Présentation

Les activités minières fournissent les matières premières qui sous-tendent les infrastructures, les technologies et les systèmes énergétiques modernes. Du cuivre pour le câblage électrique au lithium pour les batteries, la demande de métaux extraits continue d'augmenter. Pourtant, ces progrès entraînent un coût caché. L'un des legs les plus persistants et les plus dangereux de l'exploitation minière est le rejet de métaux lourds dans l'environnement, en particulier dans les aquifères d'eau souterraine.

Nature et portée de la pollution par les métaux lourds

Qu'est - ce que les métaux lourds et pourquoi ont - ils de l'importance?

Les métaux lourds sont des éléments naturels ayant un poids atomique élevé et une densité au moins cinq fois plus élevée que l'eau. En quantités traces, certains sont essentiels pour les processus biologiques, comme le zinc, le cuivre et le fer. Cependant, à des concentrations élevées, ils deviennent toxiques.Les métaux les plus fréquemment associés à la pollution minière comprennent le plomb (Pb), le mercure (Hg), le cadmium (Cd), l'arsenic (As), le chrome (Cr), le nickel (Ni) et le manganèse (Mn).

Sources primaires dans les paysages miniers

La pollution par les métaux lourds provient de plusieurs points du cycle de vie minier. Les résidus de mines de métaux sont rejetés directement dans les systèmes d'eau. Les décharges de roches usées contiennent des matières non transformées qui peuvent encore contenir des concentrations élevées de métaux, surtout dans les gisements riches en sulfures. Les installations de traitement des minerais contribuent par des déversements chimiques, des émissions de poussières et l'utilisation de réactifs comme le cyanure ou l'acide sulfurique. Enfin, les mines abandonnées[, qui peuvent ne pas contenir de métaux, continuent de lessiver les eaux souterraines pour des générations après la cessation des activités.

Voies de contamination : comment les métaux atteignent les eaux souterraines

Drainage des mines acides (AMD)

La voie la plus importante pour la contamination des métaux lourds est le drainage des mines acides.Lorsque des minéraux sulfurés, surtout la pyrite (FeS2), sont exposés à l'air et à l'eau, ils s'oxydent pour former de l'acide sulfurique et du fer dissous. Cet acide laisse alors d'autres métaux à partir des roches environnantes. La DMA résultante peut avoir un pH inférieur à 3, ce qui maintient en solution des métaux comme le cadmium, le plomb et le zinc, ce qui leur permet de migrer avec l'eau souterraine.

Leaching from Tailings and Waste Rock

Même sans production active d'acide, l'eau de pluie et la fonte des neiges peuvent se percoler à travers les résidus et les déchets, en ramassant des composés métalliques solubles. Ce processus, appelé lessivage de l'eau métamorphique[, est particulièrement problématique dans les régions arides et semi-arides où l'évaporation concentre les métaux.

Courbe de surface et infiltration

Les métaux lourds pénètrent aussi indirectement dans les eaux souterraines par ruissellement de surface. Lors de fortes précipitations, l'eau circule dans les zones minières exposées, érode les sédiments chargés de métaux et les transporte vers les cours d'eau et les lacs.

Élimination inappropriée des produits chimiques miniers

Les déversements, les fuites et l'élimination inappropriée de ces produits chimiques peuvent introduire indirectement des métaux dans l'environnement, soit en mobilisant les métaux existants, soit en rejetant des solutions de procédé chargées de métaux. Des incidents comme le désastre du barrage de Fundão au Brésil en 2015 ont libéré des millions de mètres cubes de résidus de minerai de fer chargés de métaux lourds dans le bassin du Rio Doce, contaminant à la fois les eaux de surface et les eaux souterraines sur des centaines de kilomètres en aval.

Impacts sur les ressources en eau souterraine et le bien-être des personnes

Risques pour la santé humaine

L'exposition chronique aux métaux lourds par l'eau potable contaminée a été liée à une vaste gamme de maladies. Le plomb[ est une neurotoxine puissante qui nuit au développement cognitif des enfants et cause de l'hypertension et des lésions rénales chez les adultes. L'arsenic[, naturellement présent dans certaines eaux souterraines, mais exacerbé par l'exploitation minière, est un cancérogène associé aux cancers de la peau, des poumons et de la vessie. Le cadmium s'accumule dans les reins et les os, causant une maladie de l'itai-taï, une maladie douloureuse qui adoucit les os. Mercure, méthylé par les microbes dans les milieux aquatiques, bioaccumule dans les poissons et peut causer de graves dommages neurologiques.

