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Revue de divers aspects lis la stabilit gotechnique des ouvrages de retenue de rsidus miniers

Partie II - Analyse et conception

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RESUME

Les digues des parcs rsidus miniers sont,

encore aujourdhui, sujettes des dfaillances

relativement frquentes suite des instabilits

gotechniques. La problmatique gnrale lie

la stabilit de ces ouvrages de retenue a tprsente dans la partie I. Dans cette partie II,

on revoit les principaux facteurs qui affectent la

stabilit des digues. Les outils typiquement utili-

ss pour analyser le comportement des ouvrages

sont dcrits, en mettant lemphase sur leffet des

vnements critiques comme les pluies abon-

dantes et les sismes. Larticle discute aussi de

nouvelles avenues pour aider contrler certains

problmes, incluant lutilisation dinclusions de

roches striles dans les parcs rsidus miniers.

MOTS-CLS : Mines, rejets de concentrateur,

digues, parcs rsidus, proprits gotechniques,

stabilit, ruptures, pentes, fondations.

ABSTRACT

Tailings dikes are still prone to relatively frequent

failures due to geotechnical instability. The gene-

ral problem related to stability of such retaining

works has been presented in part I. In this part II,

the main factors that affect the stability of dikesare reviewed. Typical tools used to analyse the

behavior of these engineering works are descri-

bed, with an emphasis on the effects of critical

events such as large precipitations and earth-

quakes. The article also discusses new avenues

that help control the problems, including the use

of waste rock inclusions in the tailings impoundment.

KEYWORDS : Mines, mill tailings, dikes, im-

poundment, geotechnical properties , stability, fai-

lure, slopes, foundations.

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AUBERTIN M.1, JAMES M.1, MBONIMPA M.2,BUSSIRE B.2, CHAPUIS R. P.1,1 - Polytechnique Montral, C.P. 6079, Stat. Centre-Ville, Montral, Qc, Canada, H3C 3A7

2 - Universit du Qubec en Abitibi-Tmiscamingue, 445 boul. Universit, Rouyn-Noranda, Qc. Canada, J9X 5E4

Revue de divers aspects lis la stabilit gotechnique

des ouvrages de retenue de rsidus miniers

PARTIE II ANALYSE ET CONCEPTION

1. Introduction

Lentreposage des rejets de concentrateur dans des parcs rsidus miniers ncessite des mthodes conomiques etscuritaires. Ceci reprsente souvent un dfi de taille carces rsidus ont des proprits gotechniques complexes quirendent difficile lanalyse de leur comportement. Les entre-prises minires et les firmes de consultants spcialises, quisont bien conscientes des enjeux et des risques, demeurentconfrontes une incidence leve de dfaillances, dontcertaines peuvent avoir des consquences graves pour lascurit des personnes et des infrastructures, ainsi que pourles cosystmes voisins.

Comme on la vu dans la partie I, la solution aux problmesgotechniques passe par une bonne connaissance de lorigine

et des proprits des matriaux en prsence. Il faut aussiavoir recours des technologies qui aident prvenir cesproblmes, et exercer une surveillance rgulire et prolon-ge des ouvrages. Les parties impliques doivent favoriserladoption dune approche prudente, en tenant compte desdivers risques gnrs par dventuelles dfaillances (pendantlopration et la fermeture).

Dans cette partie II, les principaux lments relatifs au com-portement des rsidus miniers et lanalyse et la conceptiondes ouvrages sur les sites dentreposage de ces rejets de

concentrateur sont prsents, en insistant sur les aspects lis la stabilit gotechnique des digues de retenue. Plus de d-tails et des rfrences complmentaires sont prsents dansAubertin et al. (2011).

2. Composantes de lanalyse

de stabilit

Lvaluation de la stabilit des ouvrages de retenue des rsi-dus miniers se fait habituellement par le biais de techniquesqui permettent de calculer un facteur de scurit FS (aussi

appel coefficient de scurit) sur la base de la rsistance aucisaillement des matriaux pour divers modes de rupture. Lesdigues de parcs rsidus doivent avoir la capacit de suppor-

ter les combinaisons de charges (statiques et dynamiques) lesplus dfavorables pendant la construction et lopration dusite, et aprs sa fermeture. On considre usuellement que lesvaleurs retenues pour les facteurs de scurit peuvent varierselon la nature et lenvergure des ouvrages, le type de sollicita-

tion et la probabilit dapparition des vnements, i.e. selon lerisque associ une dfaillance. On peut inclure dans lanalysede stabilit de louvrage et le calcul du facteur de scuritles effets des dispositifs de rduction des charges (comme lessystmes de drainage pour la dissipation des pressions), mais lascurit de louvrage ne devrait pas tre compromise dans lescas o ces dispositifs ne fonctionneraient pas correctement.

Les tapes, les outils de calculs et les paramtres utiliss pourlanalyse de la stabilit des ouvrages miniers ont t revusdans plusieurs documents, incluant : Vick (1990), Aubertin etal. (2002a, 2011), Fell et al. (2005), DAppolonia Engineering(2009) et Blight (2010). Ces tapes comportent une caractri-sation du site et des matriaux (fondations, digues, rejets, etc.),lvaluation du volume dentreposage en fonction du temps,la configuration gomtrique des lieux et des ouvrages, ainsique lanalyse de la rponse des composantes aux sollicitationsimposes en terme de contraintes, de dplacements et defacteurs de scurit contre la rupture.

2.1 Bilan deau et crue de projet

Le point de dpart des analyses de stabilit des ouvrages quiretiennent leau est la dtermination du niveau phratique (eaulibre et souterraine) et lvaluation des pressions interstitielles.La procdure habituelle repose sur llaboration de rseauxdcoulement. Pour cela, on adopte souvent lhypothse duncoulement stationnaire en milieu satur sous chargementgravitaire. Toutefois, il est de plus en plus frquent dutiliser desoutils de calcul plus reprsentatifs, bass sur des conditionssatures et non satures (e.g. Chapuis et Aubertin, 2001); il estgalement souhaitable de faire des analyses transitoires pourprendre en compte les variations observes.

Ltablissement des rseaux dcoulement requiert une va-luation de la position du niveau phratique en amont et labase des ouvrages, pour les conditions courantes et pour les

Auteur/s qui la correspondance devrait tre adresse : [email protected]

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conditions exceptionnelles (associes de trs fortes venuesdeau par exemple). La position de leau est alors fonctionde la crue de projet slectionne. Lampleur de cette crueest gnralement dtermine partir des donnes clima-tiques accumules et analyses statistiquement. A cet gard,

on reconnait gnralement quil est de plus en plus difficiledobtenir une estimation reprsentative de lampleur de cesconditions exceptionnelles (ou critiques) en raison des incer-titudes associes aux variations climatiques observes depuisplusieurs annes. En plus de rduire la signification (perti-nence) des donnes antrieures, les changements climatiquesont souvent pour effet daugmenter lampleur et la frquencedes vnements extrmes, comme les pluies abondantes etles scheresses. Lincertitude accrue qui en rsulte devraitinciter la prudence, en basant la conception des ouvragessur des vnements qui ont une trs faible probabilit de

survenir. Cet aspect est particulirement important pour lessites dentreposage avec de grands bassins versants ou pourles parcs rsidus qui accumulent beaucoup deau. De tellesconditions engendrent de nombreux dfis, surtout lorsquelon considre les risques long terme (Aubertin et al.,1997,2002a; Vick, 2001).

