Les véhicules électriques, le stockage sur batterie et les technologies autonomes sont des priorités pour le secteur minier, alors que les entreprises s'efforcent d'atteindre des objectifs de zéro émission nette et des opérations plus durables. Un défi majeur reste de garantir la mise en place de systèmes de recharge rapide et d'énergie régénératrice afin de minimiser, voire d'éliminer, les temps d'arrêt des véhicules. Les solutions hybrides continuent de soutenir la transition vers des groupes motopropulseurs 100 % électriques, tandis que les fabricants d'équipement d'origine (FEO) continuent de perfectionner leurs machines hydrauliques. En prévision de MinExpo International 2024, voici quelques innovations lancées par les FEO depuis l'événement de 2021, ainsi que leurs objectifs futurs.

Succes des solutions minières électriques à batterie et autonomes

En 2021, Caterpillar a lancé un programme d'apprentissage précoce pour collaborer avec ses clients au développement et à la validation de ses prototypes électriques à batterie. En 2022, ces clients se sont réunis pour une démonstration en direct du premier camion minier électrique à batterie 793 de Caterpillar. Le prototype a été construit sur le terrain d'essai Caterpillar de Tucson, à Green Valley, en Arizona, connu comme le "site minier du futur" et destiné à présenter des solutions durables utilisant diverses sources d'énergie renouvelables.

Lors de la démonstration, le prototype 793 a parcouru un parcours de 7 km, où plus de 1 100 canaux de données ont été surveillés, capturant 110 000 points de données par seconde. Le camion, chargé à pleine capacité, a atteint une vitesse maximale de 60 km/h. Il a gravi une pente de 10 % sur 1 km à une vitesse de 12 km/h. Dans une descente de 10 %, le camion a récupéré l'énergie normalement perdue sous forme de chaleur et l'a stockée dans la batterie. Il a conservé suffisamment d'énergie pour effectuer des cycles supplémentaires après avoir terminé le parcours complet.

Depuis, Caterpillar a élargi son portefeuille de technologies électriques et semi-autonomes pour les applications minières souterraines. Fin 2016, l'entreprise a présenté avec succès son premier camion minier souterrain électrique à batterie pour le mineur d'or Newmont et d'autres leaders du secteur sur un terrain d'essai en Tasmanie, en Australie. Cette collaboration vise à concrétiser la vision de Newmont : un système minier complet, entièrement connecté, automatisé et zéro émission de carbone. Associé à la chargeuse électrique à batterie R1700 XE, ce nouveau camion complètera la première solution de chargement et de transport souterrain entièrement électrique de Caterpillar.

Caterpillar a également présenté ses capacités croissantes en matière d'autonomie et d'automatisation, répondant ainsi aux défis de sécurité tels que les risques de collision dans les espaces sombres et confinés. Les camions autonomes peuvent améliorer la sécurité des sites miniers en éloignant les opérateurs des zones dangereuses ou isolées. De plus, ces technologies peuvent accroître la productivité en améliorant la visibilité pour les coordinateurs de sites miniers, permettant ainsi des opérations plus cohérentes, tant pour les machines avec personnel que pour les machines autonomes.

Lors du Congrès mondial de l'exploitation minière 2023 à Brisbane, le prestataire de services miniers Thiess s'est associé à Caterpillar et au concessionnaire Cat, Hastings Deering, pour présenter le système de refoulement semi-autonome de Thiess à l'aide d'un poste de commande distant situé à plus de 850 km du site. Les contrôleurs Thiess ont piloté à distance plusieurs bulldozers Cat D11 à la mine de Lake Vermont, dans le centre du Queensland, en direct depuis le stand Caterpillar. C'était la première fois que plusieurs bulldozers étaient contrôlés hors site à l'aide du système de tracteur semi-autonome (SATS) Cat MineStar Command pour le refoulement depuis la commercialisation du produit. Grâce à la couche d'autonomie activée, les opérateurs peuvent gérer plusieurs bulldozers simultanément sans être physiquement présents sur le site.

"Nous avons constaté une amélioration de la sécurité, de la productivité et de l'efficacité, et avons formé plus de 100 employés aux systèmes miniers autonomes", a déclaré Trent Smith, responsable du groupe Thiess Autonomous Services, dans un communiqué de presse.

En 2023, Caterpillar a également finalisé une validation interne des radios Rajant BreadCrumbs LX5 CA, permettant ainsi des essais sur le terrain avec les produits sans fil Rajant et Cat MineStar Command pour le transport.

