L’énergie renouvelable dans le secteur minier : une application pratique pour les activités d’exploitation.
Par Jocelyn Zuliani, Joel Guilbaud|Le 18 août 2020
La mine de l’avenir devra générer près de 100 % de l’énergie dont elle a besoin – tant pour son exploitation que pour son parc de véhicules – à partir de sources d’énergie sans émission. De nombreuses technologies sont en cours de développement pour nous aider à atteindre une électrification de masse au sein du secteur minier. Il s’agit notamment de production d’énergie renouvelable à haut rendement, de stockage d’énergie de courte durée et de longue durée à faible coût, de véhicules à batterie à haute densité et à hydrogène, de production combinée de chaleur et d’énergie à partir de technologies solaires encloisonnées et de petits réacteurs nucléaires modulaires (PRM).
L’une des utilisations les plus attrayantes à ce jour est l’approche à miniréseau hybride. Plusieurs mines ont emprunté cette voie en intégrant la production d’énergie éolienne ou solaire photovoltaïque avec des batteries au lithium-ion de courte durée. Ces configurations génèrent généralement entre 10 et 25 % des besoins totaux en électricité d’une mine. Dans ces miniréseaux à faible pénétration, le miniréseau demeure régi par des génératrices au diesel, les énergies renouvelables servant à réduire la charge d’ensemble de la mine, tandis que les batteries au lithium-ion de courte durée sont utilisées pour réduire la variabilité découlant de la production d’énergie renouvelable. Les batteries servent essentiellement de réserve d’exploitation et produisent ou stockent de l’électricité en cas de baisse ou d’augmentation importante de la production d’énergie renouvelable, c’est-à-dire jusqu’à ce que l’alimentation électrique fournie par une génératrice au diesel puisse être augmentée ou réduite de façon sécuritaire. Cette approche permet de réduire le nombre de génératrices en service à tout moment, ce qui réduit la consommation de carburant et les coûts d’exploitation.
De nos jours, de nombreuses exploitations minières visent une pénétration moyenne des énergies renouvelables, où 40 à 60 % de toute l’électricité produite provient de sources renouvelables. La réduction continue des coûts et l’amélioration du rendement de l’énergie éolienne et solaire photovoltaïque, ainsi que les innovations visant à soutenir une exploitation fiable dans des climats extrêmes, ont rendu ces sources de production plus attrayantes. Toutefois, pour atteindre une pénétration moyenne à élevée des énergies renouvelables, la répartition des génératrices au diesel doit être modifiée. La contribution au miniréseau des génératrices à énergie renouvelable est importante et ne peut plus être traitée comme une simple réduction de la charge. L’intégration du stockage d’énergie est essentielle, car elle permet d’éteindre toutes les génératrices au diesel pendant plusieurs heures. Durant ces courtes périodes, la production d’énergie éolienne ou solaire photovoltaïque est suffisante pour répondre aux besoins en électricité de la mine. Lorsque les génératrices seront éteintes, le dispositif de stockage d’énergie régira le réseau, préservera la qualité de l’énergie et contrôlera la variabilité de la production d’énergie renouvelable.
À l’avenir, à mesure que des cibles plus ambitieuses de pénétration plus élevée des énergies renouvelables seront établies, il faudra viser à cet égard un taux de près de 100 % – un changement important dans les stratégies d’exploitation. Dans ce scénario, les génératrices au diesel ne fonctionneront que pendant de longues périodes de faible production d’énergie renouvelable. Pour ce faire, il faudra stocker de l’énergie à puissance élevée afin de réduire l’intermittence de courte durée et stocker de l’énergie de longue durée pour soutenir l’approvisionnement en énergie renouvelable, la transférant sur plusieurs heures de la journée. Le stockage de longue durée est essentiel à ce mode d’exploitation, et de nombreuses technologies sont en cours de développement pour répondre à cette exigence, notamment les accumulateurs à circulation, les batteries au zinc, le stockage géothermique et thermique, le stockage de gaz comprimé et le stockage d’hydrogène.
À mesure que les mines atteindront un taux de pénétration accru des énergies renouvelables, il y aura un surplus d’énergie disponible à un coût pratiquement nul. La quantité excédentaire d’énergie renouvelable disponible dépend de l’emplacement de la mine et des technologies adoptées, où jusqu’à 50 % de la production totale d’énergie renouvelable disponible est consacrée à la demande en chaleur et à la recharge des camions. Les camions alimentés par batterie devraient dominer le marché pour une production de 100 tonnes ou moins. Les camions lourds à charge utile de 300 tonnes et plus seront alimentés à l’hydrogène et remplis d’hydrogène vert, produit principalement avec l’énergie excédentaire provenant de la production d’énergie renouvelable de la mine. Dans les endroits ensoleillés, les procédés d’exploitation minière à haute intensité thermique utiliseront des technologies solaires encloisonnées pour produire de la chaleur et de l’énergie à l’aide d’une seule technologie de production. Les mines de lithium nécessitent une grande quantité de vapeur pour leurs procédés et sont celles qui profiteront le plus de l’emploi des technologies solaires encloisonnées pour la production de chaleur et d’énergie. Cela entraînera la décarbonisation de l’ensemble des procédés d’extraction du lithium, ce qui accélérera l’adoption de batteries au lithium pour l’intégration des énergies renouvelables et des véhicules électriques.
Enfin, les PRM constituent une autre voie technologique très attendue pour l’exploitation minière en région éloignée. Les PRM peuvent être fabriqués en usine et répondre aux demandes extensibles en énergie, ce qui permet à la mine d’ajouter des modules en fonction de la demande actuelle et future en énergie. Les PRM peuvent produire de l’énergie de base à grande échelle, qui peut être complétée par d’autres technologies traditionnelles d’énergie renouvelable et de stockage pour répondre à la demande en énergie de la mine et du parc. Au Canada seulement, une douzaine d’entreprises ont conclu des ententes préalables à la délivrance de permis avec la Commission canadienne de sûreté nucléaire. Lorsqu’une démonstration sera effectuée avec succès, le secteur minier deviendra la principale cible de commercialisation en raison de sa grande dépendance au carburant diesel coûteux dans les régions éloignées.
Il est bien connu que les mines hors de tout réseau électrique doivent relever des défis en matière de production d’électricité. Or, avec toutes ces technologies dans les perspectives de développement commercial, nous avons une occasion exceptionnelle de réduire radicalement les répercussions des changements climatiques au sein du secteur minier. Le temps est maintenant venu!
Cet article a d’abord été publié dans le Canadian Mining Journal le 7 août 2020. Projet de la mine Raglan. Photo gracieusement fournie par Tugliq. Photographe : Justin Bulota.