La conception des bassins se fait en fonction de la crue deprojet, dfinie partir dune combinaison de diverses prci-pitations, comme la fonte des neiges et une pluie abondanteau printemps, ou une prcipitation critique pour lt etlautomne. En ce sens, il est maintenant commun de ba-

ser le calcul de la crue de projet sur la valeur de la cruemaximale probable, CMP, dfinie selon la prcipitationmaximale probable, PMP, pour une priode de 24 heures(mais pouvant varier de 6 72 heures), pour une superficiede rfrence typique de 25 km2(ASCE, 1996; Mays, 2001).

A titre dexemple, on peut mentionner lvaluation des valeursde la CMP et de la PMP ralise par SNC-Lavalin (2004)pour le territoire qubcois. Cette valuation indique que lavaleur de la pluie maximale probable est de lordre de 370mm dans le sud du Qubec (autour de Montral), et quelle

tend diminuer vers le nord, soit autour de 350 mm en Abitibi(Rouyn-Noranda, Val-dOr) et de 300 mm sur la Cte Nord(Sept-les). Ces valeurs sont assez proches (bien quun peuplus faibles dans certains cas) de celles rapportes par lASCE(1996) pour le sud du Qubec. Ce document amricain pr-sente aussi diverses relations entre la dure des prcipitations,leur intensit, et la probabilit annuelle p

ade survenir (avec

pa= 1/PR, o PR est la priode de retour ou de rcurrence,

exprime en annes). La valeur de paassocie la PMP (ou

la CMP) est trs faible; elle est quelquefois considre commenulle (thoriquement) mais elle serait plutt de lordre de 6x 10-5 en pratique (Marche, 2008). Lintensit de la PMP estsouvent de lordre de cinq fois la prcipitation correspondant p

a= 0,01. Rappelons aussi que la prcipitation de pointe sur-

venue au Saguenay lors des inondations de juillet 1996 (pour

la priode de 24 heures la plus critique) tait denviron 170mm (soit approximativement la moiti de la PMP locale). Autotal, on a rappor t quil tait tomb 280 mm de pluie en 51heures lors de ces vnements (Aubertin et al.,1997). Cesvaleurs montrent que des prcipitations trs abondantes sont

susceptibles de survenir dans les rgions minires les plusactives, comme lAbitibi et la Cte Nord (o la PMP est com-parable celle du Saguenay).

La crue de projet est relie au bilan hydrologique du bas-sin dentreposage (et de son bassin versant) et la distribu-tion des venues deau au cours du temps, en tenant comptede tous les apports (prcipitations, ruissellement, dchargedautres bassins, cours deau affluents, eaux dans la pulpe, etc.),des pertes encourues (vaporation, percolation dans le solet dans les digues, dbit de leffluent final, eau recircule, etc.)

et du volume emmagasin. Pour une conception scuritaire, ilfaut considrer des conditions de ruissellement et demma-gasinement dfavorables, incluant la prsence pralable deauaccumule dans le sol et le bassin (attribuable par exemple une averse rcente ou la fonte des neiges).

Les ouvrages de retenue et de confinement des rejets miniersdoivent permettre de contrler la crue de projet correspon-dant la condition daccumulation la plus dfavorable envisa-ge, de faon viter un dbordement en crte qui pourraitconduire une rupture avec dferlement des eaux et desrsidus. Les ouvrages dvacuation et la revanche minimale

(entre llvation maximale de leau dans le bassin et ll-vation de la crte de la digue) doivent tre soigneusementchoisis pour ces conditions critiques. La possibilit dun mau-vais fonctionnement des quipements de rgulation du niveaudeau doit aussi tre explicitement envisage. Comme il peuttre difficile dassurer en permanence le bon fonctionnementdes ouvrages de contrle des eaux (vacuateurs de crue oudversoirs, tranches de drainage, etc.) pendant lopration et(surtout) aprs la fermeture du site, les bassins daccumulationdeau devraient pouvoir emmagasiner la totalit de la crue deprojet. Il faut aussi sassurer quune grande partie du volume

emmagasin puisse tre vacu naturellement dans un dlairaisonnable (de quelques jours).

Lampleur des prcipitations de conception, qui contrlent lacrue de projet (ou crue de conception), dpend des dimen-sions des ouvrages et des risques que reprsente une dfail-lance. Ceci sapplique aussi aux autres types dvnementsrcurrents (sismes et scheresses, par exemple). ltapeprliminaire, on peut baser le choix de la probabilit annuellesur une classification sommaire des ouvrages qui tient comptede leur envergure et des dangers potentiels dune rupture(e.g. Aubertin et al. 2002a). Les dangers lis une rupture(qui contrlent le risque) dpendent alors des impacts co-nomiques et environnementaux et des risques de pertes envies humaines potentielles. Il est utile de rappeler que la rup-

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ture dune digue peut avoir des consquences dsastreusessur les cosystmes locaux, surtout lorsque les eaux sont djcontamines ou que les rejets sont une source potentielle decontamination chimique (comme cest le cas pour le drainageminier acide, DMA, et le drainage neutre contamin, DNC).

Le choix dfinitif de la probabilit annuelle doccurrence pa

devrait tre bas sur la probabilit cumulative de dfaillance(choisie selon le risque), qui peut sexprimer de la faon sui-vante (Vick, 1990; Aubertin et al., 1997, 2002a; Mays, 2001) :

Equation n1 : Pcum

= 1 - (1 - pa)i (1)

o Pcum

est la probabilit cumulative (gnralement exprimeen %) que lvnement critique (prcipitation) survienne du-rant une priode de dure i (exprime en annes). Comme

on la vu, cette probabilit annuelle pa(= AEP, Annual Ex-ceedance Probability ) reprsente linverse de la priode deretour PR exprime en annes (p

a= 1/PR).

Lquation 1 indique que pour une dure de vie i = 100 ans,suggre ici comme valeur minimale de rfrence pour tousles types douvrages miniers pendant lopration, la valeur dep

a serait denviron 1/2 000 pour une probabilit de dpas-

sement Pcum

= 5 %, de prs de 1/1 000 pour Pcum

= 10 %,et de lordre de 1/450 pour P

cum= 20 %. Pour une dure de

vie de 1 000 ans, suggre par lACB-CDA (2010) pour lessites miniers en phase de fermeture, on obtient alors p

a10-4

(= 1/10 000) pour une probabilit Pcumdenviron 10 %. Cettedernire valeur de p

aconstitue dailleurs une valeur cible de

plus en plus frquemment utilise en gotechnique pour ta-blir la condition acceptable relativement la probabilit dedfaillance.

La pratique courante est souvent base sur une probabilitcumulative P

cumde dfaillance des ouvrages de l ordre de 10 %.

Toutefois, cette probabilit devrait tre rduite 5 % lorsqueles risques associs une rupture sont svres (Read et Sta-cey, 2009). La version rcente du Code national du btiment

du Canada (CNB, 2005, 2010) recommande pour sa part(dans le cas des sismes) une valeur de P

cumde 2 %, pour une

dure de vie utile des ouvrages de 50 ans (voir plus loin).

