mines, exploitation des.

mines, exploitation des. 1 PRÉSENTATION mines, exploitation des, ensemble des procédés d'obtention des minéraux utiles provenant de l'écorce terrestre. Ces techniques consistent en des excavations dans des mines souterraines ou à ciel ouvert. De récents développements technologiques pourraient bientôt rendre possible l'exploitation de minerais métalliques sur le fond des océans. Exploiter une mine suppose normalement que l'on enlève des roches et de la terre. Un certain nombre de substances, notamment le gaz naturel, le pétrole et parfois le soufre, sont extraites par des méthodes (principalement le forage) qui ne relèvent donc pas de ce type d'exploitation. Voir Combustibles, gaz ; Pétrole ; Soufre. Consulter aussi les articles sur les minéraux mentionnés ici. On définit généralement un minéral comme une substance se présentant dans la nature avec une composition chimique définie et des propriétés physiques uniformes. Un minerai est un minéral ou une combinaison de minéraux d'où l'on peut extraire une substance utile, par exemple un métal, et la commercialiser à un prix qui couvrira les coûts de l'exploitation et du traitement, tout en dégageant un bénéfice. On trouve dans la nature des minerais métalliques, tels que les minerais d'or, de fer, cuivre, plomb, zinc, étain et manganèse, et des minerais non métalliques, tels que charbon, quartz, bauxite, borax, amiante, talc, feldspath et phosphates. Les pierres de construction (ardoise, marbre, calcaire, granit, etc.) forment un groupe à part. Les minéraux se présentent en veines, gisements de forme tabulaire, d'origine non sédimentaire et montrant souvent une forte inclinaison. On les exploite également dans des gîtes, gisements tabulaires se conformant à la stratification des roches encaissantes ; et dans des amas, de grands ensembles de minerai de forme irrégulière et d'inclinaison quelconque. On trouve souvent l'or, les diamants, l'étain et le platine dans des placers, des gisements alluviaux de sable et de gravier. 2 OPÉRATIONS D'EXPLOITATION DES MINES Les opérations d'exploitation des mines se déroulent généralement en quatre étapes : prospection, ou recherche de gisements ; exploration, c'est-à-dire évaluation de la dimension, de la forme, de l'emplacement et de la valeur économique du gisement ; travaux de préparation des accès au gisement, de sorte qu'on puisse aisément en extraire les minéraux ; exploitation et extraction des minéraux. Autrefois, les gisements étaient découverts par des prospecteurs dans des endroits où les veines étaient visibles à la surface, ou encore par accident (ruée vers l'or en Californie en 1848). Aujourd'hui, la prospection est une activité spécialisée impliquant du personnel scientifique expérimenté. Des équipes de géologues, d'ingénieurs des mines, de géophysiciens et de géochimistes travaillent ensemble pour découvrir de nouveaux gisements. Les méthodes modernes de prospection font appel à : des études géologiques pour définir les zones où une minéralisation est susceptible de s'être produite ; de vastes relevés effectués par des instruments sophistiqués installés dans des avions ou des satellites terrestres artificiels (voir Télédétection) afin de détecter des anomalies dans le champ magnétique terrestre ; des examens de la coloration des formations rocheuses ; des analyses chimiques de la terre et de l'eau dans la zone étudiée ; du travail de surface à l'aide d'instruments géophysiques (voir Géophysique). Ces techniques modernes peuvent révéler des gisements éventuels aussi bien en profondeur qu'en surface. Elles servent de base pour l'estimation préliminaire du potentiel économique de ces gisements. Les travaux qui s'ensuivent comprennent le creusement de fouilles, le fonçage de puits d'exploration et des opérations de carottage. L'ensemble de ces opérations vise à définir les dimensions physiques de la masse de minerai et une estimation fiable de sa valeur économique. La décision d'exploiter un gisement est prise lorsqu'on a rassemblé suffisamment d'informations indiquant une rentabilité de l'investissement financier. À ce stade, il n'est pas crucial d'avoir une certitude complète sur le potentiel total en minéral. Les travaux d'exploration peuvent continuer pendant plusieurs années pendant l'exploitation même du gisement. Une fois la décision prise, il faut déterminer le mode d'entrée et l'étendue