« Le monde évolue », déclarait Alexandre Ouellet, fondateur et chef de la direction de Simwell. Plus spécifiquement, le monde du transport du minerai par camions et par pelles, un système utilisé dans les mines depuis des décennies, connaît une métamorphose. Une association de facteurs, tels que le coût élevé du diesel, le besoin urgent de décarbonation dans les industries lourdes et l’importance de l’industrie minière pour l’économie verte, ont contraint les sociétés minières à opérer une transition considérable dans leurs exploitations pour transporter le minerai de manière moins onéreuse, plus efficace et en générant moins d’émissions.

« Les nouvelles technologies qui sont développées actuellement, telles que les véhicules électriques et autonomes, changent la face économique de l’industrie minière », indiquait M. Ouellet. « Ces dernières années, des camions toujours plus gigantesques fonctionnant au diesel transportaient le minerai des pelles jusqu’au broyeur. C’était une méthode courante. Aujourd’hui, ces nouvelles technologies viennent perturber le statu quo et offrent de nouvelles options. »

La société de M. Ouellet, Simwell, opère dans divers secteurs. Elle crée et fait des simulations pour déterminer les meilleurs choix en termes de planification de la conception d’une exploitation et de l’équipement nécessaire. Ceci prend la forme d’une retranscription numérique de l’exploitation ou de la chaîne d’approvisionnement, où l’on peut tester des idées virtuellement avant de prendre des décisions, dans un procédé que l’on appelle le « jumeau numérique ».

D’après M. Ouellet, l’avènement de ces nouvelles technologies minières a poussé de plus en plus de clients à demander comment les mettre en œuvre au mieux dans leurs exploitations. Ces innovations sont si nouvelles que nombre de questions restent en suspens concernant les technologies et les associations les plus adaptées.

« Nombre de technologies essaient de se positionner comme la meilleure. Alors, [vote-t-on] pour l’hydrogène ou l’électrique ? Pour l’électrique, on utilise un camion fonctionnant à batterie ou hybride. La batterie est rechargée alors qu’il descend une côte, par exemple », indiquait M. Ouellet. « Pour avoir des camions électriques, il nous faut tout d’abord de plus petits camions. Si l’on a de plus petits camions, il en faudra sans doute plus, mais cela ouvre de nouvelles possibilités pour optimiser le système. »

Ces possibilités évoluent sans cesse, et de nouvelles technologies continuent de voir le jour à un rythme rapide, ce qui a d’autres implications dans la chaîne de production. D’après M. Ouellet, l’avenir des transports dans le secteur minier approche plus vite que ce qu’il ne pensait. Toutefois, l’industrie est encore en période de transition.

« Lorsque l’on investit des millions de dollars dans de gros camions, il est difficile de les mettre au rebut du jour au lendemain. Il existe un monde où le parc automobile est mixte. De grands camions alimentés au diesel côtoient des camions fonctionnant à l’électrique, plus petits, jusqu’à ce que le parc soit suffisamment ancien pour envisager le retrait de ces véhicules et leur remplacement par un nouveau parc. Ainsi, chaque étape s’accompagne d’une nouvelle difficulté. »

« Les choses évoluent rapidement. Les décisions finales n’ont pas encore été prises », indiquait-il. « C’est pour cela que nous intervenons encore pour aider nos clients à prendre ces décisions. »

Recharger plus rapidement

Quelle que soit la solution de transport qui finit par fonctionner le mieux, il est probable qu’elle implique sous une forme ou une autre un parc de véhicules électriques. Si les camions électriques permettent d’économiser en éliminant les coûts liés au diesel et en réduisant les émissions, ils s’accompagnent aussi de leur lot de problème. Par exemple, où obtient-on l’électricité pour recharger les batteries, et quelle est la meilleure méthode pour les recharger afin de réduire les temps d’immobilisation ?

Afin de répondre à ces questions, 21 sociétés minières, dont BHP, Rio Tinto et Vale, ont créé le Charge On Innovation Challenge, un appel ouvert aux innovateurs tous secteurs confondus pour trouver des solutions efficaces pour la recharge des camions électriques. Sur 80 propositions envoyées, 21 sociétés ont été retenues et ont dû présenter leurs solutions. Sur ces 21 sociétés, 8 ont été sélectionnées.

