Utilisation du remblai en pâte comme support de terrain. Partie II

Après-mines 2003, 5-7 Février 2003, Nancy 1
UTILISATION DU REMBLAI EN PATE COMME SUPPORT DE TERRAIN. PARTIE II :
COMPORTEMENT A COURT, A MOYEN ET A LONG TERME
BENZAAZOUA Mostafa 1 , BELEM Tikou 1 , OUELLET Serge 1 , FALL Mamadou 1
1
Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT), UER des sciences appliquées
445, boulevard de l’Université
Rouyn-Noranda, Québec, J9X 5E4 Canada
mostafa.benzaazoua@uqat.ca, tikou.belem@uqat.ca
RÉSUMÉ : Le remblayage souterrain est devenu une pratique courante pour de nombreuses mines
modernes à travers le monde. Le remblai en pâte, en plus de permettre d’enfouir des tonnages
importants de résidus problématiques s’ils étaient stockés en surface, constitue un élément
structural favorisant la stabilité des vides. En plus des résidus miniers, le remblai en pâte renferme
de l’eau et des liants hydrauliques dont le rôle est de générer une certaine cohésion dans le
matériau. La difficulté liée à l’utilisation du remblai en pâte est due essentiellement au fait que c'est
un matériau complexe, en perpétuelle évolution. En effet, les propriétés mécaniques du remblai en
pâte dépendent des caractéristiques physiques, chimiques et minéralogiques des résidus miniers de
base, de l’eau de gâchage et du type de liant utilisé et de sa proportion. Par ailleurs, la
performance mécanique du remblai en pâte est fortement liée à la présence ou non de sulfates dans
le mélange. Le sulfate agit de deux manières, d’une part il peut entraîner une inhibition des
réactions à l’origine du phénomène de cimentation et, d’autre part, il pourrait conduire à une
altération chimique et/ou une attaque sulfatique conduisant à une chute progressive de la
résistance mécanique à long terme du remblai en pâte.
MOTS-CLEFS : Remblais en pâte, Résidus miniers, Résistance mécanique, Cimentation.
ABSTRACT: Mine Backfilling becomes a common practice in many modern mine operations around
the world. Paste backfill represents a good tailings management method by allowing returning this
hazardous material to the void underground. In the same time, it represents a structural element
participating to the underground support leading to a more complete ore extraction. In addition to
the process tailings, paste backfill contains water to facilitate its transport and various amount of
binder whose role is to confer some cohesion to this composite material. The difficulties related to
the use of paste backfill is that this complex material evolutes continuously. In fact, the paste
backfill properties depend on the tailing’s physical, chemical and mineralogical factors, the
proportion and chemistry of the water and finally the type and proportion of the added binder.
Moreover, the mechanical performances of paste backfill are very dependant of sulfate presence.
Sulfates can act in two different manners. In one hand, sulfate will inhibit the hydration reactions of
cementitious material, and in the other hand, sulfate may lead to chemical weathering and/or
sulfatic attack causing a progressive decrease in term of mechanical strength at long term age.
KEY-WORDS: Paste backfill, Mine tailings, Mechanical strength, Cementation.
1. Introduction
L'utilisation du remblai cimenté en pâte dans le remblayage minier souterrain est devenue une
technique très largement pratiquée dans les mines modernes à travers la planète. Ce remblai cimenté
en pâte est un mélange de résidus de concentrateur fins encore humides issus d'une filtration du
résidu final (le ramenant à un pourcentage solide compris entre 75 et 85 %), d'un liant hydraulique

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composé d'un ou de plusieurs ciments et dans une proportion allant de 3 à 7 %, et enfin, d'eau de
gâchage pour ajuster le pourcentage solide du mélange entre 70 et 80 % selon l'affaissement désiré
(cf. figure 1).
% Liant
3 - 7 wt%
Liant
Rejets
Eau de procédé
Ca+Mg/Si+Al
% ciment
- % CaSO4
Additifs
% sulfures
Granulométrie
Densité relative
% H 2 O
Remblai en pâte
SO 4 2--
Chaux soluble
Eau %
Affaissement
Figure 1. Schéma illustrant la composition des remblais en pâte ainsi que les paramètres les plus importants.
