L’industrie minière et le développement durable : une perspective internationale francophone

L’idée de cet ouvrage émane du colloque L’industrie minière et le développement durable : une perspective internationale francophone, tenu lors du congrès Québec Mines de novembre 2014. Ce colloque a été parrainé par le Centre Jacques Cartier, qui s’est associé pour l’occasion au ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles du Québec, lequel organise le congrès annuel Québec Mines. Il a été tenu à Québec et faisait suite à un premier colloque sur un thème similaire (Exploitations minières passées et présentes : Impacts sur l’environnement et la société) qui a eu lieu à Chambéry en France en novembre 2013, également dans le cadre des Entretiens Jacques Cartier. À la suite du colloque de Chambéry, Rossi et Gasquet (2014) ont rassemblé 11 articles sur les problématiques de l’après-mine. L’exploitation de ressources minérales non renouvelables dans une perspective de développement durable peut s’apparenter à la quadrature du cercle. Cependant, l’utilisation de minéraux et de métaux constitue une condition essentielle à l’évolution de l’humanité et au développement des civilisations, depuis les outils en silex jusqu’aux appareils électroniques les plus sophistiqués. Les ressources minières sont essentiellement non renouvelables, car la constitution des gisements se produit sur une durée de milliers ou de millions d’années, évidemment bien supérieure à celle de l’extraction par l’homme du minerai d’un gisement (Goffé 2013). De plus, la transition vers des sources d’énergie renouvelables, qui devrait devenir une réalité dans les prochaines décennies, est un facteur qui poussera à la hausse la consommation de ressources minières. En effet, cette transition va nécessiter des quantités de ressources minérales encore plus importantes que celles requises pour l’utilisation des hydrocarbures comme source d’énergie (Vidal et al. 2013). Les métaux et les minéraux qui devront être extraits seront alors plus nombreux et plus variés. La quantité de ressources minérales disponibles demeure importante de façon générale, mais les gisements à exploiter auront des teneurs de plus en plus faibles et le minerai sera de plus en plus difficile à raffiner. Cette augmentation de l’extraction de ressources minérales est accélérée davantage par le désir bien légitime de plusieurs nations d’atteindre le niveau de consommation de biens, de services et d’énergie des pays développés. Il faudra consommer des quantités plus importantes d’énergie pour extraire et raffiner le minerai, ce qui est susceptible d’accroître les impacts de cette industrie sur l’environnement. Il en résulte que les coûts économiques et environnementaux de l’extraction des ressources minérales sont appelés à devenir de plus en plus élevés (Mousseau 2012, Jébrak 2015). Les pays où les minerais sont extraits ne sont pas nécessairement ceux qui les transforment et consomment des produits fabriqués à partir des substances obtenus de ces minerais (Jébrak 2015). Cette dichotomie se retrouve à l’intérieur même de l’espace francophone, et elle peut engendrer des iniquités socioéconomiques qui doivent être évitées. Il est donc possible d’anticiper une forte augmentation des activités minières et de la consommation énergétique durant les prochaines décennies, à moins que la croissance économique atteigne un plateau. En effet, plusieurs experts avancent que l’exploitation des ressources, minérales et autres, ne peut pas continuer à croître longtemps au rythme actuel, ce qui justifie pour certains une remise en question du système économique actuellement prédominant (Handal Caravantes 2015), en particulier face aux changements climatiques (Klein 2015). Les efforts fournis pour tenter de résoudre le paradoxe d’une industrie minière durable incluent le développement de règlements et d’outils de gestion, notamment des grilles d’analyse, visant à structurer et à faciliter les démarches de développement durable au sein de l’industrie minière. Les impacts sociaux, environnementaux et économiques de l’industrie minière dépendent notamment des conditions socioéconomiques des territoires d’extraction des ressources. C’est ainsi que l’industrie minière et le développement durable présentent des visages divers et variables d’un pays à l’autre. De façon plus spécifique, différentes approches et expériences visant à concilier exploitation minière et développement durable dans différents pays francophones sont présentées ici, incluant des pays miniers développés et des pays en voie de développement ayant différents historiques miniers. Il est opportun de documenter l’état des réflexions, des démarches et des approches visant le développement durable de l’industrie minière, à la fois chez les chercheurs et chez les agents de l’industrie. Cet ouvrage présente un portrait du développement durable de l’industrie minière dans l’espace francophone. Nous croyons que ce portrait correspond assez bien à la situation dans de nombreux autres pays. Cet ouvrage reflète la diversité des analyses du développement durable que font les divers acteurs de la recherche et de l’industrie minière. Villeneuve et al. proposent une démarche de mise en application des principes de développement durable dans l’industrie minière, considérant tant la mine elle-même que les produits de l’extraction minérale. Ils prennent ainsi en compte les impacts environnementaux, économiques et sociaux tout au long du cycle de vie des substances minérales. Bergeron et Jébrak présentent une analyse des principales variables à considérer pour identifier des ajustements qui permettraient d’accroître l’acceptabilité sociale d’un projet. Tremblay et al. soulignent les efforts de développement durable fournis par une entreprise qui souhaite développer une mine de phosphate au Québec. Legault présente les défis auxquels fait face un comité de suivi d’une exploitation minière, soulignant que l’efficacité d’un tel comité – et donc de l’acceptabilité sociétale du projet – dépend de son adaptation aux conditions locales. Simon résume les besoins en formation de personnel qualifié pour appuyer le développement de l’industrie minière en Afrique francophone, incluant les aspects environnementaux de cette industrie. Hakkou et Benzaazoua présentent les résultats de projets de gestion de résidus miniers au Maroc, visant notamment la valorisation de certains résidus ; c’est un exemple de la coopération Québec-Maroc sur les résidus miniers. Yans démontre pourquoi il est essentiel pour tous les acteurs d’intégrer au mieux les activités extractives dans les paysages environnementaux, sociaux et économiques d’un territoire densément peuplé, comme la Wallonie. Rossi et Gasquet présentent un panorama des impacts de l’exploitation des ressources minières dans les Alpes françaises depuis l’Antiquité, soulignant l’intérêt d'un suivi environnemental sur le temps long et de la valorisation touristique de plusieurs sites. Le lecteur pourra constater que le rythme d’assimilation et de mise en pratique des principes du développement durable est variable. Cela n’est pas une surprise dans une société où les intérêts sont souvent divergents et où l’état de la réflexion se situe à des niveaux différents selon les acteurs

