normes et procédures prévues pour protéger la santé et la sécurité des travailleurs et pour limiter le risque de préjudices matériels et corporels. Les aspects environnementaux relatifs aux dépôts de résidus miniers sont abordés dans le rapport sur le programme de gestion environnementale (Environmental Management Programme Report - EMPR) de chaque société minière, également exigé par la loi sud africaine sur les ressources minérales (disponible elle aussi sur le site Internet susmentionné). Les aspects relatifs à la qualité de l'eau sont contrôlés par le National Water Act ainsi que par une série de six documents d'orientation, M1 à M6. La conception des dépôts de résidus miniers en Afrique du Sud est régie par un code de pratique relatif aux dépôts de résidus miniers (SABS 0286: Code of Practice for Mine Residue Deposits). Suède En règle générale, toutes les sociétés minières ont des programmes d'inspections/audits journaliers, mensuels et annuels, mais il n'existe aucune obligation en ce qui concerne les audits indépendants. 199 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 2 ANNEXE 6 Liste de contrôle type pour l'inspection visuelle d'une IGR Nom/numéro de l'IGR : Inspection réalisée par : Fonction : Date/heure : Aspects généraux routes et accès tranchées sorties de drain périmètre extérieur comportement des boues franc-bord installation de décantation et accès stockage de l'eau de retour système d'alimentation en résidus surveillance barrières et clôtures Critères spécifiques Défaut ? oui/non Commentaires état des routes et rampes dommage et érosion des accotements efficacité d'écoulement efficacité d'écoulement signes de déversement signes d'infiltrations présence de zones humides débit des boues densité des boues position du bassin profondeur du bassin franc-bord clarté du fluide d'évacuation intégrité de la structure de décantation capacité disponible pompes à eau de retour position du dépôt état des conduites et des vannes dommages aux instruments relevé selon programme état général signalétique en place et lisible ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 200 Chapitre 2 Liste de contrôle type pour la revue annuelle d'une IGR Nom/numéro de l'IGR Audit réalisé par : Société : Aspects généraux Date/heure : Fonction : Signature : Critères spécifiques Défaut ? oui/non Commentaires routes et accès routes périphériques rampes d'accès tranchées croissance de la végétation d'écoulement des érosion des accotements effluents et des efficacité d'écoulement eaux pluviales dommage aux animaux taches d'humidité externes sorties de drain efficacité d'écoulement ruptures vie animale périmètre extérieur signes de déversement signes d'infiltrations présence de zones humides croissance de la végétation mur extérieur et qualité de construction du mur bassin signes de fissuration géométrie des pentes tonnage de dépôt densité des boues vitesse d'élévation capacité disponible profondeur et position du bassin franc-bord 201 juillet 2004 ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL Chapitre 2 Aspects généraux Critères spécifiques Défaut ? oui/non Commentaires installation de conformité de la passerelle/accès décantation et accès intégrité de la structure de décantation position/intégrité des parois du bassin commande du bassin système d'arrivée exploitation et commande des résidus état des conduites et des vannes efficacité du système instruments de dommage visible surveillance évolutions anormales relevé selon programme interprétation des résultats (analyses de stabilité, par exemple) installation de niveau de stockage stockage des eaux degré d'envasement état de la paroi de retour état du déversoir installation de décantation pompes, vannes et conduites travaux de surveillance par rapport au réhabilitation programme applications d'engrais résultats en termes de végétation qualité de l'eau clarté des eaux de décantation analyse de la composition chimique de l'eau état général barrières et clôtures exigences de sécurité signalétique en place et lisible barrières généralités analyses systématiques consignées surveillances effectuées préparation aux interventions d'urgence ST/EIPPCB/MTWR_BREF_FINAL juillet 2004 202