A la fermeture, les ouvrages maintenus en fonction sur lessites miniers doivent demeurer stables pour une trs longuepriode de temps (i.e. de dure indtermine). En ce sens, plu-sieurs spcialistes et organisations considrent que la crue deprojet choisie pour le plan de fermeture dun site minier de-vrait tre base sur la prcipitation maximale probable (PMP).Dans certains cas, on pourrait considrer une prcipitationmoindre, en sassurant cependant que la probabilit dexc-der la capacit du bassin demeure infrieure une probabilitcumulative juge acceptable pour la priode considre. Parexemple, DAppolonia Engineering (2009) recommande que

la crue de projet long terme ( la fermeture) soit basesur une valeur suprieure ou gale 0,5 CMP pour les situa-tions engendrant de faibles risques; la CMP est recommandesi les risques sont significatifs ou levs. Cette firme spcia-lise recommande aussi que lanalyse de la crue de projet

prenne en considration des prcipitations pouvant atteindreune dure de 10 jours (plutt que 24 heures, comme cesthabituellement le cas). La Commission Europenne (EuropeanCommission, 2009) recommande pour sa part une probabilitannuelle p

a1/5 000 (ou mme 1/10 000) pour les digues de

bassin daccumulation deau qui engendrent des risques levs trs levs. Comme on la mentionn, la valeur recomman-de par lACB-CDA (2010) devrait tre base sur une durede vie minimale de 1 000 ans, ce qui mne une valeur de p

a

10-4(pour Pcum

10 %).

Il convient de rappeler nouveau que les tendances liesaux donnes climatiques rcentes augmentent lincertitudesur la valeur des donnes climatiques anciennes qui sont uti-lises pour les analyses statistiques. On peut donc anticiperdes carts marqus entre les prcipitations antrieures etcelles qui devraient tre observes au cours des prochainesdcennies. Il est cependant hasardeux de prdire leffet deschangements climatiques sur les vnements extrmes . Il fautaussi noter que les donnes climatiques accumules dans cer-taines rgions sont affectes par la dure limite de la priodedobservation. Ceci peut crer un biais en faveur des annesrcentes, ngligeant ainsi certains vnements critiques plus

reculs dans le temps.

Lors du dimensionnement des ouvrages de retenue deau, ondoit tablir une revanche minimale entre llvation maximalede leau en amont et llvation (cote) maximale de la crte.Cette revanche sert de protection contre les vagues, contrele tassement ventuel et contre tout mauvais fonctionnementdes ouvrages dvacuation. La hauteur minimale de protectionserait de 1 m plus une hauteur quivalente 1,5 fois la dimen-sion de la vague la plus haute, soit de 0,3 2,0 m (selon lesdimensions du bassin inond), plus une hauteur de courbure

denviron 0,2 1 % de la hauteur de louvrage afin de tenircompte des tassements aprs la construction (Aubertin et al.,1997, 2002a). Au Qubec, une hauteur de revanche minimalede 2 3 m devrait idalement tre maintenue dans les situa-tions courantes, afin notamment de tenir compte des dom-mages lis la pntration du gel. Les documents de lACB-CDA (2007, 2010) recommandent des mthodes spcifiquespour valuer la revanche des digues selon les conditions deprcipitations envisages, pendant lopration et la ferme-ture des sites miniers.

2.2 Ecoulements de leau etpressions interstitielles

Lvaluation des rseaux dcoulement dans les digues de

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parcs rsidus fait appel la loi de Darcy, en tenant comptedes conditions aux frontires et de la nature des matriaux(Vick, 1990; Aubertin et al.,2002a). Toutefois, la prsence dematriaux solides en amont des digues, leffet de laccumula-tion progressive des rejets et lanisotropie de permabilit desrsidus peuvent rendre cette valuation relativement impr-cise. Il est alors ncessaire de porter une attention particulire la position de leau libre et la longueur de la plage dersidus non submergs, ainsi quaux pressions interstitielles enexcs gnres durant le remplissage des bassins (Aubertinet al. , 2011).

Les rseaux dcoulement ainsi construits sont plus reprsen-tatifs lorsque lon connait bien les caractristiques internes dusystme, comme cest habituellement le cas pour les digueszones, formes de sols naturels. Lincertitude est plus grande

pour les digues construites avec des rejets, surtout dans le casde la mthode amont.

Lors de lanalyse et de la conception, on doit viser ce quele niveau phratique ne puisse pas atteindre la face aval dela digue de retenue afin dviter le suintement et le ruissel-lement des eaux sur le flanc de la digue. Au besoin, le niveaude la nappe devrait tre rabattu par un drain de pied ou untapis drainant (pour la mthode amont), ou laide dun drainchemine (pour les mthodes aval et de laxe central); desexemples de tels systmes sont prsents dans Aubertin etal. (2002a). La mise en place dun noyau impermable peutaussi aider abaisser la nappe un niveau acceptable dans laportion aval de la digue.

Il est galement ncessaire dviter que la surface de leau libredans le bassin dentreposage ne vienne en contact directe-ment avec la face amont de la digue. Une plage dune lon-gueur minimale denviron 100 m est habituellement requiseafin dabaisser suffisamment le niveau de leau par rapport la face de la digue (e.g., Vick, 1990). On doit alors sassurerque ses berges ne sont pas affectes de faon excessive parlrosion olienne et hydrique.

Comme mentionn plus haut, les analyses du rseaudcoulement se font habituellement pour des conditions(pseudo) stationnaires en conditions satures. Mais puisquelon retrouve dans les parc rsidus des conditions transitoiresavec des venues deau et un niveau qui change au cours dutemps, et un degr de saturation variable, il est avantageux demener les analyses laide de mthodes numriques (Chapuiset Aubertin, 2001). Une telle approche permet dvaluer lespressions interstitielles en tout point de la digue et destimerde faon plus raliste les dbits de fuite. On peut aussi coupler

ce rseau avec un calcul de stabilit pour valuer le facteur descurit de louvrage.

3. Modes dinstabilit

3.1 Instabilits dues lrosion

Lrosion est un problme communment rencontr sur lesparcs rsidus. Lrosion de surface peut tre due leau deruissellement et au vent. Ce type drosion est fonction duclimat, de lrodabilit des matriaux (selon la taille des par-ticules et leur cohsion), de la prsence de vgtation, ainsique de la longueur et de langle de la pente des talus (Auber-tin et al.,2002b; Blight, 2010). La vgtation est gnralementconsidre comme le moyen le plus efficace pour prvenirlrosion de surface long terme. Les plantes peuvent aussicontribuer la stabilit des pentes en abaissant la nappe et enagissant comme renforcement. La vgtalisation des digues etdes rejets doit toutefois se faire de manire ne pas mettreen danger lintgrit et la performance des ouvrages, ce quiimplique un choix appropri des plantes et un suivi de la crois-sance et de la diversification naturelle .

