CHAPITRE 10 : ÉCHANTILLONNAGE

L'échantillonnage permet également de mesurer comment l'environnement change au fil du temps. Les données issues de cet échantillonnage sont nécessaires pour comprendre l'impact des activités minières et des déchets miniers sur l'environnement. L'échantillonnage est conçu, réalisé et compilé par des professionnels qualifiés pour produire des informations structurées. Les résultats de l'échantillonnage sont interprétés et partagés avec toutes les parties prenantes d'un site minier. Les données issues d'un échantillonnage mal planifié ou mal réalisé peuvent être trompeuses et inexactes. Un échantillonnage de mauvaise qualité peut entraver la prévision et le suivi des impacts environnementaux. 

Ressources et transparence

Les ressources économiques ou humaines disponibles pour l'acquisition de données et l'échantillonnage sont parfois insuffisantes. Ce manque de ressources peut être dû à diverses raisons, allant des déficits budgétaires nationaux aux lacunes de la législation environnementale, en passant par les sites miniers désaffectés et abandonnés. La mesure dans laquelle les ressources limitent la collecte de données peut varier, mais la conception d'une campagne d'échantillonnage repose toujours sur un équilibre entre les besoins en données et les coûts justifiés. La collecte, l'organisation et l'analyse des données d'échantillonnage ne nécessitent pas uniquement des ressources économiques. L'expertise de professionnels et la liberté d'utilisation, d'analyse et de partage des données sont également nécessaires pour extraire et partager les informations issues de l'échantillonnage. La conception, l'exécution et l'analyse de l'échantillonnage, y compris les résultats, doivent être transparentes, accessibles à un examen par des tiers et, idéalement, accessibles à la recherche et à l'évaluation à long terme. 

La valeur des petites campagnes d'échantillonnage

Lorsque les ressources sont insuffisantes, de petits ensembles de données issus d'un échantillonnage limité peuvent également s'avérer précieux, mais toutes les limites des données d'échantillonnage doivent être clairement indiquées. Les limites des données d'échantillonnage peuvent être dues à la représentativité de l'échantillon, à la méthode d'échantillonnage ou à des problèmes de continuité des séries d'échantillons. Des campagnes d'échantillonnage de plus petite envergure peuvent apporter des informations pertinentes si les limites de la collecte ou de l'analyse sont connues et décrites. Lorsque les ressources sont limitées, la collecte de données peut inclure des techniques de base telles que des visites de terrain bien documentées, des inspections visuelles et des photographies. Des méthodes simples de collecte de données enrichiront les informations si les observations sont structurées, stockées et analysées. L'objectif de l'échantillonnage est souvent d'étudier et de documenter les changements au fil du temps sur un site. Des observations et échantillonnage récurrents et cohérents sont précieux, que le programme d'échantillonnage soit vaste et complexe ou limité. Cependant, à un moment donné, le manque de données de qualité rend les prévisions ou le suivi très peu fiables. 

Plan d'échantillonnage

Un plan d'échantillonnage doit être établi avant de procéder à l'échantillonnage sur le terrain. Il doit inclure : l'identification des parties concernées (parties prenantes), l'objectif et le but, le contexte, l'étendue, la stratégie d'échantillonnage, les méthodes d'échantillonnage, la manipulation des échantillons, l'analyse des échantillons, l'assurance qualité, la documentation et les conditions de travail.

Les parties prenantes, les exploitants, les consultants, les organismes de réglementation et les personnes vivant à proximité ou sur le site doivent être identifiés dans un plan d'échantillonnage. L'efficacité et la fiabilité d'un échantillonnage dépendent de comment et avec qui le travail de terrain est mené et de l'utilisateur final des résultats. La définition des objectifs généraux (par exemple, le traitement de l'eau) déterminera la qualité et l'étendue des informations nécessaires. Les objectifs peuvent être multiples tout au long de la vie de la mine. Quoi qu'il en soit, il est essentiel de recueillir des informations de base et d'effectuer des inspections sur le terrain afin d'élaborer des instructions d'échantillonnage valides. Ces informations peuvent inclure des informations antérieures valides, telles que des données issues de travaux d'exploration précédents, utilisations antérieures du terrain, concentrations de base et la réévaluation d'anciennes données (type et cohérence de l'échantillonnage, procédures analytiques, objectif de l'échantillonnage précédent). Une inspection sur terrain permettra d'obtenir des informations sur les conditions locales, de détecter les restrictions physiques (accessibilité, par exemple pendant la saison des pluies) et de prendre en compte les facteurs environnementaux pertinents (couleur des précipités, infiltration, érosion, poussière, odeur). L'échantillonnage aux différentes étapes d'un projet minier peut inclure : 

Phase d'exploration et de planification minière : étude de base, sélection, caractérisation, EIE de support, plans d’appui de gestion des déchets et de réhabilitation. 

