Exploitation d'un gisement (Article détaillé)
 Les métaux stratégiques - Les ressources du XXIème siècle |
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L'exploitation des métaux stratégiques fait suite à l'étape d'exploration et va se mettre en place dès l'instant où l'entreprise a donné son accord.
Elle se décompose en 3 étapes : tout d’abord, le développement de la mine (planification et construction) qui va servir à l’exploitation, ensuite l’exploitation minière à proprement parler (extraction du minerai, son traitement), et enfin la fermeture et la réhabilitation de la mine (nettoyage,restauration et remise en état du site). Une mine consiste en l’exploitation (obtention) d’un gisement à minéraux considérés de grande valeur. Sont concernés, les combustibles (charbon, hydrocarbures, gaz, uranium...), les métaux (fer, cuivre, plomb...) et quelques autres matières minérales (sel, soufre, fluor...). Pour les produits qui ne figurent pas dans la liste, on parle de carrières, il s'agit notamment des matériaux de construction (sables, argiles, gypse, calcaires, granites ...).
Les métaux dans notre quotidien-Contexte économique, politique et social lié aux métaux stratégiques-Les besoins des industriels-La recherche expérimentale-L'exploration-Exploitation des métaux stratégiques-Le traitement et la séparation des métaux-Le recyclage-La localisation des ressources stratégiques-L'économie des métaux stratégiques-Les conflits d'intérêts-Les actualités politiques
Figure 1 : Schéma d'une mine et de ses infrastructures
Sommaire
Planification et construction de la mine
Planification
- Plan de la mine : cette étape consiste à planifier en détail tous les aspects de la mine, y compris les aspects liés aux procédés d'extraction et de séparation du minerai (par exemple le matériel d'exploitation), les besoins en infrastructure (gestion, transport), les différents calendriers de construction et de mise en service des installations (pour l'extraction, le traitement,...), tout ce qui est associé aux aspects environnementaux de l'exploitation, le taux de découverte admissible et le rythme de production visé. Ces deux derniers facteurs déterminent la durée de vie de la mine, qui correspond soit à l’épuisement du gisement, soit à l’atteinte du seuil de rentabilité. Pour les mines à ciel ouvert, le plan prévoit également le profil de la (fosse ==> faire un appel à figure) qui sera créée.
- Plan environnemental et social : il permet de respecter le cadre réglementaire applicable au projet, d’atténuer les impacts négatifs du projet sur le milieu biophysique et le milieu humain, d’assurer la sécurité (surveillance de l'activité humaine, de problèmes pouvant survenir au cours de l'exploitation,...) et le suivi des impacts, d’apporter des correctifs ou améliorations nécessaires selon le cas, et enfin de maximiser les retombées positives du projet (économiques, sociales, environnementales). Il y aura donc un suivi et un contrôle des normes environnementales que ce projet implique.
Ce plan tient aussi compte d’une gestion plus spécifique comme celle des émissions atmosphériques (qualité de l’air réglementaire), du bruit (minimiser les dérangements auprès des résidences proches), des vibrations (les opérations de forage et sautage ne doivent pas nuire aux résidences), des émissions dégagées (exigences réglementaires concernant la qualité de l’air, celle de l’eau et le bruit), des matières résiduelles et dangereuses libérées ou produites (privilégier la réduction, la réutilisation, le recyclage et la valorisation des matières résiduelles), de l’intégration et l’insertion sociale.
- Permis environnemental et autres : il consiste en l'obtention du droit de construction de la mine suite à l’acceptation du plan environnemental et social.
Construction
La principale activité de construction de la mine consiste à établir le chantier souterrain ou à ciel ouvert qui donnera un accès direct à la zone minéralisée. Parmi les activités liées figure la construction des installations de traitement du minerai, des aires de gestion des résidus miniers et de l'infrastructure du site. L'ampleur et la complexité des ouvrages à réaliser durant cette phase varient énormément d'un projet à l'autre ; certaines activités sont cependant communes à tous les projets de construction de mine (la préparation du site par exemple).