Lorsquil y a dbordement en crte, lrosion rapide qui endcoule peut initier lapparition et la progression de brches travers les digues. Celles-ci peuvent se dvelopper jusqula ruine complte de louvrage. Il existe quelques mthodespour prdire les caractristiques du dveloppement dunebrche partir des attributs gomtriques de la digue, desproprits des matriaux et des paramtres lis aux causes

du problme, mais la prvision de ce phnomne reste difficile(Marche, 2008), particulirement dans le cas des ouvrages mi-niers. Lanalyse de la formation de brches devrait aussi inclureune estimation de lampleur de la zone inonde par le dver-sement qui en dcoule; pour les ruptures de digues de rsidusminiers, la grandeur de cette zone peut varier de quelquescentaines de mtres plusieurs dizaines de kilomtres (Vick,1991; Rico et al.,2008).

Plusieurs cas de ruptures de digue ont t attribus lrosionrgressive des matriaux travers les digues et leur fondation.Lrosion rgressive (souvent associe au phnomne de re-nard, ou piping ) est un phnomne qui se produit lorsquily a une circulation deau importante au travers de la digue ousa fondation. Ces coulements peuvent, petit petit, entranerdes particules fines, ce qui acclre lcoulement jusqu laformation dun vritable conduit dans le corps de louvrage.En pratique, lrosion rgressive se produit lorsque les dbitsde percolation (et le gradient hydraulique) nont pas t biencontrls, ou encore lorsque les filtres et/ou drains ont tmal conus ou mal construits. La prsence dun chemin demoindre rsistance, comme des fissures, des voies de perco-lation proximit des conduites rigides, ou des zones lches

dans des matriaux htrognes, favorisent le dveloppementdrosion rgressive. Outre lrosion interne (aussi appelesuffossion), qui dsigne la migration des particules fines au

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sein dun matriau unique, lrosion rgressive inclut plusieursphnomnes particuliers, telle lrosion de contact, de colma-tage, et de filtration (Chapuis, 1995; Aubertin et al.,2002b). Lastabilit dpend alors de plusieurs facteurs, incluant lampleurdu gradient hydraulique (Schmertmann, 2002). Pour rduireles risques drosion interne, il faut inclure des dispositifs pourdiminuer le gradient hydraulique, soit en contrlant le niveaude la nappe phratique en amont ou dans la digue (p. ex.drains et filtres), soit en augmentant les pertes de charges et/ou la longueur du chemin de percolation.

3.2 Stabilit face aux sollicitations (quasi)

statiques

Le mode dinstabilit le plus critique est souvent associ auxpentes des talus forms par les digues. Les mthodes cou-

rantes danalyse de stabilit de pente constituent des outilstrs rpandus et relativement bien connus et documents(Hustrulid et al., 2000; Duncan et Wright, 2005; McCarthy,2007; DAppolonia Engineering 2009; Chowdury et al.,2010;Read et Stacey, 2009). Ces mthodes sont bases sur le prin-cipe de lquilibre limite suivant lequel le matriau circonscritpar une ou plusieurs surfaces de gomtrie donne (circulaire,plane ou autre) glisse le long de cette surface comme un corpsrigide. Les calculs ainsi raliss visent valuer un facteur (oucoefficient) de scurit FS global (unique) partir du rapportentre la capacit C (rsistance disponible) et la demande D

(sollicitations induites), exprimes selon les contraintes, lesforces, les moments ou dautres expressions appropries (i.e.FS = C/D). Selon les mmes principes, on peut galement va-luer la marge de scurit MS (= C-D) face la rupture (Bae-cher et Christian, 2003). Lvaluation de FS (et de MS) devraittre base sur le comportement ultime (post-pic, stationnaire,ou ltat critique) du matriau plutt que sur le comporte-ment au pic (qui dpend trop fortement de ltat local).

La nature de louvrage et ses caractristiques permettent defixer une valeur de FS acceptable pour une pente. En gnral,on considre que cette valeur ne devrait pas tre infrieure 1,5 dans le cas du comportement douvrages denvergure long terme (Duncan et Wright, 2005; Chowdury et al.,2010;Read et Stacey, 2009).

Les approches conventionnelles danalyse, dveloppes sur-tout pour les ouvrages de gnie civil, doivent tre adaptespour tenir compte des particularits des ouvrages miniers quisont construits progressivement, souvent sur plusieurs annes,avec des matriaux htrognes et de faibles indices de den-sit. Les paramtres de rsistance et les pressions interstitiellesdoivent tre estims selon le type douvrage et le mode de

construction (Vick, 1990; Aubertin et al.,2002a).

Dans le cas o la variabilit des proprits est un facteur cl(comme lorsque les digues sont faites de rsidus), on devrait

utiliser des mthodes danalyses bases sur une approche pro-babiliste (stochastique), qui sont de plus en plus utilises pourvaluer la stabilit des ouvrages gotechniques denvergure ou risque (Baecher et Christian, 2003; Duncan et Wright, 2005;Chowdury et al.,2010; Read et Stacey, 2009). De plus, lva-luation de lindice de fiabilit ( reliability index ), en com-plment du facteur de scurit, devrait tre considre carcet indice peut apporter un complment dinformation trspertinent qui aide la prise de dcision pour la conception(Baecher et Christian, 2003; Duncan et Wright, 2005); il sagitdune approche relativement nouvelle, qui est peu utilise cejour pour les ouvrages miniers, mais qui devrait tre consid-re srieusement pour les projets en cours et venir.

On peut aussi complter les analyses par des mthodes num-riques qui permettent dvaluer les contraintes et les dfor-

mations (par diffrences finies ou lments finis par exemple).Ces mthodes servent complter les analyses de stabilitplus classiques, car elles permettent notamment dvaluerles possibilits de rupture progressive et destimer les d-placements induits (Krahn, 2001). On peut aussi utiliser cesapproches numriques pour valuer leffet de conditions desaturation variables (Fredlund et Rahardjo, 1993; Blight, 2010).

La dtermination des paramtres gotechniques appropris, partir dessais de laboratoire ou de terrain, ou selon des essaisindex (comme lindice de pntration standard, N, ou la rsis-tance en pointe au cne), est un volet critique pour lanalysede stabilit. Une caractrisation partielle ou incomplte desmatriaux (et des sites) ajoute lincertitude relativement lastabilit des ouvrages.

Lanalyse de la stabilit doit tre ralise pour diverses tapesde construction et de conditions de chargement, incluant lafin de la construction du remblai damorce et chacune destapes de monte des digues. Il faut aussi procder lvalua-tion de la capacit portante des sols de fondation, des tasse-ments immdiats et diffrs dans le temps, et de la stabilit despentes pour une rupture dans le remblai seul ou dans le rem-

blai et dans le sol. Pour les instabilits de remblais forms dematriaux cohrents (mettant ou non en jeu les matriaux defondation), lanalyse devrait se faire pour la condition critique court terme (condition non consolide, non draine, i.e. =0 et c = c

u) et les conditions plus long terme (consolides et

draines avec les paramtres c, ).

Langle de la pente de la digue joue un rle critique lgardde sa stabilit physique. Pour favoriser le programme de res-tauration la fermeture du site, on suggre couramment unangle infrieur ou gal 18 (~ 3H : 1V). Un angle de lordre

de 12 (~5H : 1V) est souvent souhaitable pour favoriser larevgtation et la stabilit long terme (Vick, 1990).

