Extraction de schiste bitumineux en Estonie : le Surface Mining, l’alternative la plus rentable

L’extraction sélective améliore la qualité du schiste bitumineux

Le schiste bitumineux est une roche composée de carbone organique et de constituants minéraux. Les gisements mondiaux de schistes bitumineux sont estimés à environ 10 trillions de tonnes. Avec de telles réserves, la quantité de pétrole produite dépasserait les ressources pétrolières actuelles de plus de 50 %. L’Estonie recèle près de 5 milliards de schiste bitumineux, dont environ 1,5 milliard est exploitable. Ce matériau se trouve généralement entremêlé avec du calcaire. À lui seul, ce pays d’Europe du Nord représente près de 70 pour cent de la production mondiale. L’extraction de schiste bitumineux a permis à l’Estonie de s’assurer une indépendance énergétique quasi totale. En outre, cette activité est devenue un facteur important qui a un réel impact sur les prix du pétrole dans le monde. Jusqu’à présent, trois méthodes d’extraction se sont établies dans la pratique :

  • le forage et le minage
  • le Mining, méthode d’extraction semi-sélective faisant intervenir bulldozers scarificateurs, niveleuses et excavateurs
  • le Surface Mining, méthode d’extraction entièrement sélective

Une comparaison directe entre les trois méthodes en Estonie a permis d’en tirer la conclusion suivante : la technologie du Surface Mining apporte de nets avantages en termes de qualité du matériau « Run of Mine » (ROM). Aussi les producteurs de schistes bitumineux leaders en Estonie, à savoir Kiviöli Keemiatööstuse (ci-après Kiviöli) et Eesti Energia Mining, misent-ils sur la mise en œuvre de Surface Miner de Wirtgen.

Indépendance énergétique et rentabilité avec les Surface Miner

La volonté d’extraire le schiste bitumineux en Estonie a longtemps été motivée par le désir d’indépendance énergétique. Avec la mise en œuvre des Surface Miner, le critère de rentabilité de l’extraction passe désormais également au premier plan. L’exploitation du schiste bitumineux en Estonie date déjà de 1916. Aujourd’hui, quatre mines sont exploitées à ciel ouvert, qui représentent environ 50 pour cent de la production totale du pays.

Le matériau extrait est utilisé de deux manières : Kiviöli livre des raffineries qui produisent du fioul lourd tandis qu’Eesti Energia Mining fournit des centrales électriques. L’une et l’autre mettent en œuvre un 2500 SM dans leur exploitation. En comparant les procédés conventionnels avec le Surface Mining, il est clair que l’extraction sélective présente d’énormes avantages économiques pour les entreprises, que ce soit pour la production de pétrole ou pour la production d’énergie.

Le Wirtgen Surface Miner 2500 SM

Le 2500 SM est un engin d’extraction robuste et puissant équipé d’un tambour de taille de 2,5 m de largeur. Selon la dureté des roches, les rendements de taille peuvent atteindre 1 400 tonnes par heure – comme c’est le cas avec le charbon et le schiste bitumineux. La conception du 2500 SM permet de réduire à un minimum la durée des opérations de maintenance : les principaux éléments de la machine, par exemple le tambour de taille, sont facilement accessibles, et les pièces d’usure, par exemple les pics, peuvent être remplacées rapidement. Plus de 50 engins de type 2500 SM sont mis en œuvre dans le monde entier.

Pour atteindre un rendement d’abattage encore plus élevé, Wirtgen a également développé le 4200 SM, qui peut charger un tombereau d’une capacité maximum d’environ 200 tonnes en seulement quelques minutes. C’est le plus grand Surface Miner de Wirtgen. En roches tendres, son rendement peut atteindre 12 millions de tonnes par an.

Test comparatif des méthodes d’extraction

La mise en œuvre de machines Wirtgen en Estonie a permis d’établir une comparaison directe entre le Surface Mining, la méthode conventionnelle du forage et du minage, et la méthode d’extraction semi-sélective. Le test comparatif repose sur des grandeurs quantitatives comme le ROM, mais également sur des aspects qualitatifs tels que le pouvoir calorifique du matériau extrait.

Méthode 1 : le forage et le minage

Avec la méthode du Mining non-sélectif, le matériau est extrait par minage et chargé sur des camions au moyen d’excavateurs. Le schiste bitumineux se trouve être ici mélangé au calcaire contenu dans les bancs de schiste. Le matériau miné doit encore être concassé dans des broyeurs avant traitement ultérieur.

Méthode 2 : l’extraction semi-sélective

La méthode du Mining semi-sélectif se passe du forage et du minage. Le schiste bitumineux et le calcaire sont extraits et chargés à l’aide de bulldozers scarificateurs, de niveleuses et d’excavateurs. Ici aussi, les différents matériaux se mélangent fortement. Le schiste bitumineux et le calcaire étant abattus par plaques, une étape de concassage dans des broyeurs est nécessaire pour atteindre la granulométrie souhaitée.

Méthode 3 : le Surface Mining

Les Surface Miner enlèvent les différentes couches de roches au centimètre près grâce à leur tambour de taille en rotation. L’extraction est hautement sélective, ce qui permet d’extraire séparément le schiste bitumineux et le calcaire. Les Surface Miner taillant, concassant et chargeant en une seule opération, l’étape de préconcassage devient superflue.

