L’exploitation minière entraine le retrait de la couche de sol vivant ainsi que l’élimination des propagules végétales et des symbiotes bénéfiques à la survie et à la croissance des plantes. Dans les écosystèmes nordiques comme la toundra subarctique, les activités minières génèrent une telle pression sur l’environnement qu’il est nécessaire de prendre des mesures pour promouvoir la restauration écologique des sites dégradés. Notre hypothèse de recherche est que l’utilisation de symbiotes racinaires peut améliorer l’établissement et la survie de communautés végétales sur des sites sévèrement perturbés. Des racines saines ont été collectées chez six espèces de plantes du site de la mine de fer de Schefferville dans le Nord-du-Québec. Les champignons associés à ces racines ont été isolés et identifiés à l’aide d’outils moléculaires en analysant les espaceurs internes transcrits (ITS) de l’ADN ribosomique. Au total, 376 champignons cultivables ont été isolés et associés à 106 unités taxonomiques opérationnelles (OTU). Ces communautés cultivables montrent des différences selon les types d’habitat et de plante-hôte. Neuf des champignons les plus fréquemment isolés ont été utilisés pour un test in vitro en milieu liquide (GYME) amendé avec du mort terrain, des stériles ou du fer pur. La mesure de la production d’ergostérol et de la sécrétion d’acides organiques ont permis de quantifier la croissance et la réaction des champignons aux amendements. Le champignon éricoïde Rhizoscyphus ericae a présenté la meilleure croissance en présence de résidus miniers. L’endophyte septé noir Phialocephala fortinii occupait le deuxième rang en ce qui a trait à la croissance, mais il a produit la plus grande quantité d’acide organique. Cadophora finlandica et Meliniomyces bicolor ont également montré une bonne tolérance aux amendements. En conclusion, les champignons cultivables ne répondent pas tous de la même manière aux stress abiotiques imposés. Nous avons sélectionné les champignons candidats qui conviendraient le mieux au cas particulier de la restauration du site minier de Schefferville. / Mining activities involve the removal of healthy living soil, plant propagule and symbionts, beneficial to plant is necessary to take steps to promote the ecological restoration of degraded sites. Our research hypothesis is that the use of root symbionts can enhance the establishment and survival of plant communities on on drastically disturbed sites. Healthy roots were collected from six plant species at the Schefferville iron mine site in northern Quebec. Fungi were isolated from root tips and pure isolates were identified based on ribosomal DNA internal transcribed spacer (ITS) analysis. A total of 376 cultivable fungi were isolated and identified to 106 operational taxonomic units (OTU). These cultivable communities show differences according to the types of habitat and host plant. Nine of the most frequently isolated fungi were used for an invitro test in liquid-based media (GYME) amended with overburden, waste rock or pure iron. Ergosterol andorganic acids were quantified to monitor fungal growth and reaction to amendments. Ericoid fungusRhizoscyphus ericae exhibited the best growth in the presence of mine tailings. Dark septate endophytePhialocephala fortinii ranked second in terms of growth, but it produced the highest amount of organic acids.Cadophora finlandica and Meliniomyces bicolor also showed good tolerance to amendments. In conclusion,cultivable root associated fungi did not all respond in the same way to the imposed abiotic stress. We selected the candidate fungi that would best suit the particular case of the restoration of the Schefferville mining site.

