Voir la source de Drainage minier acide

{{Voir homonymes|DMA|DRA}}

[[Fichier:Acid mine drainage 2.jpg|thumb|Exemple de drainage acide.]]
[[Fichier:Iron hydroxide precipitate in stream.jpg|thumb|Précipitation d'[[Hydroxyde de fer|hydroxydes de fer]] dans un [[affluent]] du [[Missouri (rivière)|Missouri]] recevant des DMA d'une [[Extraction du charbon|mine de charbon]].]]
[[Fichier:Rio Tinto water, pH 2,2.jpg|thumb|Les eaux très acides ([[Potentiel hydrogène|pH]] 2,2) du [[Río Tinto (fleuve)|Río Tinto]] semblent incapables d'abriter de la vie. Quelques espèces [[extrêmophile]]s ([[bactérie]]s [[aérobie]]s et [[acidophile]]s) y survivent pourtant. Elles sont responsables de la couleur de la roche et de l'eau.]]
[[Fichier:Rio tinto river CarolStoker NASA Ames Research Center.jpg|thumb|right|Río Tinto, Espagne.]]
[[Fichier:GoldinPyriteDrainage acide.JPG|thumb|La [[Dissolution (chimie)|dissolution]] d'un cube cristallin de [[pyrite]] (qui était dans le bloc au centre de l'image) n'a laissé que quelques particules d'[[or]].]]
[[Fichier:Sulfide disaster in Levikha Village.jpg|thumb|Vue aérienne du désastre [[Écologie du paysage|écopaysager]] de la [[mine de cuivre]] abandonnée de Levikha (Russie).]]

Le '''drainage minier acide''' (DMA) ou encore '''drainage rocheux acide''' (DRA) est un phénomène d'[[Réaction d'oxydoréduction|oxydation]] des [[sulfure]]s produisant une [[Solution (chimie)|solution]] [[Potentiel hydrogène|acide]] s'écoulant régulièrement dans les [[cours d'eau]]. De l'[[acide sulfurique]] ({{Fchim|H|2|SO|4}}) est produit lorsque des sulfures métalliques ([[pyrite]], {{Fchim|FeS|2}}, [[galène]], PbS, [[sphalérite]], ZnS...) entrent en contact avec l'[[oxygène]] atmosphérique, à l'occasion de grandes excavations (carrières) et [[Mine (gisement)|travaux miniers]] ou de stockage de [[déchets miniers]]. Ce processus contribue à l'[[acidification des eaux douces]] constatée depuis plusieurs décennies à grande échelle.

Le phénomène est parfois « spontané » sur des 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 dissolution des métaux présents ([[fer]] et aussi certains [[Élément-trace métallique|métaux toxiques]] tels que le [[plomb]] et le [[mercure (chimie)|mercure]] ou d'éléments comme l'[[arsenic]] et le [[sélénium]]), qui peuvent alors contaminer des [[Nappe phréatique|nappes phréatiques]], des cours d'eau ou des lacs<ref>Petit Stéphane (2006) ''[http://www.archipel.uqam.ca/3276/1/M9428.pdf Source et devenir du mercure dans les lacs de la région minière de Chibougamau]''. Mémoire de maîtrise en sciences de l'environnement ; Université du Québec, Montréal, aout 2006, 62 pages</ref>. <br>Les formes les plus graves sont de nature [[Anthropisation|anthropique]], causées par des travaux miniers (excavations et pompages). L'équilibre chimique des [[affleurement]]s et des gisements profonds de sulfures métalliques est perturbé par l'apparition soudaine de conditions oxydantes. Ce type de perturbation oxydante peut être responsable d'écoulements acides importants. Étant auto-entretenue, la réaction peut perdurer des décennies, des siècles ou des millénaires tant que les sulfures ou l'oxygène ne font pas défaut.

== Mécanismes de formation ==

=== Origine du phénomène ===
Les [[Minéralisation (géologie)|minéralisation]]s naturelles du sous-sol sont dues à des circulations de fluides qui transportent des [[cation]]s métalliques qui sont chimiquement piégés dans les [[Horizon (pédologie)|horizons géologiques]] [[Réaction d'oxydoréduction|réducteurs]]. En dénoyant les roches et en les exposant directement à l'[[Dioxygène|oxygène]] de l'air, l'exploitation minière perturbe brusquement les conditions [[Réaction d'oxydoréduction|réductrices]] à l’origine du gisement. 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'oxygène directement au contact du minerai. Quant aux matériaux des mines à ciel ouvert et des carrières, ils sont par définition soumis aux conditions atmosphériques. Les drainages miniers acides se forment alors, soit dans les galeries ennoyées, soit par [[percolation]] d’eau sur les tas de résidus solides excavés contenant des sulfures.

