Pendant des décennies, l’exploitation à ciel ouvert a progressé grâce à des améliorations régulières et progressives, notamment avec des camions de transport plus gros, des pelles à capacité supérieure, des systèmes de répartition plus performants et des contrôles opérationnels plus stricts. De fait, ces progrès se sont accompagnés d’avancées mesurables dans la productivité dans le secteur minier. Concernant l’avenir, les chefs de file de l’industrie préviennent que l’optimisation progressive ne suffit plus.

Les mines à ciel ouvert sont confrontées à des pressions croissantes liées à l’approvisionnement énergétique, la disponibilité de la main-d’œuvre, l’intensité du capital et la conception de la mine à long terme. Ainsi, l’attention se tourne désormais vers les enjeux systémiques. D’après les experts, l’avenir de l’exploitation à ciel ouvert dépend non pas des technologies individuelles, mais de la manière dont sont conçues, intégrées et gérées les exploitations durant l’intégralité de leur durée de vie, notamment la manière dont elles interagissent avec les communautés et les environnements avoisinants.

« L’industrie s’est vraiment démarquée dans l’optimisation de chaque équipement », déclarait Tim Skinner, président du SMART Systems Group et codirecteur général du Global Mining Guidelines Group (GMG). « Le prochain niveau d’amélioration repose toutefois sur l’intégration de l’ensemble du système minier opérationnel, pour s’assurer que tout fonctionne en harmonie. »

Cette réorientation (des actifs individuels aux systèmes intégrés) reprend presque tous les aspects de la prochaine phase de l’exploitation à ciel ouvert. L’électrification, l’autonomie, l’analytique avancée, les nouveaux outils de planification et les stratégies alternatives de manutention évoluent en parallèle. Toutefois, ces technologies exposent aussi des contraintes plus facilement gérables à l’ère des mines à ciel ouvert grâce aux parcs automobiles fonctionnant au diesel, notamment la disponibilité de l’alimentation en énergie, la capacité de réaction de l’infrastructure, la capacité de la main-d’œuvre, les risques liés à la fiabilité et les hypothèses intégrées à des décennies de conception de mines. Ainsi, M. Skinner indiquait que la prochaine ère ne fonctionnera bien que « si l’exploitation de la mine est envisagée comme un système continu et global, et non compartimenté. »

Hooman Askari, chercheur et professeur de génie minier à l’université de l’Alberta qui offre aussi ses services de conseil à l’industrie minière par l’intermédiaire d’OptiTek Mining Consulting, était également d’avis que l’avenir de l’exploitation à ciel ouvert ne peut être uniquement considéré comme une transition technique. Selon lui, la capacité de l’industrie à se moderniser dépendra en partie de la confiance qu’accorderont les communautés et le grand public à l’industrie minière concernant les véritables préoccupations environnementales et sociales, et de la capacité du secteur à communiquer clairement et à démontrer, preuves à l’appui, son rôle dans la vie contemporaine.

« L’exploitation minière a une grande responsabilité vis-à-vis de la réduction des émissions de [gaz à effet de serre], de la consommation d’eau, et de la minimisation de son empreinte. Elle se doit de faire participer les communautés de façon plus significative », indiquait-il. « Ces préoccupations sont réelles et la manière dont nous les abordons façonnera la confiance du public. »

Aux côtés des objectifs ambitieux de réduction des émissions, M. Askari déclarait que pour gagner la confiance du public, il faudra procéder à des changements visibles au niveau de la conception et de l’exploitation des mines. Dans l’exploitation à ciel ouvert, où l’échelle et l’empreinte sont très visibles, les décisions opérationnelles supportent un poids disproportionné dans le façonnement de la perception du public. « Lorsqu’il s’agit de réduire les émissions opérationnelles, l’électrification constitue un point essentiel de la prochaine phase de l’industrie », ajoutait-il.

Électrification et limites absolues de l’énergie

L’électrification des parcs prend de l’ampleur dans l’industrie minière. Les fabricants d’équipement d’origine (FEO) s’engagent à développer des parcs électriques à batterie et hybrides pour l’exploitation à ciel ouvert. Toutefois, il reste difficile de transformer cet élan en un déploiement généralisé dans les sites d’exploitation à ciel ouvert.

Contrairement aux exploitations souterraines, où l’électrification du parc a été possible grâce aux agencements confinés et aux distances de transport plus courtes, les mines à ciel ouvert doivent composer avec de longues descenderies, des teneurs variables et des conceptions géométriques des fosses en évolution constante. Ces caractéristiques compliquent les stratégies de chargement, la récupération d’énergie et le positionnement des infrastructures, faisant de l’électrification un enjeu en matière de conception de la mine autant qu’une décision concernant l’équipement.

