Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les ressources particulières à l’environnement minier, tel que l’eau inondant des galeries et des stériles exothermiques, permettent de diminuer les coûts d’installation des systèmes de pompes à chaleur géothermique. Les particularités de l’environnement minier posent toutefois un défi de taille lors de la conception d’un système puisque l’approche utilisée doit considérer, par exemple, la conductivité hydraulique accrue par les excavations ou la génération de chaleur provenant de l’oxydation de minéraux. L’objectif de ce projet de recherche est de simuler l’opération de systèmes géothermiques issus de sites miniers dans le but de démontrer les économies d’énergie potentielles et faciliter l’installation des systèmes. Des approches numériques sont développées avec le programme HydroGeoSphere pour application à des études de cas réalisées aux Mines Gaspé à Murdochville et à la Halde Sud de la Mine Doyon en Abitibi. Un système de pompes à chaleur d’aquifère aux Mines Gaspé est optimisé avec un modèle numérique où sont superposés des éléments 1D et 3D pour représenter les excavations. Les simulations démontrent que le système peut être opéré à partir d’anciens puits de ventilation afin d’éviter d’effectuer des forages. Les stériles de la Halde Sud sont d’abord caractérisés avec un test de réponse thermique conventionnel, analysé avec l’équation de la ligne-source et le principe de superposition considérant les variations du taux d’injection de chaleur. Une méthode numérique est aussi développée pour analyser l’essai influencé par l’hétérogénéité des matériaux et le gradient géothermique prononcé. Le mort terrain et le roc sous la halde sont caractérisés à l’aide d’un nouveau test de réponse thermique effectué avec des câbles chauffants. Des simulations numériques reproduisent ensuite la distribution de température lors d’essais types, laquelle devient rapidement homogène durant la période de restitution thermique ce qui permet d’analyser la température dans le forage sans connaître la position du capteur. L’opération d’un système de pompes à chaleur couplées au sol aménagé sous la Halde Sud est finalement simulée. L’optimisation des charges de chauffage indique que l’échangeur de chaleur situé sous les stériles peut fournir plus d’énergie thermique qu’un échangeur situé dans un environnent conventionnel, réduisant la longueur de forage à l’installation. / Resources associated to mining environments, such as mine water and exothermic waste rock, allow a reduction of installation costs of ground source heat pump systems. Compared to other environments, caution is required when designing systems in mining environments because of enhanced hydraulic conductivity created by mine voids or heat generation due to oxidation of minerals. The objective of this study is to simulate the operation of geothermal systems on mine sites to demonstrate energy savings and promote installation. Numerical modeling approaches are developed with the program HydroGeoSphere applied for case studies conducted at the Gaspé Mines in Murdochville and at the South Dump of the Doyon Mine in Abitibi. A groundwater heat pump system at the Gaspé Mines is optimized with a numerical model, where 1D and 3D elements are superposed to adequately represent the mine voids. The simulations show that the system can be operated using former mining shafts to avoid drilling boreholes. Waste rock of the South Dump is initially characterized with a conventional thermal response test analyzed with the lines-source equation and the superposition principle accounting for variations of heat injection rates. A numerical method is also developed to analyze the test that was affected by the heterogeneity of materials and the strong geothermal gradient. The overburden and the host rock below the dump are characterized with a novel thermal response test using heating cables. Numerical simulations then reproduce the temperature distribution during typical tests, which homogenizes rapidly during the recovery period allowing the analysis of temperature inside the borehole without knowing the position of the sensor. The operation of a ground-coupled heat pump system installed under the South Dump is finally simulated. The optimization of heating loads indicates that the heat exchanger located beneath the waste pile can provide more thermal energy than an exchanger located in a conventional environment, reducing bore length required for a given system.

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Dans l’optique d’étendre l’investigation géodynamique de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo (ZSYZ) à sa section occidentale, une étude détaillée du massif ophiolitique de Xiugugabu a été effectuée. Il s’agit d’un segment mantellique de plus de 260 km2, juxtaposé par une petite unité de diabase sur son flanc Nord-Est (N-E), et qui repose sur le mélange tectonique situé au sud de la zone de suture. L’unité mantellique est constituée de péridotites recoupées par des filons-couches mafiques dans sa partie Sud. Les données de terrain, la pétrographie, la chimie minérale et la géochimie indiquent que les péridotites ont tout d’abord évolué dans un contexte d’arc intra-océanique où elles ont subit un métasomatisme cryptique. Elles ont été ensuite recoupées par les filons-couches mafiques d’affinité de bassin d’arrière-arc impliquant la remontée des péridotites par convection mantellique au niveau du Moho dans un contexte en extension de bassin d’arrière-arc. Les roches de l’unité de diabase possèdent une affinité d’OIB (de basalte d’île océanique). Elles se sont formées dans un contexte de point chaud intra-océanique et auraient été juxtaposées sur le flanc N-E du massif par des mouvements tectoniques orogéniques tardifs. Des corrélations latérales entre les roches du massif de Xiugugabu et celles des ophiolites plus à l’est suggèrent que l’évolution géodynamique de la section centrale du bassin Néo-Téthys aurait été similaire dans sa partie occidentale.

