Résultats du Programme de recherche MRNF-FRQ sur le développement durable du secteur minier

L’objectif général de ce projet de recherche était de développer une méthodologie globale, pratique et intégrée pour la conception, l’optimisation et l’analyse de la performance des BFA (bench face angle) et des IRA (inter-ramp angle) dans le contexte de mines à ciel ouvert par l’utilisation des données LiDAR. Ces travaux devraient permettre d’améliorer la sécurité des travailleurs et de maximiser le profit des opérations tout en assurant la formation du personnel hautement qualifié (PHQ) nécessaire pour l’industrie.

L’exploitation minière souterraine atteint aujourd’hui des profondeurs sans précédent afin de répondre à la crise mondiale de l’approvisionnement en minéraux du XXIᵉ siècle. Cette évolution expose les mineurs à des conditions environnementales extrêmement hostiles, caractérisées par des températures et une humidité élevée qui compromettent leur santé et leur sécurité. De plus, l’excavation de puits profonds et de longues galeries accroît les risques d’effondrement, d’incendie, d’explosion et de dégradation de la qualité de l’air en raison de la présence d’agents nocifs et toxiques. Dans un tel contexte, les opérations de sauvetage deviennent très risquées sans une détection précise et fiable des paramètres de l’environnement. Le développement de technologies avancées pour améliorer la sécurité, notamment celles liées à la surveillance et à la détection, s’impose donc comme une priorité.

Parmi les approches émergentes, les réseaux corporels sans fil (Wireless Body Area Networks — WBAN) suscitent un intérêt croissant. Ces réseaux reposent sur des capteurs et des actuateurs placés sur ou à proximité du corps humain, permettant la collecte et la transmission en temps réel des données vitales et environnementales. Dans un contexte minier, les WBAN peuvent localiser les travailleurs en cas d’urgence et transmettre des informations telles que la fréquence cardiaque, la température ambiante ou les concentrations de gaz toxiques vers un centre de commande en surface. Cependant, ces réseaux génèrent un volume important de données nécessitant des technologies de communication performantes. L’intégration des réseaux 5G représente une solution adaptée aux exigences de fiabilité et de rapidité dans les mines profondes. Ce projet vise ainsi à concevoir une nouvelle génération d’antennes portables intelligentes optimisées pour les WBAN, afin d’améliorer la sécurité, l’efficacité et la rentabilité des opérations minières.

Le graphite occupe une place centrale dans le plan québécois pour la valorisation des minéraux critiques et stratégiques 2020-2025. La fabrication des batteries pour stocker les énergies propres repose en effet sur ce matériau qui entre dans la composition des anodes. C’est dans ce contexte que Nouveau Monde Graphite (NMG) développe le projet minier Matawinie qui devrait bientôt entrer en production.

NMG a pu mettre au point un procédé économiquement viable à partir d’essais de laboratoire et en usine de démonstration. La variabilité géométallurgique entraîne toutefois un risque considérable pour un projet de ce type. L’hétérogénéité des caractéristiques du minerai qui en résulte expose la future usine à des fluctuations de performances, de coûts d’exploitation et de revenus pouvant compromettre sa profitabilité.

Des technologies numériques présentent un potentiel considérable pour traiter ce risque en amont et de manière continue pendant la production. Au nombre de celles-ci, la simulation phénoménologique et le contrôle de procédés forment le noyau autour duquel peut s’articuler une proposition pour concrétiser le volet minéralurgique de la Mine 4.0.

La présentation portera sur certains développements récents réalisés au Centre E4m de l’Université Laval dans le cadre d’une programmation de recherche en partenariat avec NMG. En particulier, elle expliquera le fonctionnement du modèle de simulation du circuit de broyage et du système de contrôle de la taille des particules produites. Les résultats montreront la capacité du simulateur à reproduire le comportement de l’usine et la performance du contrôleur.

L’industrie minière contribue à assurer la disponibilité des ressources minérales indispensables au développement de notre société. La filière fer-titane (Fe-Ti), solidement implantée au Québec, permet la production de scories de titane utilisées comme matière première dans la fabrication du pigment de dioxyde de titane (TiO₂), un composé essentiel dans les industries des peintures, plastiques, papiers et cosmétiques. Cette filière permet également la production d’acier de haute pureté utilisé dans des applications spécialisées. Grâce à des installations industrielles intégrées, le Québec se distingue par une chaîne de valeur complète allant de l’extraction du minerai jusqu’à la production locale de TiO₂ et d’acier, renforçant ainsi sa souveraineté minérale et sa contribution à l’économie circulaire. Or, le traitement et la transformation du minerai d’ilménite/apatite peuvent également produire certains minéraux critiques et stratégiques (MCS) dans différents flux, non valorisés à ce jour. Parmi ces MCS figurent les éléments de terres rares (ETR) et le phosphore présent dans un concentré de fluorapatite ainsi que le titane (Ti) présent dans un résidu de titanate de sodium non commercialisable. Ce projet a pour objectif d’étudier la récupération sélective des éléments à valeur ajoutée présents dans ces concentrés ou sous-produits non commercialisables issus de la filière Fe-Ti au Québec. Ce projet est divisé en deux axes de recherche : 1) la covalorisation du P et des ETR présents dans le concentré d’apatite; et ii) le retraitement du sous-produit de titanate de sodium pour en enlever certaines impuretés. Les résultats montrent que la covalorisation des ETR et du P présents dans le concentré d’apatite par la voie sulfurique ou chlorhydrique représente un défi et nécessite des compromis en termes de récupération et/ou de pureté du coproduit final. Dans le cas du titanate de sodium, la lixiviation en milieu sulfurique s’avère efficace (100 % Th et Ti), mais non sélective, et demande l’utilisation de résines pour sorber sélectivement le Th (40 à 60 %) comparativement au Ti (20 à 40 %).

La conférence présentera les résultats obtenus dans le cadre d’un projet de recherche qui visait à développer un procédé vert permettant de valoriser simultanément le CO₂ industriel (provenant notamment de cimenteries) et des résidus miniers riches en silice issus du procédé ECO₂ Magnesia. Ce procédé a pour but la production de carbonates de soude et de composés de silice à valeur ajoutée. Les travaux ont porté sur la caractérisation de la réactivité des matériaux, la détermination des vitesses de réaction, l’étude des équilibres thermodynamiques ainsi que sur l’analyse de la pureté des produits obtenus. Parallèlement, une méthode d’analyse exergétique a été développée afin d’identifier les pertes d’efficacité énergétique dans les procédés industriels et de proposer des pistes d’amélioration pour réduire la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre.

Ces travaux s’inscrivaient dans une démarche d’économie circulaire et de développement durable cherchant à transformer les rejets industriels en ressources utiles, à renforcer les pratiques environnementales du secteur minier et à favoriser la formation de deux étudiants (un doctorant et un étudiant à la maîtrise) au sein d’une équipe multidisciplinaire en collaboration avec Sigma Devtech.