Les phases du projet minier

Les métaux sont omniprésents dans la fabrication des produits manufacturiers. A l’origine ces métaux sont le produit de l’ ou résultent du recyclage. Dans tous les cas, l’ est à la source de la production de métaux et par conséquent elle est à la source de la plupart des . Avant de débuter notre étude, rappelons que cette étude a été financée par la . En comptant la province nord et la province sud, c’est l’une des trois provinces qui composent la NouvelleCalédonie. Cet archipel de l’océan pacifique est voisin de l’Australie, de la Nouvelle-Zélande, des îles Salomon ou encore de la Papouasie Nouvelle-Guinée. Ces territoires du pacifique ont en commun de détenir des sols riches en minerai. Par exemple, en Nouvelle-Calédonie, la présence de nickel proche de la surface est due à des mouvements tectoniques datant de l’ il y a environ 37 millions d’années.

C’est dans le contexte du projet minier calédonien que se situe notre étude. Débutons cette-dernière avec une définition du projet minier. Selon l’AFNOR, norme X50 − 105, [AFN, ] : « Un projet est un ensemble d’activités coordonnées et maîtrisées comportant des dates de début et de fin, entrepris dans le but d’atteindre un objectif conforme à des exigences spécifiques ». Selon la norme ISO 10 006 (version 2003), [ISO, ] : « Le projet est un processus unique qui consiste en un ensemble d’activités coordonnées et maîtrisées, comportant des dates de début et de fin, entrepris dans le but d’atteindre un objectif conforme à des exigences spécifiques, incluant des contraintes de délais, de coûts et de ressources ». Plus précisément, selon CHRISTMANN, 2016, p.24, [Christmann et al., 2016], un projet minier « est un projet d’investissement dans l’exploration puis, en cas de découverte d’un gisement, dans l’exploitation de ce gisement afin de produire un ou plusieurs produits commercialisables, souvent appelés produits marchands, qui peuvent selon les cas, être un ou plusieurs minéraux, un concentré ou bien un ou plusieurs métaux plus ou moins purs ». L’activité d’exploitation minière est très ancienne. Nous trouvons les traces de cette activité avec l’apparition des premières civilisations en Afrique notamment. A titre d’exemple citons les mines de chaille localisée en Egypte (à Nazlet Sabaha, rive ouest du Nil) qui date de 100 000 ans avant J.C. Depuis ces temps anciens, l’exploitation minière n’a cessé d’évoluer. En effet, l’augmentation de la population, l’accroissement des richesses, la diversification et la complexité des besoins des pays développés, véritablement entamés dans la seconde moitié du 20ème siècle stimulent le développement de l’. Pour faire face à cette complexité et cette augmentation brutale de la demande, l’ s’adapte. Désormais, l’exploitation d’une mine fait intervenir un ensemble d’acteur divers : des géologues, des statisticiens, des planificateurs et des acteurs politiques garants du respect des normes environnementales notamment. En plus de cette ressource humaine riche, on assiste à la mise en œuvre de moyens matériels sophistiqués. Ainsi, des engins miniers de plus en plus élaborés sont conçus dans le but d’optimiser les processus d’extraction, de transport et de transformation du minerai. L’évolution des techniques dans le domaine minier permet notamment de mettre à jour de nouveaux gisements dans l’ensemble du globe.

La complexité et le fonctionnement du projet minier a un impact sur la société. Ainsi, l’optimisation du processus d’exploitation d’une mine est nécessaire si l’on souhaite que le projet reste profitable dans le temps. Par « optimisation » nous entendons « amélioration » du processus d’exploitation dans le projet minier. L’amélioration d’un tel système nécessite une bonne connaissance des éléments du système. Dans le cadre de cette thèse notre objectif en termes d’amélioration est de tendre vers un système plus robuste face à un ensemble d’incertitudes. Pour prendre en compte ces facteurs incertains et assurer la robustesse du système : nous avons adopté deux stratégies : d’une part nous proposons d’étudier la collaboration et l’échange d’information entre les centres d’extraction (les mines) et de traitement (l’usine), et d’autre part, nous proposons une approche permettant la prise en compte de facteurs climatiques incertains dans le calcul du plan.