Le Brésil et le Canada sont deux pays dont l’activité minière joue un rôle économique très important. Dans ces pays, les investissements dans l’exploitation d’une ressource minérale sont souvent associés aux besoins des marchés nationaux et internationaux. En même temps, nous ne pouvons pas négliger les impacts sur l’environnement associés à cette activité. Au Brésil, l’ancienne mine d’uranium de l’INB est responsable des impacts majeurs sur l’environnement de la région de Caldas, à Minas Gerais. À part la problématique de la radioactivité inhérente à l’uranium, la présence de sulfures dans les roches stériles et dans les résidus miniers est la cause de la génération du drainage acide, lequel peut affecter les eaux de surface et souterraines. Malgré des instruments légaux brésiliens très pertinents, les démarches entreprises par cette compagnie minière sont encore plutôt palliatives et l’extension de la problématique du drainage acide ne cesse de s’accroître sur ce site. Cette problématique environnementale a été bien étudiée par le secteur minier canadien, dû à sa présence dans plusieurs sites miniers. Ainsi, nous sommes allés chercher l’expertise acquise dans la région uranifère d’Elliot Lake, en Ontario, et dans la région minière de l’Abitibi, au Québec. Les gouvernements et l’industrie minière canadienne se sont impliqués dans le développement de politiques et de programmes de recherche qui visent la compréhension et la minimisation de cette problématique. Des investissements majeurs ont été requis et plusieurs solutions technologiques ont été mises en place. Ces solutions ne sont pas encore efficaces à 100% et demandent un suivi à très long terme, cependant la problématique est significativement minimisée et la performance environnementale du secteur minier canadien est beaucoup en avance sur le secteur minier brésilien. Les démarches politiques et technologiques entreprises au Canada peuvent servir d’exemple au secteur minier brésilien, et plusieurs technologies environnementales peuvent ainsi être évaluées et adaptées par l’INB, à Poços de Caldas. Le développement de politiques environnementales de coopération internationale, en particulier entre le Brésil et le Canada, pourrait jouer un rôle important dans la minimisation des problématiques environnementales brésiliennes, pays moins développé et dont le pouvoir d’investir en technologie environnementale est limité. / Mining has been historically recognized as one of the most important sources of economic activity in the world. Environmental hazards are intrinsically related to this activity. New environmental policies and mining technologies are continually being discussed in many countries. Nowadays acid mine drainage and other waste streams are the biggest challenges for the worldwide mining industry. The generation of acid drainage at the uranium mine from the brazilian governmental company INB has been recognized as an environmental hazard to the Poços de Caldas region. Despite all the political and technological steps taken by this company, the environmental impacts are still a problem at the uranium mine. With the goal of solving the problems resulting from acid mine drainage in the mining sector, Canada has developed many policies and research programs. Some technological alternatives have been implemented and evaluated by the canadian government and mining companies. These alternatives are not yet 100% efficient and are not long-terme solutions. Monitoring for many years or centuries will be necessary. However, the environmental performance of the the canadian mining sector is notably better than brazilian mining sector. Consequently, all the steps realized by the canadian government and mining industry can be a good example to the brazilian mining sector. Some technological alternatives developed in Canada to minimize acid mine drainage generation can be evaluated by the brazilian government and applied to the environmental management of the INB uranium mine. The development of international environmental policies is also an important tool to minimize environmental problems in some countries whith limited capacity to invest in environmental technologies. / A antiga mina de urânio das Indústrias Nucleares do Brasil, situada no Complexo Mínero industrial de Poços de Caldas/CIPC, em Minas Gerais, no Brasil, cujas atividades de explotação mineral foram encerradas em 1995, é responsável pela geração de drenagem ácida. A drenagem ácida é decorrente da presença de sulfetos, mais especificamente a pirita, na jazida mineral, na rocha estéril et nos rejeitos da mineração. Constitui um impacto ambiental que pode contaminar as águas superficiais e o lençol freático. Consequentemente, a flora, a fauna, as atividades agro-pastoris e a saúde da população local podem ser afetadas. Apesar da existência de uma legislação ambiental brasileira abrangente e, inclusive, de uma Lei de Crimes Ambientais extremamente rigorosa, as medidas adotadas por essa empresa estatal com o intuito de minimizar os impactos e os riscos ambientais decorrentes da atividade mineral no CIPC, são extremamente pontuais e paliativas. Desta forma, a ocorrência de drenagem acida é frequentemente encontrada dentro dos limites deste complexo minero-industrial. No Canadá, diversas políticas governamentais e programas de pesquisa foram desenvolvidos em colaboração com a indústria mineral, afim de caracterizar e minimizar os impactos decorrentes da geração de drenagem ácida, problemática associada à diversas minas canadenses em explotação ou desativadas. Com o intuito de solucionar o problema ambiental encontrado no CIPC, as alternativas tecnológicas adotadas em diversos sítios minerais canadenses foram avaliadas. As pesquisas centrarem-se mais especificamente na regíão uranífera de Elliot Lake, em Ontario et na região mineira da Abitibi, em Quebéc. Apesar das alternativas adotadas no Canadá não serem consideradas 100% eficazes, e necessitarem de um monitoramento durante alguns séculos, os impactos e os riscos ambientais de maior magnitude foram minimizados. Consequentemente, as medidas políticas e técnicas adotadas no Canadá, constituem um exemplo a ser avaliado pelo governo brasileiro durante a elaboração de um plano de gestão ambiental adequado ao CIPC. Dentro deste contexto, o desenvolvimento de políticas ambientais de cooperação internacional, inclusive entre o Brasil e o Canadá, é considerado um instrumento extremamente importante a ser utilizado para a compreensão e minimização dos impactos e riscos ambientais relacionados às atividades de explotação mineral no Brasil.