Les activités minières ont toujours été à l'origine de la croissance économique et ont fourni des matières premières essentielles à l'industrie, mais elles ont également laissé un héritage de dégradation de l'environnement. Le drainage minier acide, la contamination par les métaux lourds, les barrages de résidus et l'érosion des sols continuent de poser des risques pour les écosystèmes et la santé humaine longtemps après la cessation des activités.

Innovations technologiques récentes

Les approches traditionnelles, comme l'excavation et le confinement, sont de plus en plus complétées ou remplacées par des technologies qui traitent la contamination in situ, réduisent les déchets secondaires et soutiennent la récupération écologique.

Biorestauration

Dans le contexte minier, les contaminants cibles comprennent les métaux lourds (plomb, cadmium, arsenic, mercure), les métalloïdes et les composés organiques tels que ceux utilisés dans le traitement des minéraux.Les progrès du génie génétique ont considérablement amélioré la performance des souches microbiennes.Par exemple, des chercheurs ont conçu [ Escherichia coli et des Pseudomonas putida des souches qui expriment la réductase du mercure, convertissant le mercure ionique toxique en mercure élémentaire moins nocif qui peut être capturé. De même, Acilithiobacillus ferrooxidans, naturellement présent dans les environnements de drainage des mines acides, a été génétiquement modifié pour accélérer l'oxydation du fer ferreux et réduire l'acidité.

Dans une mine de cuivre en Arizona, un consortium de bactéries réducteurs de sulfates a été injecté dans les eaux souterraines pour précipiter les métaux sous forme de sulfures stables, ce qui a permis d'éliminer 90 % du cuivre dissous et du zinc dans les six mois. Un autre projet notable réalisé dans une mine de plomb-zinc abandonnée en Chine a utilisé une méthode de bioapprovisionnement avec Bacillus pour réduire les concentrations de plomb dans le sol de 75 % sur deux saisons de croissance. Ces succès sont appuyés par des améliorations dans les systèmes de livraison, comme les biopolymères à libération contrôlée qui maintiennent la viabilité microbienne dans des conditions difficiles.

Stabilisation et solidification des produits chimiques

La stabilisation et la solidification chimiques (S/S) consistent à ajouter des réactifs qui lient chimiquement les contaminants ou encapsulent physiquement les déchets, réduisant ainsi leur mobilité et leur potentiel de lessivage. De nouvelles formulations ont amélioré la stabilité à long terme des matériaux traités tout en minimisant l'augmentation du volume qui a souvent enflammé les méthodes antérieures.

Les liants à base de silicate, y compris les géopolymères dérivés des cendres volantes et des scories, apparaissent comme des solutions de remplacement à faible teneur en carbone du ciment Portland. Ces matériaux non seulement immobilisent les métaux mais améliorent l'intégrité physique des résidus, réduisant les émissions de poussières et l'érosion. L'utilisation d'organoclays et de charbon actif en combinaison avec les liants peut traiter simultanément des polluants organiques et inorganiques. Par exemple, dans un site de résidus de la fabrique d'uranium au Colorado, une matrice de géopolymères comportant des nanoparticules de fer zéro-valentes a réduit de quatre ordres de grandeur le lessivage de l'uranium.

Techniques d'enlèvement physique

Les méthodes d'élimination physique ont également évolué, devenant plus ciblées et moins perturbatrices. Le lavage du sol, qui utilise de l'eau et des agents de surface pour séparer les contaminants à grains fins, intègre maintenant des agents chélateurs comme l'EDDS (éthylènediamine disuccinate) biodégradables et peu toxiques. Un projet de lavage du sol à une mine d'étain en Malaisie a permis d'éliminer 85 % de l'arsenic en combinant l'acide citrique et le dithionite de sodium, avec une récupération ultérieure du chélant pour la réutilisation.

La désorption thermique (TD), traditionnellement utilisée pour les contaminants organiques, est en cours d'adaptation pour l'élimination du mercure dans les sites miniers. La TD à basse température (300-350 °C) vaporise le mercure élémentaire, qui est ensuite capturé dans des filtres au carbone. Des études pilotes menées dans une mine historique de mercure en Slovénie ont permis de réduire de 99 % les niveaux de mercure dans le sol.

Technologies émergentes

Au-delà des améliorations progressives apportées aux méthodes établies, une nouvelle vague de technologies redéfinit ce qui est possible dans l'assainissement des sites miniers, notamment la phytorestauration, la nanotechnologie, les procédés d'oxydation avancés et les systèmes à base de bioréacteurs.

Phytorémédiation

Dans les milieux miniers, l'approche la plus prometteuse est l'extraction de la phytothérapie, où les espèces hyperaccumulatrices absorbent les métaux dans la biomasse récoltable.Les hyperaccumulateurs connus comprennent Thlaspi caerulescens (zinc et cadmium), Pteris vittata[ (arsénique), et Gentiana pennelliana (manganèse). Les récents progrès ont élargi la boîte à outils par des modifications génétiques.

L'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) a été efficace mais soulève des préoccupations quant à la contamination des eaux souterraines; des solutions de remplacement biodégradables comme le disuccinat d'éthylènediamine (EDDS) et l'acide gluconique sont maintenant préférées. Dans un site contaminé par le plomb au Royaume-Uni, le traitement EDDS a doublé les concentrations de plomb dans les pousses de maïs récoltées sans lessivage significatif.