Ces matériaux extraits de la mine sont de diverses natures : encaissant parfois relativement riche en sulfures ([[Déchets miniers|stérile]] franc), minerais pauvres en sulfures ([[Terril|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, [[Mine de Chuquicamata|Chuquicamata]] au Chili, occupent une surface de {{unité|48|km|2}}. Ces produits, déjà stockés humides, sont également exposés à la pluie et aux intempéries.
<br />Les processus chimiques (de nature abiotique) et [[biologie|biologiques]] (dus à l'activité [[bactérie]]nne) de formation des DMA s'enclenchent après le contact des sulfures avec l'oxygène dissous dans les eaux de ruissellement sur le lieu de stockage exposé à l'atmosphère.

Les [[micro-organisme]]s présents dans les sols peuvent contribuer à faciliter ce processus par leur capacité à oxyder les sulfures. Les micro-organismes comprennent des [[Archaea|archées]] et des [[bactérie]]s dont le [[génome]] a évolué permettant des adaptations aux milieux acides et écotoxiques pour d'autres espèces<ref>Halter D (2011) ''[http://scd-theses.u-strasbg.fr/2293/01/HALTER_David_2011.pdf Génomique fonctionnelle de micro-eucaryotes bio-indicateurs d’environnements exposés aux drainages miniers acides]'' (Doctoral dissertation, Université de Strasbourg), PDF, 239 pages</ref>. Les micro-organismes se servent de leur système [[Enzyme|enzymatique]] [[Réaction d'oxydoréduction|redox]] pour transférer des électrons des composés réduits du soufre ([[sulfure]], [[Soufre|soufre élémentaire]], [[thiosulfate]]...) à un [[Oxydant|accepteur terminal d'électrons]]. Au passage, ils utilisent ces électrons dans leur [[chaîne respiratoire]] pour produire l'énergie qui leur est nécessaire.

=== Catalyse ===
Les réactions chimiques responsables des drainages miniers acides sont l'oxydation des ions [[disulfure]]s ({{Fchim|S|2|{{exp|2–}}}}, aussi notés plus explicitement {{exp|–}}S–S{{exp|–}} pour faire ressortir la [[Liaison covalente|liaison chimique covalente]] entre les deux atomes de souffre présents dans cet [[anion]]) et des [[Ion ferreux|ions ferreux]] (Fe{{Exp|2+}}) de la [[pyrite]] ({{Fchim|FeS|2}}), le sulfure métallique le plus courant. Cette réaction a lieu en présence ou en absence de bactéries selon l'équation globale :

<center><math>\rm 4\ FeS_2 + 15\ O_2 + 14\ H_2O \longrightarrow 4\ Fe(OH)_3 + 8\ H_2SO_4 </math></center>

Il ne s'agit toutefois ici que d'un bilan de masse : en effet, le processus d’oxydation de la pyrite varie en fonction de l'évolution du [[Potentiel hydrogène|pH]] et fait intervenir plusieurs réactions élémentaires affectant soit les espèces du soufre, soit celles du fer dont la [[solubilité]] dépend du pH. La particularité de cette réaction est d’être [[Réaction autocatalytique|autocatalysée]], ce qui permet à l'oxydation des sulfures de se propager de façon comparable à un incendie : de même que la [[combustion]] produit de la chaleur qui déclenche l'inflammation d'autres matériaux situés à proximité, l'oxydation des [[Ion ferreux|ions ferreux]] Fe{{exp|2+}} produit des [[Ion ferrique|ions ferriques]] Fe{{exp|3+}}, de puissants agents [[oxydant]]s, qui [[Diffusion de la matière|diffusent]] en solution acide et entraînent l'oxydation d'autres sulfures plus loin dans le terrain.

L'oxydation des sulfures est également favorisée par certains micro-organismes qui tirent des réactions d'oxydoréduction l'énergie nécessaire à leur activité et à leur croissance. Les [[bactérie]]s peuvent se développer au sein de [[biofilm]]s tapissant les surfaces minérales ou simplement flotter et dériver dans l'eau sous forme [[plancton]]ique. Les [[Enzyme|systèmes enzymatiques]] de [[respiration]] de ces bactéries [[catalyse]]nt des réactions chimiques pouvant se dérouler à la surface des minéraux ou en [[solution aqueuse]].