Rajant propose des systèmes de réseau Kinetic Mesh, qui utilisent des nœuds entièrement autonomes pour maintenir des performances élevées dans des environnements en constante évolution. Grâce à sa technologie de routage brevetée InstaMesh, les réseaux Rajant offrent une connectivité dynamique en acheminant le trafic via le chemin optimal, s'adaptant ainsi aux variations de topologie du réseau.

Les nœuds sans fil de Rajant sont équipés de plusieurs radios fonctionnant sur différentes fréquences, permettant ainsi d'acheminer le trafic via des nœuds mobiles. Cela améliore la connectivité et le débit dans des environnements dynamiques, créant ainsi davantage de voies radio pour une communication fluide. La phase suivante consiste à valider la solution avec Cat MineStar Command pour le transport sur site minier afin d'évaluer les performances et l'évolutivité.

De nouvelles machines hydrauliques sont désormais disponibles en versions hybrides.

Plus tôt cette année, Komatsu a dévoilé sa nouvelle machine de chargement, de transport et de déversement (LHD) WX11, conçue pour l'exploitation minière souterraine de roches dures. Cette machine affiche une capacité de charge utile de 11 000 kg (24 250 lb), soit une augmentation de 8 à 10 % par rapport aux LHD similaires. Son moteur diesel développe 280 ch à 2 000 tr/min (209 kW à 2 000 tr/min) et est conforme à diverses certifications, notamment Canmet, MSHA, EPA Tier 3/EU Stage IIIA et EPA Tier 4F/EU Stage V.

La WX11 est équipée d'un système intégré de gestion des données, de fonctionnalités ergonomiques pour les opérateurs et de commandes intuitives. Elle est également conforme aux normes d'émissions EU Stage V. Parmi ses caractéristiques supplémentaires notables, citons des essieux robustes pour roches dures avec freins à ressort à desserrage hydraulique (SAHR) et des structures renforcées pour supporter la capacité de charge utile accrue.

Komatsu propose également deux camions-bennes hybrides, les WX18H et WX22H, équipés de systèmes d'entraînement hybrides à réluctance commutée (SR). Ces systèmes captent et stockent l'énergie grâce à un système de stockage d'énergie cinétique (KESS). Komatsu affirme que cette technologie hybride permet de réduire la consommation de carburant de 30 % par rapport aux camions-bennes diesel traditionnels, tout en augmentant la puissance de 550 ch, soit une augmentation potentielle du nombre de tonnes déplacées de 20 %. Cela permet non seulement de réduire les coûts d'exploitation, mais aussi les émissions.

En plus de ses camions-bennes, Komatsu a lancé la deuxième génération de sa gamme Z2 pour le développement d'équipements de forage et de boulonnage de petite taille. Initialement lancés en 2020, le jumbo de forage ZJ21 et le boulonneur ZB21 de petite taille utilisaient une plateforme commune. Les nouveaux boulonneurs et jumbos Z2 optimisent le confort et la visibilité de l'opérateur tout en permettant la maintenance au sol. Le boulonneur ZB21 modernisé est équipé d'une cabine opérateur entièrement fermée certifiée ROPS/FOPS, d'un système de manutention de crible intégré et breveté, et de chasse-goujons fabriqués par Montabert.

Le boulonneur ZB21 propose également en option un système de résine pompable Komatsu, utilisant le J-LoK P de Jennmar, qui permet aux opérateurs de pomper la résine dans les trous forés avant la pose des boulons. Ce système permet d'utiliser des boulons plus économiques et de réduire les coûts d'installation.

La foreuse jumbo ZJ21 de deuxième génération est une foreuse de développement à flèche unique dotée d'une cabine opérateur entièrement fermée certifiée ROPS/FOPS, d'avances de forage innovantes, d'un système hydraulique pilote avancé et de perforateurs fabriqués par Montabert.

Les deux gammes de produits incluent désormais des versions électriques à batterie avec recharge embarquée intelligente et opportuniste. Les ZB21 et ZJ21 sont les plus petites foreuses et boulonneuses de la société, disponibles en option électrique à batterie, et disposent d'une transmission à batterie modulaire d'une puissance embarquée de 83 kWh. Komatsu souhaite soutenir les opérations minières souterraines grâce à ces innovations, dans le cadre de la transition du secteur vers l'électrification.

Stockage d'énergie et options électrique-diesel en cours de développement

Avec la transition du secteur minier vers l'électrification, le stockage d'énergie devient rapidement une priorité absolue. Sandvik a lancé un projet pilote visant à déployer un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) de seconde vie pour Glencore, une entreprise suisse spécialisée dans les ressources naturelles et les matières premières. Le BESS devrait prendre en charge les services miniers, tels que l'éclairage et la recharge des véhicules électriques légers (VE) sur les sites d'exploitation de Glencore. Sandvik étudiera d'autres cas d'utilisation pendant le projet pilote, notamment le transfert de puissance, l'écrêtement des pointes de consommation et l'arbitrage.