TOF-SIMS structural characterization of self-assembly monolayer of cytochrome b5 onto gold substrate.

International audienceOrientation and three-dimensional structure of immobilized proteins on bio-devices are very important to assure their high performance. Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) is able to analyze upper surface of one layer of molecules. Orientation of immobilized proteins can be evaluated based on determination of a partial structure, representing ensemble of amino acids, on the surface part. In this study, a monolayer of cytochrome b5 was reconstituted onto gold substrate and investigated by surface plasmon resonance (SPR). After freeze-drying, the resulted protein self-assembly was evaluated using TOF-SIMS with the bismuth cluster ion source, and then TOF-SIMS spectra were analyzed to select peaks specific to cytochrome b5 and identify their chemical formula and ensembles of amino acids. The results from TOF-SIMS spectra analysis were compared to the amino acid sequence of the modified cytochrome b5 and three-dimensional structure of cytochrome b5 registered in the protein data bank. Finally, fragment-ion-generating parts of the immobilized-cytochrome b5 are determined based on the suggested residues and three-dimensional structure. These results suggest the actual structure and confirm the expected orientation of immobilized protein

Revisited BIA-MS combination: Entire "on-a-chip" processing leading to the proteins identification at low femtomole to sub-femtomole levels

International audienceWe present the results of a study in which biomolecular interaction analysis (BIA, Biacore 2000) was combined with mass spectrometry (MS) using entire "on-a-chip" procedure. Most BIA-MS studies included an elution step of the analyte prior MS analysis. Here, we report a low-cost approach combining Biacore analysis with homemade chips and MS in situ identification onto the chips without elution step. First experiments have been made with rat serum albumin to determine the sensitivity and validation of the concept has been obtained with an antibody/antigen couple. Our "on-a-chip" procedure allowed complete analysis by MS-MS of the biochip leading to protein identifications at low femtomole to sub-femtomole levels. Using this technique, identification of protein complexes were routinely obtained giving the opportunity to the "on-a-chip" processing to complete the BIA-MS approach in the discovery and analysis of protein complexe