Conséquences écologiques

Les eaux souterraines alimentent les cours d'eau, les milieux humides et les lacs, de sorte que la contamination se propage au-delà de la zone minière immédiate. Les organismes aquatiques—algues, invertébrés, poissons—sont très sensibles à la toxicité des métaux.Même de faibles concentrations peuvent nuire à la reproduction, à la croissance et au comportement.La perte d'espèces de pierres clés peut déstabiliser des écosystèmes entiers.Dans la mine Ok Tedi en Papouasie-Nouvelle-Guinée, des décennies de rejets de cuivre et de résidus ont provoqué l'effondrement des populations de poissons, ce qui a perturbé la sécurité alimentaire et la culture des communautés en aval.

Coûts économiques et sociaux

Les municipalités peuvent avoir besoin d'installer des systèmes de traitement coûteux ou d'importer de l'eau.Les valeurs foncières diminuent et, dans des cas extrêmes, des collectivités entières doivent être réinstallées.Le nettoyage des sites miniers existants coûte des milliards de dollars.L'Agence américaine pour la protection de l'environnement estime que le programme Superfund a dépensé plus de 40 milliards de dollars pour assainir les sites de déchets dangereux, dont bon nombre d'anciennes mines.Le coût social comprend la perte de moyens de subsistance traditionnels, les dépenses de santé et l'érosion de la confiance dans le gouvernement et l'industrie.

Études de cas : Conséquences du monde réel

Mine Mount Lyell, Tasmanie, Australie

La mine de cuivre Mount Lyell, exploitée depuis plus d'un siècle avant sa fermeture en 1994, a déversé de grandes quantités de cuivre, de cadmium, de fer et de zinc dans le port de King et en aval de Macquarie. Les concentrations de métaux élevées dans le cours d'eau ont persisté pendant des décennies, malgré certains efforts d'assainissement.

Riacho dos Machados, Brésil

Dans l'état de Minas Gerais, l'exploitation minière artisanale de l'or a laissé un héritage de contamination par le mercure et le plomb.Des études publiées dans Géochimie de l'environnement et santé[ ont révélé que les eaux souterraines de la région contenaient des concentrations de mercure allant jusqu'à 2,5 μg/L, bien au-dessus de la ligne directrice de l'OMS de 1 μg/L. La contamination est liée à l'utilisation du mercure dans la fusion de l'or et au rejet de résidus directement dans les cours d'eau.

Sudbury, Ontario, Canada (Une réussite)

La région minière de Sudbury, autrefois connue pour sa forte pollution par les métaux lourds due à la fonte du nickel et du cuivre, sert de récit de mise en garde et de modèle pour l'assainissement.Dans les années 1960, les forêts ont été dénudées et les sols fortement contaminés par le nickel et le cuivre.

Stratégies d'atténuation et de prévention

Contrôle des sources

La meilleure façon de protéger les eaux souterraines est d'empêcher les métaux d'entrer dans le cycle de l'eau, ce qui implique :

  • Gestion des déchets de la ferme :[ Les résidus doivent être entreposés dans des réservoirs bordés avec des systèmes de collecte des lixiviats.
  • Couvertures de stériles :[ Les couvertures conçues – telles que les calottes d'argile ou les géomembranes – limitent l'infiltration d'oxygène et d'eau, réduisant ainsi la production d'acide.
  • Détournement d'eau:[ Le fait de diriger un ruissellement de surface propre loin des zones contaminées empêche l'interaction avec des matériaux porteurs de métaux.
  • Grouver et sceller:[ Dans les mines abandonnées, les adits et les puits d'étanchéité au béton ou au remblayage peuvent réduire l'entrée d'oxygène et le débit d'eau dans les zones riches en sulfures.

Technologies de traitement

Lorsque la contamination est déjà survenue, les systèmes de traitement actifs ou passifs peuvent éliminer les métaux des eaux souterraines.