Chacune de ces trois composantes joue un rôle important dans le transport, la mise en place et
l'acquisition de la résistance à court terme et à long terme du remblai en pâte. Les avantages
associés à l'utilisation du remblai en pâte sont qu'ils permettent (i) de diminuer les quantités de
résidus sulfureux générateurs d'eau acide stockés en surface, réduisant du même coup les problèmes
environnementaux de pollution et, (ii) d'augmenter les réserves exploitées en intervenant comme
pilier secondaire destiné à assurer la stabilité des vides créés. Le remblai en pâte ainsi destiné à
favoriser la stabilité des chantiers (vides), doit posséder une certaine résistance mécanique limite
afin de satisfaire aux exigences du design de la méthode d'exploitation minière. De nombreux
travaux ont déjà montré que l'acquisition de la résistance mécanique du remblai en pâte dépendait
de la minéralogie et de la granulométrie des résidus, du type et de la proportion du liant, de la
quantité et de la chimie de l'eau de gâchage et enfin, de la géochimie du mélange.
Dans ce papier, certains résultats de travaux de recherche réalisés à l’UQAT au cours des dernières
années (e.g. Benzaazoua et al., 1999; Belem et al., 2001; Benzaazoua et al., 2000; Benzaazoua et
al., 2002) sont présentés. D’autres travaux plus récents, qui démontrent l’impact de certains
paramètres sur les propriétés des remblais en pâte sont également présentés. L’article s’attarde
principalement à l’évolution des propriétés mécaniques du remblai en pâte après sa mise place sousterre
jusqu'au long terme (suite de la partie I du papier compagnon). De ce fait, l'effet de chacun des
trois composants du remblai en pâte sur l’acquisition de la résistance, à savoir, le type de résidus, le
type d’eau de gâchage et le type de liant sera discuté. On présentera aussi quelques cas évidents de
perte de résistance suite à une altérabilité chimique du remblai en pâte
2. Composantes des remblais en pâte
La Figure 1 représente les trois composantes principales des remblais en pâte, à savoir les résidus, le
liant et l’eau. Cette figure met aussi en évidence les interactions possibles entre ces composantes.
Dans ce qui suit on va les définir de façon plus approfondie afin de mettre l’emphase sur leur
importance dans le comportement mécanique des remblais en pâte.

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2.1. Résidus miniers
Les résidus miniers sont composés de la fraction stérile du minerai original. Ce dernier est broyé
très finement afin d’atteindre la maille de libération des minéraux de valeur. En bout de circuit, un
tonnage important en pulpe de résidus est généré. Une portion allant de 40% à 100 % du résidu total
est envoyée dans les parcs à résidus, l’autre partie est destinée aux opérations de remblai en pâte.
Elle est d’abord épaissie ensuite filtrée afin d’atteindre un pourcentage solide de l’ordre de 80%.
Les résidus miniers renferment, quand ils proviennent du traitement de minerai sulfureux, des
teneurs en soufre variant d’une mine à l’autre et, pour une même mine, d’une zone d’exploitation à
une autre.
2.2. Liants hydrauliques
Les liants hydrauliques sont utilisés dans les remblais en pâte afin de générer de la résistance
mécanique (cf. critères de design des opérations de remblayage dans la partie I). La variété de liants
existant sur le marché est relativement réduite en quantité. Hormis, les ciments issus des
cimenteries, il existe des liants issus du recyclage de résidus d’autres industries (Benzaazoua et al.
2001). Les liants utilisés dans la confection des recettes de remblai cimenté peuvent être définis
comme étant des réactifs hydrauliques, autrement dit des composés minéraux anhydres qui sont
capables de réagir avec l’eau pour former des minéraux hydratés. C’est la formation d’hydrates
dans un composé quelconque qui permet d’assurer une certaine cohésion qui augmente avec le
temps (curage) et qui assure, par conséquent, la cimentation et la résistance mécanique du
composite en question. Une contrainte importante avec laquelle les opérateurs miniers doivent
composer est le fait que le liant représente le principal coût dans une opération de remblayage
(environ 1 $CDN par % par tonne de remblai). Ainsi, toute optimisation des coûts relatifs aux
opérations de remblayage passe nécessairement par la réduction de la proportion du liant. Si
l’hydratation des divers réactifs hydrauliques est, de nos jours, bien connue dans le cas des
composites de type mortiers et bétons, ceci n’est pas le cas des réactions de cimentation dans les
remblais cimentés. Cette situation est principalement attribuable aux rapports eau/ciment (w/c) très
élevés; généralement supérieurs à 5 comparés à un rapport de l’ordre de 0,4 dans la préparation des
mortiers et bétons. Les hydrates qui se forment dans un remblai cimenté semblent aussi être assez
différents de ceux qui se forment dans les mortiers et les bétons.