On doit aussi porter une attention particulire aux ruptures

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peu profondes ou localises (au bas des pentes par exemple)et aux glissements le long des interfaces. La constructionde remblais sur des sols mous (comme certaines argiles)demande aussi une grande attention. On doit notammentvaluer les tassements dus la consolidation primaire (hy-drodynamique) et secondaire (fluage) du sol. Lanalyse de lastabilit dune digue de retenue requiert aussi quon vrifiesi celle-ci peut rsister aux efforts latraux qui induisent leglissement de la base linterface avec le sol en place ou dansune couche molle, plus profonde. La pression latrale exer-ce sur une digue influence aussi la stabilit de la fondationpuisquelle cre des efforts additionnels.

Dans certains cas, on peut amliorer la stabilit des diguesen produisant des rsidus miniers plus denses (paissis ou enpte). Mais mme les rsidus densifis ne sont pas une garan-

tie de stabilit, comme on la observ en Hongrie le 4 octobre2010 lorsquune digue cda en raison dune fondation surargile qui a subi un glissement (Gruiz et al.,2012), produisantun des pires dsastres dans le domaine minier europen aucours des dernires annes.

3.3 Chargements dynamiques

La plupart des ouvrages gotechniques sont susceptibles auxeffets des sollicitations dynamiques (souvent cycliques), quiaffectent la fois la rponse des matriaux (i.e. leur rsistance

la dformation et la rupture) et les modes de sollicitation(pressions interstitielles, contraintes totales et effectives). Cesaspects sont abondamment documents dans la littrature(Kramer, 1996; Fell et al.,2005; Idriss et Boulanger, 2008; DAp-polonia Engineering, 2009; Day, 2010). Les ouvrages minierspeuvent ainsi tre affects par des chargements dynamiquesinduits par les efforts sismiques, et occasionnellement par ledynamitage ou la machinerie. Comme ce sont surtout les ma-triaux pulvrulents, fins, lches et saturs qui sont les plus sus-ceptibles de causer des problmes, les digues construites avecdes rsidus (particulirement avec la mthode amont) sontplus sensibles ces effets ( James et Aubertin, 2010, 2012).

De nombreux cas de ruptures lis aux sismes ont dailleurst rpertoris (CIGB, 2001), impliquant, dans la vaste majo-rit des cas, des digues (en opration) construites par la m-thode amont. En majorit, les dfaillances sur venues sur desouvrages inactifs ont aussi t relies des digues construitespar la mthode amont. La conception des ouvrages miniers enrelation avec leffet des sismes implique plusieurs tapes etcomposantes qui sont rsumes ici.

3.3.1 Caractristiques des sollicitations sismiques

Les conditions de sollicitations sismiques sont dfinies en

termes de magnitude (selon diverses chelles), de lacclra-tion maximale au pic (PGA) et spectrale (valeur horizontaleselon la priode), de la dure, de lnergie, et du contenu fr-quentiel. La rponse des matriaux meubles de tels charge-

ments dynamiques (ou cycliques) a fait lobjet de nombreusestudes de laboratoire et de terrain (voir rfrences cites plushaut). Le cas particulier des rsidus miniers a t analys parJames et al. (2011), qui citent aussi plusieurs autres tudesantrieures. Ces diverses tudes ont montr que le compor-tement dynamique dpend de plusieurs facteurs, incluant lescaractristiques du sisme et du matriau (degr de satura-tion, granulomtrie, indice de densit, conductivit hydrau-lique, historique de dformation).

Le point de dpart des analyses de stabilit face aux solli-citations sismiques est la dtermination des caractristiquesdu sisme de conception pour le projet. Au Canada, on uti-lise couramment les donnes de la Commission gologiquedu Canada, issus spcifiquement des travaux de Adams etHalchuk (2004), qui forment la base de rfrence du Code

national du btiment du Canada (CNB, 2005, 2010) et duManuel canadien dingnierie des fondations (CGS, 2006). Lescartes de zonage rcemment produites indiquent que plu-sieurs rgions minires du Qubec font partie de la Rgion Estdu Canada, qui montre un potentiel sismique significatif. Cesdonnes et sur leurs implications pour les ouvrages minierssont aussi discuts dans Aubertin et al.,(2011)

Adams et Halchuk (2004) soulignent aussi les fortes incerti-tudes associes aux donnes et aux analyses proposes dansle CNB (2005, 2010), ce qui devrait inciter les concepteursdes ouvrages adopter une approche conservatrice (maisraliste) pour le choix de la probabilit annuelle p

a, afin de

dgager une marge de scurit lorsquil y a un risque dinsta-bilit sismique (surtout lorsque la liqufaction est un facteur considrer). Par exemple, il est suggr dutiliser p

a10-4 pour

les ouvrages de retenue prsentant des risques levs dinsta-bilit face aux sismes ( ACB-CDA 2007). Ce risque est fonc-tion de la probabilit de dfaillance et des dgts engendrs.

3.3.2 Stabilit des pentes

Les vnements sismiques peuvent dstabiliser les pentes(Chowdury et al., 2010) et cet aspect doit faire lobjet dva-

luations spcifiques. Lanalyse de stabilit des pentes des ou-vrages vis--vis des conditions de chargement dynamique peutse faire selon plusieurs mthodes, mais lapproche pseudo-statique constitue encore aujourdhui la technique danalysela plus utilise. Selon cette approche, partiellement empi-rique, on procde une analyse de stabilit par les mthodesconventionnelles dquilibre limite en ajoutant au poids de lazone cisaille une force horizontale applique au centre degravit de la masse. La grandeur de cette force horizontaleest contrle par le coefficient sismique n

g, qui peut tre re-

li (indirectement) lacclration de projet (Aubertin et al.,

2002a; Day, 2010).

En principe, la dtermination de lacclration de projet (etdes autres caractristiques du sisme de conception) peut se

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faire essentiellement de la mme manire que le choix dela crue de conception (et des autres vnements rcurrents,de nature probabiliste). Les indications du CNB (2005, 2010)fournissent des balises cet gard, notamment pour la valeurde la probabilit annuelle acceptable. On note aussi que pourla fermeture des sites miniers, la valeur de lacclration deprojet est de plus en plus souvent base sur le sisme maximalprobable (MCE, Maximum Credible Earthquake ), ou surune forte proportion de cette valeur.

Lanalyse pseudo-statique conventionnelle constitue une ap-proche prliminaire qui vise un premier niveau dvaluationdu risque potentielle. Cette approche nest pas toujours suf-fisante (ni mme adquate) pour prdire le comportementdes digues et des remblais en cas de sollicitations sismiquessvres, car elle ne tient pas compte de plusieurs facteurs

importants tels la distribution des forces dynamiques dans lamasse, laugmentation des pressions interstitielles, la rduc-tion de la rsistance du matriau, les dformations induites etleffet des sollicitations cumules. On peut nanmoins consid-rer que la mthode pseudo-statique est acceptable pour desanalyses de base lorsque les digues sont peu leves (hauteur15 20 m par exemple), dans des zones o lacclrationest relativement faible (0,15 g) et o les risques (et les dom-mages potentiels) sont minimes.