Les détails de ces processus sont encore mal compris. Ils font l'objet de recherches et de discussions scientifiques, visant à déterminer la part prédominante entre oxydation directe et indirecte (c.-à-d. avec contact direct ou non des bactéries avec la surface des sulfures). De même, en présence de bactéries, il est plus difficile de faire la part entre les processus physico-chimiques purement abiotiques et ceux catalysés par l'activité bactérienne. Toutefois, l'oxydation de la pyrite étant un [[Réaction exergonique|processus exergonique]] ([[Énergie libre de Gibbs|∆G]] < 0) et non limité [[Cinétique chimique|cinétiquement]], elle peut survenir de façon strictement abiotique au contact de l'oxygène atmosphérique en condition humide, l'eau étant un [[solvant]] indispensable aux réactions chimiques. L'activité bactérienne ne contribue ici qu'à l'accélération des réactions inorganiques.

== Impact environnemental et socio-économique ==

=== Pollutions induites par les DMA ===
L'oxydation des sulfures est une source majeure de pollution acide et métallique pour l'environnement proche et en particulier pour les zones humides, les cours d'eau (jusque loin en aval), ainsi que pour les [[aquifère]]s s'ils sont en contact avec des [[lixiviat]]s acides.
<br />Dans les cas les plus sévères, l'oxydation des sulfures peut libérer chaque jour plusieurs tonnes de composés métalliques toxiques dans le système hydrographique.

Les métaux solubilisés dans les effluents miniers acides sont non-dégradables, bioaccumulables et presque tous de violents poisons du [[métabolisme]] pour toutes les espèces animales, l'homme, et la plupart des plantes ([[arsenic]] notamment<ref>A XANES, XRD, and SEM study. Morin G, Juillot F, Casiot C, Bruneel O, Personné JC, Elbaz-Poulichet F, Leblanc M, Ildefonse P, Calas G. (2003), ''Bacterial formation of tooeleite and mixed arsenic(III) or arsenic(V)-iron(III) gels in the Carnoulès acid mine drainage, France'' ; Environ Sci Technol. 2003 May 1; 37(9):1705-12 ([https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12775038 résumé]). </ref>).
<br />La présence simultanée de plusieurs métaux peut engendrer une toxicité supérieure à celle de chaque métal séparé. Par exemple, le [[zinc]], le [[cadmium]] et le [[cuivre]] sont toxiques aux bas pH et agissent en synergie pour inhiber la croissance des [[algue]]s et affecter les poissons.

L'acidification à elle seule, est directement à l'origine d’une mortalité importante des populations de [[poisson]]s et micro-[[crustacés]], de perturbations de leur taux de croissance et de leur reproduction. Les effets indirects de l'acidification sont la dégradation des habitats d'espèces et des modifications des [[Équilibres prédateurs-proies|relations prédateurs-proies]] (perturbation voire interruption de la [[Réseau trophique|chaîne alimentaire]]). Très peu d'espèces sont capables de survivre à des pH inférieurs à 5.

Dans les régions constituées de terrains acides, l’acidité des [[eau]]x est conservée, et les métaux sont alors transportés (sous forme ionique, solubilisés) à grande distance. Dans les régions constituées de terrains calcaires (alcalins), en revanche, les eaux acides sont rapidement neutralisées par les roches carbonatées, et la plupart des métaux précipitent sous des formes insolubles, en limitant la contamination des [[Réseau trophique|réseaux trophiques]]. Lors des crues, les particules solides riches en métaux (fragments détritiques de minerai ou minéraux métalliques précipités) peuvent être entraînées très loin en aval et peuvent parfois redevenir solubles si les caractéristiques physico-chimiques des eaux changent. C'est le cas du [[cadmium]] de la [[Estuaire de la Gironde|Gironde]] : provenant d'un site métallurgique du district de [[Decazeville]] (bassin du [[Lot (rivière)|Lot]]), il est solubilisé dans l'estuaire et peut être transporté sur la côte atlantique et se retrouver dans des huîtres à plus de {{unité|400|km}} de sa source.