L’un des lauréats, qui travaille pour Hitachi Energy, proposait une nouvelle version de son Grid-eMotion Flash^TM, une solution de recharge intermittente ultrarapide qui connecte le réseau électrique de la mine à son parc de véhicules. Cette technologie permet de recharger rapidement les véhicules (en deux ou trois minutes) à différents cycles de transport du camion, éliminant les temps d’immobilisation nécessaires pour recharger la batterie.

Le Grid-eMotion™ Flash a besoin de seulement trois minutes pour recharger un camion de transport à batterie électrique pouvant assurer un cycle de transport de 30 minutes. Avec l’aimable autorisation de Hitachi Energy

Le concept est dérivé de la technologie qu’a utilisée Hitachi Energy pour alimenter des autobus électriques. Toutefois, d’après Matt Zafuto, vice-président des solutions industrielles de Hitachi, l’adaptation de la technologie de recharge rapide à l’équipement minier moderne a été tout sauf simple.

« Je le dis et je le répète. Le chargement rapide d’une Chevrolet Volt ou d’une Tesla est une chose, [mais] le chargement d’un camion de transport de 300 tonnes dans un environnement minier, qui a tendance à être légèrement plus complexe, en est une autre », déclarait M. Zafuto. « Ces exploitations se trouvent généralement dans des régions isolées, où la qualité de l’électricité laisse souvent à désirer. Les opérations incluent le contrôle autonome des véhicules qui exige une forte utilisation de capteurs de communication ainsi que de l’analytique en temps réel. C’est un bon exemple de la transformation critique de l’industrie facilitée par la technologie. »

L’utilisation de batteries à oxyde de titanate de lithium, qui se rechargent rapidement, est essentielle dans les camions de transport. Les camions sont rechargés pendant les périodes d’immobilisation, par exemple pendant le chargement et le déchargement, avec le Grid-eMotion Flash^TM qui peut fournir jusqu’à huit mégawatts de puissance. Des systèmes de communication sont également inclus. Ils permettent de surveiller les camions et l’électrification du site de manière à ne pas avoir d’incidence négative sur le réseau électrique. Le système est également conçu de manière à être interopérable et à fonctionner avec les camions d’autres fabricants, outre Hitachi.

Si la technologie en est encore à l’étape des essais préliminaires (Hitachi prévoit des tests unitaires d’ici la fin 2023 et des essais sur le terrain durant 2024), les avantages potentiels qu’elle offre vont bien au-delà de la réduction des émissions de dioxyde de carbone (CO₂), indiquait M. Zafuto.

« Une certaine durabilité environnementale y est associée. La perte et le gaspillage d’énergie sur le site minier peuvent atteindre 20 % à 30 %. Ainsi, la simple perte qui se produit dans le cadre du cycle de vie de la mine, associée à tout ce gaspillage, est un problème », ajoutait M. Zafuto. « C’est là que l’électrification élimine ce problème. Puis, d’un point de vue strictement axé sur le coût de l’énergie, entre 15 % et 40 % des dépenses de fonctionnement des sites miniers concernent les coûts énergétiques qui, de nouveau, reposent principalement sur le diesel pour les véhicules. Les économies sont donc considérables et, parallèlement, elles apportent des améliorations opérationnelles et environnementales. »

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Améliorer l’efficacité des pelles

Les camions de transport ont connu de nombreuses améliorations dernièrement. Mais qu’en est-il des pelles ? Comment rendre plus sûr, plus électrifié et plus efficace le chargement du minerai dans la benne d’un camion de transport ?

Pour MMD, l’une des solutions se présente sous la forme de sa Fully Mobile Surge Loader (FMSL, la chargeuse frontale à pompe à surpression entièrement mobile) qui tire parti des décennies d’expérience de la société pour optimiser au mieux la production des pelles.

