Cours 1. Technologie minière et procédés propres_Introduction.pdf

Technologie minière et procédés propres
ECOLE DES MINES UNIVERSITÉ OFFICIELLE DE BUKAVU (UOB)
HT:15_HP:15_TOT: 30
GMI.
Prof. Dr. Ing., Kalonji Kabambi Alex
Introduction

ECOLE DES MINES UNIVERSITÉ OFFICIELLE DE BUKAVU (UOB) GMI.
Contenu et objectifs du cours :
▪ Faire un survol de l'industrie minière : Exploration, Exploitation, traitement
de minerais et gestion et valorisation des rejets miniers
▪ Présenter les différentes technologies (actuelles ou en développement)
utilisées à chaque étape du cycle de l'industrie minérale
▪ Présenter la tendance actuelle des procédés propres dans l’industrie
minière

Contenu du cours :
▪ Chapitre 1 : Introduction
▪ Chapitre 2 : Principaux défis de l’industrie minière

CHAPITRE I. INTRODUCTION
Organisation du chapitre 1 :
• Croûte terrestre – abondances des éléments chimiques
• Cycle de vie des ressources naturelles
• Cycle de vie d’une mine
• Classification des substances minérales
• Les métaux rares et critiques et stratégiques (MCS)
• Tendance actuelle du secteur minier: Économie circulaire

Terre et la croute terrestre
▪ La croûte terrestre, appelée aussi écorce
terrestre, est la partie superficielle et solide du
matériau dont est faite la Terre
▪ La lithosphère est l'enveloppe rigide de la
surface de la Terre. Elle comprend la croûte
terrestre et une partie du manteau supérieur.

Terre et la croute terrestre
▪ C'est la partie supérieure de la
lithosphère qui constitue les plaques
tectoniques
▪ Substances minérales sont trouvées
dans la lithosphère

Abondance relative des éléments
chimiques dans la croûte terrestre
par rapport au Si (silicium):

Abondance relative des éléments chimiques dans la croûte terrestre
Sur près de 90 éléments présents dans la
croûte terrestre, huit seulement
représentent plus de 98 % de la
composition des roches de la croûte
terrestre : (oxygène 46,6 %, silicium 27,7
%, aluminium 8,1 %, fer 5 %, calcium 3,6
%, sodium 2,8 %, magnésium 2,3 %,
potassium 2,1 %).

Définition : Ressources naturelles
• Ce sont toutes les substances provenant de notre planète nécessaire à la
société humaine, incluant l'air, l'eau, l'énergie et les substances minérales;
• Certaines de ces ressources sont "renouvelables" (comme l'eau, certaines
formes d'énergie (solaire, éolienne, géothermique..) car remplaçables dans un
laps de temps relativement court par des processus naturels;
• D’autres, comme les ressources minérales, objet de ce cours, sont
considérées comme "non-renouvelables" parce qu’elles ne peuvent pas être
remplacées rapidement ou, dans certains cas, pas du tout.

Potentiel, ressources minérales
• Le potentiel correspond aux substances que l’on est susceptible de trouver
au sein de la lithosphère dans un contexte géologique donné.
• Les ressources minérales correspondent à la fraction géologiquement
Identifiée de ce potentiel
Elles permettent de délimiter la zone dans laquelle se situe la substance
recherchée, et de donner une première image quantitative en termes de
volumes et de teneurs.

Définition : Gîte et gisement
• Un gîte est une concentration géologique
d’éléments chimiques.
• Un gisement est un gîte qui a démontré une
économie positive. Un gisement est aussi un gîte
ou une partie de gîte valorisable par une
exploitation. Un gisement comprend
généralement des zones minéralisées et des
zones stériles.

Définition : Réserves minérales – Réserves minières
• La notion des réserves minérales est de nature économique et correspond à la fraction
des ressources exploitable économiquement.
• Cette notion est sujette à fluctuation en fonction de l’évolution du prix de la matière
première et des coûts d’extraction et de traitement, eux‐mêmes dépendant des coûts de
l’énergie et des évolutions technologiques.
• Réserves minières : Portion d’un gisement qui peut être exploitée à profit.
• Les réserves minières peuvent être :
✓ probables;
✓ prouvées

Classification des substances minérales
• Produits énergétiques
• Métaux ferreux
• Métaux de base
• Métaux légers
• Métaux précieux
• Éléments des Terres Rares