Tim Joseph, professeur émérite en génie minier à l’université de l’Alberta et président et directeur général de JPI Mine Equipment and Engineering, prévenait que la plupart des exploitations à ciel ouvert sont encore loin d’adopter le transport électrique à grande échelle. « Je ne pense pas qu’aucune de nos exploitations à ciel ouvert dans le monde ne soit prête », ajoutait-il.

Sa préoccupation ne concerne pas la concrétisation de l’électrification dans l’exploitation à ciel ouvert, mais plutôt les exigences pour les activités minières et la conception technique. « Ce sera tout de même l’un des plus grands moteurs du progrès dans cette industrie », indiquait-il. Dans des exploitations dont le parc est alimenté au diesel, les routes de transport sont souvent traitées comme des détails opérationnels, ajustées en fonction de l’évolution de la fosse. Dans des exploitations dotées de véhicules électriques, la qualité des routes devient une contrainte stratégique, car la résistance au roulement et les pentes affectent directement la consommation d’énergie, expliquait-il. Ainsi, il faut construire des surfaces plus permanentes et à faible résistance pour la charge de batterie en direct.

« Si la résistance au roulement n’est pas suffisamment basse, on utilisera toute notre énergie pour simplement déplacer le véhicule », indiquait M. Joseph. « Il n’y aura pas assez d’énergie transférée pour charger la batterie. »

Cette réalité oblige les exploitants miniers à appréhender différemment le séquençage de la mine ainsi que la conception, la longévité et la cohérence des routes de transport, en ayant à l’esprit la durée de vie de la mine. Le changement constant des routes de transport (une caractéristique de la plupart des exploitations à ciel ouvert) sera prohibitif pour un parc électrique, où l’infrastructure, l’efficacité énergétique et la logistique liée au chargement sont essentielles.

M. Askari faisait remarquer que le transport en surface avec des véhicules électriques à batterie exige de repenser fondamentalement la logique de répartition, la stratégie de charge et, potentiellement, le système de transport par caténaire. L’électrification du parc s’accompagne donc de décisions essentielles en matière de conception dans le cycle de vie de la mine, augmentant par là même l’importance d’une planification initiale précise. Des choix autrefois considérés comme flexibles et remis à plus tard ou optimisés sur le plan opérationnel (par exemple le placement d’une descenderie, le séquençage de la fosse ou l’acheminement des déchets) sont définis plus tôt et sont plus difficiles à changer une fois que l’infrastructure électrique est installée, car ils sont directement liés à l’efficacité énergétique et l’investissement dans l’infrastructure. Ce changement entraîne davantage de risques et augmente la valeur de l’aménagement des mines en phase préliminaire.

La mise à l’échelle compliquera encore davantage la transition vers l’électrification, indiquait M. Joseph. Les parcs souterrains électriques à batterie ont progressé rapidement car l’équipement nécessaire est plus petit que celui pour l’exploitation à ciel ouvert, et les demandes énergétiques plus gérables. Or, l’exploitation à ciel ouvert fonctionne à une ampleur très différente.

« Nous sommes très doués en électrification en souterrain car tout est petit », indiquait-il. « Dans l’exploitation à ciel ouvert, tout est immense. Les camions font jusqu’à huit fois la taille [de ceux en souterrain] et l’énergie nécessaire pour déplacer ces machines n’existe tout simplement pas encore. »

La question de l’approvisionnement énergétique sous-tend toutes ces problématiques, indiquait M. Joseph, faisant remarquer que l’électrification est limitée pas uniquement par la préparation du site minier, mais par la capacité du réseau et les réalités provinciales concernant les permis. « Le Canada ne peut plus allouer de puissance électrique à l’est du pays, surtout en Colombie-Britannique et en Alberta, sans un développement [conséquent du réseau] », indiquait-il. « À moins d’envisager des alternatives aux [combustibles] non fossiles, [les agrandissements] n’obtiendront sans doute pas d’approbation. »

Pour les exploitations isolées et dans le nord du pays, M. Joseph évoquait les petits réacteurs nucléaires modulaires (PRM) comme possible source d’énergie de base fiable et à long terme, indépendante des réseaux limités. Il serait intéressant d’envisager sérieusement cette option pour les pannes dans le réseau dans l’ensemble des provinces, déclarait-il. Pas seulement pour l’industrie, mais pour assurer les besoins en énergie de la communauté, et ce sans pannes.