Quant aux sulfates, si présents en forte concentration, ils peuvent induire une [[Loi de l'osmométrie|pression osmotique]] importante, susceptible de perturber certains micro-organismes.

Enfin, les DMA ont également un impact visuel sur les [[paysage]]s : les dépôts de couleur jaunâtre, ocre à rouille, sur plusieurs kilomètres de cours d'eau, ou l'aspect dénudé des terrils de [[déchets miniers]], ne passent pas inaperçus.

=== Conséquences pour l’homme ===
En dégradant la qualité de l'eau, les DMA conduisent à la disparition de ses usages en aval des opérations minières (alimentation en eau potable, [[base de loisir]], [[Pêche (halieutique)|pêche]], [[irrigation]]), ce qui peut poser de graves problèmes de santé environnementale, notamment dans les pays pauvres<ref>Luis F. O. Silva, Marcus Wollenschlager and Marcos L. S. Oliveira ; ''[http://www.springerlink.com/content/81p8uj6u18m47u50/ A preliminary study of coal mining drainage and environmental health in the Santa Catarina region, Brazil]'';  Environmental Geochemistry and Health ; DOI:10.1007/s10653-010-9322-x  </ref>.
<br />Pendant l’exploitation, ils sont également responsables de la [[corrosion]] des infrastructures minières et des équipements.

La surveillance des eaux destinées à l'[[alimentation]] humaine exclut ''a priori'' les risques d'ingestion directe de métaux lourds provenant de DMA.
<br />Cependant une intoxication indirecte n'est pas impossible. En effet, le jeu des [[bioaccumulation]]s et des [[Biomagnification|bioamplifications]] peut aboutir à une intoxication humaine via les poissons, notamment chez les pêcheurs réguliers ou consommateurs réguliers de poissons dans les zones concernées.

Chez les personnes souffrant d'intoxications métalliques, on trouve des métaux toxiques dans la plupart des tissus mous, surtout le foie, les reins mais aussi dans les os. Une fois absorbés, les métaux lourds sont souvent difficiles à éliminer. La demi-vie de la plupart d'entre eux dans le corps humain est longue ({{unité|30|ans}} pour le [[cadmium]]). L'exposition à de nombreux métaux pourrait aussi provoquer des [[cancer]]s.

== Lutte contre la pollution des DMA ==

=== Historique ===
La [[pollution]] par les métaux est aussi ancienne que l’activité minière. Dans l’estuaire du [[Río Tinto (fleuve)|Rio Tinto]] ([[Espagne]]), petit fleuve acide qui draine la plus grosse minéralisation sulfurée du monde, un sondage a recoupé un horizon contaminé contenant des sables à sulfures avec des scories et des charbons datés de l’[[âge du cuivre]] (-2500 ans). Ce type de pollution a longtemps été occulté pour ne pas entraver le développement industriel : la prise de conscience est assez récente. En fait, il a fallu deux accidents majeurs pour que cette problématique touche l'opinion mondiale : sur le site de la mine d’[[Aznalcóllar]] (Espagne), en [[1998]], l’effondrement d’un terril a entraîné le déversement de {{unité|4000000|m|3}} de DMA dans un fleuve adjacent ; à [[Baia Mare]] ([[Roumanie]]), en [[2000]], un incident similaire entraîna le déversement de {{unité|100000|m|3}} de DMA contenant entre {{unité|50|et=100|tonnes}} de [[cyanure]], qui ont contaminé le [[Danube]] sur plus de {{unité|2000|km}}. La recherche sur les DMA, débutée dans les années 1970, s'est organisée à la fin des années 1980 avec l'avènement de grands programmes de recherche internationaux, comme le MEND au Canada ou le MiMi en [[Suède]].

=== Solutions techniques ===
À l’abandon d’une mine, le meilleur moyen d’éviter la pollution de la nappe et des cours d’eau voisins est de renoncer à l’[[ennoyage]] et de poursuivre l’[[exhaure]] : c’est une solution contraignante mais il est facile d’en évaluer le coût financier et de constituer une provision. Cette option paraît particulièrement pertinente quand les eaux d’exhaure trouvent une utilisation lucrative. Le traitement des effluents acides, en revanche, est un fardeau financier d'une durée indéterminée pour les opérateurs miniers, les personnes chargées de la réhabilitation et finalement pour la communauté. Si on choisit tout de même cette dernière solution, on privilégiera les traitements passifs, sur le modèle des processus naturels, qui sont moins coûteux, plus faciles à mettre en place et à gérer et moins agressifs pour l’environnement que les traitements chimiques actifs.