2.3. Eau
L’eau de malaxage est rajoutée au mélange, qui contenait déjà une faible quantité d’eau interstitielle
après la filtration, jusqu’à atteindre l’affaissement désiré. Cette eau rajoutée peut être soit l’eau de
procédé de la mine ou une eau fraîche. Le schéma de la Figure 2 illustre la complexité des
interactions chimiques qui interviennent entre l’eau de gâchage et le type de liant utilisé dans les
mélanges de remblai en pâte.
Eau de procédé
Contenu en sulfate
Contenu en calcium
pH
Degré de saturation
Temps
Liant dissout
rapport Ca+Mg/Si+Al
Qualité de la
matrice cimentaire
Figure 2. Schéma illustrant les interactions chimiques entre le liant et l’eau de malaxage (d’après
Benzaazoua et al. 2002).

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3. Évolution des propriétés mécaniques à court, moyen et long terme
Les propriétés mécaniques et leur évolution dans le temps sont influencées par plusieurs paramètres
ou facteurs qu’on classifierait de la façon suivante :
o Paramètres macroscopiques : il s’agit des tous les phénomènes qui se déroulent à l’échelle
de la masse totale de remblai enfouit dans les vides et de son interaction avec le massif
rocheux environnant. Pour ne citer que les principaux, on note l’influence de l’interface
remblais-murs rocheux, l’influence des phénomènes de consolidation, les effets du drainage
et le niveau de fracturation du massif rocheux facilitant plus ou moins le débarras d’eau. Cet
aspect est traité dans l’autre partie de l’article (cf. Partie I, Belem et Benzaazoua, 2003).
o Paramètres intrinsèques : regroupent tous les paramètres reliés aux composantes même des
remblais en pâte (résidus, eau, liant). C’est cet aspect qui sera détaillé dans ce qui suit.
3.1. Effet de la chimie des résidus
La chimie des résidus miniers repose sur leur minéralogie et se matérialise essentiellement par leur
proportion en sulfures. Cette dernière caractéristique joue un rôle direct sur leur densité et par
conséquent, sur la quantité de liant à ajouter par unité de volume. Les proportions de liant ajouté
étant toujours calculées par rapport à la masse totale sèche de résidus. Il existe aussi un effet
indirect; il s’agit de la quantité de sulfates présente dans le mélange initial et qui sera
proportionnelle à la quantité de soufre du résidu. Afin d’isoler ce paramètre, une étude a consisté à
appauvrir et à enrichir un résidu minier sulfureux. Cette opération a été réalisée par désulfuration
grâce à la flottation des sulfures (Benzaazoua et al. 2000, Benzaazoua et Mukendi 2002). Au total
cinq résidus S1, S2, S3, S4 et S5 à cinq teneurs en soufre ont été préparés à environ 2, 6, 12, 18 et
39 % de soufre respectivement. La granulométrie, paramètre important, est très similaire d’un
résidu à l’autre sauf pour le résidu à plus forte teneur en soufre (concentré) qui est légèrement plus
fin (voir Figure 3).
% Volume Cumulé
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,01 0,1 1 10 100 1000
Taille des particules (µm)
S1 - 2% S
S2 - 6% S
S3 - 12% S
S4 - 18% S
S5 - 39% S
Figure 3. Courbes granulométriques des cinq résidus S1, S2, S3, S4 et S5.
