Le traitement passif des eaux de drainage minier acide : une solution durable

Le drainage minier acide se produit lorsque des roches contenant des minéraux sulfurés, notamment la pyrite (FeS₂), entrent en contact avec l’eau et l’oxygène. Cette interaction génère de l’acide sulfurique et dissout des métaux tels que le fer, l’aluminium, le manganèse, etc. L’eau acide peut ensuite dissoudre les minéraux environnants, libérant des éléments dangereux comme l’arsenic, le cadmium et le zinc. Le drainage minier acide abaisse le pH de l’eau et augmente la concentration en métaux. Il perturbe la vie aquatique et produit également des déchets solides susceptibles de déstabiliser les habitats du poisson et de contaminer les cours d’eau.

Les systèmes de traitement passif sont conçus pour reproduire les méthodes naturelles de nettoyage du drainage minier acide sans nécessiter d’ajouts chimiques constants ou d’apport énergétique. Ils fonctionnent par des processus d’oxydation et de réduction, et misent sur l’activité microbienne pour neutraliser l’acidité et éliminer les contaminants. Ces systèmes sont particulièrement efficaces pour les drainages miniers acides de niveau d’acidité modéré, à faible débit et ayant moins de contaminants. Bien qu’ils ne soient pas adaptés à toutes les situations, les systèmes de traitement passif sont économiques et respectueux de l’environnement, notamment pour la gestion des sites miniers à l’étape de post-exploitation.

1. Zones humides aérobies

Ces zones humides peu profondes, riches en végétation, sont destinées à oxyder et à éliminer les métaux, principalement le fer et le manganèse, des eaux de drainage minier acide légèrement acides à alcalines. Le fer ferreux (Fe²⁺) est oxydé en fer ferrique (Fe³⁺) avec la présence d’oxygène atmosphérique, qui se transforme ensuite en hydroxyde ferrique (Fe(OH)₃) par hydrolyse. Pour précipiter, le manganèse nécessite un pH plus élevé, généralement supérieur à 8. Cependant, les zones humides aérobies sont optimales lorsqu’elles sont associées à des systèmes de prétraitement garantissant l’alcalinité de l’eau. Ces zones humides peuvent servir à affiner et améliorer la qualité de l’eau.

2. Zones humides anaérobies

Ces zones humides combinent de la matière organique avec du calcaire pour créer des conditions favorables aux bactéries qui réduisent les sulfates et augmentent l’alcalinité. Ces bactéries réductrices de sulfate transforment les sulfates en sulfure d’hydrogène, qui interagit avec les métaux dissous pour créer des sulfures métalliques stables. Le calcaire augmente le pH et fournit une alcalinité bicarbonatée. Cependant, l’efficacité des zones humides anaérobies dépend de la qualité de leur matière organique et du calcaire. Avec le temps, elles peuvent se boucher avec des précipités, réduisant ainsi leur efficacité.

3. Drains calcaires anoxiques

Les drains calcaires anoxiques sont des canaux calcaires enfouis qui empêchent l’entrée d’oxygène afin d’éviter que le système ne soit obstrué par des hydroxydes de fer. L’eau acide s’écoule à travers le calcaire, dissolvant le carbonate de calcium, ce qui augmente l’alcalinité tout en neutralisant l’acidité. Ces drains calcaires anoxiques peuvent ne pas bien fonctionner avec un drainage minier acide ayant des niveaux élevés d’aluminium, car ce dernier peut obstruer les espaces du système. Ils conviennent mieux aux drainages miniers acides issus des mines de charbon, qui ont généralement moins d’acidité et moins de fer.

4. Zones humides à flux vertical

Ce système mélange des matériaux organiques et du calcaire dans un agencement à flux vertical. L’eau s’écoule à travers la couche organique où l’oxygène est éliminé, puis traverse le calcaire pour augmenter l’alcalinité. Ces systèmes sont efficaces pour traiter un drainage minier très acide, mais nécessitent un entretien régulier pour éliminer les précipités métalliques.

5. Canaux calcaires ouverts et lits de lixiviation calcaire

Ces systèmes permettent au drainage minier acide de circuler sur ou à travers du calcaire, contribuant ainsi à neutraliser l’acidité en élevant le pH tout en permettant aux métaux de se déposer sous forme d’hydroxyde. En revanche, ces canaux calcaires ouverts peuvent rencontrer des problèmes de colmatage où les précipités recouvrent le calcaire et réduisent son efficacité à long terme.

6. Barrières réactives perméables

Les barrières réactives perméables sont des barrières souterraines remplies de substances réactives comme du calcaire ou des matériaux organiques. Ces barrières interceptent le drainage minier acide et le traitent en générant une alcalinité et en provoquant le dépôt des métaux sous forme de sulfures ou d’hydroxyde. Ces barrières sont efficaces pour traiter le drainage minier acide sur place, notamment dans des zones isolées ou froides. Cependant, leur efficacité peut diminuer avec le temps à mesure que les espaces se remplissent de précipités.

Les systèmes de traitement passif présentent les avantages suivants :

• Coût faible : ces systèmes ont généralement des coûts d’installation et d’exploitation inférieurs par rapport aux systèmes de traitement actif.
• Écologiques : ils s’intègrent harmonieusement dans l’environnement, favorisant la biodiversité et la beauté naturelle.
• Peu d’entretien : la plupart des systèmes nécessitent peu d’entretien, bien que des vérifications à fréquence régulière soient importantes pour leur longévité.

Les systèmes de traitement passif ne conviennent pas au drainage minier acide ayant des débits élevés, une acidité extrême ou de trop nombreux contaminants.

En effet, l’accumulation de précipités peut obstruer ces systèmes, rendant nécessaire un nettoyage à fréquence régulière ou exigeant le remplacement des matériaux.

Les systèmes de traitement passif offrent des moyens écologiques et rentables pour gérer le drainage minier acide, notamment dans la restauration des zones où l’exploitation minière est terminée. Bien qu’ils ne soient pas adaptés à toutes les situations, ces systèmes représentent une option durable par rapport aux traitements actifs énergivores. Leur adoption peut contribuer à transformer les zones affectées par le drainage minier acide en environnements sains, soutenant ainsi un héritage minier plus durable.

L’équipe BBA comprend des ingénieur·e·s, des chimistes, des géochimistes et des biologistes capables de mener à bien des études exhaustives et des projets entourant la problématique de drainage minier acide et des options de traitement passif.

J. Taylor, S. Pape, N. Murphy. A Summary of Passive and Active Treatment Technologies for Acid and Metalliferous Drainage (AMD).

C. Zipper, J. Skousen, C. Jage. Passive Treatment of Acid-Mine Drainage.

K. L. Ford. Passive Treatment Systems for Acid Mine Drainage.

J. Skousen, C. Zipper, A. Rose, P. F. Ziemkiewicz, R.t Nairn, L. M. McDonald, R. L. Kleinmann. Review of Passive Systems for Acid Mine Drainage Treatment.