Du biochar, de l’hydrogel et des symbiotes végétaux ont été testés comme amendements et biostimulants pour la croissance végétale de Festuca rubra, Trifolium repens L et Avena sativa L hydro-ensemencées sur des résidus aurifères fins et des roches stériles. Un essai de germination indique que les deux biochars ont favorisé la germination des plantes entre 61% et 91%, sauf dans le cas d’une combinaison du biochar BQ-Érable-500-3 avec le trèfle blanc. Une première expérience consistait en trois doses d’hydrogel (0g/kg, 10g/kg, 15g/kg de substrats) combinées avec 0% ou 15% v/v de biochar BQ-Érable-500-3 sur la croissance de A. sativa, F. rubra et T. repens hydro-ensemencées sur ces résidus en conditions contrôlées. L’ajout d’hydrogel avec du biochar a augmenté entre 20% et 27% la biomasse par rapport au témoin sans biochar. L’addition de biochar BQ-Érable-500-3 à 15% v/v aux résidus miniers n’a pas eu d’effets sur les biomasses aériennes et totales des plantes dans le mésocosme. Une interaction a été observée entre l’hydrogel et le biochar. Cependant, celle-ci a été négativement influencée par le taux élevé de biochar appliqué. Dans une deuxième expérience, les effets interactifs de deux biochars avec 15% v/v ou sans biochar (0%) et d’un consortium microbien constitué de deux souches de bactérie fixatrice d’azote (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K et Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), une souche de bactérie fixatrice libre du diazote (Pseudomonas putida MBN 0213) et une souche de champignon mycorhizien arbusculaire (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) ont été observés en utilisant des mésocosmes en serre. Le biochar fait avec des écorces d’érable à 7000C a augmenté de 20% la masse totale des plantes comparativement au traitement sans biochar, mais pas avec l’autre biochar fait avec 75% de bois et d’écorces d’érable à 5000C. Il n’y avait pas d’interaction entre le biochar et le consortium microbien. Les deux mélanges végétaux avaient la même biomasse aérienne totale malgré un ratio de population de chaque espèce différente. Par conséquent, l’hydrogel et le biochar seraient bénéfiques pour la croissance végétale, avec l’un ou l’autre des mélanges végétaux, dans des milieux de croissance difficiles pour les plantes tels que les résidus miniers. Par contre, l’effet du biochar sur la croissance dépend du type de biochar. Mots clés : biochar, restauration minière, hydrogel, exploitation aurifère, Avena sativa, Trifolium repens L, Festuca rubra / Biochar, hydrogel and plant symbionts were tested as amendments and biostimulants for plant growth of Festuca rubra, Trifolium repens L and Avena sativa L hydro-seeded on gold mine fine tailings and waste rock. A germination test indicated that both biochars favored plant germination between 61% and 91%, except for combination BQ-Érable-500-3with white clover. A first experiment consisting of three hydrogel doses (0 g/kg, 10 g/kg, 15 g/kg of substrate) combined with 0% or 15% v / v of biochar was conducted on the growth of hydro-seeded A. sativa, F. rubra and T. repens planted together on these gold mine tailings under controlled conditions. The addition of hydrogel to biochar increased plant biomass between 20% and 27% compared to the control without biochar. The addition of biochar at 15% v/v to tailings had no effects on the aboveground and total biomass of plants in the mesocosm experiment. An interaction was observed between the hydrogel and the biochar. However, this interaction was negatively influenced by the high rate of biochar applied. In a second experiment, the interaction of both biochars with 15% v/v or without biochar (0%) and of a microbial consortium including two dinitrogen fixing symbiotic bacteria strains (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K and Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), a free-free-living dinitrogen-fixing bacteria strain (Pseudomonas putida MBN 0213) and a fungal strain of arbuscular mycorrhizal (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) were observed in mesocosm greenhouse experiment. Biochar made with maple bark at 7000C increased plant biomass by 20% compared to treatment without biochar, but the other biochar made of 75% of wood and bark maple at 500 0C did not influence growth. There was no interaction between biochar and the microbial consortium. Despite their differences in individual biomass, the two plant mixtures did not behave differently in terms of total above ground biomass. These results suggest that hydrogel and biochar are beneficial for plant growth, with either of the plant mixtures, in environments difficult for plants growth such as tailings. On the other hand, the effect of biochar on plant growth depends of the biochar type. Keywords: Biochar, mine reclamation, hydrogel, gold mining, Avena sativa, Trifolium repens, Festuca rubra

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.