Les résultats obtenus pour une même proportion de deux types de liant testés sont présentés sur la
Figure 4. En plus de l’effet du type de liant qu’on traitera plus loin, on note que le pourcentage de
soufre influence peu la résistance (UCS) des remblais à base de ciment Portland (T10-T50) qui reste
assez faible en général. Cependant, son effet est plus marqué dans le cas du liant à base de laitier

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(T10-Slag) qui semble générer une meilleure résistance surtout après 28 jours de cure. La principale
déduction de cette étude est que la proportion de soufre affecte négativement la résistance et ce pour
des teneurs inférieures à 12 %, ensuite il y a un effet bénéfique dont on ne connaît pas encore
l’explication exacte, mais qui pourrait être liée à l’un et/ou l’autre de ces deux effets :
- la proportion de liant plus grande à des densités plus élevée
- la précipitation des sulfates qui participe à la cohésion (voir plus bas)
UCS (kPa)
2500
2000
1500
1000
500
0
2,3 6 12 18 38,5
%Soufre
UCS14j T10-T50
UCS14j T10-Slag
UCS28j T10-T50
UCS28j T10-Slag
UCS56j T10-T50
UCS56j T10-Slag
Figure 4. Effet du contenu en soufre sur la résistance mécanique des remblais en pâte
pour deux liants différents : Ciment Portland (T10-T50) et Ciment au laitier (T10-Slag).
3.2. Effet de la granulométrie des résidus
Pour évaluer l’effet de la granulométrie des résidus sur le gain de résistance mécanique, une étude
sur des résidus de concentrateur ayant cinq granulométries différentes a été réalisée. Ces
granulométries ont été créées à partir des résidus d’une mine et ce par deshlamage (élimination de
fines) et tamisage (élimination des grossières). Les cinq granulométries obtenues (nommées G1 à
G5; Figure 5) représentent bien la diversité des résidus de façon générale comme le montre le
positionnement de la moyenne de 11 résidus.
% Cumulé
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.01 0.1 1 10 100 1000
Dimension des particules (µm)
G1 G2 G3 G4 G5 Moyenne 11 mines
Figure 5. Courbes granulométriques des cinq résidus G1, G2, G3, G4 et G5.

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Les résidus G1 à G5 ont été mélangés avec deux types de liant : un mélange à 50:50 de ciment
Portland type 10 et type 50 (T10-T50) et un mélange à 80:20 de laitier de haut-fourneau (Slag) et de
ciment type 10 (T10-Slag). La masse de ciment ajoutée correspond à 4,5 % de la masse des résidus
secs. Les dates choisies pour les essais de résistance mécanique en compression uniaxiale sont à 14,
28, 56 et 90 jours. L’influence du drainage sur la résistance mécanique a également été évaluée sur
un nombre réduit d’échantillon faits des résidus G1, G3 et G5 mélangés avec les liants T10-T50 et
T10-Slag (liant à base de laitier de haut-fourneau) à 4,5%. Le drainage permet d’évacuer l’excès
d’eau aidant par conséquent les phénomènes de cimentation (cf. section 3.4). Ce phénomène est
directement affecté par la granulométrie comme le montre le Tableau 1. En effet, plus la
granulométrie est grossière (cas de G5), plus la perte d’eau est importante (w = 26 % pour les
échantillons non drainés et 23 % pour les échantillons drainés). L’ampleur du drainage se
matérialise aussi par l’affaissement de la pâte dans le moule durant la cure dû à sa consolidation.
Tableau 1. Teneur en eau massique des cylindres de remblai.
Teneur en eau massique w (%)
(liant T10-T50 à 4,5%)
Teneur en eau massique w (%)
(liant T10-Slag à 4,5%)
Temps de cure (jours) 14 jours 28 jours
28 jours
(drainé)
14 jours 28 jours
28 jours
(drainé)
G1 48,6 48,0 47,4 50,3 49,9 48,5
G2 38,5 38,2 - 38,8 38,5 -
G3 34,8 34,5 32,6 33,8 33,7 31,2
G4 27,3 27,6 - 28,5 28,4 -
G5 26,4 26,0 23,5 25,9 26,0 22,5
UCS(kpa)
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
T10/50 28j T10-Laitier 28j
T10-T50 drainé T10-Laitier drainé
G1 G2 G3 G4 G5
Résidu
Figure 6. Effet de la granulométrie et du drainage sur la résistance mécanique des remblais en pâte après 28 jours de
cure avec deux types de liant : Ciment Portland (T10-T50) et Ciment au laitier (T10-Slag) à 4,5%.
