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Les excavatrices de surface chez Fortescue : produire avec précision

Le troisième producteur de minerais de fer d’Australie développe son parc de machines d’excavation de surface dans le cadre d’un programme de 8,4 milliards de dollars en vue de tripler sa production d’ici mi-2013.

juil.-2012

L’étendue des opérations d’exploitation minière et d’expédition des minerais de fer dans la région de Pilbara en Australie occidentale est tellement vaste qu’elle défie tout entendement. Ces opérations s’imposent devant tout autre essor récent du secteur minier de la région au sein d’un secteur mondial qui se spécialise dans le gigantisme, avec par exemple des mines importantes, des équipements énormes et des plans ambitieux.
 
Les chiffres parlent d’eux-mêmes : le Bureau des ressources et de l’énergie (Bureau of Resources and Energy Economics, BREE) australien a annoncé en juin que les expéditions de minerais de fer des producteurs de Pilbara avaient atteint les 463 millions de tonnes métriques l’année dernière et il prévoyait que ce chiffre augmente au cours du prochain exercice fiscal jusqu’à atteindre 510 millions de tm. Les statistiques du gouvernement d’Australie occidentale montrent également que le financement des investissements portant sur les 15 projets de minerais de fer qui sont désormais à des stades avancés de développement dans la région s’élevait à 25,6 milliards de dollars.
 
Rio Tinto, le deuxième producteur mondial de minerais de fer après Vale au Brésil, produit ses minerais dans la région de Pilbara à un taux de 230 millions de tm/an et souhaite dynamiser sa production future par étape, en commençant par 283 millions de tm/an, jusqu’à atteindre 353 millions de tm/an d’ici le premier semestre 2015.
 
Rio Tinto, qui a affecté 4,2 milliards de dollars à cette expansion dont la part majoritaire sera affectée à l’amélioration des installations portuaires et ferroviaires, attend actuellement les accords de ses partenaires de coentreprise et du gouvernement d’Australie occidentale pour augmenter la capacité de production des mines, ce qui permettra alors de soutenir ces projets d’expansion.
 
Le concurrent le plus sérieux de Rio Tinto dans ce secteur, BHP Billiton, a également dévoilé des plans de développement de sa production de minerais de fer dans la région de Pilbara, en commençant par dépenser 7,4 milliards de dollars pour faire passer son rendement de 155 millions à 225 millions de tm/an d’ici 2014, puis à 350 millions de tm/an d’ici 2020 et enfin à 450 millions de tm/an, même si aucune date cible spécifique n’a été donnée pour ce chiffre.
 
La concurrence agressive est la norme sur le marché des minerais de fer dans la région de Pilbara et aucune société n’a suivi cette stratégie plus résolument que Fortescue Metals Group, le troisième producteur le plus important, qui n’avait aucune présence physique dans la région avant sa création en 2003, mais est devenu depuis un acteur majeur. La société détient 2,2 millions de tm de réserves de minerais d’hématite, près de 12 milliards de tm de ressources de minerais et est actuellement au cœur d’une stratégie d’expansion qui triplera quasiment sa production annuelle jusqu’à atteindre 155 millions de tm d’ici mi-2013. La cible de FMG en termes de production pour 2012 représente 55 millions de tm.
 
Les milliards de dollars prévus par les trois premiers producteurs sont sûrs d’éloigner toute baisse à court terme de l’activité minière autour de la région de Pilbara. Cependant, le récent ralentissement du marché des minerais de fer, associé à une attention accrue des mégamineurs portée sur la satisfaction de leurs actionnaires plutôt que sur les dépenses inconditionnelles en développement et la perspective d’une concurrence en hausse sur les marchés chinois et indiens avec Vale semblent avoir modéré les plans d’investissement les plus ambitieux des Trois Grands de Pilbara. Par exemple, Nev Power, PDG de FMG, a annoncé début juin que la société révisait son intention de dynamiser la capacité de production afin d’atteindre 250 millions de tm/an d’ici 2015 et prévoyait plutôt de conduire une série d’augmentations ciblées de la production de 20 millions à 50 millions de tm/an au cours de cette période.
 
Ses concurrents, Rio Tinto et BHP Billiton, ont récemment envoyé des signaux contradictoires concernant leurs projets d’investissement à long terme. Jac Nasser, président de BHP Billiton, a déclaré en mai lors de l’Institut australien des directeurs de sociétés que le secteur minier disposait actuellement « de plus de projets que de liquidités » et que « l’horizon d’investissement avait changé, » et que si BHP Billiton ne parvenait pas à remplir ses objectifs dans un seul projet, la société redirigerait ses capitaux ailleurs ou n’investirait pas du tout. D’après certaines informations, le PDG de Rio Tinto, Tom Albanese, aurait publié le 2 juillet une note adressée à l’ensemble de l’entreprise annonçant une réduction de 10 % des coûts d’assistance et des services après la hausse de 30 % de ces mêmes dépenses l’année passée, l’Australie étant l’une de ses zones d’exploitation les plus coûteuses.
 