Preparation of flat gold terraces for protein chip developments

International audienceA simple method to prepare flat gold terraces on mica for atomic force microscopy biomolecular characterisation is described. The procedure includes preheating of the substrate, metal deposition and an annealing step. All of these steps are at elevated temperatures (300–420°C). This approach allows one to prepare large flat gold terraces (200– 500 nm), which constitute ideal substrates for visualisation and characterisation of a self-assembly monolayer of biomolecules at the nanoscale. The authors illustrated this potential of characterisation with the reconstitution of a protein monolayer

Probabilistic 3D modeling of layered soil deposits: Application in seismic risk assessment

Estimating the soil properties and the associated heterogeneity is critical in geotechnical risk assessment, particularly in a large urban area and for infrastructural development projects. Seismic hazard studies acknowledge the considerable impact of local soil conditions on the amplitude and frequency of incoming seismic waves. This is particularly challenging in areas with highly variable soil properties and limited soil sampling. A multi-step probabilistic approach is proposed to model the soil-types at a regional scale, involving a large database that incorporates surface and subsurface data with clustered sampling pattern, and highly skewed statistical parameter distributions. First, the Empirical Bayesian Kriging (EBK) method is applied for the interpolation of the total subsoil and till thickness. The results from the EBK method appear more accurate compared with the estimates from the triangulated irregular network. The soil-types and associated probability of occurrence are determined from the continuous till deposit at the bottom and the ground surface topography, using sequential indicator simulation. This simulation method allows predicting the probability of occurrence of discontinuous soil layers in the full 3D model, a real aspect of the soil variability. The predicted soil-types and their probabilities allow better consideration of key geological uncertainties in risk evaluation. L’estimation des propriétés des sols et de leur hétérogénéité est essentielles pour l'évaluation des risques géotechniques, en particulier dans une grande zone urbaine et pour les projets de développement d’infrastructures. Les études sur les risques sismiques reconnaissent l'impact considérable des conditions locales du sol sur l'amplitude et la fréquence des ondes sismiques. Cela est particulièrement difficile dans les zones où les propriétés du sol sont très variables et où l'échantillonnage du sol est limité. Une approche probabiliste en plusieurs étapes est proposée pour modéliser les types de sols à l'échelle régionale, impliquant une grande base de données qui incorpore des données de surface et souterraines avec un modèle d'échantillonnage en grappes et des distributions statistiques très asymétriques des paramètres. La méthode de krigeage bayésien empirique (EBK) a été appliquée pour l'interpolation de l'épaisseur totale du sous-sol et du till. Les résultats de la méthode EBK sont plus exacts que les estimations obtenues par réseau triangulé irrégulier. Les types de sol et leur probabilité d’occurrence sont déterminés depuis le dépôt de till continu jusqu’à topographie de la surface du sol, à l'aide d'une simulation d'indicateur séquentiel. Cette méthode de simulation permet de prédire la probabilité d'occurrence de couches de sol non continues dans le modèle 3D complet, un aspect réel de la variabilité spatiale du sol. Les types de sols prévus et leurs probabilités permettent une meilleure prise en compte des facteurs géologiques clés dans l'évaluation probabiliste des risques géotechniques

Comparison of code-oriented site classification in the Saguenay region, Québec

Local geological and geotechnical conditions can have significant effects on the incoming seismic waves and their spatial variation. Commonly referred to as site-effects, certain conditions can significantly amplify the intensity of the seismic shaking and make it more destructive. Site effects are accounted for in national building codes by the selection of amplification factors as functions of soil category, seismic intensity and frequency. The soil type is categorized by considering representative shearwave velocity, the number of blows in the standard penetration test, and/or undrained shear strength in the top 30 meters. Although soil categorizations based on these geotechnical parameters are more or less similar across earthquake-prone countries, there are some differences, which may result in over- or underestimation of the potential site effects. The SaguenayLac-Saint-Jean region (SLSJ) is located in a moderate seismicity zone in Eastern Canada; the last major earthquake in this region occurred in 1988 with a moment magnitude of 5.9. The presence of important deposits of sensitive clays in SLSJ combined with the strong impedance contrast between the unconsolidated deposits and the underlying crystalline bedrock can play an important role in the soil dynamic response. Different soil classification criteria and respective amplification factors are compared: the 2015 National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP), Eurocode 8, and the 2015 National Building Code of Canada (NBCC). The advantages and disadvantages of each classification approach are discussed