La Figure 6 montre la variation de la résistance (UCS) en fonction de la granulométrie, après 28
jours de cure. La même tendance a été observée après les autres temps de cure. Cette figure met en
évidence que le ciment à base de laitier de haut-fourneau (T10-Slag) a généré des résistances
mécaniques de 220 % à 340 % supérieures à celles générées par le ciment Portland (T10-T50) après
14 jours de cure, de 260 % à 425 % supérieures après 28 jours de cure. Ces augmentations sont de
280 % à 530 % pour les cylindres drainés après 28 jours de cure et de 300 % à 430 % après 56 jours
de cure. Ces résultats montrent nettement que la granulométrie a une influence considérable sur le
comportement mécanique des remblais. Cependant, l’importance de cette influence est fortement
dépendante du type de liant hydraulique utilisé (comme on le détaillera plus loin) et de la durée du
temps de cure.

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L’analyse de la Figure 7 montre que pour les types de liant hydraulique utilisés (T10-T50 ou T10-
Laitier) à 4,5%, et dans la plage de durée de cure (14, 28, 56 jours), le remblai cimenté atteint sa
plus grande résistance pour une valeur du coefficient d’uniformité (représentant le mieux l’effet de
la distribution granulométrique) autour de 12 µm, qu’il soit drainé ou non drainé. En d’autres
termes, on observe que les remblais cimentés dont les résidus sont relativement bien classés, c’est à
dire possédant une large gamme de taille des grains (distribution étalée) sont plus résistants que les
remblais dont les résidus sont relativement mal classés (distribution granulométrie uniforme). Dans
le cas des cylindres drainés et avec le liant T10-T50, les résultats montrent que les résidus G1 et G3
ne diffèrent pas significativement comparativement aux cylindres non-drainés. Par contre, le résidu
G5 montre un écart de plus de 200 kPa qui n’est pas négligeable et qui peut très certainement être
associé à la perte d’eau du cylindre. Mais avec le liant T10-Slag, on constate que les résidus G1, G3
et G5 présentent des écarts significatifs, comparativement aux cylindres non-drainés, qui vont de 48
kPa pour le G1 à 370 kPa pour le G5. Là aussi, ces différences seraient certainement attribuables à
la perte d’eau des cylindres.
UCS (kPa)
1200
1000
800
600
400
200
0
5,00 10,00 15,00 20,00
Cu (D60/D10)
T10/50 14j T10/50 28j T10/50 56j
T10-Laitier 56j T10-Laitier 28j T10-Laitier 14j
Figure 7. Évolution de la résistance (UCS) en fonction du coefficient d’uniformité Cu (D60/D10) pour deux liants (T10-50 et
T10-Slag) et trois dates de cure (14, 28 et 56 jours).
Une des constatations importantes de l’étude est que la quantité d’eau nécessaire pour atteindre un
affaissement de sept pouces (178 mm) dépend fortement de la granulométrie du résidu. Plus un
résidu est fin, plus celui-ci nécessite de l’eau pour atteindre la consistance voulue. L’interprétation
des résultats présentés (sauf pour la Figure 7) doit tenir compte de cette constante d’affaissement.
Ainsi, tous les paramètres physiques (teneur en eau massique, masse volumique humide, masse
volumique sèche, pourcentage massique solide, volume du solide, volume des vides, volume d'eau,
indice des vides, degré de saturation, porosité théorique, teneur en eau volumique) sont directement
influencés par la distribution granulométrique des résidus. On peut tout résumer en disant que
l’augmentation de la taille des grains d’un même résidu entraîne une augmentation de la masse du
solide, une diminution de la porosité et du degré de saturation.
3.3. Effet du type de liant
Comme on pouvait s’y attendre, le type de liant a un effet capital sur le comportement mécanique à
court et à long terme et même sa résistance aux éventuelles altérations. Afin de mieux illustrer ceci,
une autre série de tests réalisée avec des résidus sulfureux a permis de trouver le type de liant le
plus adéquat, c’est-à-dire qui génèrera les meilleures résistances. La proportion de liant choisie pour
toutes les recettes de mélange était de 5%. Il est nécessaire de rappeler que l’aspect coût est l’un des
plus importants dans une opération de remblayage. À titre informatif, le liant coûte environ
1$/%/tonne de remblai. Les principales constatations de cette étude sont les suivantes : les liants
contenant des cendres volantes (FA) n’offrent pas de bonnes performances, les liants à base de

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ciment Portland (ordinaire ou T10, résistant aux sulfates ou T50 ou enrichi en fumée de silice, HSF)
offrent des bonnes performances mais la meilleure performance est atteinte avec la recette à base de
ciment au laitier (T10-Slag). La Figure 8 montre une légère baisse pour tous les liants utilisés, après
la première prise qui dure de 14 à 28 jours selon le type de liant. D’autres études (Benzaazoua et al.,
2002) ont démontré clairement qu’il n’existait pas de recette idéale pour toutes les mines. Un liant
peut s’avérer efficace dans un cas et complètement inefficace dans l’autre. D’où la nécessité, pour
les mines de procéder, avant chaque opération de remblayage, par une optimisation préalable
servant à trouver la recette optimale prenant en compte les contraintes techniques (en matière de
support terrain), environnemental (débarras des résidus problématiques en surface) et économique
(aspect coût de l’opération).