Le partenaire technologique de Sandvik pour ce projet est Eco Stor, un fournisseur de systèmes de stockage d'énergie de seconde vie basé à Oslo, en Norvège. Eco Stor développera la solution à partir de modules récupérés sur des véhicules électriques à batterie (VEB) Sandvik ayant atteint leur utilisation optimale dans les applications minières mobiles.

"Les modules sont facilement remplaçables en fin de vie. S'assurer que les batteries qui alimentent nos équipements miniers sont utilisées à leur plein potentiel avant d'être recyclées améliore la circularité et réduit considérablement notre empreinte carbone", a déclaré Ville Laine, vice-président des batteries et chargeurs chez Sandvik Mining and Rock Solutions, dans un communiqué de presse.

Le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) sera hébergé dans un conteneur industriel de 6 mètres pouvant accueillir 128 modules de batteries Sandvik, d'une capacité énergétique nominale d'environ 1 MWh. Ce conteneur sera équipé de systèmes Sandvik pour la gestion des batteries et de l'énergie, ainsi que pour la détection et la prévention des incendies.

"Grâce à l'adoption précoce de nos systèmes de batteries dans les exploitations minières mondiales, des milliers de modules atteindront bientôt la fin de leur première vie", a déclaré Ville Laine, vice-président des batteries et chargeurs chez Sandvik Mining and Rock Solutions. "Ces modules conservent jusqu'à 70 % de leur capacité de stockage d'énergie d'origine, même après une utilisation optimale dans les camions et les chargeuses minières. La réutilisation de cette capacité restante pour le stockage d'énergie stationnaire est une solution gagnant-gagnant, tant pour l'environnement que pour l'économie. Nous pouvons prolonger la durée de vie utile de ces batteries et optimiser leur cycle de vie complet."

Sandvik prévoit de déployer le prototype de BESS sur un site de Glencore en 2025 et vise à lancer une solution commerciale d'ici 2026. Une fois commercialisé, l'entreprise prévoit d'assembler chaque BESS au plus près de la mine du client afin de réduire les coûts d'expédition et d'améliorer encore la durabilité.

Cependant, Byrnecut Australia, un exploitant minier sous contrat, prévoit que la transition vers des équipements électriques à batterie sera progressive, avec des machines électriques, diesel et hybrides fonctionnant ensemble. Sandvik Mining and Rock Solutions partage ce point de vue et affirme que l'avenir de l'exploitation minière passera probablement par une combinaison de technologies.

Par conséquent, Byrnecut collabore avec Sandvik au développement de nouvelles machines minières diesel-électriques conçues pour améliorer la durabilité, l'efficacité et la productivité souterraine. Les machines diesel-électriques utilisent un moteur diesel pour alimenter un générateur, qui alimente en électricité les moteurs responsables du déplacement et du fonctionnement des équipements. Contrairement aux machines diesel traditionnelles, les modèles diesel-électriques comportent moins de pièces mobiles, ce qui les rend plus faciles à entretenir et plus rentables, tout en garantissant une disponibilité élevée.

Dans ce contexte, Sandvik a annoncé son projet de développer une gamme diesel-électrique de chargeuses et de camions souterrains pour compléter son offre électrique à batterie. Cette initiative fait suite à la démonstration de son camion diesel-électrique Toro lors d'un atelier technologique à Turku, en Finlande, en 2022.

Pour ceux qui sont prêts à passer à un équipement entièrement électrique, Sandvik a présenté la DR416iE, la foreuse de trou de mine rotative électrique de nouvelle génération. La DR416iE est adaptée aux applications dans le minerai de fer et le cuivre, avec une plage de forage de 270 à 406 mm (10,6 à 16 pouces). Alimentée par un moteur électrique de 1 400 ch (1 044 kW), elle est conçue pour supporter les exigences de haute altitude. Son système électrique comprend un démarreur progressif pour réduire la charge sur le réseau électrique de la mine et éviter les perturbations des autres équipements. La foreuse est également équipée d'un moteur multitension et multifréquence pour plus de flexibilité, avec un enrouleur de câble de 420 m (1 378 pi) en option pour un raccordement facile à la sous-station de la mine.

Pour les formations rocheuses dures, la DR416iE est équipée d'un système d'alimentation par chaîne à moteur hydraulique robuste. Ce système améliore la force de traction et augmente le poids du trépan, ce qui se traduit par des taux de pénétration nettement plus rapides.