Produits énergétiques
• Combustibles fossiles :
✓ Combustibles solides :
charbon, lignite, tourbe;
✓ Pétrole brut;
✓ Gaz naturel brut;
• Minerai d’uranium : énergie
nucléaire
Métaux ferreux
• fer (Fe)
• nickel (Ni)
• manganèse (Mn)
• chrome (Cr)
• molybdène (Mo)
• tungstène (W)
• cobalt (Co)
• vanadium
Métaux de base
• cuivre (Cu)
• zinc (Zn)
• plomb (Pb)
• étain (Sn)
• mercure (Hg)
• antimoine (Sb)

Métaux légers
• aluminium (Al)
• magnésium (Mg)
• titane (Ti),
• béryllium (Be)
• lithium (Li)
Métaux précieux
• or (Au)
• argent (Ag)
• EGP - éléments du
groupe platine
(PGM/PGE) :
✓ platine (Pt)
✓ palladium (Pd),
✓ iridium (Ir)
✓ rhodium (Rh
Éléments de Terres Rares
• Dysprosium
• Europium
• Gallium
• Germanium
• Hafnium
• Indium
• Néodyme
• Praséodym
• Rhénium
• Tellure
• Terbium
• Yttrium
• Et quelques
autres encore…

les minéraux les plus communs dans les principaux
groupes et leurs usages

Matière première minérale
Tout gisement de matière première minérale est par nature “non durable – non renouvelable”,
puisqu’à la différence des ressources biologiques ou des ressources en eau, en permanence
renouvelées par le cycle de l’atmosphère, une mine constitue un gisement fini et donc “épuisable
Des plus pondéreux (et abondants) aux plus chers (et rares) pour une faible masse, on peut
distinguer cinq classes de ressources :
• les matériaux de construction ;
• les minéraux industriels ;
• les ressources minérales métalliques ;
• les ressources minérales fossiles ;
• les pierres précieuses.

MINE - Cycle de vie minier
• Le développement et la mise en valeur
des ressources minérales se déroulent
selon un cycle bien défini.
• Au-delà de l’exploitation à proprement
parler, les autres étapes du processus sont
toutes aussi importantes

• En RDC, l’État accorde des droits miniers en vertu de la Loi sur les mines
(code minier) pour le développement et la mise en valeur des ressources
minérales.
• À cet égard, le gouvernement de la RDC a réalisé une importante réforme de
la Loi sur les mines en 2018
• L’objectif de cette réforme était de bonifier le cadre légal et fiscal existant
afin de «permettre à l’État d’obtenir une juste compensation pour
l’utilisation d’une ressource non renouvelable appartenant au domaine public.»

• Le secteur minier est un secteur particulièrement cyclique, nécessitant des investissements
élevés; tout investisseur tiendra grandement compte de disposer d’un cadre légal et
réglementaire stable et qui permet une grande prévisibilité dans le temps.
• De plus, ces règles doivent être adaptées à toutes les phases d’un projet du fait de
caractéristiques et enjeux qui diffèrent d’une phase à l’autre:
✓ Exploration minière
✓ Mise en valeur et développement du complexe minier
✓ Production minière
✓ Réaménagement et restauration.

• Recherche d’indices minéralisés en surface en
vue de faire la découverte de gisements
miniers;
• La prospection consiste à déterminer la
fertilité d’un environnement géologique
donné;
• Elle peut être effectué par des prospecteurs,
les titulaires des titres miniers, ou par des
compagnies minières
Prospection

• Lorsque la fertilité du terrain a été
déterminé, il s’agit de tenter de trouver si
un potentiel minier existe;
• C’est à cette étape que sont effectués les
premiers forages sur la zone de la future
mine;
• Cette phase culmine par l’établissement de
la première interprétation géologique suivi
par la première estimation du potentiel
minéral.
Exploration

Estimation des ressources : Teneur (grade)
▪ Équivalent en poids des substances
économiques contenues dans le minerai;
▪ Unités : %, g/t, ppm;
▪ Teneur de coupure: Teneur où la valeur
économique contenue dans le minerai
est égale au coût nécessaire pour
l’extraire.

Estimation des ressources : Teneur de coupure et rentabilité économique
▪ Valeur particulière de la teneur, choisie pour sélectionner le minerai;
▪ Elle possède une signification économique: elle constitue à un instant
donné et à un stade de l’exploitation, la limite de l’exploitation économique
du minerai;
▪ Pour que l’exploitation minière soit rentable: teneur moyenne de l’ensemble
du gisement ≥ teneur de rentabilité économique (teneur de coupure).

