Code de pratiques écologiques pour les mines de métaux : chapitre 2


2. Activités menées au cours du cycle de vie d'une mine

Le présent document décrit le cycle de vie d'une mine en fonction des étapes ou des phases suivantes. La figure 2.1 illustre ces phases et les principales activités qui leur sont associées lesquelles sont :

  • la phase d'exploration et d'étude de faisabilité,
  • la phase de planification et de construction,
  • la phase d'exploitation de la mine,
  • la phase de fermeture de la mine.

Figure 2.1 : Activités du cycle de vie d'une mine

Figure 2.1 : Activités du cycle de vie d'une mine

La figure 2.1 illustre les principales activités du cycle de vie d'une mine en fonction des phases suivantes. Tout d'abord il y a la phase d'exploitation et d'étude de faisabilité dont les activités suivantes y sont associées: la reconnaissance, la localisation des anomalies minérales, la découverte, l'échantillonnage et la décision quant à la faisabilité économique du projet minier. La deuxième phase est celle de la planification et de la construction. La planification inclut celles de la mine, des enjeux sociaux et environnementaux, de la fermeture et de l'obtention des différents permis environnementaux et autres. La construction est principalement reliée aux activités de défrichage, de décapage, d'excavation à l'aide d'explosif et d'infrastructure. La troisième phase est celle de l'exploitation qui inclut les activités de concassage, de broyage, de concentration du minerai, de gestion des stériles, des résidus et des eaux usées ainsi que la restauration progressive du site. La dernière phase est celle de la fermeture qui comprend les activités de restauration et de remise en état du site, d'entretien et de suivi environnemental.

La présente section donne un bref aperçu des activités qui se déroulent à chaque phase du cycle de vie d'une mine. Nous verrons à la section 3 les préoccupations environnementales qui leur sont associées.

2.1 Exploration et étude de faisabilité

Exploration préliminaire

Le but de l'exploration préliminaire est de localiser et d'évaluer les zones minéralisées afin de déterminer s'il est opportun d'entreprendre une exploration plus intensive. Voici quelques méthodes employées à cette fin :

  • Les levés géophysiques : Il existe différentes techniques de levé géophysique, dont les techniques magnétiques, électromagnétiques, électriques, radiométriques et gravitationnelles pratiquées du haut des airs ou au sol. Ces levés fournissent des renseignements sur les cibles d'exploration terrestre potentielles.
  • L'exploration et la cartographie géologique : Ces méthodes consistent à cartographier les cibles déterminées par levé géologique aérien, à en prélever des échantillons et à dresser des cartes à l'échelle régionale et des cartes plus détaillées des secteurs particulièrement intéressants. Elles visent à permettre une évaluation préliminaire du potentiel de minéralisation d'un secteur relativement étendu.
  • Les levés géochimiques : On peut prélever des échantillons de toute une gamme de matériaux, mais on privilégie le plus souvent les roches et le sol. Les échantillons font l'objet d'analyses chimiques visant à détecter la présence de métaux d'intérêt. Les résultats des analyses sont compilés et comparés aux résultats obtenus par d'autres méthodes d'exploration.
  • Le forage au diamant : Au moyen de forages au diamant, on récupère une carotte de roche; à l'aide des carottes extraites de plusieurs trous, les géologues construisent une image tridimensionnelle de la géologie locale. Des échantillons de carottes sont en outre soumis à une analyse chimique.
  • L'excavation de tranchées : On peut creuser des tranchées ou enlever la végétation et le sol qui recouvrent les affleurements pour cartographier les formations géologiques sub-superficielles ou pour faire un échantillonnage en vrac dans les endroits où on a des chances de trouver du minerai ou d'autres unités géologiques très près de la surface.

Exploration avancée

Dans les secteurs où l'exploration préliminaire donne des résultats positifs, on peut entreprendre une exploration avancée. L'exploration avancée vise d'abord et avant tout à déterminer le volume et la qualité de l'éventuel minerai, la géométrie du gisement et les méthodes d'extraction et de traitement les plus appropriées. À cette étape, il est essentiel d'établir un chantier souterrain ou à ciel ouvert à petite échelle afin de recueillir les renseignements nécessaires pour prendre des décisions quant à la poursuite de la mise en valeur du site. Dans le cadre de l'exploration avancée, l'échantillonnage en vrac nécessite le prélèvement de grandes quantités de roches. On en tire de précieux renseignements sur la qualité, la minéralogie et la géochimie de la roche. Parallèlement à l'échantillonnage en vrac, on procède couramment à de multiples forage au diamant, dont on utilise les résultats pour mieux connaître la géométrie du gisement minéral, de même que le volume, les caractéristiques et la délimitation de la zone minéralisée.