L'objectif de Sandvik est d'assurer une transition en douceur des équipements diesel aux équipements électriques. Pour y parvenir, la DR416iE utilise la même plateforme modulaire que les foreuses rotatives diesel Sandvik et intègre le système de contrôle DRi, présent sur toutes les foreuses de surface Sandvik de la série i.

Les innovations minières numériques améliorent la sécurité et l'efficacité

L'année dernière, Hitachi Construction Machinery a créé un Centre d'excellence technologique (TCoE) pour soutenir les sites miniers utilisant son système de transport autonome par camion-benne (AHS). L'objectif de l'entreprise est de proposer des solutions AHS dans le monde entier, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité opérationnelle globale. Plus tôt cette année, Hitachi a annoncé le lancement d'une surveillance à distance à grande échelle de son AHS depuis son centre de Brisbane, en Australie.

Au TCoE, une équipe d'une vingtaine d'experts surveille en temps réel les données des sites miniers, similaires aux informations reçues par les clients AHS d'Hitachi dans leurs salles de contrôle. Des spécialistes des machines, des opérations et des logiciels miniers utilisent des technologies numériques avancées pour collecter, analyser et interpréter les données de divers sites miniers. Les informations recueillies sont ensuite utilisées pour trouver des solutions aux problèmes spécifiques des clients et optimiser les opérations minières. À l'avenir, Hitachi prévoit de faire du TCoE une plateforme centralisée de coordination de ses activités de solutions minières. Le centre s'appuiera sur les technologies numériques et l'expertise accumulée pour créer de la valeur et offrir un soutien continu du point de vue du client.

Hitachi a débuté ses recherches sur les systèmes de transport autonomes (AHS) en 2009 et valide cette technologie sur un site d'essai australien depuis 2013. Ces recherches se sont concentrées sur la réalisation d'opérations minières séquentielles de chargement, de transport et de déversement à l'aide de camions-bennes autonomes. En juillet 2018, Hitachi a conclu un partenariat avec Whitehaven Coal et, après environ six ans, l'entreprise a confirmé que son AHS avait atteint un niveau de performance pratique. Hitachi prévoit désormais de déployer l'AHS auprès de clients miniers du monde entier, afin d'améliorer la sécurité et la productivité dans l'ensemble du secteur.

Cette année, Hitachi a également dévoilé son nouveau système d'assistance à l'opérateur, conçu pour améliorer les performances opérationnelles des pelles hydrauliques de très grande taille utilisées pour le creusement et le chargement. Les opérateurs de ces engins lourds doivent creuser et charger efficacement des matériaux sur des camions-bennes, tout en évitant tout contact avec les équipements environnants. Grâce au système d'assistance à l'opérateur, Hitachi cherche à réduire la fatigue des opérateurs, à renforcer la sécurité sur les sites miniers, à améliorer la productivité et à réduire la consommation de carburant.

Hitachi a prévu un test de vérification dans l'une des mines de fer de Rio Tinto, dans la région de Pilbara, en Australie-Occidentale, afin de démontrer l'application pratique de son nouveau système et d'en améliorer la précision. Ce test utilisera des capteurs, des moniteurs et d'autres équipements fixés à la pelle hydraulique ultra-large EX3600-7, afin d'évaluer les performances de creusement et de chargement, ainsi que la convivialité de l'écran. Hitachi prévoit de déployer progressivement le système d'assistance à l'opérateur à partir de 2025.

Depuis la fin de l'année dernière, Rio Tinto participe aux tests de durabilité d'une nouvelle conception de flèche et de bras pour les pelles hydrauliques ultra-larges d'Hitachi. Cette nouvelle conception sera introduite sur la pelle rétrocaveuse EX5600-7 en mars 2025 et sera progressivement appliquée à d'autres modèles compatibles. L'objectif d'Hitachi est de multiplier par 1,5 la durée de vie de ses équipements par rapport aux modèles précédents, ce qui contribuera à réduire les émissions générées lors de la mise au rebut d'une pelle.

Cette année, Hitachi a également lancé un essai de faisabilité pour un camion-benne ultra-large à châssis rigide et batterie complète dans la mine de cuivre et d'or à ciel ouvert de First Quantum en Zambie. Cet essai vise à évaluer les performances de base du camion, notamment sa capacité à se déplacer, à tourner et à s'arrêter sous des charges réelles, ainsi qu'à vérifier les cycles de charge et de décharge de la batterie. Hitachi a développé ce camion-benne entièrement équipé d'une batterie en partenariat avec ABB. Il fonctionne en tirant l'énergie électrique d'un système de charge dynamique pendant le fonctionnement, tout en chargeant la batterie. Cette approche réduit le volume de la batterie, limitant ainsi son poids par rapport au poids total du véhicule, et contribue à maximiser la capacité de charge.