Toutefois, des experts de l’industrie prévenaient que les PRM introduiraient de nouvelles strates de complexité réglementaire, sociale et liée à la main-d’œuvre. Ainsi, même si leur adoption est techniquement prometteuse, elle dépend de la politique énergétique provinciale et nationale, de l’acceptation du public et de longs délais d’attente, des facteurs qui dépassent largement le contrôle des sociétés minières individuelles. « À l’heure actuelle, un certain nombre de luttes difficiles entourent l’électrification », indiquait M. Joseph, ajoutant que le progrès dépendra en partie de l’élaboration de solutions provenant d’autres industries grandes consommatrices d’énergie.

M. Joseph et JPI dirigent l’équipe d’un projet entre le Canada et l’Union européenne (UE) qui envisage une batterie nucléaire pour microréacteur minier à faible consommation d’énergie pour libérer l’équipement minier d’une dépendance limitée envers l’énergie du réseau. Le projet commence par des pelles excavatrices de mines avant de s’attaquer au transport.

Les limitations en matière d’alimentation électrique modèlent le rythme de l’électrification. Ainsi, les mines envisagent aussi l’autonomie comme levier parallèle, un levier qui change la manière dont est déplacé le matériel et dont le travail est organisé, même avec des contraintes énergétiques existantes.

Autonomie, interopérabilité et échelonnement du capital

Le transport autonome n’est plus expérimental, mais sa valeur dépend de la qualité de son intégration dans les parcs, les systèmes de planification et auprès du personnel.

« L’autonomie ne consiste pas uniquement à retirer les employés des camions », indiquait M. Skinner. « Elle concerne la collaboration entre l’équipement, qu’il s’agisse de l’équipement de production, de l’équipement de soutien ou autre. »

Sans interopérabilité et normes communes relatives aux données, les mines risquent de recréer des silos opérationnels au titre de la nouvelle technologie, indiquait-il. Les camions autonomes fonctionnent bien seuls, par exemple, mais la performance du forage, la disponibilité des pelles, l’entretien des routes ou les obstacles à l’usine peuvent les limiter.

Les analystes de l’industrie faisaient aussi remarquer que l’autonomie met en évidence les insuffisances auparavant absorbées par la flexibilité humaine. Dans des systèmes autonomes, la variabilité doit être orchestrée au travers de la planification, de l’ordonnancement et de la coordination des systèmes, augmentant par là même l’importance du contrôle pris à de courts intervalles et l’intégration de données en temps réel.

D’après John Rhind, président élu de l’institut canadien des mines, de la métallurgie et du pétrole (ICM) et administrateur de sociétés indépendant ayant plus de 50 années d’expérience dans l’industrie, les mines sous-estiment souvent le changement interne nécessaire pour rendre l’autonomie et l’électrification opérationnelles.

« Elles pensent qu’elles peuvent se contenter d’acheter la technologie et de l’installer sur le parc », déclarait M. Rhind. « En réalité, un processus d’apprentissage important est indispensable sur le site minier. »

D’après l’expérience de M. Rhind, l’adaptation aux activités autonomes peut prendre un an, voire plus, surtout dans des environnements hybrides où l’équipement autonome doit cohabiter avec celui piloté par des humains. Les mines restent très dépendantes vis-à-vis des plateformes de FEO pour l’autonomie, indiquait-il, mais elles ne peuvent pas externaliser la transformation de l’exploitation. « Vous devez la réaliser vous-même, il n’est pas question de l’externaliser », ajoutait-il.

Cette courbe d’apprentissage, ajoutait M. Rhind, a aussi des implications en termes d’échelonnement du capital. Les gains de productivité arrivent souvent plus tard que le déploiement initial, ce qui requiert de la patience de la part des exploitants et des investisseurs. Les mines qui ne tiennent pas compte de cette période de transition risquent de sous-estimer les coûts et d’exagérer les rendements à court terme.

D’un point de vue du capital, la rentabilité de l’investissement est de plus en plus liée à la viabilité à long terme, et pas simplement à la réduction des coûts. L’électrification et l’autonomie influencent l’empreinte carbone, la performance en matière de sécurité et la résilience opérationnelle, des facteurs que les investisseurs prennent en compte lorsqu’ils évaluent les risques. « Si vous ne prenez pas cette direction, les investisseurs vont commencer à vous demander pourquoi », indiquait M. Rhind.

