Thèse soutenue par Jochen Smuda le 5 janvier 2009, Institut de minéralogie et géochimie (IMG)
Les déchets miniers constituent les plus grands volumes de matériel gérés dans le monde. Ces déchets sont riches en métaux lourds et leur altération peut conduire à la libération d’effluents acides riches en métaux, ce qui est le principal problème de l’industrie minière aujourd’hui. Pour contrôler et réduire ces impacts sur l’environnement, il est crucial d’identifier les principaux processus géochimiques dans ces matériaux, ainsi que la circulation de l’eau et des contaminants dissous.
Cette thèse présente les résultats d’une étude géochimique, minéralogique et des isotopes stables sur des déchets miniers de deux sites de dépôt actifs en climats méditerranéen et hyper-aride. L’objectif était d’étudier l’évolution des déchets de la déposition en milieu alcalin vers l’acidification après plusieurs années d’exposition.
Le principal résultat hydrologique a été l’identification de deux types de transport : un transport vertical de l’eau et des contaminants clans la zone non saturée en surface, induit par la montée capillaire due à l’évaporation et par l’infiltration subséquente de la déposition de sédiments frais ; et un transport horizontal dans la zone des eaux souterraines.
Cette dernière zone était très dynamique en raison du mélange d’eaux provenant de différentes sources, comme les eaux souterraines, l’eau de captage et l’infiltration des eaux superficielles. À la surface des déchets, l’évaporation de l’eau interstitielle conduit à la précipitation de sulfates de Na-Ca-Mg et chlorures de Na en climat hyper-aride. En moins de 4 ans, l’altération des minéraux riches en métaux lourds a formé dans la partie supérieure des sédiments une zone d’oxydation à pH acide. Ce processus a permis la libération et le transport par capillarité de Cu, Zn, Fe vers la surface, où ces métaux lourds précipitent sous forme de sulfures de chlorures.
Une nouvelle déposition de sédiments frais pourrait dissoudre ces sels et les transporter vers la zone des eaux souterraines. Dans ces zones, le cuivre était partiellement mobile à cause de la formation de complexe avec le chlore et avec la matière organique dissoute. Une étude en laboratoire sur le fractionnement des isotopes stables de sulfate a permis d’apporter une contribution à leur utilisation comme traceurs dans l’étude des processus géochimiques et de transport lors d’études environnementales.
Les résultats montrent qu’une étude détaillée de la géochimie, des isotopes stables et de la minéralogie permet d’identiier les processus et les voies de contamination déjà pendant la période de dépôt des déchets miniers. Cette connaissance pourrait permettre de planifier, dès le début de l’exploitation, des mesures adéquates pour réduire et contrôler l’impact sur l’environnement pendant la période de dépôts de déchets miniers et après la fermeture du site.
