Projet oMIMo, prélèvement d’eau porale dans les tailings d’une mine d’étain au cours d’une expérience de phytostabilisation (Plateforme PRIME, 2023).
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Enjeux et besoins
Le projet oMIMo (2023-2027) "Optimisation des stratégies de phytostabilisation des déchets miniers riches en arsenic : prédiction des impacts sur l'eau et la biodisponibilité des polluants pour les plantes en lien avec les activités microbiennes" a pour objectif d’élaborer un modèle prédictif des impacts sur l'eau et la biodisponibilité des polluants pour les plantes en lien avec les activités microbiennes dans les massifs de déchets miniers phytostabilisés.
La sécurisation des résidus d’exploitations minières représente un défi environnemental majeur. La plupart des mines de métaux ont produit des déchets contenant du fer (Fe) et du soufre (S), l’élément toxique arsenic (As) étant présent dans plus de 50% des sites. La phytostabilisation apparaît souvent comme une option appropriée pour minimiser les risques liés à la dispersion de particules par érosion, pour un coût modéré. Cependant, son intégration à des projets de réhabilitation par les gestionnaires de sites doit être étayée par une évaluation quantitative de son effet sur le devenir de l’As et des métaux dans les massifs de déchets.
Il existe un réel intérêt économique à développer la phytostabilisation comme option opérationnelle de gestion des haldes de déchets miniers, comme objectif à court et moyen terme. En accord avec la méthodologie nationale française de gestion des terres contaminées, les résultats du projet contribueront à :
- améliorer le modèle conceptuel du site en matière d'évaluation des transferts,
- réduire les incertitudes sur la performance de la phytostabilisation,
- permettre une meilleure analyse coût-bénéfice, avec en particulier une évaluation de la stabilité de la source, l'évolution à long terme, l'état de préparation technologique et la création de services écosystémiques,
- garantir l'atteinte des objectifs du projet à travers le choix des stratégies les plus appropriées.
La disponibilité de stratégies de gestion économiquement réalistes pour de nombreuses décharges minières actuellement orphelines, comme la phytostabilisation, devrait contribuer à améliorer la santé économique d'une grande quantité de territoires.
oMIMo a pour objectif de développer un outil de prédiction de la mobilité de l'As et des métaux et de leur disponibilité pour les plantes dans un déchet minier arsénié phytostabilisé, basé sur une méthodologie de modélisation de transport réactif (MTR) intégrant des paramètres microbiens. oMIMo répondra au besoin de prévoir les impacts, incluant les flux d’arsenic et de métaux par infiltration, lors du développement de la phytostabilisation en tant qu’option opérationnelle en domaine minier. Le projet fournira une méthodologie de modélisation accompagnée de recommandations, incluant le type d’analyses pertinentes (géochimiques, minéralogiques et biologiques) à effectuer pour la détermination numérique de l’évolution à moyen et long terme des flux d’As et de métaux.
L’équipe de projet visite le site minier choisi pour les expérimentations oMIMo (Loire Atlantique, décembre 2022).
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Résultats attendus
oMIMo, à travers le développement d'un modèle prenant en compte les phénomènes biogéochimiques spatiaux et temporels, abordera les incertitudes inhérentes à l'évolution des flux d'As et de métaux dans les résidus miniers phytostabilisés. Cet objectif est abordé par le consortium oMIMo à travers une approche interdisciplinaire associant géochimie, modélisation numérique, physiologie végétale, microbiologie et approches omiques à une bonne connaissance opérationnelle de la gestion des anciens sites miniers.
La méthodologie oMIMo est basée sur un scénario maîtrisé de phytostabilisation assistée, développé jusqu’au pilote métrique et pour lequel une première version de MTR a été élaborée pour les résidus arséniés d’une mine d’argent (Ag) et plomb (Pb). oMIMo propose d'intégrer au MTR des données indicatrices des processus microbiens actifs liés aux métabolismes de l'As, du Fe et du S, obtenues au cours de deux expériences menées dans la plateforme PRIME du BRGM pendant 2 ans :
- Un mésocosme a été rempli avec 1200 kg de résidu d’une mine d’étain (Sn) en mars 2023. Cette expérience pilote reproduit à l’échelle métrique les différents compartiments du dépôt : surface phytostabilisée, zone non saturée sous-jacente, puis zone saturée.
- Des expériences sub-métriques en pots de 20 L ont démarré début mai 2023 avec 2 types de résidus, celui de la mine d’Ag-Pb et ceux, arséniés également, de la mine de Sn. L’espèce végétale choisie pour ces essais est Festuca rubra, et les résidus miniers ont été amendés dans la zone de colonisation par les plantes avec un mélange de calcaire et de compost.
Ces expériences permettront d’acquérir des données précises sur l'évolution de la géochimie, des processus microbiens, et de la biodisponibilité/toxicité de l’As et des métaux pour les plantes. Le MTR sera basé sur un bilan massique et des lois thermodynamiques. Un réseau de réactions métaboliques stœchiométriques représentera la séquence redox suspectée de se produire dans les résidus, alimentant une première version du modèle par un état de l’art et les premières données géochimiques des expériences métriques et sub-métriques données géochimiques.
Dans la deuxième version du modèle, ce formalisme sera enrichi afin de simuler des réactions thermocinétiques contrôlées et de coupler les métabolismes microbiens avec des processus géochimiques abiotiques. Le réseau réactionnel sera corrigé par l'identification des bactéries actives par séquençage des ARNr 16S des expériences sub-métriques, puis par les données omiques (métagénomique et métaprotéomique) issues de l’expérience métrique.
Pour chaque métabolisme détecté, le terme thermodynamique sera couplé à une équation de Monod dont la composante "biomasse" sera liée à une fonction de croissance pour chaque groupe métabolique. Les paramètres de ces fonctions seront d'abord estimés en déterminant l’abondance (par NPP, Nombre le Plus Probable) des bactéries de groupes métaboliques d’intérêt. Les données omiques fourniront une image plus précise des métabolismes actifs et de leur distribution de la surface à la zone saturée en eau.
Une troisième version du modèle intégrera des paramètres de transport. Les données calculées seront comparées aux données mesurées de géochimie des eaux et aux bio-indicateurs végétaux (niveau de stress et concentrations en polluants) pour le compartiment de surface.
Rôle du BRGM
Dans le cadre du projet oMIMo, le BRGM intervient à travers la coordination des aspects scientifiques, administratifs et liés à la communication. Le BRGM héberge et contribue à la mise eu œuvre des expériences en pots et en mésocosme, et supervise la tâche de construction des modèles. Le BRGM a la responsabilité opérationnelle mandatée par l'État pour la majorité des anciens sites miniers en France à travers sa Direction de la Sécurité Minière et de la Prévention des Risques (DPSM) dédiée. Le DPSM est directement impliqué dans la réalisation du projet, à travers le pilotage des missions sur site, et les échanges d’informations et de données acquises sur les placettes phytostabilisées in-situ et issues des expérimentations oMIMo.
Logo du projet oMIMo, financeur et partenaires.
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Financement et partenaires
Ce projet est soutenu par l’ANR (ANR-22-CE04-0012-0) et coordonné par le BRGM.
Il rassemble le BRGM, l’ISTO, le CEA-Li2D et l’entreprise LEB Aquitaine Transfert.
