Thèmes de recherche

Industrial Wastes Recycling and use as getechnical materials

Actuellement, les principaux résidus industriels pour lesquels notre groupe tente de trouver des voies de valorisation sont les résidus de désencrage. Ces résidus sont produits lors d'une des premières étapes du recyclage du papier. Les études sur la valorisation de résidus de désencrage (RD) visent leur utilisation dans des ouvrages de géotechnique environnementale, tel que décrit par la suite.

Les RD peuvent être utilisés comme recouvrement de parcs à résidus miniers produisant du drainage minier acide (DMA; acid mine drainage ou AMD) et comme recouvrement de lieux d'enfouissement sanitaires (LES). Des travaux ont aussi débuté sur l'utilisation des RD comme membrane d'imperméabilisation sur le fond des cellules d'enfouissement. Les différents comportements et propriétés (géomécaniques, hydrauliques et environnementales) nécessaires à la conception et à la prédiction de la performance de ces résidus, dans le cadre des différentes utilisations envisagées, sont étudiés autant à l'intérieur de programmes de laboratoire que d'un suivi de plusieurs planches d’essais instrumentées et construites sur le terrain. En effet, depuis 1995, quatre projets de recherche sur la valorisation des RD ont été subventionnés par l'industrie. Deux barrières capillaires instrumentées ont été construites, un LES a été recouvert et une barrière a été compactée sous une plate-forme de compostage.

Les problématiques associées à la dégradation des RD, telles les effets que cette dégradation peut avoir sur les propriétés évoquées et sur le milieu (intéraction lixiviat produit - résidus miniers), sont aussi des sujets qui suscitent présentement beaucoup d'intérêt. Deux étudiantes au doctorat travaillent sur des sujets reliés à ces deux problématiques.

Control of Acid Mine Drainage (AMD)

Les travaux associés à ce projet visent à démontrer l’efficacité d’une couverture de résidus de désencrage (RD) :

1. Comme barrière capillaire (ou barrière à l’oxygène); 
2. Comme milieu de consommation de l'oxygène cherchant à diffuser à travers la barrière; et 
3. Comme agent de neutralisation des rejets miniers déjà acidifiés (le lixiviat des RD a une forte capacité tampon).

Contaminant Transport in Porous Media and natural attenuation

Les études sur le transport de contaminants dans les sols visent le développement d'outils de prévision et de correction en matière environnementale. La migration des contaminants présents dans les lieux d'enfouissement vers l'extérieur des cellules d'enfouissement et l'atténuation naturelle sont deux des nos principales préoccupations. La migration de contaminants peut mettre en péril la qualité des sols et de l'eau souterraine au voisinage des cellules d'enfouissement.

Nos intérêts de recherche se situent à deux niveaux :

1. l'évaluation du potentiel de migration dans des sites existants, conçus selon les directives de législations désuètes;
2. la conception de nouveaux sites, conçus selon des directives plus strictes .

Afin de développer des outils de prévision dans le cas de sites existants, nous effectuons en premier lieu une caractérisation physico-chimique complète des matériaux présents dans les horizons stratigraphiques à proximité des sites à l'étude et sous les déchets. Ensuite, nous procédons à la détermination en laboratoire et/ou sur le terrain des principaux paramètres régissant le transport d'un contaminant particulier (conductivité hydraulique; coefficient de diffusion moléculaire et hydrodynamique; capacité d’atténuation pour les principaux contaminants présents dans le lixiviat, etc.). Une autre étape importante de nos projets est la compilation de données réelles (provenant du suivi et de l'instrumentation de sites en exploitation ou fermés). Celles-ci sont utilisées pour le calibrage des modèles numériques de transport de contamination.

Il existe encore peu de données sur les sites d'enfouissement permettant de calibrer les modèles de transport/atténuation. Ceci est particulièrement vrai pour tout ce qui a trait au potentiel d'atténuation naturelle des dépôts sous-jacents aux déchets. Dans le cas des dépôts relativement perméables, l'atténuation naturelle peut avoir une influence majeure dans le potentiel de contamination des sols et de l'eau souterraine à proximité du site. Depuis 1994, notre équipe a réussi à rallier quatre exploitants de LES autour de projets de recherche sur la migration-atténuation de contaminants.