Si le volume et la qualité du minerai potentiellement présent sont suffisants pour justifier une étude de faisabilité, les données tirées de l'exploration avancée serviront à la planification préliminaire, à la conception de la transformation du minerai et à l'estimation des coûts de développement et d'exploitation de la mine.

Étude de faisabilité

Les gisements minéraux dont l'exploration avancée justifie la poursuite de l'évaluation font l'objet d'une procédure rigoureuse visant à déterminer la faisabilité de la mise en valeur à cet endroit. Cette procédure comporte l'évaluation de la faisabilité du projet envisagé sur les plans technique, juridique et économique, y compris l'estimation des réserves minérales et du rendement du capital investi. Les réserves minérales sont estimées à partir des résultats de l'exploration avancée. Les méthodes d'extraction sont déterminées en fonction de la sécurité, de critères économiques, des aspects pratiques et de considérations environnementales.

Les cibles d'exploration minérale dont la viabilité a été prouvée et pour lesquelles on obtient le financement et les permis nécessaires seront finalement exploitées. Lorsqu'on décide d'entreprendre la production à un endroit, il faut terminer les plans du site et les études techniques préparatoires à la construction de la mine.

2.2 Planification et construction

Planification

Durant la phase de planification qui, en pratique, peut chevaucher celle de l'étude de faisabilité, il faut planifier en détail tous les aspects de la mine, y compris les aspects liés aux procédés d'extraction et de séparation du minerai, les besoins en infrastructure, les calendriers de construction et de mise en service des installations et tout ce qui est associé aux aspects environnementaux de l'exploitation.

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 connexes 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. En voici une brève description.

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. En général, si la qualité de mort-terrain permet de le réutiliser pour la remise en état du site, on le met en réserve à cette fin.

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 incure 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 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 eaux usées et 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. 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 et 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.

2.3 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 dues à l'évolution des conditions du marché. La phase d'exploitation de la mine comprend aussi bien l'extraction et le traitement du minerai que les activités connexes.

La figure 2.2 illustre les principales activités de la phase d'exploitation d'une mine.

Figure 2.2 : Activités habituelles de la phase d'exploitation d'une mine

L'organigramme de la figure 2.2 montre l'interrelation entre les cinq principales étapes que comporte la phase d'exploitation d'une mine. Ces étapes, indiquées de manière séquentielle dans le temps, sont l'extraction, le concassage, le broyage, la séparation du minerai et l'égouttage du concentré. Lors de l'extraction, il y a production de stériles qui sont acheminés vers les haldes de stériles et d'eaux usées en provenance de l'exploitation minière et des haldes de stériles. De l'eau et des réactifs sont ajoutés aux étapes de broyage et de séparation du minerai. Des résidus miniers sont produits à la suite de la séparation du minerai. Ces derniers sont acheminés vers les installations de gestion des résidus. L'eau est recyclée entre les étapes de broyage, de séparation du minerai et d'égouttage du concentré ainsi que de l'installation de gestion de résidus. Le produit final est le concentré lequel est envoyé pour traitement additionnel.


2.3.1 Extraction du minerai

Mines à ciel ouvert

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. Le choix des méthodes d'extraction à ciel ouvert ou souterraines dépend aussi d'autres facteurs, parmi lesquels la teneur en minerai, la géométrie du gisement, certaines autres caractéristiques physiques et des caractéristiques du site telles que la topographie. Les mines à ciel ouvert sont généralement beaucoup plus étendues que profondes, ce qui assure une bonne stabilité aux parois latérales (voir la figure 2.3). Le coefficient de recouvrement (le rapport entre le volume de stériles et le volume de minerai), extrêmement variable durant le cycle de vie d'une mine à ciel ouvert, dépend de la géométrie de la zone minéralisée, de la teneur en minerai, de la stabilité des talus, de la géologie du site et des variations du prix des métaux.

