Techniques de bio-traitement applicables aux drainage miniers

Les eaux acides issues du drainage des mines et des stériles miniers sont des effluents hétérogènes, mais toujours chargés en polluants inorganiques. Outre les désordres économiques et écologiques engendrés, les drainages miniers acides (DMA) induisent des risques pour la santé humaine. Ces flux d'eau contaminés demeurant difficiles à contrôler, voire impossibles à stopper de façon définitive, il est nécessaire de mettre en oeuvre leur traitement sur une durée indéfinie. Ces dispositifs de traitement représentent un coût significatif à long terme pour la société, auquel s'ajoute le stockage des déchets solides issus de ces traitements. Le projet COMPAS a pour objectif de déterminer la combinaison optimale d'étapes de traitement passives ou semi-passives permettant de réduire l'impact environnemental de drainages miniers acides riches en fer, en métaux lourds et en arsenic. Les deux principales étapes du traitement biologique sont : (1) la sulfato-réduction, permettant d'éliminer sous forme de sulfures, les métaux qui ne sont pas éliminés par les autres étapes de traitement et (2) la bio-oxydation induisant une co-précipitation de fer (Fe) et d'arsenic (As). Un traitement physico-chimique complémentaire utilisant des matériaux calcaires est également évalué. Ce projet s'inscrit en particulier dans le contexte territorial du district minier de Carnoulès, dont le drainage minier, contenant de l'ordre de 1000, 100 et 20 mg/L de Fe, As et zinc (Zn) respectivement, et a déjà fait l'objet de nombreuses études. Ce rapport présente les résultats au terme du projet. 
Deux pilotes de bio-oxydation de 1 m3 chacun remplis de deux matériaux support différents ont fonctionné pendant sept périodes entre juillet 2019 et septembre 2020 soit 218 jours au total. Les systèmes alimentés avec l'eau du Drainage Minier Acide du Reigous ont fonctionné sans aucun ajout de réactif et ont nécessité une maintenance réduite. Ils ont permis d'oxyder 92±6% du Fe(II) et d'éliminer 43±11% du Fe total et 67±10% de l'As en moyenne, avec un temps de rétention hydraulique de 9h au minimum. Ils ont produit des boues à 8% d'As, principalement sous forme d'arséniate. La solubilité des arséniates ferriques au pH de l'eau en sortie de réacteur (pH 2,8) n'a pas permis d'abaisser la concentration en arsenic à moins de 10 mg/L. 
Un pilote de canal calcaire ouvert de 80 m de long à 4% de pente a été testé en aval des réacteurs aérobies seuls ce qui a permis une augmentation du pH et une diminution des concentrations en Fe et en As, mais pendant une durée très limitée (moins d'un mois). L'eau traitée uniquement par les réacteurs aérobies contient encore une teneur en Fe trop importante pour qu'un canal calcaire ouvert puisse durablement être efficace. Ce pilote n'a pu être testé en aval du BSR couplé au réacteur aérobie, ce qui aurait pu potentiellement permettre d'obtenir des performances plus durables. 
Un bioréacteur anaérobie de 25 L préparé et inoculé dans les laboratoires du BRGM, a été installé sur le site en juin 2020 et a fonctionné d'abord seul jusqu'en février 2021 puis couplé à un réacteur aérobie installé en aval jusqu'à fin juillet 2021 soit au total pendant 273 jours. Le temps de séjour du BSR a été initialement fixé à 25 jours. Les essais avec le BSR seul ont permis d'abaisser le temps de séjour à 10 jours tout en assurant l'abattement de la quasi-totalité du Fe, de l'As, du Zn et de l'acidité. Les essais avec le BSR couplé au réacteur aérobie ont permis d'abaisser le temps de séjour à 5 jours, tout en conservant des taux d'abattement équivalents. Pour des temps de séjour inférieurs à 5 jours, les performances globales du système se dégradent. Le BURGEAP a réalisé des études de préfaisabilités pour 3 procédés de traitement du DMA de Carnoulès : (1) Bioréacteur de sulfato-réduction (BSR) seul, (2) BSR couplé à un canal calcaire ouvert (3) BSR couplé à un bioréacteur d'oxydation et enfin à un canal calcaire ouvert. Pour chacun des 3 procédés le BURGEAP a réalisé un pré-dimensionnement, une estimation de l'enveloppe des travaux, une estimation des frais annuels d'exploitation et une Analyse de Cycle de Vie (ACV) pour un positionnement du BSR et du réacteur d'oxydation au pied et au sommet du stockage de déchets miniers. Les coûts d'investissement sont estimés entre 1 015 k€ et 2 162 k€ et les coûts d'exploitation pour 10 ans entre 1 358 k€ et 1 930 k€. Le procédé de traitement développé dans le projet COMPAS n'est pas encore prêt à être directement porté à l'échelle industrielle. Il apparait nécessaire de passer par une étape de démonstrateur d'au moins une dizaine de m3, en particulier pour le bioréacteur anaérobie, afin de s'assurer que les problèmes de procédé qui apparaissent seulement à grande échelle peuvent être maîtrisés.