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Vers une fragmentation sobre

Comment un secteur économique qui extrait les matières premières terrestres peut-il devenir plus respectueux de l’environnement? Afin que des changements significatifs interviennent, il est temps de s’attaquer à l’un des plus grands consommateurs d’énergie au monde : la fragmentation.

L’ensemble de l’industrie minière a fait des progrès pour réduire les émissions. Or, avec la tendance mondiale à la croissance démographique et à l’intensification de l’urbanisation, la demande de matières premières continue d’augmenter. L’importance de pratiques respectueuses de l’environnement s’accroît à mesure que l’accès à ces matières premières se complexifie.

Un développement économique, environnemental et social durable est essentiel pour répondre aux besoins présents sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs. Pour conserver notre mode de vie actuel, il faut extraire et transformer plus de matières premières, ce qui consomme plus d’énergie et d’eau et produit plus de déchets. Le problème s’aggrave puisque l’on creuse plus profondément pour extraire des matériaux à plus faible teneur. Trouver un juste milieu entre le besoin de matériaux et la nécessité de réduire la consommation d’énergie et d’économiser l’eau est un enjeu majeur en matière de développement durable. Alors que ce concept peut sembler quelque peu paradoxal dans un secteur qui extrait des matières premières, des améliorations sont possibles sur le plan environnemental, en particulier en matière d’extraction minière et de production de granulats. Pour ces métiers, s’attaquer au problème de la fragmentation, l’un des plus gros consommateurs d’énergie au monde, est un bon point de départ.

La fragmentation – le processus de réduction de la dimension des blocs de roche – est nécessaire pour extraire les minéraux précieux avant transformation et pour valoriser le minerai à des fins d’applications industrielles. Tout commence avec le dynamitage, lequel est suivi du concassage et du broyage des blocs extraits. L’exploitation minière est une industrie extrêmement énergivore qui consomme environ 7 % de l’énergie produite dans le monde. Pratiquement la moitié est absorbée par la fragmentation. Pour réduire la consommation d’énergie d’un processus d’une grande inefficacité, il est nécessaire d’innover.

Si le produit concassé peut être ramené de 12 à 6 mm, il peut être possible de réduire de 20 % la consommation d'énergie lors du broyage.

Partenaire technologique clé de l’industrie, Sandvik a un rôle déterminant à jouer dans la conduite du changement. Depuis 2011, Hamid-Reza Manouchehri travaille chez Sandvik pour améliorer l’écoefficacité et la productivité de la fragmentation sur le plan de la consommation d’énergie et d’eau. Selon lui, pour obtenir un processus de fragmentation plus efficace, il faut examiner toute la chaîne de valeur. Et celle-ci débute avant le forage même. « Avec une part de 2 % de la consommation d’énergie, mais de 15 % des coûts totaux d’exploitation, le dynamitage est le procédé de fragmentation le plus éconergétique. Mais on peut encore apporter des améliorations dont les processus plus en aval de la chaîne profiteront. Un tir de mine de bonne qualité crée une bonne fragmentation, ce qui réduit les coûts de transport et rend le concassage plus efficace et plus productif. »

Sandvik Mining and Rock Technology a conçu un nouvel adaptateur qui améliore la précision du forage. Les résultats sont jusqu’à présent prometteurs. Un forage de trous plus rectiligne économise l’énergie et réduit les coûts tout en permettant une meilleure fragmentation. En cas de légère déviation, il faut forer et intervenir davantage pour tenir les objectifs. Une étude détaillée a révélé que sur une durée de vie de huit ans, l’adaptateur pourrait réduire jusqu’à 8 km la longueur de forage nécessaire et améliorer la qualité du dynamitage, diminuant ainsi les coûts de transport et la consommation d’énergie des processus de fragmentation en aval.

<p>Sandvik Mining and Rock Technology a conçu une technologie de concassage avec système d’automatisation intelligent qui permet un réglage automatique du concasseur afin de traiter les roches dures, ce qui peut augmenter la productivité de 4 %.</p>

Sandvik Mining and Rock Technology a conçu une technologie de concassage avec système d’automatisation intelligent qui permet un réglage automatique du concasseur afin de traiter les roches dures, ce qui peut augmenter la productivité de 4 %.

Autre champ d’amélioration,  la collecte de données sur la réaction du trépan par rapport à la roche forée. Sandvik travaille sur une technologie de mesure pendant le forage (MWD) permettant de communiquer des informations sur la composition chimique des roches afin de compléter leur caractérisation et d’améliorer la planification. De telles données permettent de dynamiter intelligemment. « Avec un plan de tir basé sur la caractérisation chimique et physique de la roche, on peut obtenir de plus petits fragments du minerai à haute teneur tandis que le reste de la roche est dynamité avec pour résultat final des fragments plus grossiers. Le criblage intelligent ou le criblage en vrac permet d’éliminer les plus gros fragments, réduisant ainsi la quantité de matériau à concasser, à broyer et à transformer. Ceci réduit la consommation d’énergie et accroît le taux de récupération dans les processus en aval, ce qui profite à la productivité et aux coûts. »

Le broyage est onéreux et peu économe en énergie, surtout si on le compare au concassage. L’efficacité énergétique du broyage ne dépasse pas 5 %, alors que le concassage peut être au moins dix fois plus efficace. Et rentable. Du point de vue des coûts et du développement durable, il est logique d’orienter le processus de fragmentation vers le dynamitage et le concassage à chaque fois que c’est techniquement possible. Ce constat offre à Sandvik Mining and Rock Technology de nombreuses opportunités de créer des solutions dans ces domaines.