La carbonatation minérale dans les résidus miniers est un moyen sûr et permanent de séquestrer le CO2 atmosphérique. C’est un processus naturel et passif qui ne nécessite aucun traitement particulier et donc avantageux d’un point de vue économique. Bien que la quantité de CO2 qu’il soit possible de séquestrer selon ce processus est faible à l’échelle globale, dans le cadre d’un marché du carbone, les entreprises minières pourraient obtenir des crédits et ainsi revaloriser leurs résidus. À l’heure actuelle, il y a peu d’informations pour quantifier le potentiel de séquestration du CO2 de façon naturelle et passive dans les piles de résidus miniers. Il est donc nécessaire d’étudier le phénomène pour comprendre comment évolue la réaction à travers le temps et estimer la quantité de CO2 qui peut être séquestrée naturellement dans les piles de résidus. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés aux résidus miniers de Thetford Mines (Québec, Canada), avec une approche principalement expérimentale en laboratoire. Ces travaux ont permis d’améliorer la compréhension du processus de carbonatation, mais ils nécessitent une validation à plus grande échelle sous des conditions atmosphériques réelles. L’objectif général de cette étude est de quantifier le processus de carbonatation minérale des résidus miniers sous des conditions naturelles, afin d’estimer la quantité de CO2 pouvant être piégée par ce processus. La méthodologie utilisée repose sur la construction de deux parcelles expérimentales de résidus miniers situées dans l’enceinte de la mine Black Lake (Thetford Mines). Les résidus miniers sont principalement constitués de grains et de fibres de chrysotile et lizardite mal triés, avec de petites quantités d’antigorite, de brucite et de magnétite. Des observations spatiales et temporelles ont été effectuées dans les parcelles concernant la composition et la pression des gaz, la température des résidus, la teneur en eau volumique, la composition minérale des résidus ainsi que la chimie de l’eau des précipitations et des lixiviats provenant des parcelles. Ces travaux ont permis d’observer un appauvrissement notable du CO2 dans les gaz des parcelles (< 50 ppm) ainsi que la précipitation d’hydromagnésite dans les résidus, ce qui suggère que la carbonatation minérale naturelle et passive est un processus potentiellement important dans les résidus miniers. Après 4 ans d’observations, le taux de séquestration du CO2 dans les parcelles expérimentales a été estimé entre 3,5 et 4 kg/m3/an. Ces observations ont permis de développer un modèle conceptuel de la carbonatation minérale naturelle et passive dans les parcelles expérimentales. Dans ce modèle conceptuel, le CO2 atmosphérique (~ 400 ppm) se dissout dans l'eau hygroscopique contenue dans les parcelles, où l'altération des silicates de magnésium forme des carbonates de magnésium. La saturation en eau dans les cellules est relativement stable dans le temps et varie entre 0,4 et 0,65, ce qui est plus élevé que les valeurs de saturation optimales proposées dans la littérature, réduisant ainsi le transport de CO2 dans la zone non saturée. Les concentrations de CO2 en phase gazeuse, ainsi que des mesures de la vitesse d'écoulement du gaz dans les cellules suggèrent que la réaction est plus active près de la surface et que la diffusion du CO2 est le mécanisme de transport dominant dans les résidus. Un modèle numérique a été utilisé pour simuler ces processus couplés et valider le modèle conceptuel avec les observations de terrain. Le modèle de transport réactif multiphase et multicomposant MIN3P a été utilisé pour réaliser des simulations en 1D qui comprennent l'infiltration d'eau à travers le milieu partiellement saturé, la diffusion du gaz, et le transport de masse réactif par advection et dispersion. Même si les écoulements et le contenu du lixivat simulés sont assez proches des observations de terrain, le taux de séquestration simulé est 22 fois plus faible que celui mesuré. Dans les simulations, les carbonates précipitent principalement dans la partie supérieure de la parcelle, près de la surface, alors qu’ils ont été observés dans toute la parcelle. Cette différence importante pourrait être expliquée par un apport insuffisant de CO2 dans la parcelle, qui serait le facteur limitant la carbonatation. En effet, l’advection des gaz n’a pas été considérée dans les simulations et seule la diffusion moléculaire a été simulée. En effet, la mobilité des gaz engendrée par les fluctuations de pression barométrique et l’infiltration de l’eau, ainsi que l’effet du vent doivent jouer un rôle conséquent pour alimenter les parcelles en CO2. / Mineral carbonation in ultramafic mining wastes is a safe and permanent way to sequester atmospheric CO2. This process can occur naturally and passively, and does not require special treatment, which is interesting from an economical point of view. In the context of a carbon market, mining companies could obtain carbon credits and profit financially and environmentally from their residues. However, there is currently insufficient information to accurately assess the potential for natural and passive CO2 sequestration in mining waste piles. It is therefore necessary to study the phenomenon to understand how the reaction evolves over time and estimate the amount of CO2 that can be naturally sequestered in these structures. Several research