Estimation des ressources : Qu’est-ce qui fait varier la teneur de coupure?
▪ Le prix des ressources naturelles;
▪ Le taux de change de la devise;
▪ Les paramètres fiscaux;
▪ La récupération minéralurgique;
▪ Les dépenses fixes;
▪ La méthode de minage;
▪ Les coûts d’exploitation et d’usinage;
▪ Les éléments physiques du gisement;
▪ La durée d’exploitation du gisement.

Estimation des ressources : Teneurs de coupure moyennes typiques

Estimation des ressources : Pourquoi dire «Estimation des ressources» et non pas «Calcul
des réserves»?
▪ Les ressources sont en fait une prédiction de la teneur dans l’espace
▪ Il s’agit d’extrapoler à partir d’éléments connus le teneur dans un volume donné;
▪ Le choix et la qualité de l’extrapolation déterminera une partie de la fiabilité de l’estimation;
▪ La majeure partie de la fiabilité de l’estimation réside dans ce qu’on qualifie souvent de flou
: l’interprétation géologique!
▪ Comme nous avons vu précédemment, les réserves ne sont que des ressources
auxquelles une démonstration économique positive a été effectuée.

Estimation des ressources : L’interprétation géologique
▪ Une perception tenace est que plus il y a de géologues ensemble, plus il y aura
d’interprétations différentes!
▪ La raison est que l’interprétation géologique est basée sur des évidences géologiques,
utilisées au travers d’un filtre humain basé sur le jugement et l’expérience du géologue;
▪ Dépendamment de la valeur qu’un géologue assigne à chaque élément, il peut en découler
des interprétations différentes;
▪ Donc, une interprétation géologique sera énormément affectée par l’expérience et le
jugement du géologue.

Méthodes d’estimation des ressources
▪ Il existe 3 grandes classes de
méthodes d’estimation :
▪ Méthodes approximatives :
Utilisées pour obtenir une
estimation rapide.
« SME Mining Engineering Handbook », 1992. Hartman H.L. (Senior Editor). SME,
Littleton, CO, USA. ISBN 0-87335-100-2

▪ Il existe 3 grandes classes de méthodes
d’estimation :
▪ Méthodes géométriques (utilisées à partir d’une
représentation en 2-dimensions (plans ou
sections)):
-Par triangles,
-Par polygones

▪ Il existe 3 grandes classes de méthodes
d’estimation :
▪ Méthodes géostatistiques (utilisées à
partir d’une représentation en 3-
dimensions);
-Estimation par l’inverse de la distance
au carré;
-Estimation par krigeage mathématique

Revenu Net de Fonderie (NSR)
▪ Lorsqu’une opération minière ne vend pas son produit final à un
consommateur, il doit passer par une tierce partie afin de rendre son
produit dans un état consommable
▪ C’est le cas par exemple du cuivre, où les mines produisent un
concentré de cuivre, qui devra être fondu afin d’en extraire le métal
brut;
▪ Ce coût de fonderie vient amputer une partir de la valeur des métaux
incluent dans le concentré. Il faut donc déduire ce coût afin d'obtenir
une valeur de revenu pour l’opération minière;

NSR à la mine – exemple du cuivre

NSR – valeurs usuelles

• C’est la phase critique. A ce moment, nous
n’avons pas d’idée sur la valeur
économique de notre découverte;
• C’est à cette étape que sont évaluées
différentes alternatives sur le minage, la
récupération métallurgique et ainsi de
suite;
• Si les résultats de tous ces travaux donnent
une valeur positive, une décision de mise
en construction pourra être effectuée.
Mise en valeur

• C’est la phase avec laquelle les ingénieurs miniers
sont le plus familier. Il s’agit de la construction à
proprement parler ainsi que de l’exploitation de la
mine;
• C’est à l’aménagement que la majorité de
l’investissement est requis et ce n’est que plus tard,
lors de la production, que l’on pourra rembourser
notre investissement;
• Cette phase est plus ou moins longue,
dépendamment de la grosseur de la mine et de son
rythme de production.
Aménagement et production

