Présentation

Les activités minières à bande ont longtemps compté sur les camions à moteur diesel, les pelles et les chargeurs pour déplacer des volumes considérables de surcharge et de minerai. Les machines à moteur diesel offrent une forte densité d'énergie, une disponibilité en carburant dans des endroits éloignés et un bilan opérationnel prouvé. Toutefois, l'industrie minière est confrontée à des pressions croissantes pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, se conformer à des normes de qualité de l'air plus strictes et à des coûts d'exploitation plus faibles dans un contexte de prix volatils du carburant.

Considérations économiques

L'argument économique pour remplacer le matériel diesel par des solutions de remplacement électriques repose sur un compromis entre un investissement initial plus élevé et des coûts d'exploitation à long terme plus faibles. Un modèle complet du coût total de possession (TCO) doit tenir compte du prix d'achat, des améliorations apportées à l'infrastructure, de la consommation d'énergie, de l'entretien et de la longévité du matériel.

Investissement initial

Un camion de transport électrique de batteries, par exemple, peut coûter de 4 à 6 millions de dollars, comparativement à 3 à 4 millions de dollars pour une version diesel de la même capacité. Cette prime reflète le coût des gros ensembles de batteries, des systèmes d'entraînement électrique et de l'électronique de pointe. De plus, l'infrastructure de recharge nécessaire pour soutenir une flotte de machines électriques représente une dépense en capital importante. Les stations de recharge, transformateurs et améliorations de raccordement au réseau de haute puissance peuvent ajouter des millions de dollars au coût initial.

Coûts opérationnels

Les coûts de fonctionnement du matériel électrique sont généralement inférieurs à ceux du carburant dans plusieurs catégories.Les coûts du carburant sont la différence la plus évidente : les prix de l'électricité par kilowatt-heure sont généralement de 30 à 50 % moins chers que ceux du diesel en fonction de l'emplacement et du réseau. Pour un grand camion de transport consommant 100 000 gallons de diesel par année, le passage à l'électricité peut économiser 200 000 $ à 400 000 $ par année en carburant seul. Les coûts d'entretien diminuent également de façon spectaculaire. Les groupes motopropulseurs électriques ont beaucoup moins de pièces mobiles que les moteurs diesel – aucun changement de carburant, aucun filtre à carburant, aucun système de traitement aval des gaz d'échappement.

Coût total de la propriété

Une analyse de l'OCT qui intègre ces facteurs montre que les équipements électriques peuvent se briser même en 3 à 6 ans pour de nombreuses opérations minières à bandes, en supposant des taux d'utilisation modérés.Les sites où les routes de transport en amont sont longues et bénéficient le plus de la récupération d'énergie de freinage régénératif.Les opérations à plate-forme ou en descente peuvent voir une période de récupération plus longue, car les économies d'énergie sont plus faibles.Une étude de de L'Agence internationale de l'énergie a estimé que les camions de transport électrique à batterie dans les mines à ciel ouvert pourraient réduire le coût total du cycle de vie de 10 à 25 p. 100 par rapport au diesel, les économies les plus importantes dans les régions où les prix de l'électricité sont bas et les coûts élevés du diesel.

Incitations et financement

Aux États-Unis, la loi sur la réduction de l'inflation prévoit des crédits d'impôt pour certains véhicules à émissions nulles et des infrastructures de tarification, applicables aux opérations minières dans des conditions précises.Le département américain de l'énergie peut réduire les coûts initiaux jusqu'à 30 % pour les équipements admissibles.Des programmes similaires existent au Canada, en Australie et en Europe, souvent liés à des objectifs de réduction des émissions.Au-delà des crédits d'impôt, des taxes sur le carbone et des systèmes de plafonnement et d'échange, le diesel devient plus coûteux, ce qui accroît le déficit de coûts en faveur de l'électricité.

Avantages pour l'environnement et la santé

Les entreprises minières qui privilégient la durabilité bénéficient également d'un avantage concurrentiel en obtenant des permis et en maintenant une licence sociale pour fonctionner.

Réductions des émissions

Un seul grand camion de transport de gazole peut émettre 200 à 300 tonnes de CO2 par année, ainsi que des oxydes d'azote (NOx), des particules (PM) et des oxydes de soufre (SOx). Le remplacement d'un parc de 20 camions par des solutions électriques élimine environ 5 000 tonnes de CO2 annuelles, ce qui équivaut à retirer 1 000 voitures de tourisme de la route. Lorsque l'électricité utilisée pour charger le matériel provient de sources renouvelables, la réduction des émissions est de près de 100 % sur une base de cycle de vie. Même en utilisant un mélange de grilles avec des combustibles fossiles, le matériel électrique est généralement de 30 à 50 % moins riche en carbone que le diesel en raison de l'efficacité plus élevée des moteurs électriques (85 à 95 % contre 30 à 40 % pour les moteurs diesel).

Conformité réglementaire

Le gouvernement fédéral du Canada met en place des mandats de véhicules à émissions nulles pour les équipements hors route. L'Union européenne (UE) et le mécanisme d'ajustement à la frontière du carbone qui sera mis en place à l'avenir pénalisent indirectement l'utilisation du carburant diesel dans l'industrie minière. L'équipement électrique offre une voie claire vers la conformité sans avoir besoin de systèmes coûteux de traitement aval des gaz d'échappement (filtres à particules diesel, réduction catalytique sélective).Dans de nombreux pays, les sociétés minières qui électrifient volontairement avant l'adoption de la réglementation peuvent négocier des conditions plus longues ou des délais d'approbation plus rapides.