Pour les cas plus critiques, il faut avoir recours aux mthodesdanalyses plus labores. Les dveloppements rcents auniveau des lois de comportement et des outils de calculs nu-mriques permettent dailleurs de raliser des analyses pluscompltes, afin dvaluer globalement ltat des contraintes(totales et effectives) et des dformations dans les ouvragesminiers lors des vnements sismiques (DAppolonia Enginee-ring, 2009; James et Aubertin, 2010, 2012). On peut antici-per que de telles approches seront de plus en plus souventutilises au cours des prochaines annes car elles sont plusreprsentatives du comportement rel des matriaux et desstructures.

3.3.3 LiqufactionLorsque des sols ou des rsidus miniers saturs et compres-sibles sont soumis des sollicitations mcaniques cycliques, ledrainage peut tre trop lent pour accommoder une contrac-tion rapide du volume (densification). Il en rsulte une aug-mentation de la pression interstitielle qui rduit les contrainteseffectives et, par consquent, la rsistance au cisaillementdu matriau. Ce phnomne, appel liqufaction (qui inclutaussi le phnomne de mobilit cyclique), est rencontr sur-tout avec les matriaux pulvrulents ayant un comporte-ment contractant et contenant une assez forte proportion

de particules fines (Kramer, 1996; Fell et al., 2005; Idriss etBoulanger, 2008; James et al., 2011). Suite sa liqufaction, lematriau meuble se comporte comme un fluide ayant le poidsvolumique du matriau satur. Il peut en dcouler des cons-

quences importantes, notamment en ce qui a trait aux pres-sions sur les ouvrages de retenue (qui peuvent pratiquementdoubler en quelques secondes).

Il est bien connu que les rsidus de mines en roches duressont particulirement susceptibles au phnomne de liqufac-tion en raison de leur trs for te teneur en eau, de leur faibledensit et de leur comportement contractant (Vick, 1990;Auber tin et al., 2002a, 2011; James et al. 2011, 2012).

La rsistance des matriaux face aux sollicitations dynamiquespeut tre value par le biais dessais cycliques de laboratoire(compression triaxiale, cisaillement simple), des mesures lacentrifugeuse, des essais sur table sismique, et par des essais enplace comme lessai de pntration standard (SPT) ou prf-rablement lessai de pntration au cne (CPT) (e.g. Holtz et

Kovacs, 1991; Kramer, 1996; Idriss et Boulanger, 2008).

Le facteur (ou coefficient) de scurit FS face la liqufactionest communment dfini en comparant la rsistance au cisail-lement cyclique mobilisable du matriau (CRR) la contraintede cisaillement critique induite suite aux sollicitations dyna-miques (CSR) anticipes (CGS, 2006; Idriss et Boulanger,2008). Lvaluation de FS prend alors en compte une srie defacteurs, incluant la magnitude du sisme, la rsistance cyclique,leffet de la profondeur et ltat des contraintes initiales. Pources raisons, la valeur du facteur de scurit FS contre la liqu-faction des matriaux (sols, rejets) nest pas unique pour unvnement sismique donn, car elle varie dans le temps etselon la localisation (Idriss et Boulanger, 2008). On ne peutdonc pas dfinir un cr itre de stabilit unique cet gard, maison devrait tout de mme viser FS > 1 en tout point.

Le danger de liqufaction peut aussi tre valu par desanalyses numriques en contraintes effectives, avec solutionscouples ou dcouples (James et Aubertin, 2012). Dans cecas, on utilise souvent le rapport des pressions interstitielles,r

u (= surpressions induites/ contraintes effectives naturelles)

pour tablir limminence de la liqufaction (i.e. ru~ 1 devient

la situation critique); la valeur de rupeut aussi tre relie celledu facteur de scurit FS (Idriss et Boulanger, 2008).

La rsistance au cisaillement des rsidus liqufis est nette-ment moindre (souvent 10 20 %) que la rsistance au cisail-lement initiale. Cette perte de rsistance peut entrainer desdformations excessives ou une rupture. Des problmes destabilit peuvent aussi se produire mme si la liqufaction nestpas atteinte, car la gnration des pressions interstitielles due un sisme rduit la rsistance la dformation et la rupturedes matriaux.

A noter enfin quil peut aussi y avoir une liqufaction statiquelorsque laugmentation de la pression interstitielle et la pertede rsistance au cisaillement se produisent sous laction dun

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chargement quasi-statique, comme lors de lapplication dunesurcharge (Fell et al., 2005). Ce type de liqufaction serait lorigine de la rupture, en 1994, de la digue de retenue desrsidus Merriespruit, en Afrique du Sud, qui causa 17 morts,ainsi que de graves dgts matriels et environnementaux(Blight, 2010).

4. Critres de stabilit

Une fois que lon a dtermin adquatement les propritsgotechniques des matriaux utiliss dans la construction desouvrages (i.e. sols de fondation, remblais et rejets), laide des-sais de laboratoire et de terrain (ou par mthodes prdictivesprouves), il faut dfinir les modes dinstabilit potentiels quidictent les solutions appliquer pour valuer la capacit C de

louvrage face aux sollicitations imposes. Il faut aussi tablirle mode et lampleur de ces sollicitations, qui contrlent lademande D. Ceci permet dvaluer la stabilit des ouvragespar le biais dun facteur de scurit FS (= C/D) global, ou (plusrarement) dune marge de scurit MS (= C-D).

4.1 Choix des vnements rcurrents

Un lment essentiel pour dterminer les conditions de sol-licitations consiste fixer la probabilit de dfaillance accep-table pour louvrage pour sa dure de vie. Cette probabilit

de dfaillance contrle lampleur des vnements critiquesoccasionnels inclus dans les analyses, via la probabilit annuellep

a(= AEP). La mthode de calcul pour valuer la probabi-

lit cumulative Pcum

de dfaillance a t prsente plus haut(quation 1; voir aussi Aubertin et al., 1997, 2002a; Mays, 2001;ACB-CDA, 2010). La pratique courante est souvent base surune probabilit cumulative P

cum maximale de 10 % pour la

dure de vie des ouvrages (qui sont maintenus en bon tatdurant toute cette priode). On considre que celle-ci devraittre rduite 5 % lorsque les risques (dangers) associs unedfaillance deviennent svres (Read et Stacey, 2009).

La dtermination de la dure de vie des ouvrages peut treassez dlicate, particulirement lors de lanalyse des conditionsde fermeture. Il faut ici considrer le fait que les ouvrages quisubsistent dans le programme de restauration dun site minierdoivent demeurer stables trs long terme. En ce sens, Vick(2001) considre que plusieurs de ces ouvrages deviennentalors permanents (i.e. dune dure de vie indfinie). Plu-sieurs organisations ont aussi mis rcemment des recom-mandations visant allonger la dure de vie de conceptiondes ouvrages dans le plan de fermeture (par rapport aux pra-tiques antrieures). Par exemple, lAssociation canadienne des

barrages (ACB-CDA, 2010) recommande une dure de vieminimale de 1 000 ans pour les ouvrages miniers; on y recom-mande aussi lutilisation dune probabilit annuelle p

a10-4

pour la crue de projet aprs la fermeture des sites miniers.

