Effect of Climate change on the performance of Seasonal Frozen Capillary Barrier Divergence cover in Arctic Region

RÉSUMÉ: Les couvertures de sols sont des systèmes géotechniques essentiels utilisés lors de la fermeture de mines pour réduire l’infiltration d’eau dans les résidus miniers et limiter la contamination environnementale. En régions froides, les couvertures de type Seasonal Frozen Capillary Barrier Diversion (SFCBD) sont fréquemment utilisées en raison de la disponibilité limitée de sols fins. Ces systèmes reposent sur le gel saisonnier pour former une barrière temporaire qui redirige latéralement l’eau le long des interfaces de sol. Toutefois, les changements climatiques risquent de compromettre l’efficacité des couvertures SFCBD en modifiant les régimes de précipitations et en augmentant les températures, ce qui réduit la durée du gel saisonnier. Cette étude examine ces impacts à l’aide d’un modèle numérique bidimensionnel couplant l’écoulement en milieu non saturé avec les transferts de chaleur conductifs et convectifs, en intégrant les interactions sol–climat. Les résultats montrent que, dans des scénarios climatiques futurs plus chauds, la couche gelée dégèle plus rapidement—réduisant ainsi le temps durant lequel elle agit comme barrière—et permettant une infiltration précoce dans les résidus. Ces résultats soulignent la nécessité d’adapter les conceptions SFCBD face à la diminution prévue des périodes de gel dans les conditions climatiques changeantes de l’Arctique.

ABSTRACT: Soil covers are essential geotechnical systems used in mine closure to reduce water infiltration into tailings and limit environmental contamination. In cold regions, Seasonal Frozen Capillary Barrier Diversion (SFCBD) covers are often employed due to limited availability of fine-grained soils. These covers rely on seasonal freezing to form a temporary barrier that redirects water laterally along soil interfaces. However, climate change may reduce the effectiveness of SFCBD systems by altering precipitation and increasing temperatures, which in turn shortens the duration of seasonal freezing. This study investigates these impacts using a 2D numerical model that couples variably saturated flow with conductive and convective heat transfer, incorporating land-climate interaction boundaries. Results show that under warmer future scenarios, the frozen layer thaws more rapidly, reducing the time it acts as a barrier and allowing earlier infiltration into tailings. These findings highlight the need to adapt SFCBD designs for reduced freeze durations expected under changing Arctic climate conditions.