La chargeuse frontale à pompe à surpression entièrement mobile de MMD simplifie le procédé de remplissage des bennes des camions de transport sans que le camion n’ait besoin de faire marche arrière ou de se repositionner. Avec l’aimable autorisation de MMD

« La chargeuse frontale à pompe à surpression entièrement mobile nous a permis de choisir les meilleurs éléments des applications que nous avons menées au fil des ans et tous les développements visant à rendre l’équipement encore plus efficace, plus productif. Nous avons ensuite transmis ces avantages aux utilisateurs finaux sous la forme de l’équipement que nous leur offrons désormais », déclarait Chris Pearson, directeur du développement de l’entreprise du groupe MMD. « À ceci viennent s’ajouter les réelles possibilités de la chargeuse frontale à pompe à surpression entièrement mobile, qui s’adapte à toutes sortes de systèmes et équipements miniers différents, et des exploitations en aval, en repensant simplement des procédés qui n’ont jamais vraiment été envisagés auparavant. Citons par exemple les systèmes de transport par camions et par pelles, qui n’ont plus évolué depuis de longues années, car c’est toujours de cette façon que l’on a procédé. »

En substance, la FMSL découple la pelle du camion. Elle prévoit une cuve fixe que la pelle peut constamment remplir pendant que le camion s’approche sans se retourner ni faire marche arrière. Cela permet de le charger en deux fois moins de temps qu’avec une pelle, améliorant par là même l’efficacité à tous les niveaux. La chargeuse frontale peut être électrique et totalement autonome, ce qui en fait une solution totalement adaptée à des parcs autonomes plus vastes et qui contribue à atteindre les objectifs de durabilité.

D’après M. Pearson, ceci contribuera à des améliorations importantes au niveau des capacités de production des mines qui souhaitent l’adopter. Pour les mines n’ayant pas cette capacité supplémentaire de production, elle leur permet de réduire le nombre de camions dans leur parc, à hauteur d’environ deux camions par pelle. La FMSL peut aussi charger par poids ou par volume, donnant un résultat plus précis dans des sites hébergeant des matériaux à faible densité ou à densité élevée.

L’utilisation d’une chargeuse frontale offre également des avantages en termes de sécurité, indiquait M. Pearson. Il citait à ce propos une étude[1] de l’université de Queensland qui montrait qu’entre 2010 et 2019, sept décès dans des mines du Chili et 27 dans des mines du Pérou auraient pu être évités avec la FMSL.

« Si un tas de matériaux surdimensionné remplit un camion surchargé qui se déplace sur une route de transport avec une pente de 10 %, il est probable que le matériau roule vers l’arrière et qu’une partie se déverse sur la route, pouvant causer des dégâts aux routes, aux camions et potentiellement aux personnes », indiquait M. Pearson. « Ce que nous n’avons pas encore quantifié, ce sont les avantages complémentaires résultant de la réduction de l’usure des carrosseries des camions. En éliminant le déchargement de la charge utile d'une benne basculante dans les camions à l’aide d’un grand godet de pelle, action qui provoque un choc considérable, et en le remplaçant par un dépôt moins violent et plus précis des matériaux, on obtiendra une meilleure répartition des matériaux sur les axes, ce qui réduira l’usure de la suspension et des pneus du camion. »

En dépit de tous ses avantages, la FMSL n’est rien d’autre qu’une technologie contribuant à cette nouvelle révolution en matière de transport du minerai. D’après M. Pearson, c’est un changement qui aurait dû se produire il y a bien longtemps.

« Le secteur minier est à la traîne depuis si longtemps en termes d’adoption de nouvelles technologies. Aujourd’hui, nous sommes face à la réalité des objectifs de réduction des émissions à l’horizon 2030 et 2050 », rappelait M. Woodhouse. « La chargeuse frontale à pompe à surpression entièrement mobile fait sans aucun doute partie des équipements qui peuvent contribuer à la transition vers une exploitation plus durable et plus efficace. »

[1] Aguayo, I.A.O., Nehring, M., Ullah, G.M.W. Optimising Productivity and Safety of the Open Pit Loading and Haulage System with a Surge Loader. Mining 2021, 1, pp. 167-179. https://doi.org/10.3390/mining1020011