Le projet minier

Les phases du projet minier 

Comme pour tout projet, la mise en place d’un projet minier nécessite différentes phases. Lors de la mise en œuvre de ces phases, le projet se concrétise et le complexe minier prend forme. Le fonctionnement du complexe minier [Goodfellow and Dimitrakopoulos, 2017] met en œuvre des flux de matières et des acteurs, dans le cadre des cinq phases [Newman et al., 2010] suivantes :

— Prospection
Lors de la phase de prospection, les géologues prennent des mesures sur la géologie du terrain afin d’établir la nature des sols.
— Exploration
Lors de la phase d’exploration, les géologues font des estimations plus précises. Ainsi, une valeur du potentiel gisement est établie, en estimant les concentrations en minéraux présents et leurs variations. Afin de connaître le bénéfice réalisable sur un gisement, on prend en compte des paramètres économiques tels que le prix du minerai et le coût d’extraction d’un bloc. Lorsque ces phases sont concluantes, on peut passer à la phase d’étude de développement.
— Étude de développement
L’un des objectifs principaux de la phase d’étude de développement est l’obtention des droits d’exploitation. L’étude de développement est un préalable aux études de planification de l’exploitation minière. C’est la phase au cours de laquelle on détermine les éléments suivants : la méthode d’extraction, l’estimation des capacités de production, l’estimation des besoins financiers et la conception technique détaillée.
— Exploitation
La phase de préparation, que nous incluons dans la phase d’exploitation, consiste à enlever le surplus de terrain non économiquement exploitable afin de permettre l’exploitation future. Lors de la phase d’exploitation, le minerai est extrait, transporté et traité selon des techniques propres à chaque type d’exploitation : mine à ciel ouvert, mine souterraine ou sous-marine et placers. Ce minerai extrait est économiquement viable ou considéré comme stérile. Dans le premier cas, le minerai est acheminé vers les fours en passant par des traitements tout au long du processus d’exploitation. Dans le second cas, le minerai est entreposé dans des zones de stockage spécifiques. Ce minerai stérile servira lors de la phase de réhabilitation du site minier.
— Réhabilitation
L’étape de réhabilitation consiste à restaurer le centre minier afin de limiter les impacts négatifs liés notamment à la mise à nu des sols. Ces impacts sont, par exemple, les écoulements boueux ou encore la pollution de l’air par des métaux lourds présents naturellement dans le sol.

Les mines à ciel ouvert 

Il existe plusieurs types d’exploitations minières dans le monde : les exploitations souterraines, les exploitations sous-marines et les placers (essentiellement pour les métaux précieux présents dans les sédiments alluviaux). Cette diversité de type d’exploitation est due à la raréfaction des ressources et à une volonté d’optimisation des processus face notamment à la difficulté d’accéder au minerai. En effet, on peut passer d’une exploitation à ciel ouvert à une exploitation souterraine pour minimiser les coûts d’exploitation par exemple.

Ainsi, lorsque le minerai à exploiter est proche de la surface, le type d’exploitation mis en œuvre est l’exploitation à ciel ouvert,  Dans une mine à ciel ouvert, le procédé est le suivant : on creuse une fosse en spirale et on forme des bancs de deux à quinze mètres qui seront dynamités pour extraire le minerai. Après cette étape d’extraction et de dynamitage, le minerai est chargé et transporté jusqu’aux différents centres de traitement par d’immenses camions pouvant contenir des centaines de tonnes de minerai. A titre d’exemple citons la mine à ciel ouvert de Mont-Wright au Québec, qui a une superficie de 24 km, ce qui équivaut à 2 222 terrains de football. Après ces généralités sur les phases du projet miniers et les différents types d’exploitations minières, nous précisons le contexte de notre étude qui est : l’exploitation minière en NouvelleCalédonie.

