Valérie Plagnes’s research while affiliated with Sorbonne University and other places

The former uranium mine, Le Cellier, located in South of France, offers an opportunity to investigate the unsaturated flow and solute transport through a tailings pile resulting from heap leaching under real-world conditions (Ouedraogo et al., 2022; L'Hermite et al., 2024). Numerical simulations of one of the tailings pile were conducted to model the dynamics of the water flow. In order to tackle quality issues and to validate the hydrogeological model, we plan to make an artificial tracing test experiment. We developed a solute transport model for this pile to help the design of this experiment that will be carried out in the next future. Conceptual one-dimensional (1D) systems representing the pile were simulated using the HYDRUS code for flow and conservative transport. The first results show that the model generates breakthrough curves exhibiting the same dynamics, irrespective of the top concentration of the injected dissolved solute. High values of hydraulic conductivity and longitudinal dispersivity accelerates solute transport, resulting in higher concentration peaks. Dual-porosity models yield significantly shorter residence times compared to single-porosity models, particularly during dry periods. The impact of climatic conditions before and during the tracer injection as well as the injection method have been also evaluated with this model. These findings suggest that artificial tracer experiments in the studied pile should be conducted under wet conditions and give useful information for the field implementation of the test. This simulation approach provides valuable insights for designing effective and realistic tracer test experiments. Our study shows that this type of field and modeling approach of tracer testing can help in mine water management strategies.

Study region: The former uranium mine near Le Cellier, France represents an opportunity to investigate unsaturated flow in real conditions through a tailings pile resulting from heap leaching. Sustainable water management requires the understanding of its flows, to limit chemical reactions and avoid the migration of contaminants into the environment. Study focus: Daily monitoring of drain discharge and monthly monitoring of physicochemical parameters at the pile outlet provide reliable information on how fast the pile reacts to precipitation. A two-dimensional dual-porosity model was developed with HYDRUS 2D at a daily time step. The model integrates a simple representation of material heterogeneity, based on a sieve analysis, and the vegetation transpiration due to the presence of bushes and coniferous trees on the surface of the pile. Climate change may affect the recharge and discharge over the next 100 years with median annual discharge varying between +4.4 % and − 12 % depending on greenhouse gas emission scenarios. New hydrological insights of the region: The calibrated model correctly simulates water discharge at the pile outlet and allows its simulation under climate change. Discharge simulations show that effluents generated during events below the 200-year return period rainfall events could be stored in a buffer basin to avoid any environmental contamination. These simulations are essential to ensure sustainable future water management at this former mining site.

In Chad, hard-rock aquifers are the main source of drinking water for the population located on basement areas. In these basement aquifers, and in particular those of the Guéra region, water drilling failure rates remain high despite research on one- and two-dimensional electrical resistivity techniques and lineaments as a means to improve access to the resource, mainly because these techniques are only used on an observational and structural basis to locate fractures. This study combines electrical resistivity tomography (ERT) with geology, hydrogeology and geomorphology, in order to characterise the structure and geometry of the aquifer system, assess borehole productivity and determine the factors controlling it. After validating the large dataset and its representativeness, 315 high- and low-yield wells, of which 41 have complete geophysical datasets, were selected. This large dataset allows a multi-parameter approach to (1) better characterise each facies according to its electrical resistivity and (2) clearly identify the main formations constituting the local conceptual hydrogeological model. The most suitable areas for productive boreholes are characterised by the presence of an overburden of <20 m depth, well-developed weathered and fractured horizons of granites and biotite granites (preferably) containing little or no clay, and a nearby drainage network. The most substantial flow rates are found in the first 30 m of the fissured horizon, below the base of the alterites. The experience gained from the present study will guide future analysis of ERT sections in order to reduce the probability of drilling dry wells.

La compréhension des écoulements est en un enjeu essentiel pour la gestion environnementale à long terme des anciens sites miniers. Les écoulements dans des sites de stockages de résidus peuvent générer des réactions chimiques et des effluents acides. Dans le cas de la lixiviation statique sur des terrils de résidus en surface, cette acidification peut durer plusieurs décennies selon l'acide restant dans les résidus. Les effluents miniers générés par la circulation des eaux météoriques à travers ces résidus sont collectés et traités dans une station de traitement avant d'être rejetés dans l'environnement en conformité avec les normes environnementales. La compréhension du fonctionnement hydrogéologique des sites de stockage de résidus est donc primordiale pour adapter les stratégies de gestion de l'eau aujourd'hui mais aussi dans le futur (jusqu'en 2100) dans un contexte de changement climatique. Le terril étudié est composé de résidus miniers recouverts d'une couche de stériles, ces matériaux sont considérés comme de granulométrie grossière. Ces résidus ont subi un traitement statique à l'acide sulfurique injecté dans le terril. Les eaux météoriques s'infiltrent dans ce terril et les effluents qui en résultent sont drainés et leur débit mesuré mensuellement depuis 1990 et journalièrement depuis avril 2021. L'analyse de ces données montre que le débit à l'exutoire du terril réagit rapidement aux précipitations. Un modèle journalier à double porosité a été développé avec le logiciel HYDRUS 2D qui permet de représenter le fonctionnement des écoulements en milieu non saturé à travers le terril. Le modèle intègre une représentation simplifiée en 4 couches de l'hétérogénéité du terril basée sur une analyse granulométrique réalisée sur toute sa hauteur. La transpiration des végétaux a aussi été implémentée dans le modèle pour inclure l'effet de la présence de buissons et de conifères sur le terril. Une fois calé, le modèle reproduit de manière satisfaisante les débits mensuels et journaliers observés et la réaction rapide des débits à la pluie. Pour évaluer l'impact du changement climatique sur le fonctionnement hydrogéologique du terril, les données de précipitations et de températures provenant des données DRIAS 2020 issues du projet d'inter-comparaison des modèles couplés (CMIP5) et de trois scénarios climatiques (RCP2.6, RCP4.5 et RCP8.5) ont été utilisées comme données d'entrée du modèle calé. A la fin du siècle, les évènements pluvieux devraient être plus intenses et plus fréquents qu'au début du siècle. Les débits à la sortie du terril ont pu être simulés jusqu'en 2100 avec ces forçages climatiques et permettent d'étudier la réponse du terril aux événements pluvieux sous l'effet du changement climatique. Ces simulations sont essentielles pour vérifier le dimensionnement des installations de traitement pour le futur (en particulier pour les évènements extrêmes) et assurer une gestion responsable des sites de stockage de résidus miniers.