studies have focused on the ultramafic milling wastes at Thetford Mines (Quebec, Canada), and have particularly focused on laboratory experiments. The results have improved our understanding of the mineral carbonation process in milling waste, but they need to be tested at larger scales and under real atmospheric conditions. The general objective of this study is to quantify the mineral carbonation process in mining waste under natural conditions, and to estimate the amount of CO2 that can be trapped by this process. The methodology is based on the construction of two experimental cells of milling waste located at the Black Lake mine (Thetford Mines). The magnesium-rich milling wastes mainly consist of poorly sorted grains and fibers of lizardite and chrysotile, with smaller amounts of antigorite, brucite and magnetite. Spatial and temporal observations were made in the cells, including measurements of the composition and pressure of gas, soil temperature, volumetric water content, waste mineralogy as well as water chemistry of rain and of the cell leachate. The observations showed evidence of a significant depletion of CO2 gas concentrations (< 50 ppm) and precipitation of hydromagnesite in the milling waste, suggesting that natural and passive mineral carbonation is a potentially important process in milling wastes. After four years of observations, the CO2 sequestration rates in the experimental cells were estimated at between 3.5 and 4 kg/m3/year. These observations have led to the development of a conceptual model of natural and passive mineral carbonation at the cell scale. In this conceptual model, atmospheric CO2 (~ 400 ppm) dissolves in the hygroscopic water contained in the cells where the weathering of magnesium silicates forms magnesium carbonates. Water saturation in the cells was relatively stable over time and varied between 0.4 and 0.65, which is higher than optimal saturation values proposed in the literature, reducing CO2 transport in the unsaturated zone. Gas-phase CO2 concentrations along with gas flow rate measurements in the cells suggest that the reaction is most active close to the surface and that diffusion of CO2 is the dominant transport mechanism in the wastes. Although the carbonation reaction is exothermic, no evidence of thermal convection has been observed in the experimental cells. A numerical model was used to simulate the identified coupled processes and to validate the conceptual model with field observations. The numerical model MIN3P, for multiphase and multi-component reactive transport problems, was used to complete 1D simulations which included water infiltration through the partially-saturated column, gas diffusion, and advective-dispersive reactive mass transport. Although the calibrated moisture content and leachate composition were quite close to field observations, the simulated sequestration rate is 22 times lower than the measured rate. The simulation results also suggested that carbonates would precipitate mainly near the surface whereas field observations suggest that mineral carbonation had occurred throughout the vertical profile. This significant difference could be explained by an insufficient supply of CO2 in the simulated cells, which is the limiting factor for mineral carbonation, suggesting that gas advection, which was not considered in the simulations, could have been important. It is concluded that gas mobility generated by barometric pressure fluctuations and water infiltration, as well as wind effects, likely played a significant role for CO2 supply within the cells and should be considered in future simulations.

Il est difficile d'explorer et d'estimer des gisements secondaires de diamants en raison du manque de fiabilité des données et/ou de leur rareté. Des efforts soutenus sont nécessaires pour maintenir une bonne compréhension de ces types de dépôts lors de leur exploration, leur échantillonnage et leur exploitation. Cette thèse traite des sujets suivants : - L'existence de regroupements entre cheminées kimberlites est établie, et leur extension moyenne déterminée. - Des données d'exploration d'indicateurs minéraux sont analysées par arbre de classification. Un modèle est ensuite bâti à partir de sites kimberlitiques connus pour identifier de nouveaux sites. - Les milieux maritimes comportent des mécanismes de piégeage complexes, ce qui les rend difficiles à échantillonner. Dans certaines situations, on dispose de peu, voire d'aucune information de qualité, alors qu'une étude d'optimisation de l'échantillonnage est nécessaire. Dans ce cas, une esquisse au crayon est utilisée pour construire des simulations, lesquelles servent à une première optimisation de l'échantillonnage. - Dans les dépôts sous-marins profonds, les échantillons doivent dépasser une taille minimale critique pour être représentatifs. L'établissement de cette taille passe par une modélisation selon un processus de Cox, bien adapté à la nature discrète de la minéralisation. L'impact de l'échantillonnage sur la qualité de l'estimation par blocs ou par panneaux peut ainsi être testé par simulation. - Ces dernières années, certains terrils sont redevenus économiquement viables. Pour en obtenir une estimation locale par blocs, une procédure de détermination de la taille optimale des échantillons et de leur espacement a été développée et mise en oeuvre sur un terril de kimberlite.