Préparation du site -- défrichage, décapage et nivellement
Il faut déboiser et décaper le mort-terrain. En préparation de la construction des diverses installations du site. De préférence, si la qualité du mort-terrain le permet, on le met en réserve pour le réutiliser lors de la remise en état du site.
Construction de l'infrastructure de la mine
La plupart des installations et des services associés à la mine sont mis en place au cours de la phase de construction. En fonction de divers facteurs, dont l'ampleur de l'exploitation, l'emplacement et les procédés prévus pour l'extraction et le traitement du minerai, l'infrastructure peut inclure les éléments suivants :
- des installations de transport, dont des voies d'accès au site, des routes de chantier et, dans certains cas, une piste d'atterrissage, une voie ferrée ou des installations portuaires ;
- des installations de manutention et de traitement du minerai ;
- des installations d'entreposage des résidus miniers ;
- des systèmes de gestion des eaux (approvisionnement, traitement) et de traitement des eaux usées ;
- une infrastructure énergétique, y compris un réseau de distribution d'électricité et une centrale électrique ;
- des ateliers, des bureaux, des entrepôts et des logements ;
- des installations d'approvisionnement en carburant et d'entreposage des carburants ;
- des garages et des installations d'entretien des véhicules ;
- des installations d'entreposage des explosifs ;
- un approvisionnement en eau et un système de traitement et de distribution de l'eau potable ;
- des installations d'élimination des déchets (y compris des incinérateurs, un site d'enfouissement et un système d'épandage).
Établissement des chantiers miniers
Durant la phase de construction, il faut établir les chantiers souterrains ou à ciel ouvert qui donneront un accès direct à la zone minéralisée. Pour l'extraction du minerai près de la surface, on privilégie les mines à ciel ouvert. Si la zone minéralisée est de forme irrégulière ou située en profondeur, on l'exploite généralement par des méthodes souterraines.
- Pour les mines souterraines, l'excavation du chantier se fait par forage et sautage. À l'aide de foreuses, on perce des trous dans la roche de façon à ce qu'elle se fragmente au moment du sautage. Pour fragmenter la roche, on injecte des explosifs dans les trous de forage, puis on les fait sauter. La roche fragmentée est ensuite transportée hors de la mine. Durant la phase de construction, la majeure partie des matériaux enlevés se compose de stériles ; tout minerai découvert à ce moment est mis en réserve pour traitement ultérieur. Durant la construction, on peut aussi produire une certaine quantité de minerai qu'on utilise pour mettre à l'essai les installations de manutention et de traitement du minerai ( tests de calibrage et de sécurité du matériel utilisé).
- Pour les mines à ciel ouvert, il faut commencer par construire des routes et installer les services et les logements nécessaires (dans la mesure du possible à proximité d’agglomérations pour répondre aux besoins de main-d’œuvre). Selon les cas, le transport peut exiger des infrastructures diverses: routes, canalisations, aéroports, voies ferrées, voies d’eau et ports. L’ouverture de la fosse se fait en même temps que l’aménagement des installations de traitement: terrils, concasseurs, concentrateurs, fonderies et raffineries, selon le degré d’intégration de la mine. Les fosses sont creusées en gradins concentriques reliés par des pistes aménagées en spirale ou en lacets du bord de la fosse jusqu’au fond.
Comme ces opérations nécessitent des investissements importants, elles peuvent être menées par phases, de manière à ce que les ventes des premiers produits extraits puissent servir à financer les travaux ultérieurs de développement. Les gisements étant souvent de forme irrégulière, on procède d’abord à une vaste campagne de sondages pour établir le profil géologique du terrain et déterminer la position et les limites du gisement (phase d’exploration), ce dernier paramètre déterminant l’étendue et la forme de la mine, généralement en cône.