Santé et sécurité des travailleurs

Les travailleurs miniers à bande sont exposés à des concentrations élevées de particules, de NOx et d'hydrocarbures non brûlés, en particulier dans les fosses où la ventilation naturelle est faible. La réduction ou l'élimination de ces émissions réduit considérablement le risque de cancer du poumon, de maladie pulmonaire obstructive chronique et de maladie cardiovasculaire. L'amélioration de la qualité de l'air réduit également l'absentéisme et augmente la productivité. L'absence de bruit et de vibrations des machines électriques contribue à un environnement de travail plus sûr en permettant aux travailleurs d'entendre les signaux d'avertissement et de communiquer plus efficacement.

Défis techniques et infrastructure

Malgré les avantages indéniables, la transition vers l'équipement électrique crée des obstacles techniques considérables. L'environnement minier – éloigné, poussiéreux, chaud et soumis à des charges extrêmes – impose des exigences sur les batteries et les systèmes de recharge qui diffèrent des applications routières. Une planification minutieuse est nécessaire pour éviter les temps d'arrêt et assurer la fiabilité.

Infrastructures de recharge

Les installations d'extraction à bandes couvrent généralement des centaines d'acres, et l'équipement se déplace dynamiquement entre les tailles de chargement, les décharges et les stocks. Les bornes de recharge fixes peuvent créer des goulots d'étranglement si l'équipement doit parcourir de longues distances pour se recharger. La recharge rapide en courant continu de grande puissance (1 MW ou plus) est nécessaire pour répondre aux cycles de production, mais ces chargeurs nécessitent des connexions importantes au réseau. L'installation d'une borne de recharge à mégawatts peut coûter entre 500 000 et 1 million de dollars par unité, y compris les transformateurs, les commutateurs et la préparation du site.

Capacité d'alimentation électrique et de réseau

Même si l'on peut installer une infrastructure de recharge, les besoins en énergie d'une mine entièrement électrique sont immenses. Une flotte de 20 camions-batteries électriques, chacun tirant 1 MW pendant la recharge rapide, pourrait nécessiter 20 MW d'énergie instantanée, équivalent à une petite ville. De nombreux sites miniers sont loin d'être des connexions robustes au réseau. Il peut être nécessaire de moderniser le réseau ou de construire une production dédiée (solaire, éolienne, gaz naturel).

Technologie et performance de la batterie

Les batteries au lithium-ion actuelles offrent une densité d'énergie de 150 à 250 Wh/kg, adaptée à de nombreuses applications minières, mais bien inférieure à la densité d'énergie du diesel (12 000 Wh/kg sur une base chimique), ce qui signifie que les batteries sont volumineuses et lourdes. Un pack de batterie de 300 kWh pour un camion de transport peut peser de 2 à 3 tonnes, réduisant ainsi la capacité de charge utile. Cependant, le poids de la batterie peut être partiellement compensé par une réduction du poids du carburant (un réservoir diesel complet pour un grand camion pèse plusieurs tonnes).

Adaptations opérationnelles

Le chargement dure 30 minutes à 2 heures selon le niveau de puissance et la capacité de la batterie, nécessitant une coordination étroite avec les changements de changement de poste et les pauses-repas. Les opérateurs ont besoin d'une formation sur le freinage régénératif, le contrôle de l'état de charge et l'éviter les décharges profondes. Les services publics et la disponibilité doivent être suivis différemment de la consommation de carburant. Les entreprises minières peuvent devoir ajuster les gradients de transport pour optimiser la récupération d'énergie ou installer des bermes supplémentaires où des câbles d'attache sont utilisés pour les pelles électriques.

Études de cas et exemples industriels

Au Canada, la mine de potasse Jansen prévoit utiliser des camions de transport souterrains tout électriques, mais des principes similaires s'appliquent aux opérations de surface. En Australie, Fortescue Metals Group a testé un camion de transport électrique de batterie à sa mine de minerai de fer de Christmas Creek, déclarant des coûts d'exploitation de 15 à 20 pour cent plus faibles par tonne déplacée que le diesel. La société convertit maintenant toute sa flotte en électricité ou en piles à combustible à hydrogène d'ici 2030. Aux États-Unis, une importante mine de cuivre en Arizona pilote une flotte de pelles électriques et de camions de transport financés en partie par une subvention du ministère de l'Énergie.

Conclusion

Le remplacement de l'équipement diesel par des solutions électriques de remplacement dans l'exploitation des mines à bandes offre des avantages économiques, environnementaux et de sécurité importants. L'équipement électrique réduit généralement les coûts de carburant et d'entretien, réduit les émissions de gaz à effet de serre à près de zéro et améliore la santé des travailleurs en éliminant l'exposition aux gaz d'échappement du diesel. Toutefois, ces avantages sont essentiels pour les investissements initiaux dans l'équipement et l'infrastructure de recharge, ainsi que les défis techniques liés à l'alimentation électrique, à la performance des batteries et à l'adaptation opérationnelle.