UCS (kPa)
1200
1000
800
600
400
200
0
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84
Cure (jours)
5% T10-T50
5% T10-FA
5% T50-FA
5% T10-HSF
5% T10-SLAG
5% T50
Figure 8. Effet du type de liant sur la résistance mécanique des remblais en pâte.
3.4. Effet de la proportion du liant
La proportion de liant et son effet sur la qualité des remblais cimentés est simple à comprendre
puisque plus on ajoute de liant dans le remblai, meilleure sera sa résistance. La Figure 9 montre
clairement qu’il existe une relation quasi-linéaire (proportionnalité directe) entre l’augmentation de
la proportion de liant et la résistance mécanique générée. Ces résultats sont issus d’une étude qui
avait consisté à tester plusieurs types de liant, en utilisant des proportions de 3%, 4,5% et 6%
(représentant la gamme couramment utilisée dans les mines), mélangés avec un résidu donné. Cette
étude ayant aussi porté sur d’autres types de résidu (faiblement et fortement sulfureux), il a été
possible de confirmer cette tendance, à savoir la quasi-linéarité de la relation entre le pourcentage
de liant et la résistance mécanique développée.
UCS (kPa)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
liant = FA
0
1.5 3 4.5 6 7.5
Pourcentage de liant (%)
14 jours 28 jours 56 jours 91 jours
UCS (kPa)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
liant = CP
0
1.5 3 4.5 6 7.5
Pourcentage de liant (%)
14 jours 28 jours 56 jours 91 jours
UCS (kPa)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
liant = CL
1.5 3 4.5 6 7.5
Pourcentage de liant (%)
14 jours 28 jours 56 jours
91 jours 118 jours
Figure 9. Effet de la proportion de liants à base de ciment Portland (CP), de cendres volantes (FA) et de laitier (CL) sur
la résistance mécanique des remblais en pâte.

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3.5. Effet de la teneur en sulfates dissous
L'eau interstitielle des résidus filtrés est souvent riche en sulfates solubles quand les résidus
contiennent beaucoup de sulfures. Ainsi, selon la teneur en sulfate, la quantité d’eau ajoutée permet
de diluer plus ou moins l'eau interstitielle généralement chargée chimiquement (sulfates, calcium et
autres métaux). À cela s’ajoute le sulfate de calcium sous forme de gypse (CaSO4.2H2O) ou
d’anhydrite (CaSO4) qui est rajouté au clinker comme régulateur de prise.
UCS (kPa)
140
120
100
80
60
40
20
0
1000 4000 8000 12000
Sulfate (ppm)
Figure 10. Effet de la concentration en sulfate de l’eau totale sur la résistance mécanique des remblais en pâte à base
de Ciment Portland et après 28 jours de cure.
Afin de mettre en évidence l’effet des sulfates sur la prise d’un remblai en pâte cimenté, une série
de mélange a été réalisée avec un même type de résidu sulfureux et un même type de liant (4,5% du
liant à base de ciment Portland T10-T50 dans un rapport 50:50). La Figure 10 présente la variation
de la résistance (UCS) en fonction de l’augmentation de la concentration totale en sulfates dissous
après 28 jours de cure. Cette concentration représente la concentration recalculée de l'eau totale,
c'est-à-dire de l'eau qui sert pour le gâchage (eaux interstitielles du résidu + eau ajoutée). Jusqu’à
8000 ppm, la présence croissante de sulfates solubles conduit à une prise de plus en plus lente due à
l’inhibition de l’hydratation par les sulfates. Il s’agit vraisemblablement du phénomène bien connu
de retard de priseassuré par le gypse dans les ciments Portland. Toutefois, un effet bénéfique semble
être observé au-delà de 8000 ppm et qui ne pourrait s’expliquer que par la contribution de la
précipitation des sulfates hydratés pendant l’hydratation du liant (cimentation). Ce phénomène a
également été observé après 56 et 90 jours de cure. Par ailleurs, d’autres études (Benzaazoua et al.