Sandvik a conçu une technologie de concassage révolutionnaire reposant sur des systèmes d’automatisation intelligents destinés à améliorer la productivité et le rendement du concassage fin. Grâce au système d’automatisation, le concasseur s’adapte automatiquement en présence de roches dures, ce qui peut accroître la productivité de 4 %. De nouveaux concasseurs puissants, tels que le Sandvik CH860i et le Sandvik CH865i, peuvent exercer une pression plus élevée (30 % de plus que les machines de catégories comparables) pour traiter des roches dures et compétentes. On peut ainsi économiser une quantité considérable d’énergie si des particules de plus petites dimensions arrivent à l’étape du broyage. Si le produit concassé peut être réduit de 12 à 6 mm, il est possible de faire baisser de 20 % la consommation d’énergie pour le broyage. Cela permet également de limiter l’usure et donc de diminuer les coûts d’exploitation.

Pour un avenir respectueux de l’environnement

Sandvik mène ou participe à un certain nombre de projets de recherche internationaux avec des universités et des compagnies minières en vue d’accroître la viabilité écologique de la transformation des roches. Parmi ceux-ci, l’évaluation et la mise à l’essai de la technologie des micro-ondes d’altération en amont afin de rendre le concassage et le broyage moins énergivores, et la démonstration du bien fondé de la conception de processus de fragmentation à sec économes en ressources.

Des tentatives ont été faites pour élaborer des schémas de transformation efficaces à l’aide de plusieurs technologies assistées. Exemples : l’irradiation par micro-ondes, l’impulsion électrique à haute énergie, le traitement par ultrasons et même la technologie plasma pour altérer la roche en amont ont toutes été testées. « La technologie des micro-ondes ou des impulsions électriques à haute tension peut induire des microfissures dans la roche, l’altérant pour rendre le concassage et le broyage moins énergivores. Je pense qu’on va assister à un développement rapide de la technologie des micro-ondes dans l’industrie minière dans les années à venir. »

Bien qu’il soit crucial de réduire  la consommation d’énergie, ce n’est pas le seul enjeu en matière de développement durable. La fragmentation requiert également de grandes quantités d’eau. Certes, de nombreuses mines possèdent des installations de traitement des eaux usées, mais la meilleure option est de réduire en premier lieu les besoins en eau. « Au cours des 70 dernières années, les ressources en eau annuelles moyennes disponibles sont passées d’environ 4 000 m³ à seulement 1 000 m³ par personne. L’industrie minière consomme entre 6 et 8 milliards de m³ d’eau chaque année. Une bonne partie sert au broyage car elle est efficace et facile à déplacer. Cependant, en raison de sa rareté et du risque potentiel de polluer les eaux usées pendant le broyage, il y a une tendance industrielle nette en faveur de la fragmentation à sec. »

Sandvik Mining and Rock Technology collabore avec des partenaires européens en vue de démontrer la validité du concept d’une fragmentation à sec économe en ressources. « Je pense que ce type de procédé sera commercialisé et trouvera sa place au sein de la branche. Toutefois, pour obtenir une fragmentation totalement économe en ressources, chaque élément de la fragmentation, du dynamitage au broyage, doit être intégré dans une seule et même chaîne et considéré comme telle. »

L’accès aux ressources planétaires disponibles devenant de plus en plus difficile et coûteux, certains acteurs de la profession se projettent encore plus loin dans l’avenir pour trouver une réponse aux questions de développement durable d’aujourd’hui. Les progrès réalisés dans l’industrie pétrolière et gazière et dans les secteurs annexes, comme l’éolien en mer, pourraient bientôt rendre l’exploitation minière sous-marine économiquement viable. À plus long terme, l’exploitation minière des astéroïdes pourrait quitter les pages des romans de science-fiction pour devenir une éventualité plausible. Pour que l’un ou l’autre de ces modèles soit viables, il faut financer des projets de recherche et de développement multidisciplinaires complexes.

Naturellement, des solutions à court terme sont également nécessaires, mais même dans ce cas, les réponses peuvent résider en dehors du cadre actuel de la recherche en matière d’exploitation minière. « On doit être plus novateur et conclure des alliances au-delà de l’infrastructure de recherche minière actuelle, estime Hamid-Reza Manouchehri. La dimension internationale du secteur peut fournir un cadre de travail au sein duquel développer l’approche multidisciplinaire et collective nécessaire à la réussite de la R&D et de l’innovation. »

Mesure en cours de forage avec OptiMine

Le visualiseur de plans de forage Sandvik OptiMine montre les plans de tir créés et les résultats réels du forage au format 3D, notamment les données de mesure pendant le forage (MWD), quand c’est possible. Les données MWD sont également disponibles sous forme de graphiques 2D pour une autre analyse plus détaillée des résultats du forage. La création de nouveaux plans de forage est simple et rapide.