The Specific Length of an Underground Tunnel and the Effects of Rock Block Characteristics on the Inflow Rate

The specific length of a tunnel (STL) and a new analytical model for calculating the block surface area of the rock mass are introduced. First, a method for determining the appropriate length of a tunnel for a numerical simulation is described. The length is then used to examine the correlation between the inflow rate to the tunnel and the block volume, the block surface area, and the fracture intensity (P32) through analytical and numerical modeling. The results indicate that the length of the tunnel should at least be equal to the least common multiple (LCM) of the apparent spacings of the joint sets at the wall of the tunnel to obtain the more reliable and immediate results for the inflow rate to a tunnel that is excavated in a fractured rock mass. A new analytical model was developed to calculate the block surface area and determine the essential joint set parameters, which include the dip, dip direction, and spacing. The determination of the rock block characteristics through numerical modeling requires considering the intact block for calculations. The results indicated that the inflow rate to the tunnel increased with an increase in fracture intensity and a decrease in block volume and surface area. The STL and the analytical model used for calculating the block surface area are validated through numerical simulations with 3DEC software version 7.0

Geomechanical characterization of a heterogenous rock mass using geological and laboratory test results: a case study of the Niobec Mine, Quebec

To conduct a successful geomechanical characterization of rock masses, an appropriate interpretation of lithological heterogeneity should be attained by considering both the geological and geomechanical data. In order to clarify the reliability and applicability of geological surveys for rock mechanics purposes, a geomechanical characterization study is conducted on the heterogeneous rock mass of Niobec Mine (Quebec, Canada), by considering the characteristics of its various identified lithological units. The results of previous field and laboratory test campaigns were used to quantify the variability associated to intact rock geomechanical parameters for the different present lithological units. The interpretation of geomechanical similarities between the lithological units resulted in determination of three main rock units (carbonatite, syenite, and carbonatite-syenite units). Geomechanical parameters of these rock units and their associated variabilities are utilized for stochastic estimation of geomechanical parameters of the heterogeneous rock mass using the Monte Carlo Simulation method. A comparison is also made between the results of probabilistic and deterministic analyses to highlight the presence of intrinsic variability associated with the heterogeneous rock mass properties. The results indicated that, for the case of Niobec Mine, the carbonatite-syenite rock unit could be considered as a valid representative of the entire rock mass geology since it offers an appropriate geomechanical approximation of all the present lithological units at the mine site, in terms of both the magnitude and dispersion of the strength and deformability parameters

Probabilistic approach for seismic microzonation integrating 3D geological and geotechnical uncertainty

A novel probabilistic methodology for regional seismic site characterization is proposed and applied to a region with highly heterogeneous surficial geology and varying soil sediment thickness and stiffness. The method combines various sources of geological and geotechnical uncertainties to develop a three-dimensional (3D) shear-wave velocity (Vs) model and evaluate the associated uncertainties. A 3D geological model of the unconsolidated deposits was developed using geostatistical interpolation and simulation methods. Sequential indicator simulations produced a quantitative geologic model that explicitly quantified geological uncertainties based on the likelihood of specific soil types occurring. In situ measurements and multivariate statistical analysis allowed the development of empirical correlations between Vs, geotechnical parameters, depth, and soil types. The resulting 3D Vs values were estimated on the basis of Vs-depth correlations and the probability of occurrence of each soil type. In this approach, the propagated uncertainty was also quantified by considering the combined variance. Seismic microzonation mapping was then conducted by transforming the 3D Vs model into two-dimensional (2D) maps that represent the spatial distributions of the time-averaged shear-wave velocity of the top 30 m (Vs,30) and the fundamental site period (T0), along with their respective uncertainties using Monte Carlo simulations. The results indicate that microzonation maps and their uncertainties are influenced by the thickness, occurrence probability, and geotechnical properties of soils. The proposed method can be used to assess the probabilistic seismic risk at local and regional scales in areas with geologically and geotechnically complex soil properties