de la mise en valeur. Si le minerai se trouve en surface ou près de celle-ci et s'étend à une profondeur ne dépassant pas 100 à 200 m, on peut l'exploiter à ciel ouvert, en utilisant des pelleteuses et de gros camions. Si le gisement est profond ou fortement incliné, l'accès peut se faire par un puits vertical ou incliné, une galerie à flanc de coteau ou des travers-bancs. La topographie de la région, la géométrie et la nature physique de la masse de minerai et la méthode d'exploitation projetée ont une incidence sur cette décision. Quand le terrain est presque plat, l'entrée doit se faire par un puits. Dans des régions montagneuses, on peut accéder au gisement par une galerie à flanc de coteau d'où l'on perce des travers-bancs à angle droit pour atteindre le minerai. Le fonçage d'un puits implique de plus gros débours et des coûts d'exploitation plus élevés qu'une galerie à flanc de coteau ou un travers-banc. Un puits nécessite du matériel d'extraction pour hisser le minerai et le stérile (roche non exploitable) à la surface, des équipements de pompage pour évacuer l'eau et des structures de soutien pour la roche encaissante et les équipements mis en oeuvre dans le puits. Dans une galerie à flanc de coteau, le drainage se fait naturellement dans tous les chantiers au-dessus de la galerie par simple gravité et les structures de soutien ne sont généralement pas aussi coûteuses ni aussi importantes. Les problèmes rencontrés lors du fonçage d'un puits peuvent être sérieux, surtout si on a besoin de traverser des couches aquifères. La couche aquifère doit être cimentée ou gelée avant que le creusement ne commence et un cuvelage du puits en ciment devient nécessaire. Même dans les couches sèches, les puits profonds sont souvent cuvelés pour résister aux pressions latérales des roches à travers lesquelles ils sont foncés. Après l'achèvement du puits ou de la galerie d'accès intervient la mise en valeur latérale. On fore alors des travers-bancs pour atteindre le gisement à différents niveaux. Une mine étendue peut avoir un puits d'extraction principal et un ou plusieurs puits ou galeries d'accès auxiliaires pour les approvisionnements et la ventilation. Dans de nombreux pays, le code minier exige que les mines soient pourvues d'au moins deux points d'entrée et de sortie, afin de garantir la sécurité des mineurs. Le choix de la méthode d'exploitation se fait de manière à obtenir un débit maximal à un coût minimal, avec le moins de risques possible pour les mineurs. Il faut évidemment tenir compte, d'une part, des caractéristiques de la mine : sa forme, ses dimensions, sa continuité, la position de la masse de minerai ; d'autre part, des caractéristiques minéralogiques et physiques du minerai et de celles des roches encaissantes, et enfin des communications du gisement avec la surface. Ces variables sont interdépendantes et n'ont pas toujours la même importance, mais le bénéfice maximal et l'extraction maximale sont étroitement liés, car une méthode qui sacrifie une partie de la masse de minerai dégage souvent le maximum de profit. Compte tenu de ces considérations, l'exploitation à ciel ouvert est, en règle générale, plus économique que l'exploitation souterraine, excepté dans les régions où les conditions climatiques sont si rudes que l'exploitation en surface est impossible. 3 EXPLOITATION DES HOUILLÈRES Cela fait plus de mille ans qu'on extrait le charbon, et on pratiquait déjà son exploitation à grande échelle au XVIIIe siècle. L'exploitation des houillères se fait principalement selon deux systèmes : exploitation à ciel ouvert et exploitation souterraine. L'exploitation à ciel ouvert, qui est une forme de carrière, n'est possible que lorsque la couche de charbon est proche de la surface du sol. Dans les grandes mines à ciel ouvert, on utilise d'énormes pelleteuses et des draglines pour enlever la terre et la roche (morts-terrains) au-dessus de la couche. Les pelleteuses modernes ont des capacités de godet qui peuvent atteindre 290 tonnes. Des pelleteuses plus petites chargent ensuite le charbon directement dans les camions. Le principal avantage de l'exploitation à ciel ouvert par rapport à l'exploitation souterraine est l'énorme gain de temps et de main-d'oeuvre. Le rendement par homme-poste dans les mines à ciel ouvert est trois à quatre fois celui des mines souterraines. Dans les exploitations souterraines, on