Nanotechnologie

La nanotechnologie permet de dépolluer à l'échelle moléculaire, offrant une efficacité sans précédent et une capacité de ciblage.Le nanomatériau le plus étudié est le fer zéro-valent (nZVI), qui réduit une large gamme de contaminants, y compris les solvants chlorés, les métaux lourds et les radionucléides. Les particules de nZVI enduites de polymères ou de silice sont maintenant injectées dans les aquifères pour créer des zones réactives. Dans un ancien site minier d'uranium au Nouveau-Mexique, l'injection de nZVI a réduit les concentrations d'uranium dans les eaux souterraines de 2 000 ppb à moins de 30 ppb en 60 jours. Les nanotubes de carbone et l'oxyde de graphine sont également explorés comme adsorbants pour les métaux comme le plomb et le cadmium, avec des capacités 10-100 fois plus élevées que le carbone actif conventionnel.

Sous la lumière UV, TiO2 génère des radicaux hydroxyles qui oxydent le cyanure en nitrate inoffensif et en dioxyde de carbone. Les réacteurs pilotes utilisant des fibres revêtues de TiO2 ont permis une destruction à 95 % du cyanure dans l'eau de l'étang de résidus en 60 minutes. Bien que la nanotechnologie demeure plus coûteuse que les traitements chimiques en vrac, les coûts diminuent à mesure que les échelles de fabrication augmentent.

Procédés d'oxydation avancés (PAO)

Les AOP produisent des radicaux hydroxyles hautement réactifs (·OH) pour oxyder les polluants organiques et inorganiques. Pour les applications minières, la réaction Fenton (composition par catalyse de l'hydrogène) est largement utilisée pour traiter le cyanure, le thiocyanate et les sulfures dans l'eau des mines. Une amélioration récente est l'utilisation de complexes de fer chélatés qui maintiennent l'activité à pH neutre, réduisant le besoin d'acidification. Dans une mine d'or canadienne, les réacteurs Fenton à lit fluidisé ont réduit le cyanure total de 100 mg/L à moins de 0,5 mg/L à des débits de 5 000 m3/jour.

La combinaison de l'ozone et du peroxyde d'hydrogène (peroxone) a été utilisée dans une mine de zinc en Pologne pour réduire la DCO de 1 200 mg/L à moins de 50 mg/L, ce qui permet de rejeter les eaux locales. Le principal défi pour les PAO est la consommation d'énergie, bien que les améliorations apportées à la conception des réacteurs et à l'utilisation de systèmes photocatalysés solaires réduisent les coûts. Les systèmes hybrides qui associent les PAO à un traitement biologique (par exemple, un prétraitement AOP pour décomposer les polluants récalcitrants suivis par une zone humide construite) gagnent en traction pour la remise en état à grande échelle de l'eau des mines.

Défis et orientations futures

Malgré les progrès remarquables accomplis, d'importants obstacles subsistent pour traduire la recherche en pratique courante.Les coûts élevés, en particulier pour les nanotechnologies et l'oxydation avancée, limitent l'adoption dans les mines marginales ou abandonnées où les ressources financières sont limitées.Les limitations techniques comprennent la nécessité d'optimiser les sites spécifiques, car aucune technologie ne fonctionne dans les diverses conditions géochimiques et hydrologiques des sites miniers.

Les systèmes bioélectrochimiques (BES) qui utilisent des piles à combustible microbiennes pour réduire la production de métaux sont testés à l'échelle du banc, offrant ainsi la possibilité d'une remise en état positive de l'énergie. La biologie synthétique peut produire des organismes concepteurs qui dégradent simultanément plusieurs contaminants et déclarent leur propre activité par l'intermédiaire de marqueurs fluorescents. L'apprentissage de la machine et les jumeaux numériques sont appliqués pour optimiser les conceptions de remise en état, prévoir les défaillances du système et réduire les coûts de surveillance.

L'intégration de la remise en état à la politique environnementale et à l'engagement communautaire est également essentielle. L'augmentation des critères environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG) pousse les sociétés minières à remettre en état les sites de façon proactive plutôt que d'attendre les mandats réglementaires. Des instruments financiers tels que les obligations de remise en état et les obligations vertes sont en cours de structure pour encourager l'assainissement innovateur.

En fin de compte, l'avenir de l'assainissement des sites miniers ne se situe pas dans une seule balle d'argent, mais dans des trains de traitement intégrés qui combinent des technologies physiques, chimiques, biologiques et émergentes dans une séquence adaptée aux sites. Par exemple, une mine abandonnée à ciel ouvert pourrait commencer par la phytostabilisation des stériles, suivie par la biorestauration in situ des eaux souterraines à l'aide d'une barrière réactive perméable contenant des bactéries nZVI et réducteurs de sulfates, et enfin une zone humide construite pour le polissage des rejets.

Les plateformes telles que le Conseil international des mines et des métaux (ICMM)[ et le réseau des mines et des communautés[ offrent des forums pour partager les connaissances et les leçons apprises. Des études de terrain récentes publiées dans des revues comme Sciences de l'environnement & Technologie[ et Journal des matières dangereuses[ (p. ex., ]une étude de 2021 sur la longévité de l'IVN dans les eaux souterraines) offre des données qui peuvent guider la sélection de la technologie.