Par l’accumulation de rejets miniers, l’exploitation minière altère les écosystèmes terrestres en place. La restauration des sites avec la mise en végétation permet de réinstaurer les services écosystémiques perdus. L’objectif principal de ce projet était de développer différents terreaux de restauration à partir de biochar, de cendre, de matières résiduelles fertilisantes (MRF) et de boue de chaulage pouvant être utilisés sur des rejets miniers et qui supporterait la croissance végétale tout en étant sans danger pour l’environnement et peu couteux. Les intrants ont été caractérisés au plan chimique, physique et biologique et des tests en serre ont été faits avec Alnus incana ssp. rugosa et Calamagrostis canadensis en présence des trois types de rejets d’une mine aurifère. La cendre a un impact important sur le pH et la teneur en Mn des terreaux, tandis que le biochar augmente plutôt la teneur en Fe. Au plan physique, la cendre a tendance à réduire la porosité et la conductivité hydraulique saturée par rapport au biochar. Le mélange de MRF fait toutefois les terreaux les plus poreux et perméables, mais contiennent des concentrations très élevées de P et K. La boue de chaulage fait augmenter la conductivité électrique, la teneur en Ca, Mg et Cu, mais n’influence pas autant les propriétés physiques des terreaux. Après 4 mois de croissance dans 8 terreaux, les aulnes rugueux ayant démontré la meilleure croissance sont ceux ayant poussé dans les terreaux 7 (biochar, MRF et boue de chaulage) et 8 (biochar et boue de chaulage), tandis que les résultats pour Calamagrostis canadensis, dont la germination a été peu élevée, n’ont pas permis de tirer de telles conclusions. Il semble donc que le biochar soit meilleure que la cendre pour la croissance de l’aulne rugueux, mais la boue de chaulage joue aussi un rôle important. / Mining operations produce a large amount of tailings, sludges and acid rocks, changing the environment. Revegetation of residues helps restor ecological services on mining sites. The main objective of this study was to develop low cost, environmentally sound substrates made of biochar, ash, fertilizing residual matter and lime sludge for revegetation of mining wastes. Physical, chemical and biological characterization of the substrates have been completed in addition to bioassays with Alnus incana subsp. rugosa and Calamagrostis canadensis. Ash in the substrates had an impact on pH and Mn content while Fe content was related to biochar. Porosity and saturated hydraulic conductivity were higher in the substrates with biochar in lower with ash. Fertilizing residual matter blend made the more porous and permeable substrates and very high content in P and K. Liming sludge increased electrical conductivity, Ca and Mg contents and did not significantly affect physical properties of substrates. After 4 months of growth in greenhouses, Alders showed the best growth in the substrates 7 (biochar, fertilizing residual matter and liming sludge) and 8 (biochar and liming sludge). Biochar seems better than ash for Alder growth, followed by liming sludge. We cannot conclude for Calamagrostis canadensis because of the lack of data due to its poor germination.

L'exploitation minière au Canada est d'une importance économique et sociale indéniable. Les industries minières produisent des résidus miniers qui peuvent contaminer les écosystèmes terrestres et aquatiques à court et à long terme. Cette étude porte sur la restauration écologique des déchets miniers aurifères dans le nord canadien, plus particulièrement dans le nord du Québec. L'objectif de ce mémoire est d'évaluer le potentiel de différents systèmes d'implantation pour la végétalisation d'un site minier dégradé en observant la survie des plantes, les paramètres physico-chimiques et les communautés microbiennes du sol quatre ans après leur implantation sur un site minier aurifère nordique. Le dispositif agroforestier a été réalisé sur un site de post extraction d'or, sur des résidus fins, en utilisant un mélange d'espèces d'arbres et d'herbacées, l'amendement de microorganismes symbiotiques et de biochar. Les résultats ont montré un effet positif de l'inoculation sur la survie des arbres, en particulier pour les espèces Alnus viridis ssp. Crispa et Picea glauca avec des taux de survie supérieurs à 90 %. D'autre part, l'analyse des séquences de champignons et de bactéries dans le sol avec la technologie Illumina Miseq a permis d'évaluer la diversité des microorganismes et leur interaction dans l'environnement. La présence des bactéries du genre Pseudomonas et des ectomycorhizes des genres Amphinema et Cadophora montre que ces microorganismes sont adaptés à ce milieu et que leur utilisation comme inoculum est pertinente. Le biochar a un effet sur les paramètres chimiques du sol, en particulier le pH, le carbone et l'azote total. Ces paramètres ont finalement affecté les communautés microbiennes du sol. Ainsi, nos résultats suggèrent que la végétalisation des sites miniers dégradés peut être améliorée par l'implantation de végétaux inoculés avec des microorganismes symbiotiques et un amendement en biochar qui sont adaptés aux conditions édapho-climatiques. / Mining in Canada is of undeniable economic and social importance. The mining industry produces tailings that may contaminate the soil and water ecosystems, causing long-term land degradation. This study focuses on the ecological restoration of gold mining wastes in the Canadian north, specifically in northern Quebec. The objective of this master thesis is to assess the potential of different implantation systems for the revegetation of a mine degraded land by assessing the survival of plants, the physicochemical parameters, and the microbial communities of the soil after four years. The field trials were established on gold post-mining sites on fine tailings, using a mixture of tree and herbaceous species, the amendment of symbiotic microorganisms, and biochar. This study has provided insight into the complexity of soil-plant-microorganism relationships. The results showed a positive effect of inoculation on the tree survival rate, especially for Alnus viridis ssp. Crispa and Picea glauca and their survival rate of over 90%. Moreover, the characterization of fungi and bacteria in the soil with the Illumina Miseq technology made it possible to assess the diversity of microorganisms and their interaction in the environment. Also, the presence of bacteria of the genus Pseudomonas and ectomycorrhizal fungi of the genera Amphinema and Cadophora suggest that these beneficial soil microorganisms are well adapted to this environment and can be used as inoculum. Biochar affects soil chemical parameters, especially pH, total carbon, and total nitrogen. These parameters ultimately affected the soil microbial communities. Thus, our results suggest that revegetation of degraded mine sites is possible with a combination of plants, amendments of biochar and, microsymbionts, adapted to edapho-climatic conditions.

