La présente étude vise d'une part, à fournir et définir les paramètres de base nécessaires au développement de la lixiviation fongique des métaux et d'autre part, à améliorer sa rentabilité économique par l'utilisation d'une source de substrat économique. Pour ce faire, différents essais en flacons ont été réalisés en laboratoire. En premier lieu, ces essais ont permis de mettre au point une procédure de lixiviation, notamment le choix d'une méthode de lixiviation adaptée à la lixiviation de deux résidus miniers d'origines différentes. En second lieu, le perméat de lactosérum a été sélectionné parmi 7 résidus agroalimentaires comme une nouvelle source de substrat pour remplacer le sucrose habituellement utilisé au laboratoire lors des essais de lixiviation fongique. Par la suite, l'influence de divers paramètres de production des acides organiques (qui sont les agents de lixiviation) et de lixiviation des métaux sur la solubilisation de 6 métaux lourds (Cu, Fe, Mn, Ni, Pb et Zn) a été évaluée. L'influence de la distribution géochimique des métaux a été étudiée en particulier. Les résultats obtenus montrent que la lixiviation fongique offre la possibilité de récupérer à des concentrations commercialement attractives les métaux lourds retenus dans les importantes quantités de résidus miniers rejetés par l'industrie minière. Elle se révèle ainsi comme une biotechnologie prometteuse qui s'intègre au développement durable non seulement en préservant l'environnement et la santé publique des conséquences néfastes de la présence des métaux lourds, mais aussi en permettant la valorisation de ces derniers comme une source secondaire de matières premières, ainsi que celle du perméat de lactosérum comme une source de substrat pour la biosynthèse des acides organiques.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 septembre 2023) / Les industries minières génèrent vraiment des quantités importantes de déchets et de sous-produits qui peuvent contenir des éléments traces et des métaux lourds. Ces sous-produits et déchets sont des sources importantes de pollution de l'air, de l'eau et du sol, qui peuvent finalement affecter les ressources en eau. Diverses techniques physiques et chimiques sont employées pour éliminer les polluants du sol et de l'eau ; cependant, ces méthodes s'avèrent souvent coûteuses, laborieuses et peuvent altérer la composition des micro-organismes du sol. La phytoremédiation, une technologie verte, est une méthode rentable pour éliminer les métaux lourds des sols et des eaux contaminés. Les objectifs de cette thèse étaient : (i) d'examiner le rôle des macrophytes des zones humides dans la bio accumulation des métaux lourds comme moyen de décontamination des écosystèmes aquatiques ; (ii) d'évaluer le biochar produit par pyrolyse de la biomasse de macrophytes des zones humides et de inoculant microbiens comme bio-amendements de rejets miniers aurifères alcalins, et (iii) d'évaluer l'opinion et les perceptions des experts quant à l'acceptabilité sociale de la technologie d'hydrophytoremédiation par l'utilisation des plantes des zones humides au Canada, ainsi que la gestion de la gestion de la biomasse après récolte. Dans le chapitre 1, nous avons cherché à évaluer le potentiel de trois types de macrophytes émergents pour effectuer la phytofiltration du Cu à partir de sédiments contaminés par le Cu et de l'eau avec des concentrations variables de Cu (0, 50, 100, 150 et 200 μM). Pour simuler un écosystème naturel de zone humide, nous avons mené une étude en mésocosme en serre en utilisant des conditions expérimentales semi-hydroponiques et hydroponiques. Nous avons sélectionné trois types de plantes indigènes au Québec, Canada : Typha latifolia, ainsi que Phragmites australis, sous-espèce americanus (Phragmite indigène au Canada) et Phragmites australis, sous-espèce australis (phragmite exotique). Nous avons obtenu dans ces plantes un facteur de translocation (FT) de Cu <1 et un facteur de bioconcentration (FBC) >1. De plus, nous avons observé une relation inverse entre des doses croissantes de Cu et la biomasse moyenne aérienne et souterraine, ainsi que la hauteur et la longueur des racines des plantes sélectionnées dans des conditions hydroponiques. Nos résultats suggèrent que ces macrophytes des zones humides pourraient potentiellement éliminer les métaux lourds des sédiments contaminés par le Cu et des eaux enrichies en Cu. Pour le chapitre 2, nous avons mené des recherches pour explorer l'efficacité de l'utilisation d'une approche globale pour phytocapter les résidus de la mine d'or de Desmaraisville. Plus précisément, cette approche consistait à amender les résidus fins (RF) et les résidus grossiers ou stériles (RG) avec du biochar, ainsi que des inoculants microbiens. La biomasse aérienne de P. australis récoltée lors d'une expérience semi-hydroponique a été convertie en biochar par pyrolyse. L'étude a été menée dans un environnement de serre contrôlé, où des conteneurs mésosomes ont été utilisés pour cultiver