Cette valeur de pa(= AEP = 1/10 000) est galement recom-

mande par plusieurs autres organisations (pour les travauxpublics et miniers). Lorsque les ouvrages sont permanents la fermeture du site, Vick (2001) recommande de baser leurconception sur les vnements les plus critiques qui peuventsurvenir (i.e. PMP et CMP pour les prcipitations, et le sismemaximal crdible - MCE). Aubertin et al. (1997, 2002a) ontaussi fait cette recommandation pour tous les bassins de r-tention deau (comme dans le cas des couvertures aqueuses)car ils doivent maintenir leur intgrit trs long terme. DAp-polonia Engineering (2009) recommande de son ct que lacrue de projet la fermeture soit choisie entre 0,5 PMP et laPMP (selon le risque), ce qui correspondrait p

a10-5 10-4.

De telles valeurs de la probabilit annuelle pa(= AEP) sont

infrieures (dau moins un ordre de grandeur) la pratiquecourante applique plusieurs sites miniers.

Pour les vnements sismiques, les nouvelles normes du CNB(2005, 2010) imposent p

a4 x 10-4pour des ouvrages qui

ont une dure de vie utile de 50 ans. Pour des ouvrages pluspersistants, comme cest le cas avec certains des ouvragesminiers la fin des oprations, il serait prfrable dopter pourune valeur de p

aplus faible (i.e. le sisme maximal crdible,

MCE) tel que recommand par Vick (2001) et Aubertin etal. (2002a); dans ce cas, la magnitude du sisme pourrait at-teindre 7,5 ( 8) pour certaines portions du territoire qub-cois (selon les donnes de Adams et Halchuk, 2004).

4.2 Classification des ouvrages et facteurs

de scurit

Aprs avoir statu sur les vnements rcurrents inclus dansles calculs, on doit procder aux analyses de stabilit propre-ment parler. On value alors la valeur du FS, qui est ensuitecompare aux valeurs cibles.

Les valeurs de FS retenues pour la conception des diguesde retenue (et structures connexes) peuvent dpendre descaractristiques des ouvrages. Par exemple, un exemple declassification selon lenvergure est prsent par Aubertin et al.(2002a). Une classification du mme type, mais plus restrictive,est utilise depuis peu pour les digues et barrages du Qubec(MDDEP, 2011).

Le choix du facteur de scurit dpend aussi, et surtout,des dangers (consquences dune dfaillance), qui affectentdirectement les risques que prsente louvrage. A cet gard,Aubertin et al. (1997, 2002a) ont prsent une classificationselon trois niveaux de danger (faible, significatif, lev) qui tientcompte des pertes conomiques, des pertes de vies humaines

et des impacts environnementaux. Plus rcemment, lACB-CDA (2010) a propos une classification analogue, mais quiinclut aussi les impacts sociaux et qui comporte cinq niveauxde risque (de faible extrme). En labsence dune analyse

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de risque spcifique, fortement suggre pour les ouvragesgotechniques majeurs (Fenton et Griffiths, 2008), cette clas-sification semble approprie pour valuer les conditions quisappliquent pendant lopration de la mine et la fermeture.

Le facteur de scurit FS global peut tre calcul avec lesmthodes conventionnelles danalyse de la stabilit gotech-nique (Duncan et Wright, 2005; McCarthy, 2007; Chowdury etal., 2010; Day, 2010). Comme on la dj mentionn, la valeurde FS est dfinie numriquement comme le rapport entre larsistance mobilisable (la capacit C) et la sollicitation appli-que en termes de contraintes, de forces et/ou de moments(la demande D). Le facteur (coefficient) de scurit jug ac-ceptable varie selon la nature des ouvrages, le mode de rup-ture, le type de sollicitations et la probabilit dapparition delvnement. De telles valeurs ont t proposes par Aubertin

et al. (1997, 2002a) pour la stabilit des pentes amont et aval(court-terme et long terme), le glissement des digues due lapousse des terres, la rsistance de la fondation et leffet dessismes. A titre dexemple, une valeur de FS = 1,5 est souventprescrite pour la stabilit des pentes douvrages denvergure,selon un comportement long terme. Des valeurs ciblesde FS sont aussi proposes par Fell et al. (2005), Duncan etWright (2005), ACB-CDA (2007), et Chowdury et al. (2010).

5. Considrations

complmentaires

5.1 Amlioration de la stabilit

Plusieurs recommandations ont t formules au fil des ansafin damliorer la stabilit des ouvrages de retenue et deconfinement des rejets de concentrateur (Vick, 1990; Auber-tin et al., 2002a, b, 2011; Fell et al., 2005; DAppolonia Enginee-ring, 2009; Blight, 2010). On ne rptera pas ici les principeset les techniques qui sont dj bien connus dans le domaine.On abordera plutt brivement certaines des approches plusnouvelles qui peuvent aider assurer la stabilit des parcs rsidus.

Une premire approche consiste utiliser les rejets de concen-trateur (et les striles) comme remblai souterrain (et danscertains cas, pour remblayer des fosses). Il sagit dune faonefficace de rutiliser des rejets en minimisant leur quantit etleur empreinte en surface. Cette technique est particulire-ment intressante dans le cas des rsidus ractifs (gnrateursde DMA) puisque les techniques de remblayage modernes(i.e. remblai en pte ciment) leur assurent une certainestabilit chimique (Benzaazoua et al., 2008). Lorsque combi-ne la dsulfuration environnementale, cette technique de

remblayage aide rduire considrablement les risques envi-ronnementaux, et amliorer la stabilit gotechnique desouvrages puisque la nappe phratique peut tre abaisse sansrisque doxydation des rsidus dans ce cas.

Il existe aussi dautres approches pour aider prvenir lesproblmes de stabilit des ouvrages de surface. En particulier,diverses techniques dpaississement, de densification et das-schement des rsidus sont susceptibles daider la stabilit desrsidus. Il sagit dapproches prometteuses pour aider am-liorer les proprits mcaniques et hydrauliques des rsidus,tout en rduisant les volumes entreposs en surface. Mais il ya relativement peu de cas bien documents qui dmontrentclairement les bnfices rels (pratiques) associs la produc-tion de tels rsidus densifis.

Figure 1. Inclusions de roches striles places dans unparc rsidus miniers (bas sur le concept propospar Aubertin et al., 2002b, et dvelopp par James etAubertin, 2010, 2012).

Afin doptimiser le mode de gestion des rejets solides et

liquides sur un site minier, on peut dautre part envisagerde dposer une portion ou la totalit des roches striles lintrieur du parc rsidus (Aubertin et al., 2002b; James etAubertin, 2010). Les roches striles, qui ont gnralement demeilleures proprits mcaniques que les rejets de concen-trateur, servent alors de matriau de renforcement, en plusde favoriser le drainage et la dissipation des pressions intersti-tielles. Dans ce cas, les roches striles peuvent tre places surle parement amont des digues, et aussi lintrieur des bassinsde rsidus sous forme de tapis drainant et de remblais conti-nus levs progressivement au fur et mesure que les rejets

y sont accumuls (tel quillustr la figure 1). Les inclusionsde roches striles peuvent galement jouer un rle importantpour amliorer la stabilit des parcs rsidus miniers dans lecas de sismes (James et Aubertin, 2010, 2012).