L'implication des émissions de dioxyde de carbone (CO2) anthropiques dans les changements climatiques est aujourd'hui admise et des solutions émergent pour lutter contre l'accumulation de CO2. La minéralisation du carbone, qui permet de séquestrer le CO2 sous forme de carbonates, stables à l'échelle géologique, est une des options envisagées. Parmi les voies de minéralisation du carbone envisagées, la minéralisation passive des résidus miniers ultramafiques permettrait de compenser les émissions en CO2 d'une exploitation minière. Toutefois, les impacts sur la qualité des eaux de lixiviation et l'évolution de la capacité de séquestration en conditions naturelles, à moyenne et grande échelle, sont peu documentés. La compagnie RNC Minerals a pour objectif d'exploiter un gisement de nickel situé dans le Nord-Ouest de la province du Québec. L'exploitation du Projet Dumont Nickel (PDN) aboutirait à la production d'environ 1,7 Gt de résidus miniers ultramafiques. Les différents facteurs qui influencent la capacité de séquestration des résidus du PDN ont été étudiés en laboratoire, à des teneurs en CO2 variables. Dans cette étude, les processus de la minéralisation passive dans les résidus du PDN, sont décrits et la capacité de séquestration en CO2 atmosphérique est estimée à moyenne échelle, en conditions naturelles. Pour étudier les impacts de l'altération météorique des résidus miniers du PDN, deux cellules expérimentales ont été construites et instrumentées. La première EC-1, contient les résidus ultramafiques, qualifiés de stériles (Waste-rock) et la seconde EC-2 a été remplie avec les résidus d'usinage (Tailings). Les propriétés hydrogéologiques et la surface spécifique des résidus des deux cellules sont différentes alors que la minéralogie est similaire. Les résidus sont composés principalement d'antigorite, de lizardite, de chrysotile, de brucite, de magnetite et de chlorite. Entre 2011 et 2015, l'évolution de la concentration en CO2, de la minéralogie, et de la composition chimique des lixiviats ont été enregistrées. Le suivi des concentrations en CO2 permet d'observer une diminution de la concentration en CO2 de la surface (~390 ppmv) vers le fond des parcelles (~100 ppmv). Dans le même temps, la teneur en carbone dans les résidus altérés a augmenté et les analyses minéralogiques révèlent la présence de plusieurs carbonates de magnésium comme l'hydromagnésite. Ces données suggèrent que les résidus séquestrent du CO2 passivement. Dans les cellules expérimentales le CO2 peut provenir de 3 sources : (1) l'atmosphère, (2) la dégradation de la matière organique, et (3) la dissolution des carbonates. Les compositions isotopiques du CO2(g), et des carbonates néoformés ont été mesurées. Ces analyses ont permis de mettre en évidence que la dissolution du CO2(g) dans l'eau interstitielle limite la capacité de séquestration et que le CO2 atmosphérique est la source du CO2 séquestré. Malgré les différences entre les deux cellules expérimentales les même processus contrôlent la séquestration du CO2. Un modèle conceptuel de la réaction de minéralisation du carbone, comprenant l'évolution de la composition isotopique, est proposé. Les lixiviats, récoltés aux bas des cellules expérimentales entre mai et novembre depuis 2011 sont caractérisés par un pH alcalin (~9,5), une alcalinité élevée (~90 à ~750 mg/L) et une forte concentration en magnésium (~50 à ~750 mg/L). Cette composition est en accord avec l'altération des résidus ultramafiques en milieu ouvert au CO2. Depuis 2012, la composition chimique des lixiviats évolue en fonction des saisons. Ces variations saisonnières sont expliquées par : (1) les variations climatiques au cours d'une année et (2) l'augmentation de la précipitation de carbonate entre mai et juillet. La diminution saisonnière de l'alcalinité et de la concentration en magnésium, provoqué par l'augmentation de la précipitation de carbonates, induit une sous-saturation des minéraux carbonatés ce qui limite la capacité de séquestration en CO2. Un taux de séquestration en CO2 atmosphérique de 1,4 (+/- 0.3) kg CO2/tonne/an a été mesuré dans les résidus de concentrateur (EC-2). À l'échelle de l'exploitation minière, les résidus de concentrateur permettraient la séquestration de 21 kt de CO2 atmosphérique par an ce qui correspond à un quart des émissions annuelles de la future mine. Le modèle MIN3P, qui permet de simuler le transport réactif multi composants et multiphasiques dans un milieu poreux insaturé, a été utilisé pour simuler en 1D la réaction de minéralisation au centre de la cellule EC-2. L'ensemble des données récoltées a été utilisé pour calibrer le modèle. Toutefois, aucune des simulations n’a permis de reproduire l'évolution de la géochimie des lixiviats et la concentration en CO2 observés. Plusieurs simplifications du modèle conceptuel pourraient expliquer les différences