Traitement actif

Les systèmes actifs utilisent l'addition chimique et la séparation physique. La neutralisation du lime augmente le pH, ce qui fait que les métaux précipitent sous forme d'hydroxydes qui sont ensuite enlevés par des bassins de décantation. Osmose inverse et échange d'ions[ peuvent atteindre des rendements d'élimination élevés, mais sont à forte intensité énergétique et coûteux.

Traitement passif

Les systèmes passifs dépendent des processus naturels. Les milieux humides construits utilisent des plantes, des bactéries et des matières organiques pour absorber et précipiter les métaux. Par exemple, les queues de chat et les roseaux peuvent accumuler des métaux lourds dans leurs tissus, tandis que les bactéries qui réduisent les sulfates produisent de l'alcalinité qui immobilise les métaux comme sulfures. ]Les barrières réactives permanentes (PRB) sont des murs au sol remplis de matière réactive – souvent de fer ou de calcaire à valeur nulle – qui se lient chimiquement ou transforment les contaminants comme eaux souterraines.

Biorestauration et phytorestauration

Les nouvelles approches utilisent des organismes vivants pour réduire la mobilité des métaux.La phytorémédiation emploie des plantes hyperaccumulatrices, comme Arabidopsis halleri pour le zinc et le cadmium, ou Pteris vittata[ pour l'arsenic, qui absorbe les métaux du sol et de l'eau dans leurs pousses, qui peuvent ensuite être récoltés et éliminés en toute sécurité.La biorémédiation microbienne utilise des bactéries et des champignons qui transforment les métaux en formes moins toxiques ou moins mobiles.

Approches réglementaires et pratiques exemplaires

Une protection efficace des eaux souterraines exige des cadres réglementaires solides, notamment :

  • Évaluations des incidences environnementales qui comprennent la modélisation détaillée des eaux souterraines avant la délivrance des permis miniers.
  • Obligations de rendement[ qui exigent des sociétés minières qu'elles mettent de côté des fonds pour la fermeture et le traitement de l'eau après l'exploitation minière.
  • Surveillance régulière de la qualité des eaux souterraines à plusieurs profondeurs et à plusieurs endroits, avec déclaration publique des données.
  • Adoption de pratiques exemplaires internationales[, telles que celles décrites par le Conseil international des mines et des métaux (CIMM) et le programme de l'Association minière du Canada (ATM).

Dans de nombreux pays, les mines qui ont été détruites ne sont pas surveillées, ce qui crée des sites orphelins qui sont destinés aux gouvernements pour les nettoyer.

Orientations futures et besoins en matière de recherche

Malgré les progrès réalisés, de nombreuses lacunes subsistent dans les connaissances.Les scientifiques ont besoin de meilleurs modèles pour prédire comment les contaminants métalliques se déplacent dans les aquifères rocheux fracturés, où les voies de circulation sont complexes.La performance à long terme des systèmes de traitement passif dans différentes conditions climatiques – surtout face aux changements climatiques – exige plus d'étude.

Une autre frontière est nanormédiation[, utilisant des nanoparticules artificielles telles que le fer zéro-valent ou le dioxyde de titane pour dégrader ou immobiliser des métaux in situ. Bien que prometteuses, la sécurité environnementale et l'évolutivité de ces approches sont encore à l'étude.

Dans de nombreuses régions minières, les résidents locaux sont les premiers à remarquer des changements dans la qualité de l'eau. L'équipement des collectivités avec des trousses d'essai à faible coût et leur participation aux programmes de surveillance peuvent fournir des avertissements précoces et tenir l'industrie responsable.

Conclusion

La pollution des eaux souterraines par les métaux lourds par l'exploitation minière est un problème mondial qui a des conséquences profondes sur l'environnement, la santé et l'économie. Il ne respecte pas les frontières - les aquifères contaminés peuvent toucher des régions loin de la source d'origine. Bien que les défis soient redoutables, les outils pour les résoudre existent : du contrôle rigoureux des sources et des technologies de traitement de pointe à la biorestauration novatrice et à une surveillance réglementaire plus rigoureuse.

Pour plus de détails, voir la fiche de l'Organisation mondiale de la santé sur l'arsenic[, la science du drainage des mines [ de l'USGS et le programme de sédiments de l'EPA .