Figure 2.3 : Coupe transversale d'une mine à ciel ouvert type

La figure 2.3 montre une coupe transversale typique d'une mine à ciel ouvert. On y voit l'importante zone minéralisée située sous la surface du sol laquelle est entourée par la roche stérile. On y voit la pente finale des murs de la fosse faite à même les talus dans roche stérile. Ces talus, appelés bancs, servent de route de transport. La roche avoisinante qui n'est pas enlevée, est appelée roche hôte intacte.


Mines souterraines

Dans les mines souterraines, on extrait le minerai par une succession de puits et de rampes d'accès verticaux et de galeries horizontales (voir la figure 2.4). On y pratique une extraction plus sélective comparativement aux mines à ciel ouvert, et le rapport entre le volume de stériles et le volume de minerai extrait y est beaucoup moins élevé. 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.

Figure 2.4 : Coupe transversale d'une mine souterraine type

Figure 2.4 : Coupe transversale d'une mine souterraine type

La figure 2.4 montre une coupe transversale typique d'une mine souterraine. Les fondations du chevalement du puits principal reposent sur les morts-terrains et ce dernier abrite le skip qui sert de monte-charge. Le fond du puits sert de puisard. À différentes profondeurs de la mine, des galeries horizontales sont creusées afin d'atteindre la zone minéralisée ou les chantiers. Des rampes d'accès sont utilisées pour atteindre les différents niveaux. Le minerai est envoyé au concasseur souterrain pour y être concassé et stocké dans la trémie à minerai. Des galeries d'exploration sont creusées pour échantillonner, à l'aide de forages au diamant, les zones plus en profondeur. Un puits de ventilation conduisant à la surface permet l'apport d'air frais.


2.3.2 Traitement du minerai

Le minerai extrait de la mine subit ensuite un traitement qui permet d'en récupérer les minéraux de valeur. Normalement, le minerai renferme de petites quantités de minéraux utiles imbriqués dans des quantités beaucoup plus grandes de résidus minéraux sans valeur économique (gangue). La préparation du minerai consiste à séparer (ou libérer) les minéraux utiles de la gangue. Parmi les principales étapes du traitement du minerai, mentionnons le concassage et le broyage, la séparation chimique ou physique et l'égouttage.

Concassage et broyage

Le concassage et le broyage du minerai visent à libérer physiquement les minéraux utiles avant de les séparer des résidus par des procédés physiques et chimiques. Le concassage, effectué à sec, sert à réduire le minerai en particules grossières. Le broyage, réalisé pour obtenir des particules plus fines, se fait en milieu humide, parfois avec l'ajout de substances chimiques comme la chaux, le carbonate de sodium, le cyanure de sodium et le dioxyde de soufre dans le circuit de broyage, en vue de la séparation du minerai. Le minerai doit être broyé assez finement pour libérer le minéral métallifère de la gangue, sinon les méthodes de séparation subséquentes perdent de leur efficacité.

Séparation du minerai

La séparation du minerai fait intervenir des procédés physiques ou chimiques. Le produit final de la séparation est un concentré de minerai. Après la séparation, certains concentrés subissent d'autres traitements, comme la fusion, qui produisent des métaux purs prêts à la vente.

La séparation du minerai engendre des sous-produits, appelés résidus miniers, composés d'un mélange d'eau et de roche finement broyée dont la majeure partie des minéraux utiles ont été extraits. Les résidus miniers renferment parfois des minéraux métallifères ou des résidus des réactifs employés dans le traitement du minerai.

Procédés de séparation physique : Les procédés de séparation physique exploitent les différences entre les propriétés physiques ou le comportement des diverses particules de minéraux, par exemple la taille, la densité et l'énergie superficielle. L'ensemble du minerai ne subit aucune transformation chimique, mais on utilise parfois des réactifs chimiques pour faciliter le procédé de séparation. Voici quelques procédés de séparation physique courants :