atteint la couche de charbon par des puits verticaux ou inclinés ou, si le gisement est situé dans une montagne, par des galeries horizontales ou presque. Le charbon est extrait par découpe ou à l'explosif, puis on laisse des piliers de charbon pour soutenir le toit. Dans le système d'exploitation en taille longue, une machine avec des dents en acier racle le front de taille, et les morceaux de charbon tombent sur un tapis roulant. Au fur et à mesure que la machine progresse, on place des piliers métalliques pour soutenir le toit directement au-dessus du front de taille. On laisse le toit à l'arrière de la taille s'écrouler. Dans la méthode d'exploitation conventionnelle, des haveuses ont supplanté l'outil traditionnel du mineur, la rivelaine. Avec cette haveuse, le mineur fait une saignée d'environ 15 cm de hauteur et jusqu'à 2,7 m de profondeur tout le long du front de taille, souvent près du sol de la taille. On fore alors des trous profonds en haut du front et on les bourre avec des explosifs de sécurité ou des cartouches d'air comprimé. L'explosion abat et brise en partie une grosse tranche du front de taille. Le charbon est ensuite chargé mécaniquement dans des navettes basses à propulsion électrique qui l'emportent vers un point de chargement central. De là, il est transporté à la surface soit par des wagons soit par d'immenses tapis roulants. On envoie alors le charbon à une usine de préparation où il est tamisé, lavé, classé en différents calibres et parfois broyé avant expédition. Parmi les principaux problèmes des mines souterraines, il faut citer la ventilation et le soutènement. La ventilation est importante à cause de la présence dans les houillères de gaz dangereux comme le méthane et le dioxyde de carbone. On a recours à de grands ventilateurs et à des soufflantes pour entretenir une circulation d'air pur. Afin d'empêcher la diffusion de la poussière de charbon, qui peut être hautement explosive, la mine est fréquemment saupoudrée de poussière de calcaire, un procédé appelé empoussiérage. Pour fournir un soutien aux toits des galeries et des chantiers, on insère dans les plafonds de la mine des boulons en acier qui relient les couches de roche surjacentes. 4 EXPLOITATION DES MINES MÉTALLIQUES Les minerais métallifères sont exploités soit à la surface du sol soit en souterrain. Dans une exploitation à ciel ouvert, le minerai est extrait de gisements qui affleurent en surface, se trouvent à flanc de colline ou sont recouverts par des morts-terrains de faible épaisseur qui sont enlevés avant ou en même temps que le minerai. Dans une exploitation à puits ouvert, on terrasse des gradins dans la roche du puits. Le minerai est généralement détaché à l'explosif et chargé dans des camions ou des wagons, par des chargeuses mécaniques ou des pelles. Au fur et à mesure que la profondeur du puits s'accroît, le coût de l'exploitation croît aussi, principalement à cause de la nécessité d'enlever des volumes toujours plus importants de déblais autour de la masse de minerai pour donner au puits une pente sûre. Le passage de l'exploitation à puits ouvert à l'exploitation souterraine intervient à la profondeur à laquelle les deux méthodes entraînent des coûts d'exploitation égaux. Le choix de la méthode souterraine dépend d'un certain nombre de conditions, principalement la teneur, la dimension, la forme et la position de la masse de minerai, ainsi que la solidité du minerai et de la roche encaissante. Généralement, on adopte un système où la force de gravité contribue à l'évacuation du minerai. Les travaux de mise en valeur de la mine consistent à creuser un système de travers-bancs qui relient le puits à la masse de minerai à un certain nombre de niveaux séparés par un intervalle vertical convenable. On fonce des ouvertures verticales, appelées bures, pour relier les différents niveaux. La masse de minerai est ainsi divisée en blocs délimités par les niveaux et les bures, se trouvant prête pour l'extraction. On peut extraire le minerai du bas du bloc vers le haut (abattage montant), ou, plus rarement, du haut du bloc vers le bas (abattage descendant). Le chantier d'abattage est la chambre où l'on brise et évacue le minerai. Une fois l'exploitation achevée, on peut laisser les chantiers vides, s'ils ont un soutènement adéquat, ou les remblayer avec des matériaux, généralement des déblais, descendus de la