Phase opérationnelle : caractérisation continuelle des déchets miniers, surveillance environnementale générale pour la conformité, évaluation et affinement des paramètres de l'EIE, surveillance environnementale générale de l'air, de l'eau, des sols, des sédiments et des organismes, évaluation et optimisation des plans de gestion des déchets et de réhabilitation. 

Fermeture et post-fermeture de la mine : caractérisation continuelle des déchets miniers, établissement du bilan hydrique et de la qualité de l'eau après l'exploitation minière, échantillonnage pour la conformité, échantillonnage pour mesurer si les objectifs à court et à long terme sont atteints. 

Stratégie d'échantillonnage des déchets miniers et des eaux de mine

Lors de l'exploration et la planification minière, ils existent plusieurs objectifs d'échantillonnage pour pouvoir contrôler et identifier :

• Hydrologie (eaux de surface et souterraines, en amont/aval et récepteurs), contrôle de l'habitat (mesures biologiques), bilan hydrique du site (flux, débits de pompage, précipitations, évaporation, infiltration)
• Minéralogie (carottes de forage, ensembles de données de forage d'exploration, traitement à l'échelle pilote, formation possible de DAR)

Des échantillons d'eau doivent être prélevés dans tous les plans d'eau potentiellement affectés par les eaux de drainage issues de l'activité minière. L'analyse du pH de l'eau doit être réalisée sur le terrain, et dans des échantillons filtrés et non filtrés. L'étendue de l'échantillonnage doit évoluer grâce à des évaluations dynamiques. Le nombre d'échantillons doit augmenter en fonction de la complexité du minerai et de la géologie de la roche hôte. 

Durant l'exploitation, les résultats d'échantillonnage issus de la planification et de l'exploration minières doivent être utilisés afin d'accroître la validité du programme d'échantillonnage. Pendant l'exploitation de la mine, ces efforts d'échantillonnage sont nécessaires :

• Échantillonnage du minerai, des stériles, des eaux d'exhaure et des résidus, idéalement échantillonnés pour une éventuelle conformité avec les résultats des campagnes d'échantillonnage menées lors de l'exploration et de la planification minière.
• Échantillonnage des eaux de processus (cyanure, chaux, agents de flottation, toxicité).
• Efficacité du processus : Échange de métaux/minéraux d'intérêt, formation possible de DAR.

En général, il est primordial de contrôler les flux d'eau et de déchets sur site. L'instrumentation et la surveillance des mines à ciel ouvert, des mines souterraines et des installations de traitement des déchets pourraient être :

• Géotechnique (sécurité, environnement, santé)
• Géochimique (eaux de puits et souterraines, infiltrations) - Conformité avec les régulateurs.
• Caractérisation en cours (test ABA, cellules d'humidité). Minéralogie/phases ferreuses, granulométrie, type de matériau, érosion (poussière, eau et air).
• Infiltrations, contrôle continuel des récepteurs (récepteurs biologiques). Résultats utilisés en phase de fermeture.

Fermeture de la mine et post-fermeture : La majorité des efforts d'échantillonnage menés pendant la phase opérationnelle se poursuivent, tels que :

• Caractérisation en cours (par exemple : test ABA, cellules d'humidité).
• Érosion, minéralogie (fronts d'oxydation).
• Infiltrations provenant des installations de stockage des déchets, contrôle continuel des eaux souterraines et des récepteurs (récepteurs biologiques).

Ces efforts d'échantillonnage doivent se poursuivre jusqu'à ce que la conformité des valeurs limites (dans les récipients) fixées par les autorités soit atteinte et qu'aucun risque supplémentaire pour l'environnement ne soit anticipé. La durée normale pour ce processus est de 30 ans ou plus. 

Échantillonnage représentatif 

Stériles 

L'échantillonnage représentatif des stériles est complexe ; il existe de nombreuses approches et suggestions. En général, il est conseillé de séparer les stériles en différentes fractions granulométriques (par exemple : < 2 mm, 2-12 mm, > 12 mm) et d'essayer de détecter d'éventuelles différences minéralogiques. Dans le cas contraire, les particules les plus fines sont échantillonnées pour analyse. Concernant le nombre d'échantillons et les quantités de stériles, il existe peu de directives. En général, les échantillons doivent donner une bonne représentation spatiale (verticale et horizontale) de la zone minière. Ce type de campagne d'échantillonnage peut générer plusieurs centaines d'échantillons à mesure que la complexité du minerai et de la roche hôte augmente. Les autorités suédoises, canadiennes et danoises recommandent un échantillonnage représentatif, à savoir :

N = 0.026 × M^0.5  (N= nombre d'échantillons, M = masse en tonnes) (i.e. 10 millions de tonnes = 80 échantillons)

Dans ce cas, l'équation est adaptable en absence de connaissances préalables sur le stérile. Chacun de ces échantillons doit peser plus de 5 kg et contenir 15 à 30 sous-échantillons. 