• A la fin des opérations, tout doit être démonté et
remis en état afin de se conformer aux directives
légales et ainsi, minimiser l’empreinte
environnementale finale de la mine;
• Dépendant des activités qui ont eu lieu sur le
site, de la décontamination est parfois nécessaire;
• Cette phase a normalement été planifiée au
début de la mine et peut s’être modifiée en cours
de route. Elle s’adapte et profite des
développements récents au niveau des
techniques de restauration.
Fermeture et restauration

• Il est nécessaire pour la compagnie propriétaire
de faire le suivi de son site minier fermé tant et
aussi longtemps que le Ministère des Mines ne la
dégagera pas de ses responsabilités;
• Cette phase peut s’étirer sur de nombreuses
années;
• Il est de la responsabilité des compagnies
minières de veiller à ce que les travaux de
restauration soient durables dans le temps.
Suivi environnemental

DESCRIPTION DES PRINCIPALES PHASES D’UN PROJET MINIER

MINE - ÉCONOMIE CIRCULAIRE- Qu' est-ce que l'économie circulaire?
• Pour assurer à notre société une croissance durable, nous devons utiliser nos ressources de
manière plus intelligente, plus durable.
• Il est évident que le modèle linéaire de croissance économique sur lequel nous nous appuyions
par le passé ne répond plus aux besoins rencontrés aujourd'hui, à l'heure de la mondialisation,
par les sociétés modernes.
• Nous ne pouvons pas construire notre avenir sur un modèle consistant à «prélever-fabriquer-
jeter».
• De nombreuses ressources naturelles étant limitées, nous devons trouver un mode d'utilisation
durable tant sur le plan économique que sur le plan environnemental.
• Il est aussi dans l'intérêt économique des entreprises d'utiliser au mieux leurs ressources.

Cycle de vie des ressources naturelles (sans recyclage)

Cycle de vie des ressources naturelles (avec recyclage – Économie circulaire)

Complexe minier et métallurgique (exemple de minerai de cuivre – KGHM Polska Miedz S.A en
Pologne)
(avec recyclage – Économie
circulaire)

Développement durable de la filière minérale
• On peut le définir comme étant «un développement qui répond aux besoins du présent sans
compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs.
• Le développement durable s’appuie sur une vision à long terme qui prend en compte le
caractère indissociable des dimensions environnementale, sociale et économique des activités
de développement.

Thèmes de développement durable dans le secteur minier

Métaux rares
• Métaux technologiques utilisés
dans les applications vertes;
• Inclus les éléments des Terres
Rares ainsi que plusieurs autres
métaux des catégories
précédentes.

Métaux rares

Métaux rares
La Chine, en situation de
quasi-monopole en assurant
90% de la production de
métaux (terres) rares

Métal critique ou stratégique

8 métaux stratégiques sous risque de pénurie (d’ici 2030)
• Dysprosium (Dy), du néodyme (Nd) et du praséodyme (Pr) utilisés pour fabriquer les
aimants des génératrices éoliennes et des moteurs des véhicules hybrides et
électriques, ainsi que les aimants responsables des vibrations de vos téléphones
intelligents ;
• Europium (Eu), le terbium (Tb) et l'yttrium (Y) qui servent dans les phosphores utilisés
dans les ampoules, tubes fluorescents ou écrans de télévision, ainsi que dans les
écrans couleurs de vos téléphones intelligents; •
• Gallium (Ga) et le tellure (Te) de cadmium utilisés dans la production de cellules
solaires ;
Source: http://www.actu-environnement.com/ae/news/JRC-rapport-metaux-strategiques-terres-rares-europe-penurie-
energie-19901.php4

Importance du secteur minier dans la transition énergétique et numérique
▪ Des minéraux/métaux critique et stratégiques
(MCS) : graphite, lithium, niobium, terres rares, nickel,
cobalt, zinc, cuivre, titane, vanadium, EGP associés à
des secteurs en émergence (voitures électriques
(batteries lithium-ion), panneaux solaires et éoliennes,
innovation et de l’intelligence artificielle)
▪ Sans ces métaux, il ne serait pas possible de réaliser
une transition énergétique efficace.

Potentiel en MCS de la RDC
Le sous-sol congolais regorge d'importantes
réserves de substances minérales
indispensables à la transition écologique
actuelle*
▪ Cobalt (62% des réserves mondiales),
▪ Cuivre (10% des réserves mondiales),
▪ Colombo Tantalite (Coltan),
▪ Germanium, Lithum, Nickel, Graphite,
Aluminium, et bien d'autres.
Source BGR, 2021
*https://medd.gouv.cd/

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