2002) ont permis d’arriver aux mêmes conclusions.
3.6. Effet de la proportion en eau
Rappelons que l’eau rajoutée dans le système, en plus de l’eau résiduelle après filtration, sert
essentiellement à atteindre la consistance désirée de la pâte afin qu’elle puisse être acheminée sousterre
(cf. Belem et Benzaazoua, Partie I, 2003). Ce paramètre est fixé par le système de pompage et
de distribution de la mine. Il est maintenant bien établi que, pour les remblais en pâte, la teneur en
eau et le degré de saturation ont une influence négative sur la résistance mécanique comme le
montre l’exemple de la Figure 11. Cela se traduit par une diminution de la résistance (UCS) avec
une augmentation de la teneur en eau (donc de l’affaissement). Cet effet est net à court terme (7
jours de cure) et moyen terme (28 et 56 jours), mais l’est moins à long terme (120 jours et au-delà)
due probablement à une certaine altération au sein même de la masse de remblai (Figure 12). Le
graphique de cette figure montrent l’effet combiné de l’affaissement (proportionnel à la teneur en
eau), la proportion de ciment (4 % et 5 % de ciment Portland T10) sur la résistance mécanique

Après-mines 2003, 5-7 Février 2003, Nancy 10
(UCS) et en fonction du temps. On observe clairement la chute de résistance après 56 jours, due à
l’affaiblissement de la matrice cimentaire (cf. section 4).
UCS (kPa)
600
500
400
300
200
100
0
22 23 24 25 26 27 28
Teneur en eau W (%)
7 jours de cure
28 jours de cure
56 jours de cure
120 jours de cure
Figure 11. Effet de la teneur en eau sur la résistance mécanique du remblai en pâte à base de ciment Portland.
L’acquisition de la résistance dans les remblais en pâte est conditionnée par l’apparition de
précipités hydratés qui forment le liant des grains fins des résidus. Cette précipitation est régie par
les lois de solubilité chimique. Une phase solide se forme quand elle atteint son indice de saturation
(concentration suffisante). Ainsi, plus il y a d’eau, plus la saturation est difficile à atteindre due à la
dilution des espèces en solution. Ce phénomène de précipitation est favorisé par plusieurs
facteurs qui conduisent à une perte d’eau par effet combiné de la consolidation, le drainage et
l’évaporation. Parmi ces facteurs on peut citer la granulométrie, l’étanchéité du massif entourant le
remblai, la dimension du vide remblayé et enfin le mode de mise en place (séquence de
remblayage).
UCS (kPa)
400
350
300
250
200
150
T10@4%-7'
T10@4%-8'
4 % ciment
100
T10@4%-9'
50
T10@4%-9.5'
0
T10@4%-10'
0 14 28 42 56 70 84 98 112 126
Durée de cure (jours)
UCS (kPa)
600
500
400
300
200
T10@5%-7'
T10@5%-8'
T10@5%-9'
5% ciment
100
0
T10@5%-9.5'
T10@5%-10'
0 14 28 42 56 70 84 98 112 126
Durée de cure (jours)
Figure 12. Évolution de la résistance en compression uniaxiale (UCS) en fonction du temps pour des affaissement
différents (teneur en eau différentes) et deux proportions de ciment Portland (4 % et 5 %).

Après-mines 2003, 5-7 Février 2003, Nancy 11
4. Altérabilité des remblais en pâte
La perte de résistance est un phénomène qu’on observe souvent dans les remblais en pâte
(Benzaazoua, 1996; Ouellet et al., 1998 ; Benzazoua et al., 1999 ; Bernier et al., 1999 ; Benzaazoua
et al., 2000, 2002). C’est un phénomène qui semble être presque toujours lié à la présence de
sulfures. La question qui peut se poser est : est-ce que ce lien est direct ou indirect ? En d’autres
termes ; est-ce que les sulfures sont capables de s’oxyder dans une matrice cimentaire ?