des semis d'arbres (Populus tremuloides ; Picea glauca) et des graines herbacées (Lotus corniculatus ; Festuca rubra). Pour étudier l'efficacité des amendements de biochar, trois types d'amendements de biochar ont été appliqués : Le biochar préparé à partir de P. australis (PB), le biochar commercial d'écorce d'érable Award-Maple-700 (CB) et un traitement contrôlé sans biochar (WB). Ces amendements ont été appliqués avec (IN) et sans (WI) inoculation microbienne et testés sur deux substrats distincts, à savoir les stériles (WR) et les résidus fins (FT). Sur la base de notre étude, l'utilisation d'amendements de biochar, en combinaison avec l'inoculation microbienne, pour la plantation d'espèces végétales spécifiques pourrait offrir une solution pratique pour la revégétalisation des résidus alcalins de mines d'or. Enfin, le chapitre 3 présente la perception des experts sur l'acceptabilité sociale de la technologie d'hydrophytoremédiation, à travers une enquête par questionnaire auprès des experts. Cette étude a utilisé la méthode Delphi pour recueillir les opinions des experts sur la faisabilité de l'utilisation des plantes des zones humides pour l'hydrophytoremédiation dans l'élimination de la contamination des métaux lourds des plans d'eau causée par les activités minières. Bien que la phytoremédiation soit une technique rentable et respectueuse de l'environnement, peu de recherches ont été menées sur son acceptabilité sociale. Selon les experts, l'utilisation de plantes de zones humides dans l'hydrophytoremédiation pour l'élimination des métaux lourds de l'eau affectée par l'exploitation minière est perçue comme une stratégie viable et efficace. En outre, tous les experts s'accordent à dire que les organismes de réglementation devraient être responsables de la protection des zones humides et de la gestion raisonnée de la biomasse contaminée après la récolte. Dans l'ensemble, la phytoremédiation pourrait être une approche prometteuse pour l'élimination des contaminants, qui nécessite des recherches supplémentaires pour assurer sa mise en œuvre sûre et socialement acceptable. En utilisant des techniques post-récolte appropriées, la phytoremédiation peut être une stratégie efficace pour remédier à la contamination par les métaux lourds dans les masses d'eau résultant des activités minières. / Mining industries generate significant amounts of waste and by-products that may contain trace elements and heavy metals. These by-products and wastes are significant sources of air, water and soil pollution, which can ultimately affect water resources. Various physical and chemical techniques are used to remove pollutants from soil and water; however, these methods are often costly, time-consuming and can alter the composition of soil microorganisms. Phytoremediation, a green technology, is a cost-effective method for removing heavy metals from contaminated soil and water. The objectives of this thesis were: (i) to examine the role of wetland macrophytes in the bioaccumulation of heavy metals as a means of decontamination of aquatic ecosystems; (ii) to evaluate biochar produced by pyrolysis of wetland macrophyte biomass and microbial inoculants as bio-amendments of alkaline gold mine tailings, and (iii) to assess expert opinion and perceptions of the social acceptability of hydrophytoremediation technology using wetland plants in Canada, as well as the management of post-harvest biomass. In Chapter 1, we sought to evaluate the potential of three types of emergent macrophytes to perform Cu phytofiltration from Cu-contaminated sediments and water with varying Cu concentrations (0, 50, 100, 150 and 200 μM). To simulate a natural wetland ecosystem, we conducted a greenhouse mesocosm study using semi-hydroponic and hydroponic experimental conditions. We selected three plants varieties occurring in Quebec, Canada: Typha latifolia, as well as Phragmites australis, subspecies americanus (native to Canada) and Phragmites australis, subspecies australis (exotic). We obtained in these plants a translocation factor (TF) of Cu <1 and a bioconcentration factor (BCF) >1. In addition, we observed an inverse relationship between increasing concentrations of Cu and the average above-ground and below-ground biomass, as well as root height and length of selected plants under hydroponic conditions. Our results suggest that these wetland macrophytes could potentially remove heavy metals from Cu-contaminated sediments and Cu-enriched waters. For Chapter 2, we conducted research to explore the effectiveness of using a comprehensive approach to phytocaping the Desmaraisville gold mine tailings. Specifically, this approach consisted of amending fine tailings (FT) and coarse tailings or waste rock (WR) with biochar, as well as microbial inoculants. Aboveground biomass of P. australis harvested in a semi-hydroponic experiment was converted to biochar by pyrolysis. The study was conducted in a controlled greenhouse environment, where mesocosm containers were used to