Le Canada est un chef de file de l’industrie minière mondiale, qui produit des minéraux critiques à hauteur de trois billions de dollars, dont le cuivre, le nickel, le cobalt, le lithium et des métaux des terres rares.
Or, l’extraction de ces minéraux, qui sont indispensables à la fabrication de bon nombre de produits, des panneaux solaires aux téléphones intelligents, se révèle coûteuse et s’accompagne de conséquences environnementales considérables. En effet, le processus de broyage et le concassage de la roche consomme à lui seul trois pour cent de l’électricité mondiale. En outre, les roches stériles peuvent contenir des éléments toxiques, sans compter que le traitement des minéraux requiert d’importantes quantités d’eau et d’énergie.
Ainsi, en connaissant mieux la composition de la roche qu’elles exploitent à chaque étape de la chaîne d’extraction, les sociétés minières pourront réduire ces coûts et augmenter leur productivité.
Grâce à des technologies de capteurs de pointe, il est dorénavant possible d’analyser en détail la teneur en minéraux critiques dans les matériaux lors de leur extraction et de leur traitement. Mais chacune de ces applications comporte ses limites.
« Nous sommes toujours à la recherche de nouveaux capteurs plus efficaces », explique Bern Klein, professeur de génie minier à l’Université de la Colombie-Britannique (en anglais seulement) et cofondateur de MineSense (en anglais et en espagnol), une entreprise de Vancouver qui vend des systèmes de détection aux exploitations minières partout dans le monde.
Une résolution plus précise, des données plus justes
L’industrie minière met déjà à profit la spectroscopie de plasma induit par laser (LIBS). Cette technique consiste à créer un plasma électroluminescent, en vaporisant des échantillons de roches à l’aide de lasers de haute énergie. Puisque chaque élément émet son propre modèle de rayonnement sur le spectre de la lumière, l’analyse des pointes révèle leur teneur dans l’échantillon.
Cependant, lorsque les pointes des divers éléments sont trop rapprochées, il est difficile de distinguer l’empreinte de chacun. Bern Klein s’est donc associé à David Jones, physicien à l’Université de la Colombie-Britannique, en vue d’appliquer la spectroscopie à deux peignes à ablation laser.
Par ailleurs, chaque élément possède non seulement une empreinte électroluminescente unique, mais également son propre coefficient d’absorption de la lumière, explique David Jones. Conçue depuis peu, la spectroscopie à deux peignes à ablation laser facilite la mesure de cette absorption en vue de produire des résultats d’une résolution bien supérieure à celle de la spectroscopie par plasma induit au laser.
« On peut ainsi déterminer avec précision la nature des éléments présents, dans la mesure où il est possible d’agrandir l’image pour observer des longueurs d’onde extrêmement étroites », ajoute-t-il.
Grâce au soutien de la FCI, l’équipe de recherche a pu se procurer des lasers commerciaux pour ses travaux à l’Institut de la matière quantique Stewart Blusson de l’Université de la Colombie-Britannique, plutôt que de fabriquer ses propres appareils. « Cela nous a aidés à démarrer sur les chapeaux de roue, si l’on peut dire, et à passer plus rapidement à l’étape de la démonstration de cette technologie, afin de déterminer comment nous pouvons la transposer à l’industrie minière », explique David Jones, chercheur principal à l’Institut.
Une exploitation minière plus intelligente, des résultats financiers optimisés
Bern Klein prévoit recourir à la spectroscopie à deux peignes à ablation laser dans le but d’analyser des échantillons de forage à l’étape de l’exploration minière beaucoup plus en détail qu’en utilisant les méthodes actuelles. Objectif : aider les entreprises à repérer les lieux d’exploitation les plus rentables.
Et bien que les capteurs associés à cette technique de spectroscopie ne soient pas encore suffisamment robustes pour être montés sur la benne d’un excavateur ou sur les bandes transporteuses, ils pourraient servir à calibrer d’autres capteurs, tels que les capteurs de spectrométrie de fluorescence X déjà utilisés dans ces applications.
En offrant aux exploitations des mesures en temps réel plus précises, directement sur le front de taille, il serait possible de réduire la quantité de déchets acheminés vers l’usine de traitement du minerai et de limiter le rejet de minéraux de valeur.
Selon Maarten Haest, vice-président des sciences de la Terre à MineSense, les investissements dans ce type de projets de R-D améliorent la rentabilité et la pérennité de l’industrie minière au pays.
« Les produits découlant des travaux fructueux de recherche minière menés au Canada sont plus susceptibles de générer des retombées au profit des exploitations minières canadiennes avant tout, consolidant ainsi leur place à l’avant-garde de l’innovation technologique », explique-t-il.
Le projet de recherche présenté dans cet article est également financé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.