surface, afin d'étayer le chantier épuisé et d'assurer la sécurité des opérations d'exploitation dans les chantiers voisins. Les méthodes spécifiques employées pour extraire le minerai dépendent habituellement de la géométrie du lieu, ainsi que des caractéristiques physiques du minerai et de la roche encaissante. On exploite généralement les gisements à couche épaisse et massifs par la méthode dite du foudroyage. Dans le foudroyage de bloc, les travaux préparatoires se font exclusivement sous la limite la plus basse du bloc et consistent en un réseau de galeries d'exploitation, appelées chassages, et de bures inclinés, appelés goulottes, qui partent des chassages et aboutissent à la surface inférieure du bloc. L'ouverture des goulottes sous le bloc est élargie en forme de trémie. On pratique un sous-cavage du bloc en extrayant la roche qui le soutient. Cela provoque l'effondrement du minerai qui n'est plus soutenu, et qui, par simple gravité, tombe par les goulottes dans les chassages, d'où il est chargé par raclage dans des berlines. Dans des conditions idéales, travailler à l'explosif n'est pas nécessaire et, en général, c'est la méthode d'exploitation souterraine la moins chère pour traiter de grands gisements à faible teneur. Si la masse de minerai ne se désintègre pas spontanément quand elle n'est plus soutenue, l'explosif devient nécessaire : on appelle cette méthode foudroyage forcé de bloc. L'extraction progressive du minerai et les fractures de la roche autour des travaux miniers qui en découlent provoquent à la surface du sol des affaissements auxquels on peut parer en remblayant les dépressions correspondantes avec les rejets de l'usine de traitement du minerai. 5 EXPLOITATION DES MINERAIS MÉTALLIQUES DANS L'OCÉAN En plus des méthodes conventionnelles d'exploitation des minerais métalliques, on a mis au point dans les années 1970 des méthodes d'exploitation en haute mer qui utilisent la technique moderne pour ramasser des nodules de manganèse -- des concrétions cimentées par de l'oxyde de fer et riches en cuivre, cobalt, manganèse et nickel -- dans des zones, principalement dans l'océan Pacifique, où on les trouve éparpillés sur le fond de la mer. 6 EXPLOITATION DES MINÉRAUX NON MÉTALLIFÈRES Les minéraux à usage industriel et les roches dont on n'extrait pas de métal sont habituellement exploités par les méthodes déjà décrites. Comme ces gisements ont souvent un gros volume et une faible valeur unitaire, les méthodes d'exploitation à bas coût sont très répandues et on emploie celles de surface partout où c'est possible. En souterrain, l'exploitation par chambres et piliers est en vogue pour les gisements de potasse, sel gemme et talc. On a recours au foudroyage de bloc pour les gisements massifs d'amiante. 7 SÉCURITÉ DANS LES MINES L'exploitation des mines est une activité dangereuse, et la sécurité des mineurs un aspect important de cette industrie. Les statistiques montrent que l'exploitation de surface est moins dangereuse que l'exploitation souterraine, et que les mines métalliques sont moins dangereuses que les houillères. Une étude de la fréquence et de la gravité des accidents démontre que les risques résultent de la nature de l'opération. Dans toutes les mines souterraines, les chutes de roches et de toit, les inondations et une ventilation insuffisante représentent les plus grands risques. Les grosses explosions sont typiques des houillères, mais l'emploi des explosifs dans les mines métalliques provoque encore plus d'accidents chez les mineurs. Les accidents liés au système de transport constituent un autre risque important, et ce dans tous les types de mines. Il existe un certain nombre de risques débilitants qui affectent les mineurs au fil des années et qui sont en rapport avec la qualité et la nature du milieu minier. La poussière produite pendant les travaux miniers est généralement nuisible à la santé et provoque la maladie appelée poumon noir ou pneumoconiose. Certaines fumées produites par des explosions de dynamite incomplètes sont extrêmement toxiques. Le méthane qui se dégage des couches de charbon est toujours dangereux, quoique non toxique aux concentrations qu'on rencontre d'habitude dans l'air de la mine, et les radiations peuvent présenter un risque dans les mines d'uranium. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. 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