Résultats du test comparatif

Le test comparatif a été réalisé dans la mine de la société Kiviöli. Ici, le gisement s’étend sur près de 2,44 ha. L’exploitation a commencé en 2003, et près de 800 000 tonnes de schiste bitumineux sont extraites chaque année. La couche de terre recouvrant le matériau présente une épaisseur de 2 m à 20 m. Le schiste bitumineux apparaît sous la forme de veines horizontales de 0,2 m à 0,6 m d’épaisseur. Les veines de schiste bitumineux sont en partie entremêlées de calcaire. La résistance à la compression uniaxiale du schiste bitumineux est de 15-40 MPa ; celle du calcaire est de 40-100 MPa. Le pouvoir calorifique des différentes veines de schiste bitumineux peut aller de 1 200 à 4 500 kCal/kg.

Le test comparatif a été réalisé par Damian Baranowski, ingénieur travaillant au « Department of Mining Engineering » de l’université d’Aix-la-Chapelle en Allemagne. Les données se rapportant aux procédés traditionnels proviennent des premières années d’exploitation de la mine, époque à laquelle on procédait encore à l’extraction du matériau par forage et par minage ainsi que par Mining semi-sélectif. Les chiffres se rapportant au Surface Mining ont été recueillis pour Kiviöli à partir de 2006, dans le cadre de la mise en œuvre d’un 2500 SM.

Forage et minage Extraction semi-sélective Surface Mining
ROM 85%
(4.2 t/m2)
75%
(3.8 t/m2)
95%
(4.5 t/m2)
Pouvoir calorifique 1,750 kCal/kg
(70%)
2,080 kCal/kg
(84%)
2,480 kCal/kg
(100%)
Proportion stériles/
minéraux utiles
2,11
87%
2,26
81%
1,84
100%

Les Surface Miner convainquent tant sur la qualité que sur la quantité

L’extraction sélective avec les Surface Miner a permis d’abattre chaque couche séparément. D’une part, la production de schiste bitumineux par mètre carré a été accrue, et de l’autre, la qualité du matériau a été améliorée.

Avec la méthode du forage et du minage, le schiste bitumineux s’est trouvé fortement mélangé au calcaire, ce qui a amoindri le pouvoir calorifique du schiste bitumineux. La méthode d’extraction semi-sélective a permis d’atteindre un pouvoir calorifique certes plus élevé qu’avec la méthode du forage et du minage, mais le processus d’extraction reste très complexe et nécessite un grand nombre de machines.

Avec les Surface Miner, en revanche, il suffit d’une seule machine pour procéder à l’extraction sélective d’un schiste bitumineux haut de gamme. Et l’excellente qualité du produit obtenu se prête aussi bien à la production de pétrole qu’à la production d’énergie. De plus, le calcaire extrait séparément peut lui aussi être vendu comme produit fini supplémentaire.

Les avantages économiques du Surface Mining

Le cœur de métier de Wirtgen est de mettre son expertise en technologie de taille au service du client afin de l’assister dans les conditions difficiles. Les Surface Miner peuvent être ainsi adaptés avec précision aux différents matériaux et aux différentes résistances des roches. L’extraction sélective améliore la qualité du produit fini et permet d’utiliser les sous-produits dans une optique de rentabilité maximum.

Avec le Surface Mining, l’opération de concassage préalable devient superflue, puisque le Surface Miner produit déjà un matériau d’une granulométrie inférieure à 100 mm. Les coûts d’investissement en équipement minier baissent. Et la faible granulométrie offre un avantage supplémentaire : un camion peut charger 10 % de matériau en plus à chaque trajet, ce qui réduit le nombre de camions, la consommation de carburant et les coûts de maintenance.

Le Surface Mining : l’extraction en toute sécurité, dans le respect de l’environnement

Le schiste bitumineux est extrait aussi bien dans des mines à ciel ouvert que sous terre. Dans les exploitations à ciel ouvert, sur lesquelles interviennent les Surface Miner, le schiste bitumineux peut se trouver sous des couches de terre de 2 m à 30 m d’épaisseur. L’avantage écologique du Surface Mining est ici manifeste :

  • Il faut enlever un volume de sol moindre pour la même quantité de schiste bitumineux. Comparés à d’autres méthodes d’extraction, les Wirtgen Surface Miner peuvent extraire davantage de matériau utile par mètre carré, on doit donc déplacer moins de stériles par tonne de matériau.
  • Avec le Surface Mining, plus besoin de recourir au forage et au minage : les travaux s’effectuent sans vibrations et la nuisance sonore due au minage disparaît.
  • Un aspect écologique supplémentaire est la faible formation de poussière lors de la taille du matériau.
Le matériau taillé peut être déposé en cordon derrière le Surface Miner ou déversé en tas à côté de la machine. Il peut être également chargé directement sur camion pour être transporté.

Le matériau taillé peut être déposé en cordon derrière le Surface Miner ou déversé en tas à côté de la machine. Il peut être également chargé directement sur camion pour être transporté.

Conclusion : le Surface Mining est une méthode d’extraction qui convainc sur tous les plans

Pour l’extraction du schiste bitumineux en Estonie, les Wirtgen Surface Miner l’ont emporté haut la main par rapport aux méthodes d’extraction conventionnelles, et ce, tant en termes de productivité des machines qu’en termes de qualité du matériau obtenu par extraction sélective. Si on ajoute les avantages financiers supplémentaires résultant de la plus grande capacité de chargement des camions, et les aspects positifs sur le plan de l’environnement et de la sécurité, il est tout naturel que le Surface Mining se soit imposé comme la méthode d’extraction préférée en Estonie.

Le matériau taillé peut être déposé en cordon derrière le Surface Miner ou déversé en tas à côté de la machine. Il peut être également chargé directement sur camion pour être transporté.

Le matériau taillé peut être déposé en cordon derrière le Surface Miner ou déversé en tas à côté de la machine. Il peut être également chargé directement sur camion pour être transporté.

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