Dans le cas des DMA issus de terrils, il existe plusieurs méthodes de neutralisation. On peut d’abord noyer les stocks de déchets miniers sous une lame d’eau ou les déverser dans des lacs anoxiques et fermés (l’[[oxygène]] pénètre très difficilement dans l’eau). Dans d’autres cas, on préfère traiter le site en drainant et dérivant les eaux de ruissellement et en recouvrant les stocks de déchets miniers d'une couverture imperméable : film plastique, épandage de [[goudron]] ou de [[Chaux (matière)|chaux]] et de [[polymère]] hydrophobe. La couverture peut aussi être naturelle, permettant une revégétalisation et donc une protection contre l'[[érosion]] : couches superposées d'[[argile]] et de terre, dépôts de [[tourbière]] (riches en matière organique et réducteurs).

== Évolution de la qualité des eaux après ennoyage ==
L’exhaure massive dans les bassins miniers conduit souvent à un abaissement général du niveau de la nappe avec formation de cuvettes piézométriques autour des mines. Après ennoyage, les bassins miniers retrouvent un nouvel équilibre hydrodynamique non influencé, exempt de toute surexploitation. Cet équilibre est différent de celui qui prévalait avant ou pendant l’exploitation minière (du fait des vides laissés par l’exploitation), mais il est définitif dans le sens où les désordres causés par l’exploitation dans le sous-sol sont irréversibles. Au fil du temps, le circuit hydraulique retrouve des conditions réductrices et la qualité des eaux du nouveau réservoir s'améliore d'abord rapidement (quelques mois à quelques années) puis plus lentement (quelques dizaines à quelques centaines d'années). Il est difficile d’évaluer le délai de retour à une qualité suffisante pour l’adduction d’eau potable : cela dépend beaucoup des particularités du site considéré.

== Notes et références ==
{{Références}}

== Voir aussi ==

=== Bibliographie ===
* {{en}} Colmer A.R & Hinkle M.E (1947) [http://www.spaceship-earth.de/REM/COLMER.htm ''The role of microorganisms in acid mine drainage : a preliminary report'']. Science, 106(2751), 253-256.
* {{fr}} Collon P (2003) [https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004521 ''Évolution de la qualité de l’eau dans les mines abandonnées du bassin ferrifère lorrain. De l’expérimentation en laboratoire à la modélisation in situ''], Thèse de l’INPL, Nancy.
* Gosselin M, Aubertin M & Mbonimpa M (2007) ''[http://www.polymtl.ca/enviro-geremi/pdf/articles/CGS2007083.pdf Évaluation de l’effet du degré de saturation sur la diffusion et la consommation d’oxygène dans des résidus miniers sulfureux]''. In Proceedings of the 8th Joint IAH-CNC and CGS Groundwater Specialty Conference and 90th Canadian Geotechnical Conference, Ottawa, Ont (pp. 21-24).
* {{en}} Jiménez-Rodríguez A.M, M.M. Durán-Barrantes, R. Borja, E. Sánchez, M.F. Colmenarejo, F. Raposo (2009), ''Heavy metals removal from acid mine drainage water using biogenic hydrogen sulphide and effluent from anaerobic treatment: Effect of pH'' ; Journal of Hazardous Materials, Volume 165, Issues 1–3, 15 June 2009, Pages 759-765 ([http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389408015537 résumé])
* {{fr}} Toulhoat P (1996)  ''Évolution chimique des eaux profondes et de surface'', Les Techniques, Vol 96, Numéro spécial "Mines et Carrières ", décembre.

=== Articles connexes ===
{{Colonnes|nombre=3|
* [[Déchet minier]]
* [[Affaissement minier]]
* [[Mine (gisement)|Mine]]
* [[Séquelle minière]]
* [[Sol sulfaté acide]]
* [[Acidification des eaux douces]]
* [[Traitement des eaux usées industrielles]]
}}

=== Liens externes ===
{{Autres projets|wikt=drainage minier acide}}
* [http://www.brgm.fr/DMA/ Dossier du Bureau des Recherches Géologiques et Minières sur les DMA]
* [http://www.nrcan.gc.ca/mms/poli/med_f.htm Site du MEND]
* [http://www.IMWA.info International Mine Water Association – IMWA]
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