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5.2 Auscultation et entretien des ouvrages

Lanalyse, la conception, la construction et la fermeture dessites dentreposage de rejets miniers constituent un ensembledactivits complexes en raison de la varit des conditionsde site, des types de matriaux et de structures, ainsi que desmthodes de construction utilises. Cette diversit imposeune vrification soigne des caractristiques et des para-mtres retenus pour la conception initiale, ainsi quun suivi desconditions in situ et des modifications apportes tout au longde la priode de construction. Dans plusieurs cas, la concep-tion des ouvrages volue dailleurs pendant la construction, cequi affecte leur opration ainsi que les conditions qui prvalentlors de la fermeture.

Un des objectifs de lauscultation est de dtecter les

anomalies temps pour apporter des correctifs appropris,afin de garantir la stabilit physique des ouvrages, et aussi,dassurer la stabilit gochimique des rejets et la protectionde lenvironnement. En ce sens, on ne peut pas sparer lesaspects gotechniques et environnementaux puisque les deuxvolets sont relis ; une dfaillance relative un volet a souventune incidence directe sur lautre.

La conception globale dun programme dauscultation, ycompris le choix des appareils et de leur localisation, se fait enfonction des mesures requises. Les appareils sont slectionns

selon plusieurs critres (e.g. Aubertin et al,. 2002a). Il fautaussi tablir la frquence de lecture des paramtres qui varietout au long de lvolution du projet. la fermeture dunsite minier, lauscultation doit se poursuivre sur une priodeassez longue afin que lon puisse valuer lvolution de sescaractristiques. Une priode minimale de 50 ans pourraittre envisage pour le suivi des sites peu problmatiques,alors quune priode plus longue (100 ans et plus) devraittre considre pour les cas plus critiques (e.g. les sitespotentiellement gnrateurs deaux acides).

Les donnes mesures sur le terrain doivent tre compares

celles qui ont t prvues lors de la conception, afin de pou-voir valuer si le comportement des ouvrages est conforme ce qui a t anticip (Aubertin et al., 2011). Lvaluationde la rponse in situ sert aussi valider les hypothses deconception et fournir linformation requise pour modifiercertains aspects en cours de route. Il faut aussi tre atten-tif aux observations visuelles et aux indices en dcoulant. Ungrand nombre de problmes potentiels peut tre dtectpar lil expriment et averti. Les instruments fournissentune information trs utile, mais qui, seule, conduit rarement la comprhension de la nature des problmes rencontrs

(Aubertin et al., 2011).

Il est galement utile dinsister sur la ncessit dentretenirconvenablement les divers ouvrages pendant lopration de

la mine et aussi, dans certains cas, aprs la fermeture. Lesouvrages miniers, comme ceux de gnie civil, doivent treconus de faon maintenir leur intgrit durant une certainepriode. Le cas de la fermeture et de la restauration des sitesminiers pose un dfi par ticulier cet gard.

5.3 Plan durgence et analyse de risque

Mme si tous les critres de stabilit sont respects, il de-meure toujours une cer taine probabilit que des vnementsexceptionnels ou imprvus provoquent la rupture, partielleou totale, de lun ou lautre des ouvrages de retenue. Cestpour cette raison que lexploitant, ou son mandataire, doiventprparer un plan durgence et dfinir les mesures appropriesafin dassurer la scurit des populations et des cosystmesavoisinants (Aubertin et al., 2002a). Le plan durgence se

fonde sur les risques associs chacun des ouvrages. Pourchaque composante, il est ncessaire de rpertorier lesrisques associs son utilisation, pendant lopration et lorsde la fermeture. Ces risques dictent les procdures dinterven-tion. Il convient donc dexaminer chacun des risques associs la dfaillance majeure (rupture) ou mineure dun ouvrage (cetexercice fait dailleurs partie de lanalyse de risque).

Il a dailleurs souvent t question dans ce qui prcde durisque associ la dfaillance (instabilit, rupture) dunouvrage. En raison de la nature mme des gomatriaux (sols,

roches et rejets) et des impacts quune dfaillance peut avoirsur le milieu, il semble naturel que le domaine de la gotech-nique fasse de plus en plus appel des outils qui permettentdvaluer le risque (Fenton et Griffiths, 2008). Celui-ci est dfi-ni comme tant la combinaison de la probabilit de dfaillance(base sur les critres de conception dj noncs) et de sesconsquences. Lanalyse de risque peut constituer un outiltrs utile dans le secteur minier, et il est dailleurs employde plus en plus rgulirement pour identifier et valuer lesdangers, les consquences et les responsabilits associesaux divers ouvrages (Read et Stacey, 2009). Ceci est parti-culirement opportun puisque des incertitudes significatives

affectent souvent les paramtres utiliss pour mener les ana-lyses de stabilit, notamment au niveau des vnements rcur-rents (gnralement peu documents en rgions loignes) etdes proprits des rejets miniers eux-mmes. Ceci est notam-ment le cas pour les prcipitations, car la courte priode decollecte des donnes historiques et lincidence possible deschangements climatiques (qui ont tendance modifier la fr-quence des vnements extrmes) ont pour effet daccrotrelincertitude.

6. Conclusions

Les rejets miniers et les ouvrages construits en surface pourleur entreposage peuvent montrer des comportements go-techniques varis et complexes, qui engendrent souvent de

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grandes incertitudes. Pour cela, les ingnieurs (et les autresprofessionnels du domaine) doivent adopter une approcheprudente (conservatrice) lors de la conception des ouvrages. bien des gards, les conditions actuelles du march rendentencore plus exigeantes les questions relies la stabilit desouvrages, compte tenu des caractristiques des mines r-centes et en dveloppement. Les dfis sont trs grands, maisles professionnels du domaine sont en mesure de rpondreaux besoins si on leur en donne les moyens. Pour cela, ilsdevraient tre impliqus toutes les tapes de lanalyse etde la conception de ces ouvrages, de leur construction, delauscultation et du suivi, et de lvaluation rgulire de leurcomportement. Ils doivent aussi tre impliqus dans le proces-sus de slection des modes dentreposage et de restauration,qui doivent tenir compte des aspects environnementaux aussibien que des questions relatives la stabilit physique des

ouvrages et des rejets eux-mmes.

Les ouvrages dont il est question ici devraient tre conusselon une approche qui anticipe des exigences de plus en plussvres, tant du point de vue gotechnique que par rapportaux contraintes environnementales, appeles voluer dans letemps. Ds le dpart, il faut concevoir les ouvrages en fonctionde la fermeture et de la restauration du site. Cela a souventt dit, mais en pratique, relativement peu de projets incluentune valuation dtaille des travaux devant mener la restau-ration finale du site.

Afin daider ceux qui ont grer les sites long terme, il fautbien documenter chacune des tapes de construction desparcs rsidus. Les informations doivent tre disponibles pourle personnel de la mine et les consultants. Les responsabilitsrelatives au comportement des ouvrages et dventuellesdfaillances doivent tre bien comprises tous les niveaux.

RemerciementsLes auteurs soulignent le support financier du CRSNG et despartenaires de la Chaire industrielle CRSNG Polytechnique-UQAT en environnement et gestion des rejets miniers ; cestravaux se poursuivent dans le cadre de lInstitut de rechercheMines et environnement (IRME UQAT-Polytechnique).

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