  • La séparation par gravité : On peut séparer les minéraux en exploitant leurs différentes densités. on le fait surtout pour le minerai de fer et l'or, mais aussi pour le tungstène, le tantale et le niobium. La séparation par gravité peut en outre servir à préconcentrer les minéraux métallifères avant leur traitement ultérieur. En général, elle requiert une quantité de réactifs moindre que certaines autres méthodes de séparation du minerai.
  • La séparation magnétique : On peut séparer les minéraux en exploitant leurs différentes susceptibilités magnétiques. Au Canada, la séparation magnétique est utilisée pour séparer le minerai de fer des résidus minéraux, extraire la magnétite (oxyde de fer) et la pyrrhotite (sulfure de fer) de minerais de métaux communs avant la flottation et récupérer la magnétite dans les concentrés de cuivre. Tout comme la séparation par gravité, la séparation magnétique requiert en général une quantité de réactifs moindre que certaines autres méthodes de séparation.
  • La séparation par flottation : On utilise la flottation pour séparer une grande variété de minéraux en fonction des différentes propriétés superficielles des minéraux en contact avec l'air et l'eau. Il s'agit du procédé le plus souvent employé pour récupérer les minerais de métaux communs bien qu'il soit aussi utilisé dans les opérations de procédés pour l'uranium et l'or. Pour séparer les minéraux par flottation, on introduit de fines bulles d'air dans un mélange de minerai broyé et d'eau, appelé pulpe. Dans cette pulpe, les particules minérales entrent en collision avec les bulles d'air; celles qui privilégient le contact avec l'air se fixent aux bulles et flottent jusqu'à la surface du bac de flottation. Au fur et à mesure que les bulles d'air s'accumulent à la surface, une mousse se forme et finit par déborder : c'est le concentré de flottation. Les minéraux qui privilégient le contact avec l'eau demeurent dans la pulpe et deviennent les résidus de flottation. Un certain nombre de réactifs chimiques sont utilisés pour faciliter ce procédé.

Procédés de séparation chimique : La séparation chimique se fait par lixiviation d'un ou de plusieurs minéraux, en particulier pour récupérer l'or, l'argent, l'uranium et, dans certains cas, le cuivre. Pour séparer les minéraux, on utilise divers procédés chimiques, dont les suivants :

  • La lixiviation au cyanure : La lixiviation au cyanure constitue la principale méthode employée pour récupérer l'or et l'argent. Pour dissoudre le métal, on emploie une solution diluée de calcium ou de cyanure de sodium. Après la lixiviation, on récupère les métaux dans la solution par absorption directe à partir de la pulpe de lixiviation, au moyen de granules de charbon activé ou par l'ajout de poussière de zinc à la solution, ce qui entraîne la précipitation des métaux précieux dans la solution.
  • La lixiviation à l'acide sulfurique : Le traitement du minerai d'uranium se fait à l'aide d'acide sulfurique qui est utilisé pour dissoudre l'uranium. L'uranium est ensuite extrait de la solution par échange d'ions ou par solvants, ce qui entraîne l'adsorption de l'uranium par une résine ou un solvant organique. Enfin, l'uranium est retiré de la résine ou du solvant. Dans certains cas, l'acide sulfurique peut aussi servir à la lixiviation du minerai de cuivre.

2.3.3 Égouttage

La plupart des procédés de séparation physique des minéraux produisent des concentrés de minerai sous forme de pulpe à forte teneur en eau, qu'il faut égoutter avant tout autre traitement. L'égouttage nécessite deux procédés : l'épaississement et la filtration. Pour épaissir la pulpe, on utilise la sédimentation par gravité. Une fois décanté, l'excédent d'eau peut être recyclé dans les procédés de broyage. La pulpe épaissie passe ensuite à travers un filtre à vide qui capte les particules. L'eau restante est en grande partie retirée.

2.4 Fermeture de la mine

Une mine doit être fermée lorsqu'on en a complètement épuisé les réserves de minerai ou lorsqu'il n'est plus rentable d'extraire les minéraux qui restent. Dans certains cas, on peut fermer une mine temporairement et la mettre en mode de « surveillance et entretien », aussi appelé suspension temporaire. C'est souvent ce qu'on fait en période de chute des prix des matières premières, dans l'espoir qu'un futur redressement de la situation permettra de rentabiliser la poursuite de l'exploitation commerciale. Au bout du compte, on finit par épuiser les réserves de minerai et on doit fermer définitivement la mine.

Comme une grande partie des travaux réalisés sur les sites miniers durant la phase de fermeture concerne la protection de l'environnement et la remise en état du site, cette phase sera abordée plus en détail à la section 3.

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