Réinventer la chaîne de valeur minérale : la science au service d’une exploitation minière responsable

L’Axe 3 du Centre de recherche E4m de l’Université Laval, dirigé par le professeur Claude Bazin, se consacre au développement et à l’optimisation de procédés minéralurgiques plus écoresponsables qui couvrent l’ensemble de la chaîne de valeur, de l’extraction primaire au recyclage et à l'économie circulaire.

La recherche s’articule autour de quatre grands thèmes complémentaires :

- Fragmentation : Modélisation et optimisation énergétique du concassage et du broyage (notamment les technologies HPGR) pour réduire radicalement la consommation électrique des sites miniers.

- Enrichissement : Séparation physique, physico-chimique (flottation) et hydrométallurgique visant à maximiser la récupération des minéraux d’intérêt (or, lithium, terres rares, cobalt) tout en valorisant les rejets et le recyclage.

- Optimisation : Utilisation de la simulation moléculaire computationnelle (DFT), de jumeaux numériques et d’algorithmes de commande prédictive pour stabiliser et optimiser le rendement des usines en temps réel.

- Intensification et boucle chimique : Transition vers des procédés à faible empreinte carbone par l’intégration de la biomasse forestière pour remplacer les réactifs fossiles et le développement de procédés hybrides combinant captage et minéralisation du CO₂.

Pour valider leurs innovations, les chercheurs de l’Axe 3 s'appuient sur des infrastructures de pointe, comme le Laboratoire d’optimisation des opérations de procédés (LOOP) et le Laboratoire de vision (LVSN). Ils collaborent étroitement avec d'importants partenaires industriels (Agnico Eagle, Rio Tinto, Glencore, COREM) et gouvernementaux afin d'accélérer le transfert technologique et d’assurer la souveraineté en minéraux critiques.

Cette présentation illustre comment la recherche universitaire peut contribuer à améliorer l’efficacité de l’exploration minérale à différentes échelles. Le premier exemple porte sur la péninsule gaspésienne, où nos travaux récents à l’échelle régionale ont mis en évidence l’existence de deux cycles métallogéniques distincts, formés sur une période d’environ 30 Ma. Ces cycles sont associés à des intrusions présentant des signatures géochimiques différentes et qui montrent des potentiels contrastés pour des minéralisations cuprifères de type porphyre et skarn.

Le second exemple concerne la région de Val-d’Or et souligne les avancées récentes de notre groupe de recherche touchant l’utilisation de la composition chimique des minéraux d’altération comme outil de vectorisation des gisements d’or de type orogénique. Ces travaux démontrent comment la recherche universitaire peut générer des outils concrets pour orienter et optimiser les efforts d’exploration minérale.

Dans le but de pallier les besoins énergétiques dans un objectif de réduction des émissions de carbone, des technologies renouvelables, par exemple les véhicules électriques, doivent être davantage développées afin de limiter l’utilisation des combustibles fossiles. Toutefois, ces technologies nécessitent des métaux rares qui ne sont actuellement pas extraits en quantité suffisante. La demande de Ni et de Co augmente considérablement en raison de leur emploi dans les batteries rechargeables pour les véhicules électriques et autres appareils électroniques. À l’échelle mondiale, les gisements de sulfures magmatiques constituent la principale source de Ni, de Co et d’EGP de haute qualité. Le Québec abrite plusieurs gisements magmatiques de Ni-Cu-Co-EGP, notamment ceux du district de classe mondiale de Raglan (100 Mt), situé dans la ceinture du Cap Smith qui s’étend sur une distance 360 km dans le Grand Nord du Québec (Nunavik). Cette ceinture contient également la mine Expo et possède un énorme potentiel pour d’autres ressources. La découverte de ressources minérales nécessite une compréhension approfondie des processus géologiques, physiques et chimiques qui ont mené à leur concentration à des teneurs suffisantes pour les rendre exploitables. Grâce à un financement octroyé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada-Mission Alliance et le support logistique du MRNF et de la Mine Raglan, un programme de recherche a été mis sur pied dans le but de mieux comprendre les processus géologiques contrôlant la concentration du nickel, du cuivre et du cobalt à haute teneur dans les gisements de sulfures magmatiques. Ces métaux demeurent difficiles à repérer, puisqu’il faut connaître à quel endroit et à quel moment l’assimilation des roches sédimentaires riches en sulfures (à l’origine de la formation du minerai par la saturation en sulfures) s’est produite dans la croûte terrestre. Cette présentation fera un survol des travaux de recherche dans la région entre 2021 et 2026.

L’Axe 2 du Centre de recherche E4m de l’Université Laval se consacre à l’ingénierie, la conception et l’optimisation des ouvrages miniers. En s’appuyant sur une expertise de pointe en mécanique des roches, en géotechnique minière et en ingénierie nordique, ces travaux visent à développer des infrastructures performantes, sécuritaires et adaptées aux réalités environnementales.

La recherche s’articule autour de deux grands thèmes, déclinés en quatre champs d’action :

Géomécanique minière (Thème 1) : caractérisation, modélisation et optimisation des excavations et des ouvrages miniers.

Infrastructures et gestion des résidus (Thème 2) : conception, suivi et opération des infrastructures de gestion des rejets miniers.

Réseaux de transport minier : géotechnique routière appliquée (routes non revêtues, transport hors route, aéroports) pour allier efficacité logistique et réduction de l’empreinte environnementale.

Ingénierie nordique et pergélisol : adaptation géotechnique des infrastructures aux défis climatiques pour assurer le développement durable des projets miniers en milieu nordique.

Les chercheurs de l’Axe 2 collaborent étroitement avec l’industrie minière, les firmes d’ingénierie et les communautés pour garantir le déploiement de projets robustes.

L’exploitation des ressources minérales est essentielle à la transition énergétique et au développement économique, mais elle doit s’inscrire dans une perspective de durabilité environnementale et sociale. Cette présentation mettra en lumière l’axe 4 du Centre de recherche sur la géologie et l’ingénierie des ressources minérales (E4m), consacré au développement environnemental responsable des ressources minérales. Cet axe rassemble une équipe multidisciplinaire de chercheurs travaillant à la conception de solutions innovantes visant à réduire l’empreinte environnementale des activités minières tout au long du cycle de vie des exploitations.

Les activités de recherche de cet axe couvrent un large éventail d’enjeux liés à la gestion durable des ressources minérales, à la compréhension des systèmes naturels et industriels, ainsi qu’à la réduction des impacts environnementaux associés aux activités extractives. Elles s’appuient sur des approches intégrées combinant caractérisation, modélisation, développement technologique et valorisation des ressources. Les travaux réalisés visent également à soutenir la transition vers des procédés plus sobres en carbone, à favoriser l’économie circulaire et à renforcer la résilience des territoires face aux défis environnementaux actuels et futurs. Quelques réalisations et projets récents seront présentés afin d’illustrer concrètement la diversité des expertises mobilisées et les retombées des recherches menées au sein de l’axe.

En combinant expertise scientifique, innovation technologique et approche intégrée de la gestion environnementale, l’axe 4 d’E4m contribue au développement de pratiques minières plus responsables et à l’atteinte des objectifs de décarbonation et de développement durable.