grow tree seedlings (Populus tremuloides, Picea glauca) and herbaceous seeds (Lotus corniculatus; Festuca rubra). To study the effectiveness of biochar amendments, three types of biochar amendments were applied: Biochar prepared from P. australis (PB), commercial maple bark biochar Award-Maple-700 (CB), and a control treatment without biochar (WB). These amendments were applied with (IN) and without (WI) microbial inoculation and tested on two separate substrates, WR and fine tailings FT. Based on our study, the use of biochar amendments, in combination with microbial inoculation, for the planting of specific plant species could offer a practical solution for the revegetation of alkaline gold mine tailings. Finally, Chapter 3 presents the experts' perception of the social acceptability of the hydrophytoremediation technology, through a questionnaire survey of the experts. This study used the Delphi method to collect the experts' opinions on the feasibility of using wetland plants for hydrophytoremediation in removing heavy metal contamination from water bodies caused by mining activities. Although phytoremediation is a cost-effective and environmentally friendly technique, little research has been conducted on its social acceptability. According to experts, the use of wetland plants in hydrophytoremediation for the removal of heavy metals from water affected by mining is seen as a viable and effective strategy. In addition, all experts agree that regulatory agencies should be responsible for wetland protection and the sound management of contaminated biomass after harvesting. Overall, phytoremediation may be a promising approach for contaminant removal, which requires further research to ensure its safe and socially acceptable implementation. Using appropriate post-harvest techniques, phytoremediation can be an effective strategy to address heavy metal contamination in water bodies resulting from mining activities.

L’activité minière est source de profits économiques pour les états, les populations, contribue pour une part importante à la lutte contre la pauvreté et à la création d’emplois directs et indirects. Cependant, l’industrie minière peut être préjudiciable à l’environnement et durant toutes ses phases (exploration, développement, production et fermeture) à travers les rejets miniers générés. Lorsque ces rejets miniers générés par l’activité minière contiennent des minéraux sulfurés, leur exposition à l’oxygène, à l’eau ou à certains microorganismes entraine leur oxydation qui peut produire un effluent acide (drainage minier acide ou DMA) susceptible de solubiliser les métaux qui ont des impacts négatifs sur l’environnement et la santé humaine. Ces différents impacts sur l’environnement sont susceptibles d’être amplifiés à travers l’utilisation de sels de déglaçage comme fondants pendant l’hiver. En effet, dans des régions comme le Québec où la saison hivernale dure plusieurs mois, on fait généralement recours aux fondants routiers pour dégager la neige des routes et empêcher l’arrêt des travaux dans les mines durant cette période. L’objectif de ce travail est de développer des méthodes pour la gestion des résidus miniers dans une perspective de développement durable et de protection de l’environnement à travers: la lixiviation des résidus miniers avec les acides organiques commerciaux (acide citrique, gluconique et oxalique); la neutralisation de drainage minier acide fortement contaminé par l’utilisation de la dolomie de haute pureté; l’étude des échanges chimiques entre les métaux et le chlorure de sodium dans le relargage des métaux. Des essais en jar test suivis d’essais en colonnes ont été réalisés pour la lixiviation (avec les acides organiques commerciaux ou le sel de déglaçage et pour la neutralisation des drainages miniers acides). Les résultats obtenus montrent que la solubilisation des métaux se fait sous l’effet uniquement des acides organiques et non sous l’influence d’enzymes extracellulaire. La lixiviation des résidus miniers par l’acide citrique à 5.10-2 g/l offre la possibilité de récupération des métaux contenus dans les résidus miniers rejetés par l’industrie minière à des concentrations commercialement intéressantes. La solubilisation des métaux étant fonction du type d’acide ou du mélange d’acide, de la concentration, des métaux et du temps. L’acide citrique qui est un acide tricarboxylique possédant trois groupes fonctionnels auxquels peuvent être associés les métaux présente les plus fortes teneurs de solubilisation. Il forme également des complexes plus stables avec des métaux comme le cuivre, le zinc et le plomb. Les mécanismes mis en jeu sont l’acidification et la complexation. Les tests d’analyses de variances montrent qu’en général, il n’existe pas de différences statistiques significatives quel que soit l’acide ou le mélange d’acides utilisé pour la lixiviation. Les essais d’extraction séquentielle sélective effectués montrent que les métaux contenus dans les résidus miniers sont d’origines