Une partie de la réponse a été apportée par Benzaazoua et al. (2000) qui stipulaient que les remblais
en pâte sont des matériaux très imperméables qui restent longtemps saturés. L’oxygène, le moteur
de l’oxydation, ne peut donc diffuser au travers d’une telle matrice. Ces observations ont été
confirmées par la suite avec une étude de perméabilité dans les remblais en pâte et qui montrait que
cette dernière est proche de celle des argiles (Belem et al., 2001). Le sulfure jouerait donc, de façon
indirecte en fournissant au départ une quantité de sulfates pouvant contribuer d’une manière ou
l’autre à la cimentation (négativement ou positivement, cf. section 3.5). Une autre étude basée sur
des essais de consommation d’oxygène est en cours et les premiers résultats obtenus prouveraient
cette thèse. La réactivité initiale des sulfures, tant qu’il y a présence d’oxygène dissout dans le
mélange, fournira un taux de sulfates variable en fonction du contenu en sulfures et aussi selon que
le procédé utilise des sulfates (cas de la destruction des cyanures par la méthode SO2-Air). Cette
réactivité affecte sensiblement le pH par la production d’acidité. La baisse de pH entraînera bien sur
la déstabilisation des phases hydratées, les plus alcalines laissent la place pour des phases plus
résistantes à l’acidité. À ce jour, on ne connaît pas bien tous les phénomènes contribuant à la
cimentation dans les remblais en pâte. Le seul point sur lequel les chercheurs travaillant dans le
domaine soient d’accord est que la cimentation dans les remblais est complètement différente de
celle bien connue dans les mortiers et bétons. En voici les principales différences :
- rapport w/c très élevé dans les remblais en pâte de 5 à 12 ;
- proportion de ciment ne dépassant guerre les 7 % en poids total sec ;
- résidus réactifs (contenu en sulfure) ;
- eau de gâchage avec une chimie particulière (sulfates, réactifs organiques, chaux, etc.)
En plus de l’acidité, on peut avoir dans certains cas formation de sulfates expansifs causant une
altération de l’intégrité physique des remblais en pâte. En effet, quand les sulfates se forment dans
une matrice où il reste encore de la place, les sulfates participeraient à la cimentation. Cette place
est sous forme de porosité (estimée à plus de 40% par calcul géotechnique et confirmée par
porosimétrie au mercure, Benzaazoua et al. 2000). Cependant, quand l’espace de formation est
restreint, la précipitation des sulfates s’accompagne par la dissipation d’énormes pressions
intergranulaires conduisant à la fracturation de la masse de remblai durci. Ce phénomène a été bien
mis en évidence dans des remblais (Benzaazoua, 1996; Benzaazoua et al., 1999, 2002).
5. Conclusions
Dans cet article, qui se voulait synthétique, il a été mis en évidence l’importance des principaux
paramètres conditionnant la performance des remblais en pâte. Ainsi, il est apparu clairement que le
comportement des remblais en pâte est dicté, en plus de l’environnement où on les placera, par le
mélange lui-même. Ce dernier est composé par trois constituants principaux dont la contribution de
chacun est capitale. Les résidus, majoritaires, influencent surtout par leurs caractéristiques
physiques (telle que la granulométrie) mais aussi par leur réactivité initiale pouvant livrer dans le
milieu des sulfates. L’eau présente joue par sa proportion influençant ainsi, par le biais du taux de
dilution, les réactions de précipitation des phases cimentaires. De plus, la chimie de l’eau, surtout en
matière de sulfates, va être un facteur capital influençant la résistance mécanique à court et long
terme. Le dernier constituant, mais non le moindre, est le liant. De par sa chimie et sa proportion, il

Après-mines 2003, 5-7 Février 2003, Nancy 12
favorisera plus ou moins l’acquisition de la résistance mécanique. Le liant représente le coût majeur
dans une opération de remblayage d’où la nécessité d’optimiser son ajout afin de rentabiliser cette
opération.
6. Remerciements
Il fait grand plaisir aux auteurs de remercier toutes les personnes qui ont contribué de près ou de
loin à la réalisation de cet article. Les partenaires miniers ainsi que l'IRSST sont remerciés pour leur
contribution financière et leur participation aux études sur les remblais miniers. Ces remerciements
vont également à Hugues Bordeleau, technicien à l'URSTM, pour avoir conduit avec brio la partie
technique des essais.
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