avec les données observées. / The implication of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions in climate change is now widely accepted and solutions are emerging in order to limit the accumulation of CO2. Carbon mineralization, which allows the sequestration of CO2 through carbonate precipitation, stable minerals over geological time scales, is one of the options considered. Among the proposed carbon mineralization pathways, passive carbon mineralization in ultramafic mining residues can potentially lead to developing carbon-neutral mines. However, the impacts on leachate water quality and evolution of sequestration capacity in natural conditions, on medium and large scales, are still poorly documented. RNC Minerals plans to mine a nickel deposit located in the northwestern part of Quebec. The operation at the Dumont Nickel Project (DNP) would produce approximately 1.7 Gt of ultramafic mining residues. Several factors which influence the carbon sequestration capacity of the DNP residues have been studied in the laboratory, at variable CO2 concentrations. In this study, the processes of passive carbon mineralization in the DNP mining residues are described and the atmospheric CO2 sequestration capacity is estimated, at the experimental cell scale, under natural conditions. In order to study the impacts of meteoric weathering of the DNP residues, two experimental cells were built and instrumented. The first cell EC-1, contains the ultramafic waste rock, and the second EC-2, was filled with milling residues (Tailings). The hydrogeological properties and surface area of the residues contained in the two cells are different whereas the mineralogy is similar. The main minerals in the residues are chrysotile, lizardite, brucite, chlorite and magnetite. Between 2011 and 2015, changes in CO2 concentrations, mineralogy, and chemical composition of leachate waters were recorded. Monitoring of CO2 concentrations showed a decrease in CO2 concentration from the surface (~ 390 ppmv) to the bottom of the cells (~ 100 ppmv). At the same time, the carbon content in the weathered residues increased and the mineralogical analyses revealed precipitation of several magnesium carbonates such as hydromagnesite. These observations indicate that passive mineral carbonation of the mining residues is occurring within the experimental cells, for which three potential sources of CO2 can be identified : (1) the atmosphere, (2) the CO2(g) produced from organic matter oxydation, and (3) CO2(g) produced from carbonate dissolution. The isotopic compositions of CO2(g) and newly formed carbonates were measured. Using these isotopic compositions it was possible to demonstrate that dissolution of CO2(g) in interstitial water limits the sequestration capacity and that atmospheric CO2 is the main source of the CO2 sequestered. Despite the differences between the two experimental cells the same processes control CO2 sequestration. A conceptual model of the carbon mineralization reactions, including evolution of the isotopic compositions, is proposed. The leachate water sampled at the bottom of the experimental cells, between May and November since 2011, is characterized by an alkaline pH (~9.5), a high alkalinity (~90 to ~750 mg/L CaCO3) and a high concentration of magnesium (~50 at ~750 mg/L). This composition is consistent with weathering of ultramafic rocks in a system open to CO2. Since 2012, the chemical composition of the leachate water was evolved seasonnaly. These seasonal variations are explained by: (1) recharge and temeprature variations over the year and (2) increased carbonate precipitation between May and July. The seasonal decrease of alkalinity and magnesium concentrations, caused by increased carbonate precipitation, induces undersaturation of carbonate minerals. Therefore carbonate precipitation self-limits carbon sequestration through a negative feed-back loop. Since 2011, an estimated 13 kg of atmospheric CO2 was sequestered in the milling residues from EC-2, which corresponds to a mean rate of 1,4 (+/- 0.3) kgCO2/tonne/year. Using this mean rate, during the mining operation the milling residues will sequester about 21 kt of atmospheric CO2 each year, which will represents one quarter of the 127,700 tonnes of CO2 emitted. Using MIN3P, a numerical model which allow to simulate multi-component and multiphase reactive transport in unsaturated porous media, the carbon mineralization reactions were simulated in 1D at the center of cell EC-2. The data collected during the 4 years of monitoring were used to calibrate the numerical model. However, none of the simulations allowed to reproduce the evolution of the leachate water geochemistry and the CO2 concentrations observed in the experimental cell. Several simplifications of the conceptual model could explain the differences with the observed data.