L’exploitation minière en Nouvelle-Calédonie

En Nouvelle-Calédonie, on trouve exclusivement des mines à ciel ouvert. Afin de présenter l’exploitation minière dans l’archipel, on propose de poser le cadre dans lequel s’inscrit la production minière. Ainsi, dans le paragraphe suivant, nous présentons le cadre historique de l’exploitation minière calédonien. A travers ce cadre historique, nous voyons l’évolution de l’exploitation minière en Nouvelle-Calédonie. Ensuite, nous situons la place de la production de nickel calédonien dans le monde. Cela nous conduit à la description de l’impact de la production de nickel calédonien dans l’économie de l’archipel.

L’histoire du nickel calédonien

L’exploitation du nickel en Nouvelle-Calédonie fait partie de l’histoire calédonienne. En effet, cette industrie a d’une certaine manière façonnée l’histoire, le paysage et le peuplement du pays. La Nouvelle-Calédonie (cf. figure 1.2) est située dans l’hémisphère sud à 22000 km de la France. Elle se trouve dans l’océan Pacifique à 1473 km de l’Australie et 2309 km de la Nouvelle-Zélande. La superficie de la Nouvelle-Calédonie (cf. figure 1.3) est comparable à celle des Pyrénées.

La Nouvelle-Calédonie est constituée de deux grands ensembles : « la grande terre » et « les îles loyautés ». « La grande terre » fait 400 km de long et 50 km de large ; c’est là que se concentre l’ensemble des mines calédoniennes. Administrativement, la Nouvelle-Calédonie est composée de trois provinces : la province nord, la province sud et la province des îles loyautés. Dans la province sud, on trouve la SLN, sur le site de . Sur ce site, se situent les fours à fusion de la SLN, alimentés par un ensemble de mines principalement localisées dans la province nord.

Depuis la prise de possession de la Nouvelle-Calédonie par la France en 1853 et jusqu’en 1946, la Nouvelle-Calédonie est une colonie d’exploitation. Sous ce statut, l’exploitation minière, au même titre que l’agriculture et l’élevage constitue un aspect des activités économiques dans l’archipel Calédonien. [BOYER, 2010] nous rapporte que la première activité minière dans l’archipel Calédonien est l’exploitation du charbon. L’objectif est l’approvisionnement des navires à vapeur et notamment ceux de la marine nationale. D’autres métaux sont découverts tels que l’or, le manganèse et le fer mais ne sont pas significativement exploités. Par contre, le nickel, sera plus largement exploité car économiquement plus profitable. De ce fait, s’intéresser à l’exploitation minière en Nouvelle-Calédonie se résume à s’intéresser à l’exploitation du nickel. L’histoire du nickel calédonien commence le 24 septembre 1864, date à laquelle Jules Garniers découvre la première « pierre verte » lors d’une expédition sur la rivière la Dumbéa. Après analyse, l’acte de naissance du nickel est officiellement signé le 19 juin 1876 à l’académie des sciences de Paris [AUDRAN, 2013]. Après la découverte en 1876 de la première « pierre de nickel », tout s’accélère puisque le 10 décembre 1877 est inaugurée la première fonderie de nickel à la Pointe Chaleix à . En parallèle dans le monde, il n’existe pas encore en 1877 de métallurgie spécifique pour ces La première usine de transformation du nickel est créée en 1880 : l’usine de nickel. Cette usine se situe dans la capitale : . Il faut attendre les années 2000 pour voir l’apparition, dans l’extrême sud du territoire, de l’usine du Sud dont l’actionnaire majoritaire est Vale Inco (géant brésilien de l’exploitation minière dans le monde). La province Nord voit également la création d’une usine : Koniambo le Nickel détenu majoritairement par la Société Minière Sud Pacifique (SMSP). C’est le leader Kanak indépendantiste, Paul NEAOUTHYNE, qui est l’instigateur du projet : soutenu par André DANG millionnaire calédonien et figure emblématique de l’exploitation minière sur le territoire.