Dans le cas où les minéralisations sont trop diffuses, pas suffisamment étendues ou trop profondes pour être extraites à ciel ouvert, elles doivent alors être exploitées par des méthodes souterraines.
Exploitation de la mine
La phase d'exploitation de la mine représente la période durant laquelle on extrait le minerai de la mine pour le transformer en produit commercialisable. À certains endroits, la phase d'exploitation de la mine peut se poursuivre sans interruption durant une période variant de plusieurs années à quelques décennies, tandis qu'à d'autres, elle peut comprendre des périodes d'inactivité plus ou moins longues selon l'évolution des conditions du marché.
Voici les différentes étapes régissant la phase d’exploitation de la mine :
- Extraction du minerai
- Concassage, broyage et concentration du minerai. C’est la phase dite de traitement du minerai (lien vers la partie traitement).
- Gestion des stériles et des résidus miniers.
- Gestion des eaux usées.
- Remise en état progressive.
Pendant cette phase d’exploitation, deux types de mines vont principalement être utilisées : la mine souterraine et la mine à ciel ouvert (ou open-pit).
Les mines souterraines
Présentation
Une mine souterraine est une sorte d’usine aménagée dans la couche superficielle de l'écorce terrestre en vue d’extraire de la roche en place les minéraux utiles qu’elle renferme. L’accès au gisement et l’abattage du minerai s’effectuent par foration et tir à l’explosif. Le minerai est remonté à la surface, où il est traité pour obtenir un concentré riche en valeur marchande.
Il existe des mines souterraines partout dans le monde : en 2002, on compte environ 650 mines souterraines dont la production annuelle unitaire dépasse 150 000 tonnes, ce qui représente au total 90% de la production de minerai en Occident. De plus, il y aurait environ 6 000 mines souterraines produisant moins de 150 000 tonnes de minerai par an. La nature et les caractéristiques du gisement, la situation géographique, les conditions géologiques et les aspects économiques (marchés existants, possibilités de financement) font que chacune de ces mines est unique. Certaines mines sont exploitées de façon continue depuis plus d’un siècle, alors que d’autres viennent tout juste d’être ouvertes.
Les mines sont des lieux de travail dangereux, et les mineurs sont exposés à toutes sortes de risques: éboulements, inondations, feux et incendies, explosions, exposition aux poussières, au bruit, à la chaleur et à d’autres facteurs ambiants néfastes, ainsi que les risques d’accidents mécaniques ou électriques. La sécurité et la protection de la santé des mineurs font partie intégrante d’une saine pratique minière et constituent une obligation légale dans la plupart des pays (majoritairement les pays développés) sous la forme du plan de gestion évoqué plus tôt.
Les stériles sont souvent utilisés comme matériau de remblayage afin de fournir un support aux parois et aux plafonds des excavations souterraines. Les stériles qui ne servent ni à la construction ni au remblayage sont ramenés à la surface pour être entreposés.
Les infrastructures
L’exploitation d’un gisement dans les profondeurs de la terre nécessite des infrastructures spécifiques : il faut établir un réseau de puits et de galeries pour communiquer avec la surface et permettre la circulation du personnel, le transport du matériel et du minerai. On accède au fond par un puits d’extraction, d’où partent des galeries menant aux chantiers. Des galeries appelées plans inclinés permettent de relier les différents niveaux d’exploitation. Par ailleurs, toutes les excavations souterraines doivent être desservies par des systèmes d’aérage, d’alimentation en électricité, en eau et en air comprimé, d’exhaure, de roulage et de communications.
La présence d’une mine est matérialisée à la surface par le chevalement édifié à l’aplomb du puits d’extraction. Ce dernier va constituer l’artère principale de circulation empruntée par les mineurs et par laquelle le matériel et les fournitures sont acheminés au fond et le minerai et les stériles ramenés à la surface. Les caractéristiques du puits et de la machinerie d’extraction vont varier en fonction de la capacité requise, de la profondeur de la mine, etc. Une mine doit toujours avoir au moins deux puits, de façon qu’il y ait une sortie de secours en cas d’urgence. Ce chevalement se situe au-dessus du skip, servant à la montée de charges en vrac à l'aide de bennes qui se vidangent par gravité. Ce système, diminue le poids mort que constitue les bennes ou les wagonnets.