La conception de nouveaux sites passe par une étude de l'ensemble des composantes du système de protection (barrières étanches, systèmes de captage/drainage, etc.). Ceci inclut une caractérisation physico-chimique complète des matériaux naturels (sols fins, granulaires, etc.) et une étude de compatibilité de ceux-ci avec le lixiviat. À cette étape, des études de modélisation en laboratoire sont nécessaires afin d’évaluer les propriétés géomécaniques et hydrauliques des matériaux. Une phase de modélisation suit l’obtention des paramètres. L’ensemble du système de protection est évalué par des analyses stochastiques, où des conditions de défaillance peuvent être introduites et leur impacts évalués.

Le drainage minier acide peut être contrôlé par l'utilisation d'une couverture organique consommatrice d'oxygène. Cependant, un lixiviat organique est alors produit et va interagir avec les résidus miniers présents. Des études sont menés sur le devenir de ce lixiviat et les interactions possibles avec les résidus miniers. Il s'agit de :

1. La transformation des propriétés des résidus miniers par la présence du lixiviat.
   • La neutralisation du pH des résidus miniers et influence sur la physico-chimie de l'eau des pores
   • Le développement d'une microsphère spécifique
2. L'atténuation du lixiviat organique dans les résidus miniers. Elle se distingue en plusieurs phénomènes
   • La sorption
   • La complexation de la matière organique
   • La biodégradation
   • L'atténuation chimique

Les paramètres influençant ces interactions - telles que la température, la nature du lixiviat et des résidus miniers – sont aussi étudiés.

Par le biais de notre participation à des projets de valorisation de résidus et d’évaluation de la performance des systèmes de protection dans les lieux d’enfouissement, nous sommes aussi directement impliqués dans la gestion de déchets solides.

De nouveaux horizons se sont ouverts récemment dans le domaine des stratégies d'émission zéro (réduction de la production comme alternative à la gestion de résidus produits) en milieu industriel, au Mexique. En partenariat avec l’Université de Guanajuato (Mexique), divers organisme voués à la protection de l'environnement, et des organismes industriels, une équipe de chercheurs mexicains et canadiens (Université de Sherbrooke, Université de Québec à Montréal et Université d'Ottawa) mène, sous la supervision du Professeur Cabral, des études sur la réduction de la production de résidus industriels dans le domaine des tanneries. On poursuit aussi des objectifs à court terme de valoriser les résidus produits. En plus des aspects purement économiques attachés à la valorisation de résidus industriels, ce projet multidisciplinaire vise une plus grande protection des ressources en eau dans l’état de Guanajuato. L’eau est une des ressources les plus précieuses dans cette région désertique du centre du Mexique.

À partir d’excitations et d’enregistrements réalisés à la surface du terrain, des ondes de Rayleigh sont utilisées pour la détermination d’un profil de vitesse de propagation des ondes de cisaillement. Une nouvelle méthode a été développée à l’Université de Sherbrooke et désignée sous le nom de MASW (Modal Analysis of Surface Wave). En plus d’améliorer la précision et la fiabilité des mesures, cette approche permet aussi la détermination d’un profil du module de Poisson. Les travaux sur l’automatisation de la méthode sont en démarrage.

Ce phénomène est examiné en termes de variation de la perméabilité et des distributions de potentiels qui en résultent. L’étude est menée en laboratoire et au moyen de simulations numériques.

La consolidation électro-osmotique (é.o.) des argiles molles est connue en géotechnique depuis des décennies, mais en pratique rarement utilisée sur le terrain.  L’examen de cas de chantier publiés démontre que les pertes de potentiel au contact sol-électrodes constituent un problème majeur pour l’application de la consolidation é.o. sur le terrain.  Une étude en laboratoire reproduisant les conditions de terrain a démontré l’efficacité d’un traitement chimique des électrodes (breveté à l'Université de Sherbrooke) pour améliorer le transfert du potentiel électrique au sol, et a aussi démontré l'effet non-négligeable de l'histoire de chargement des argiles naturelles sur l'efficacité de la consolidation par é.o.  Un essai de démonstration sur le terrain à grande échelle (plus de 700m3) a confirmé la qualité et la rapidité du traitement: les 48 jours de traitement ont mené à une compression de 12% de l’argile, du jamais vu en chantier.  Les résultats confirment la performance de la consolidation électro-osmotique en chantier, à un coût compétitif, lorsque les pertes de potentiel au contact sol-électrodes sont contrôlées.  Le transfert technologique de cette technique vers le privé, en collaboration avec le ministère des Transports du Québec, ainsi que l'approfondissement des recherches, sont prévus pour 2003.