litho-géniques et que ceux solubilisés appartiennent essentiellement aux fractions géochimiques échangeable, carbonatée ou à celle des oxydes et hydroxydes. L’analyse technico-économique montre que la lixiviation des métaux contenus dans les résidus miniers serait techniquement et économiquement rentable. Elle permet par conséquent de valoriser ces résidus miniers et de préserver également l’environnement. La dolomie pure, composée à 96% de dolomite, permet la neutralisation des effluents acides même fortement contaminés. Elle permet de tamponner des effluents acides fortement contaminés générés par des mines de cuivre ou de zinc. Toutefois, son pouvoir de neutralisation est faible pour les drainages miniers acides issus d’anciennes mines de pyrite ou fortement contaminés en fer. Enfin, les sels de déglaçage amplifient de cinq à douze fois la solubilisation des métaux comme le zinc et le plomb. Les phénomènes mis en jeu dans la mobilisation des métaux par les sels de déglaçage sont la solubilisation des métaux consécutive à l’acidification (échanges d’ions); la chloro-complexation ; et l’association des ions sulfates avec les métaux. Mots-clés : Exploitation minière, environnement, lixiviation, drainage minier acide, métaux. / The mining industry is a source of economic profits for states and populations, and contributes significantly to the fight against poverty and to the creation of direct and indirect jobs. However, the activities of the mining industry can be detrimental to the environment and during all phases (exploration, development, production and closure) through the mining discharges generated. When these tailings generated by mining activity contain sulphide minerals, their exposure to oxygen, water or certain microorganisms causes their oxidation, which can produce an acidic effluent (acid mine drainage or AMD) likely to solubilize metals that have negative impacts on the environment and human health. These different impacts on the environment are likely to be amplified through the use of de-icing salts as fondants during the winter. In regions such as Quebec, where the winter season lasts for several months, road fondants are generally used to clear snow from roads and prevent work stoppages in mines during this period. The objective of this work is to develop methods for the management of mine tailings in a perspective of sustainable development and environmental protection through (i) leaching of tailings residues with commercial organic acids (citric acid, gluconic acid and oxalic acid); (ii) The neutralization of acid mine drainage heavily contaminated by the use of high purity dolomite; (iii) The study of chemical exchanges between metals and sodium chloride in the release of metals. Batch tests followed by column tests were carried out for leaching (with commercial organic acids or de-icing salt and for the neutralization of acid mine drainage). The results obtained show that the solubilization of the metals is carried out by the effect of organic acids and not under the influence of extracellular enzymes. The leaching of tailings by citric acid at 5.10-2 g/l offers the possibility of recovering the metals contained in the tailings released by the mining industry at commercially attractive concentrations. The solubilization of metals depends on the type of acid or acid mixture, concentration, metals and time. Citric acid which is a tricarboxylic acid having three functional groups to which the metals may be associated have the highest solubilization contents. It also forms more stable complexes with metals such as copper, zinc and lead. The mechanisms involved are acidification and complexation. Testing of variance analyzes shows that, in general, there are no statistically significant differences regardless of the acid or mixture of acids used for leaching. The selective sequential extraction tests carried out show that the metals contained in the tailings are of lithogenic origin and that those solubilized essentially belong to the exchangeable, carbonated or oxide/hydroxide geochemical fractions. The technical-economic analysis shows that the leaching of the metals contained in the tailings would be technically and economically profitable. It therefore allows to value these tailings and also to preserve the environment. Pure dolomite, composed of 96% dolomite, allows the neutralization of even highly contaminated acid effluents. It makes it possible to buffer heavily contaminated acid effluents generated by copper or zinc mines. However, its neutralizing power is low for acid mine drainage from old iron or pyrite mines. Finally, de-icing salts amplify the solubilization of metals such as zinc and lead five to twelve times. The phenomena involved in the mobilization of metals by de-icing salts are the solubilization of metals following acidification (ion exchange); chloro-complexation; and the association of sulfate ions with metals. Keywords: Mining, environment, leaching, acid mine drainage, metals.