Table des matières

1 Introduction générale
1.1 Le projet minier
1.1.1 Les phases du projet minier
Positionnement
1.1.2 Les mines à ciel ouvert
1.2 L’exploitation minière en Nouvelle-Calédonie
1.2.1 L’histoire du nickel calédonien
1.2.2 Le nickel calédonien dans le monde
1.2.3 L’apport du nickel dans l’économie calédonienne
1.3 Contexte : Le processus d’exploitation de la SLN
1.3.1 Le complexe minier de la SLN
1.3.2 Le processus d’exploitation et de production
1.3.3 Les processus d’exploitation et de traitement face aux aléas
1.4 Synthèse
2 Revue de littérature et problématique
2.1 Les problèmes de planification de la production minière
2.1.1 Planification du processus amont
a) Détermination de la fosse finale
b) Le problème de détermination des fosses imbriquées (pushback design)
c) Ordonnancement des blocs miniers ou MPS ()
2.1.2 Planification du processus aval
2.1.3 Planification du complexe minier
2.2 Les modèles d’optimisation associés aux problèmes de planification de la production minière
2.2.1 Modèles de planification des processus amont
a) Le modèle UPIT
b) Le modèle CPIT (Capacited Open Pit model)
c) Le modèle CDOP (Capacitated Dynamique Open Pit limit)
2.2.2 Modèle de planification du processus aval
2.3 Résolution déterministe des problèmes de planification de la production minière
2.3.1 Le problème de détermination de la fosse finale
2.3.2 Le problème du pushback design
2.3.3 Le problème d’ordonnancement de l’extraction des blocs miniers (block sequencing)
2.3.4 Le problème de planification du processus aval
2.3.5 Le problème de planification du complexe minier
2.4 Les problèmes miniers dans un contexte incertain
2.4.1 L’incertitude géologique (l’approvisionnement)
a) Les problèmes de planification du processus amont
b) Les problèmes de planification du processus aval
c) Les problèmes de planification du complexe minier
2.4.2 L’incertitude économique (la demande)
a) Les problèmes de planification du processus amont
c) Les problèmes de planification du complexe minier
2.4.3 L’incertitude géologique et économique
a) Les problèmes de planification du processus amont
b) Les problèmes de planification du complexe minier
2.5 La problématique
3 Détermination du coût de traitement induit d’un bloc minier
3.1 Le contexte, les questions et les apports
3.1.1 Le contexte
3.1.2 Les approches
3.2 Les modèles
3.2.1 Le modèle local des centres miniers
Modèle
3.2.2 Le modèle local du centre de transformations
Modèle
3.2.3 Le modèle global
Modèle
3.3 Approche par échange d’information
Les paramètres de l’exemple
3.3.1 Détermination des coûts induits
3.3.2 Détermination des coûts de traitement dans le cas avec échange d’information aval/amont
3.3.3 Prise en compte du mélange
3.4 Coordination des processus amont via les coûts de traitement du processus aval
3.4.1 Estimation des coûts dans une approche itérative
3.4.2 Étude expérimentale
3.5 Conclusion
4 Optimisation sous incertitude climatique d’un complexe minier
4.1 Le contexte, les questions et les apports
4.1.1 Le contexte
4.1.2 Les questions et les apports
4.2 Modèle déterministe
4.3 Optimisation sous incertitude pour traiter l’apparition d’un cyclone
4.3.1 Approche réactive
4.3.2 Approche prédictive
4.3.3 Modèle sous incertitude
4.3.4 Résultats de l’étude expérimentale
4.3.5 Conclusion
5 Conclusion générale

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