Résidus

L'échantillonnage des résidus est souvent réalisé en divisant l’ISR en secteurs de grille. Il existe peu de lignes directrices à ce sujet, bien que certaines études indiquent que le nombre d'échantillons nécessaire pour une représentativité suffisante pourrait être de 15 à 30 par ISR. 

Eau et sédiments 

Des études de référence sont menées pour comprendre le contexte environnemental avant l'exploitation minière, pendant la phase d'exploration et planification minière. Elles constituent la base de l'évaluation des impacts, des mesures d'atténuation et de l'évaluation des risques afin de préserver la qualité des terres et des sols. Dans les lacs, sédiments, cours d'eau et eaux souterraines susceptibles d'être affectés par les sites miniers, des échantillons doivent être prélevés :

• Lacs (profondeur < 15 m), à un point d'échantillonnage, 3 profondeurs (surface, thermocline, fond)
• Lacs (profondeur < 5 m) : échantillon de surface à une profondeur minimale de 0,5 m
• Ruisseaux : refléter les variations saisonnières et opérationnelles (par exemple basées sur le flux)
• Sédiments : 5 échantillons dans les zones lacustres < 1 km²
• Eaux souterraines : trimestriellement (alerte précoce)

Ces points d'échantillonnage doivent être fixes pour une surveillance à long terme. Une surveillance continuelle du pH, de la conductivité électrique et de la température est souvent utilisée pour définir la fréquence d'échantillonnage. L'échantillonnage de l'eau sur les sites miniers est effectué pour contrôler les flux diffusifs, ou la qualité de l'eau aux points de décharge construits. Cet échantillonnage est effectué à un intervalle de temps donné, souvent convenu avec les autorités. 

Échantillonnage pour caractérisation

Avant la plupart des essais, les échantillons de résidus et de stériles doivent être séchés à l'air (à moins de 40 °C) ou lyophilisés et leur teneur en humidité et la granulométrie doivent être mesurées lors de la préparation des échantillons. Avant et après le séchage, les échantillons doivent être conservés au frais et au sec. Cette règle ne s'applique toutefois pas à certains essais biologiques et de toxicité, ni aux déchets destinés à être stockés en milieu anoxique. Par conséquent, les déchets doivent être conservés en conditions anoxiques avant les essais. Le pH, la conductivité électrique (CE), l'oxygène et le potentiel redox (Eh) des boues de résidus (prélevées de préférence directement à la sortie des résidus) doivent être mesurés dans la boue telle quelle. 

Programme d'essais géochimiques pour la caractérisation

Un programme d'essais géochimiques est généralement mené pour prédire la qualité future du lixiviat (métaux et éléments susceptibles d'être lixiviés) si les déchets miniers sont potentiellement acidogènes. Dans la plupart des programmes d'essais géochimiques, les essais commencent par des essais statiques, qui incluent souvent un criblage, pour déterminer si les déchets miniers sont susceptibles de produire du DAR, mais aussi pour évaluer la lixiviabilité des métaux et la composition chimique. Les essais statiques sont utilisés lors de la première étape des programmes d'essais, mesurant la qualité et la quantité des différents constituants d'un échantillon à un moment donné ou sur une très courte période (moins de 24 h).

Tableau 1 : Aperçu des tests statiques importants pour les travaux d’essais géochimiques et leur application typique dans les projets miniers.

Dans de nombreux cas, si les essais statiques impliquent que les déchets miniers sont considérés comme acidogènes (ou incertains d’être acidogènes), des essais cinétiques seront effectués. Ces essais pourraient fournir des informations sur la réaction du matériau au fil du temps (vitesses de réaction, taux de libération des éléments, délai d'apparition de la production nette d'acide). Il existe plusieurs de ces essais, mais en général, ils doivent être adaptés aux conditions spécifiques du site minier.

Tableau 2 : Aperçu des tests cinétiques importants pour les travaux d’essais géochimiques et leur application typique dans les projets miniers.

Cependant, les résultats des essais cinétiques ne refléteront pas les conditions de terrain. Il faudra donc procéder à une transposition des résultats de l'échelle laboratoire à une situation minière grandeur nature. Cette transposition est généralement effectuée en multipliant les résultats par un facteur d'échelle cumulatif (FEC), qui prend en compte les différences de, par exemple, granulométrie, température, disponibilité en oxygène et en eau, et taux d'infiltration.

Lors de la réalisation des essais cinétiques, résultats des essais à grande échelle doivent être inclus dans les prévisions du modèle de drainage minier, qui doivent être intégrées à l'EIE. Les volumes réels de résidus, de stériles et de minerai pour chaque année doivent être inclus dans le modèle afin de pouvoir établir des prévisions annuelles pendant la durée de vie de la mine (LOM) et après sa fermeture. Les prévisions doivent être basées sur les résultats des essais cinétiques à grande échelle (à partir d'échantillons représentatifs). Les prévisions doivent refléter le scénario le plus probable (par exemple, avec un intervalle de confiance de 95 %) ou le scénario le plus pessimiste, basé sur les échantillons présentant la lixiviation la plus élevée.