Drainage minier acide - Définition

Introduction

Un drainage minier acide (DMA) ou encore « drainage rocheux acide » (DRA) est une solution minérale acide qui s'écoule régulièrement en conséquence d'une mine.

Le phénomène en cause est spontané sur les affleurements de minéraux sulfurés, naturellement sujets à une oxydation par contact avec l'air et l'eau : de manière lente, il y a production d'acide sulfurique et solubilisation des métaux présents.

Lors des travaux miniers (excavations et pompages), l'équilibre chimique de ces affleurements et des gisements profonds de sulfures métalliques est perturbé par des conditions oxydantes soudaines ; cette réaction prend une ampleur suffisante pour entraîner des écoulements importants.

Mécanismes de formation

Origine du phénomène

Les minéralisations du sous-sol sont dues à des circulations de fluides qui transportent des cations métalliques qui vont être piégés dans les horizons réducteurs. Or l’exploitation minière va brusquement modifier les conditions d'oxydo-réduction à l’origine du gisement en dénoyant les roches et en les exposant à l’air. Une mine exploitée représente en effet plusieurs kilomètres de galeries (quelques centaines de km parfois plusieurs milliers comme à El Teniente au Chili). Ce sont autant de conduits susceptibles d'apporter de l'eau et de l'oxygène au contact du minerai. Quant aux matériaux des mines à ciel ouvert et des carrières, ils sont par définition soumis aux conditions atmosphériques. Les DMA se forment alors, soit dans les galeries ennoyées, soit par percolation d’eau sur les tas de solides excavés contenant des sulfures.

Ces matériaux extraits de la mine sont de diverses natures : encaissant parfois relativement riche en sulfures (stérile franc), minerais pauvres en sulfures (haldes, stérile de sélectivité) ou encore rejets de traitement pauvres en métaux précieux mais riches en sulfure. Les quantités produites et stockées peuvent atteindre plusieurs millions de tonnes. Ainsi, les déchets de flottation de la plus grande mine de cuivre au monde, Chuquicamata au Chili, occupent une surface de 48 km². Ces produits, déjà stockés humides, reçoivent aussi les pluies. Le phénomène biologique et chimique de formation des DMA s'enclenche alors par suintement ou ruissellement sur le lieu de stockage.

Catalyse

Les réactions chimiques principales qui donnent lieu à un DMA sont l'oxydation du fer et du soufre de la pyrite, le minéral sulfuré le plus commun. Cette réaction a lieu en présence ou en l'absence de bactéries selon l'équation :

Il ne s'agit bien sûr que d'une équation bilan : le processus d’oxydation de la pyrite varie en fonction de l'évolution du pH. La particularité de cette réaction est d’être autocatalysée, ce qui permet au phénomène de production de DMA de se propager de façon similaire à un incendie : de même que la combustion produit de la chaleur qui déclenche la combustion d'autres matériaux, l'oxydation des sulfures produit du fer ferrique, qui entraîne l'oxydation d'autres sulfures.

L'apparition des DMA est favorisée par la présence de microorganismes qui tirent l'énergie nécessaire à leur croissance des réactions d'oxydoréductions métalliques. Ces bactéries agissent comme de véritables catalyseurs des réactions chimiques qui se déroulent à la surface des minéraux et en solution. Les détails de ce phénomène sont encore mal compris et font l'objet de polémiques pour déterminer la réaction prédominante entre oxydation directe et indirecte (c.à.d. avec contact direct ou non des bactéries à la surface des sulfures).