Dans le même temps, l’adoption de ces technologies ne sera pas uniforme dans le secteur. Les producteurs de taille intermédiaire sont confrontés à des contraintes liées à la durée de vie de la mine, qui rendent difficiles à justifier les investissements conséquents dans des systèmes. Pour des exploitations dont la durée de vie restante est inférieure à dix ans, nombre de sociétés continueront à fonctionner telles qu’elles le font, expliquait M. Rhind. Les investissements dans des systèmes sont plus susceptibles d’être déclenchés par des développements de nouvelles capacités de production ou des agrandissements majeurs, où du nouveau capital est déjà utilisé et les hypothèses de conception revisitées.

À mesure que les mines se font plus profondes, l’efficacité et la fiabilité se heurtent

Les exploitations à ciel ouvert deviennent plus profondes et s’agrandissent. Ainsi, l’efficacité du déplacement du matériel devient un enjeu déterminant. Des transports sur de plus longues distances augmentent les coûts opérationnels, la consommation d’énergie et l’encombrement de la circulation, ce qui impose une pression sur les systèmes de transport traditionnels reposant sur des camions.

Bob McCarthy, conseiller principal à SRK Consulting (Canada), évoquait le déclin des teneurs du minerai et les mines plus profondes comme moteurs d’un intérêt renouvelé dans les stratégies de rejet des déchets en amont et de méthodes alternatives de manutention. « Nous allons continuer à repousser nos limites le long de la courbe d’apprentissage », déclarait M. McCarthy. « La préconcentration devient plus importante pour éliminer les déchets [provenant de la charge d’alimentation] avant qu’ils ne soient pulvérisés. »

Le contrôle des teneurs et le tri en vrac en temps réel réduisent la consommation d’énergie et d’eau ainsi que la production de résidus, tout en soutenant un aménagement plus flexible des mines. Ces approches font passer la prise de décision en amont, là où les déchets peuvent être rejetés avant de devenir une charge en aval.

M. Askari évoquait le concassage et le transport dans la fosse minière (IPCC, de l’anglais in-pit crushing and conveying) comme une autre stratégie pouvant réduire les longs transports par camion dans certaines conditions. L’IPCC n’est pas une technique nouvelle, faisait-il remarquer, mais elle devient plus efficace à mesure que la mine devient plus profonde et que les distances de transport augmentent.

Parallèlement, MM. Askari et McCarthy expliquaient que l’IPCC est une activité spécifique au site et à forte intensité capitalistique, aussi la fiabilité est une préoccupation essentielle. Lorsque la production est liée à un seul système de transport, le temps d’immobilisation peut avoir des incidences majeures.

M. Joseph de JPI affichait une certaine prudence concernant l’échelle. « Depuis la fin des années 1990, la mentalité consiste à penser que tout ce qui est plus grand ou gros est mieux », indiquait-il. « Le problème est que, si quelque chose tourne mal, les pertes de production sont énormes. De l’exploitation au traitement, de nombreuses exploitations étudient des solutions multimodulaires plus petites, ce qui consiste plus ou moins à assembler des blocs de Lego pour parvenir à l’équivalent le plus grand. »

Considérés dans leur ensemble, ces points de vue mettent en évidence la raison pour laquelle les décisions en matière de conception des mines tournent autour d’un équilibre entre l’efficacité et la résilience. L’optimisation du système réduit l’intensité énergétique et les émissions, mais elle peut aussi concentrer le risque si la fiabilité et les imprévus ne sont pas pris en compte dès le départ.

Compétences, sécurité et main-d’œuvre de demain

Concernant les années à venir, préviennent les experts de l’industrie, la technologie ne permettra pas à elle seule de définir l’avenir de l’exploitation à ciel ouvert, sauf si la main-d’œuvre est équipée pour l’exploiter et la soutenir. Selon eux, le développement de compétences est à la fois un facteur de limitation et une occasion critique.

M. Askari envisage la transition de la main-d’œuvre dans le cadre d’une tendance historique plus vaste, à savoir des transitions technologiques majeures qui modifient les rôles, mais en créent aussi de nouveaux. L’autonomie et l’exploitation à distance éloignent le travail de l’exposition physique et le rapprochent de la surveillance des systèmes, des salles de contrôle et de la prise de décision orientée sur les données. « Les emplois [du secteur minier] changent et les exigences évoluent », indiquait-il, ajoutant que les universités réagissent à ces évolutions en revisitant et en restructurant leurs programmes dans l’optique d’aligner l’éducation en génie sur les besoins de l’industrie.