Un système est placé au point le plus bas des caves, servant à recueillir l'eau afin de la pomper en cas d'inondation : c’est le puisard.
En dessous du concasseur qui va réduire la taille des blocs de roches en petites pierres, graviers ou poussière de roche se trouve la trémie. C’est un dispositif en forme de pyramide renversée destiné au stockage ou au passage de matières solides en vrac.
Des réglementations strictes régissent la circulation dans les puits et l’extraction des matériaux. Ainsi, la machinerie d’extraction (molettes, treuil, câbles, freins, etc.) est conçue avec une ample marge de sécurité et fait l’objet de vérifications périodiques, les parois du puits sont inspectées régulièrement, et des boutons d’arrêt placés à chacune des recettes permettent d’actionner le frein d’urgence.
Méthodes d’exploitation
Voir Article détaillé sur les méthodes d'exploitation en mine souterraine
Les mines à ciel ouvert
Présentation
L'exploitation à ciel ouvert est la méthode privilégiée pour extraire le minerai de gisements situés près de la surface, le coût par tonne de minerai extrait de cette façon étant généralement inférieur à celui du minerai extrait par des méthodes souterraines. Dans une exploitation à ciel ouvert, on vise à enlever un minimum de stériles de recouvrement pour atteindre les volumes minéralisés ayant la plus grande valeur marchande, afin d’obtenir le meilleur rendement possible.
L’échelle des exploitations à ciel ouvert modernes varie des petites exploitations privées, produisant quelques centaines de tonnes de minerai par jour, aux gros complexes industriels exploités par des sociétés d’Etat ou par des multinationales et produisant plus de 1 million de tonnes de minerai par jour, les exploitations les plus importantes pouvant couvrir une superficie de plusieurs kilomètres carrés.
Les infrastructures et le matériel
Le matériel est choisi en fonction du plan d’exploitation du gisement cité plus haut. De plus, il doit être choisi en fonction de la capacité des services de maintenance. En général, des installations de foration mobiles, de pelles hydrauliques, des chargeuses, des pelles à benne traînante (draglines) et des camions sont utilisés. La réparation des gros engins se fait souvent à l’endroit même où la défaillance est survenue, en raison de la difficulté d’amener les engins à l’atelier. Dans la mesure du possible, les services de maintenance de la mine seront conçus en fonction du nombre et de la taille des matériels utilisés.
Si l'on fait usage de nouveaux engins de plus grande capacité, les infrastructures doivent être modifiées en conséquence. Cela peut vouloir dire élargir et renforcer les pistes de circulation, agrandir et rééquiper les ateliers de maintenance, etc.
Selon les cas, le transport peut exiger des infrastructures diverses: routes, canalisations, aéroports, voies ferrées, voies d’eau et ports.
Méthodes d’exploitation
Voir Article détaillé sur les méthodes d'exploitation en mine à ciel ouvert
Fermeture de la mine
Une fois la durée de vie de la mine atteinte (épuisement des réserves ou rentabilité trop faible), on arrive à la phase de fermeture de la mine. Dans certains cas, on peut fermer une mine temporairement et la mettre en mode de « surveillance et entretien », aussi appelé suspension temporaire. Ceci est en général effectuer quand le prix des matières premières chute en attendant un possible redressement de l'économie.
Nettoyage du site, restauration et remise en état du site
Entretien et suivi environnemental
Le but de cette mine est d’extraire le minerai qui suivra une étape de traitement par la suite pour obtenir l’élément auquel on s’intéresse.
Mettre des petites fenêtres sur le lien avec la photo de la mine pour expliquer le rôle des différentes infrastructures.