Au site minier Goldex d'Agnico Eagle, un parc à résidus a été construit au début du projet minier en 2007. Le parc à résidus, qui jusqu'à présent a été utilisé comme parc à résidus secondaire, sera à l'avenir utilisé comme parc à résidus principal. La compagnie minière souhaite donc améliorer ses connaissances du contexte hydrogéologique actuel du site afin d'assurer la protection des eaux souterraines lors des futures opérations minières. Des nouveaux travaux sur le terrain comprenant l'implantation de nouveaux piézomètres, des tests de perméabilité in situ, des tests au perméamètre de Guelph, des essais granulométriques et un levé de résistivité électrique ont été effectués. Un modèle 2D a été développé à l'aide du logiciel SEEP/W et a d'abord été calibré en régime permanent pour les données d'été et d'automne. Le modèle 2D a ensuite été recalibré en régime transitoire en utilisant des conditions climatiques réelles. Pendant la calibration, il était difficile de reproduire les niveaux d'eau élevés dans les résidus près des digues. Les analyses de sensibilité ont mis en évidence l'importance des conductivités hydrauliques des résidus et des matériaux naturels ainsi que les propriétés de la courbe de rétention d'eau des résidus. Ces paramètres pourraient être des cibles pour la caractérisation future du site. Un modèle 3D développé à l'aide du code FEFLOW a montré, qu'avec les conditions imposées, la majeure partie de l'eau circulant dans les résidus refait surface au pied de la digue du bassin de sédimentation. Cependant, il est important de considérer que l'eau provenant des résidus et les futurs contaminants potentiels devraient se déplacer plus rapidement via les divers étangs de surface et le drainage de surface que par l'écoulement souterrain. Les zones critiques et sensibles du modèle ont également été identifiées. / At Agnico Eagle's Goldex mine site, a tailings facility was constructed at the start of the mining project in 2007. The tailings facility, which until now has been used as a secondary tailings facility, will in the future be used as the primary tailings facility. The mining company therefore wishes to improve its knowledge of the current hydrogeological context of the site in order to ensure the protection of groundwater during future mine operations. New fieldwork was carried out to characterize the site, including installation of new piezometers, in-situ piezometer tests, Guelph permeameter tests, sieve tests and an electrical resistivity survey. A 2D model was developed using the SEEP/W code and was first calibrated under summer and fall steady-state conditions, with respective time-averaged water level data. The 2D model was then re-calibrated in a transient state using current climate conditions. Model calibration was generally good, but high-water levels in the tailings near the dikes were difficult to reproduce accurately. A sensitivity analysis was performed under steady-state and transient-state conditions. The analysis highlighted the importance of the hydraulic conductivities of the tailings, sublittoral sediments, and bedrock, as well as the properties of the tailings' water retention curve which could be targets for improved future site characterization. A 3D catchment-scale model was subsequently developed using the FEFLOW code which showed, under the imposed conditions, that most of the water flowing through the tailings resurfaces at the toe of the sedimentation pond dike. However, it is important to consider that the flow of water from the tailings and hence transport of any future potential contaminants is expected to occur more rapidly via the various surface ponds and surface drainage compared to subsurface flow. Critical and sensitive areas of the model have also been identified.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / L'objectif principal de l'étude est d'évaluer les effets de l'utilisation d'un compost commercial sur la production de biomasse aérienne, ainsi que sur l'accumulation du Cu dans le ray-grass et le maïs cultivés en serre dans un résidu minier de Cu (RM). Un autre objectif consistait à évaluer l'effet de l'application d'une solution chélatante sur le prélèvement et l'accumulation du Cu dans la biomasse aérienne des deux plantes. Finalement, un dernier objectif était d'évaluer l'effet des traitements sur le fractionnement du Cu dans les RM cultivés avec du maïs. En général, le rendement en matière sèche du ray-grass et du maïs a augmenté avec les doses croissantes de compost. Le prélèvement et l'accumulation de Cu dans les tissus du maïs et du ray-grass (2e coupe) ont augmenté avec l'ajout de la solution chélatante aux RM. L'ajout du compost a diminué CUCAR et a augmenté CUORG, tandis que la solution chélatante a augmenté CUSOL et CUECH et a diminué CUCAR et CUORG