Il insistait sur le fait que les futurs spécialistes en génie minier devront être totalement à l’aise avec les données, les interfaces d’automatisation et la pensée systémique. Des bases solides en géologie, en mécanique des roches et en aménagement des mines restent essentielles, mais il faut désormais les compléter par la capacité à travailler aux côtés de spécialistes en génie électrique et en automatisation, et d’équipes de spécialistes des données.

M. Rhind a nommé le changement des compétences en termes opérationnels. À mesure que les mines s’électrifient et adoptent des systèmes énergétiques assistés, il faisait remarquer que l’exploitation à ciel ouvert ressemble de plus en plus aux industries de transformation qui gèrent des activités continues et des systèmes énergétiques à haut risque. Ceci soulève l’importance de l’expertise en contrôle de procédés et la réflexion en matière de sécurité des procédés, des compétences courantes dans les services publics de distribution, l’affinage et la fabrication avancée.

Les améliorations en matière de sécurité sont un autre avantage des changements de technologie. M. Rhind expliquait que l’autonomie peut considérablement réduire les accidents graves et mortels en limitant les interactions à fortes conséquences, particulièrement le contact métal contre métal [un équipement mobile entrant en contact avec un autre dans la mine]. À mesure que les parcs deviennent plus autonomes, ces risques s’atténuent, renforçant la performance en matière de sécurité dans toutes les exploitations de surface.

M. Askari ajoutait qu’une réduction de l’exposition physique aux environnements dangereux peut influencer la manière dont est percue une carrière dans l’industrie minière, particulièrement dans un contexte où le travail évolue désormais vers une exploitation, une surveillance des systèmes et une résolution des problèmes techniques à distance plutôt que vers une exposition directe aux risques.

Résidus, eau et responsabilité à long terme

Même si l’électrification et l’autonomie dominent le débat sur la technologie dans l’exploitation à ciel ouvert, la performance environnementale à long terme reste un facteur déterminant de l’avenir, particulièrement en ce qui concerne la gestion des résidus et de l’eau.

M. Rhind identifiait la gestion des résidus et de l’eau comme des domaines en progrès, mais où subsistent des enjeux. « De nombreux efforts sont menés pour réduire la quantité de résidus et rétablir [la] condition initiale de l’eau avant qu’elle ne soit extraite de son environnement naturel. Mais c’est un travail de longue haleine », indiquait-il. « Nous n’avons pas encore déterminé comment faire, et il va falloir y prêter une bien plus grande attention. »

Pour les exploitations à ciel ouvert, l’ampleur du déplacement de matériel signifie que les décisions en amont (concernant l’abattage à l’explosif, le transport, le rejet des déchets et l’intensité du traitement) influencent directement les volumes de résidus et la demande en eau. D’après M. Rhind, les obligations réglementaires continueront à se durcir. La gestion des résidus et de l’eau doit être évoquée très tôt dans la conception de la mine, et non pas reportée à la fermeture.

« Il ne faut pas la laisser pour la fin », indiquait-il. « Il faut s’en occuper dès le départ, puis améliorer continuellement la manière dont on fonctionne. »

La vision relative aux systèmes de M. Askari renforçait cet aspect. Des stratégies telles que la préconcentration, l’IPCC et la réduction des distances de transport permettent de considérablement réduire la quantité de matériel envoyé vers des parcs à résidus miniers, tout en réduisant la consommation d’énergie et d’eau. En ce sens, les choix en matière de conception de la mine déterminent les résultats environnementaux bien avant que le minerai n’arrive à l’usine.

Un avenir construit autour du système

Toutes ces perspectives sur l’industrie indiquent que l’exploitation à ciel ouvert entre dans une période où les améliorations progressives ne sont plus suffisantes.

L’électrification, l’autonomie, la manutention alternative et les outils numériques avancés ne constituent pas une fin en soi. Ce sont des fonctions de forçage qui exigent de l’industrie minière qu’elle revisite les hypothèses fondamentales concernant la conception des mines, la stratégie en matière d’énergie, le perfectionnement de la main-d’œuvre et les relations communautaires.

Désormais, les exploitants les plus aboutis seront probablement ceux qui sont prêts à reconcevoir le système autour de l’exploitation à ciel ouvert, en trouvant un équilibre entre la résilience et l’innovation tout en faisant preuve de responsabilité. « Il ne s’agit pas d’une solution unique ou d’une technologie unique », indiquait M. Askari, « mais de la manière dont le système minier tout entier évolue. »

Traduit par Karen Rolland