Toutefois, les responsables des exploitations de minerais de fer de Rio Tinto et de BHP Billiton, Sam Walsh et Ian Ashby respectivement, ont publiquement maintenu que les plans d’investissement de leurs sociétés dans le cadre des exploitations à Pilbara resteraient pratiquement inchangés. Il est intéressant de noter que M. Ashby de Billiton a annoncé contre toute attente sa démission en mars après que des commentaires officieux sur une stagnation ressentie de la demande chinoise de minerais de fer ont causé une chute du prix des actions de la société.
 
Hausse rapide des recettes
FMG, en tant que jeune entreprise issue de l’acquisition en 2003 d’Allied Mining & Processing par Metal Group Pty. Ltd., a obtenu ses premières concessions minières à Christmas Creek la même année, ainsi que ses premières concessions à Cloudbreak. Quatre ans plus tard, en octobre 2007, la société commençait ses activités minières à Cloudbreak. En avril 2008, elle terminait la ligne de chemin de fer entre Cloudbreak et Port Hedland et en mai, elle chargeait sa première expédition de minerais de fer sur un bateau au port Herb Elliott. Aujourd’hui, elle détient 85 000 km2 de concessions minières dans la région de Pilbara et a déclaré des recettes annuelles s’élevant à près de 5,5 milliards de dollars.
 
Les opérations minières et de transformation de FMG se concentrent actuellement sur sa plateforme de Chichester, la zone d’activité la plus à l’Est des trois zones de la région de Pilbara où se situent les mines de Cloudbreak et de Christmas Creek. Une nouvelle mine de 60 millions de tm/an située sur la plateforme de Solomon, 120 km à l’ouest de Chichester, doit commencer sa production fin 2012. De plus, FMG effectue activement des forages dans ses plateformes occidentales où elle a déjà trouvé 625 millions de tm de minerais de qualité ressource qui, au final, pourraient approvisionner une nouvelle installation portuaire que la société envisage d’établir à Anketell Point en Australie occidentale.
 
En outre, la dernière découverte de FMG, Nyidinghu, se situe à moins de 35 km de la plateforme de Chichester et, d’après la société, elle compte au moins 2 milliards de tonnes métriques de ressources en minerai d’hématite de type Brockman d’excellente qualité. La société prévoit de produire rapidement sur le site de Nyidinghu et considère un projet complet comme prochaine étape de développement.
 
Bien que son horizon de production à long terme ne soit pas encore très clair, FMG met assurément l’accent sur des objectifs à court terme tandis qu’elle entre dans la dernière année de son programme « T155 » qui vise à atteindre un rendement de 155 millions de tm/an.
 
La mine de Cloudbreak extrait et transforme actuellement les minerais à un taux de 40 millions de tm/an. Plus tôt cette année, FMG a reçu l’accord du gouvernement pour procéder à une expansion du site de Cloudbreak qui inclura le développement de nouveaux puits et décharges ainsi qu’une amélioration de l’installation de traitement des minerais (ITM), ce qui devrait conduire à augmenter la production de minerai jusqu’à atteindre 50 millions de tonnes/an.
 
La toute proche et toute récente mine de Christmas Creek produit actuellement 35 millions de tm/an et accélère le rythme pour atteindre les 40 millions de tm/an d’ici fin 2012. La construction d’une seconde ITM à Christmas Creek est en cours, et d’après FMG, les synergies seront atteintes à Cloudbreak et Christmas Creek grâce au partage des dépôts et du chargeur de wagons ainsi qu’à l’expansion des installations existantes d’eau et d’électricité.
 
De manière générale, les développements feront passer la capacité existante de la plateforme de Chichester à 90 millions de tm/an d’ici la fin de cette année, tandis que cinq autres millions seront expédiés via Christmas Creek par la coentreprise Fortescue/BC Iron Nullagine.
 
FMG a déclaré attendre de recevoir l’accord du Département des industries minières et pétrolières d’Australie occidentale pour commencer l’exploitation minière complète à Solomon d’ici fin juin 2012. La nouvelle ITM Firetail à 20 millions de tm/an devrait obtenir ses premiers minerais en décembre 2012, elle sera suivie du lancement de l’ITM Kings à 40 millions de tm/an en mars 2013.
 
S’appuyer sur la technologie
L’ensemble des principaux producteurs de Pilbara s’appuie considérablement sur la technologie afin d’alléger les coûts, les délais et les ressources en main-d’œuvre requis pour exploiter des installations minières et de transformation complexes et d’envergure sur des sites isolés. Par exemple, Rio Tinto a récemment déplacé cinq camions de transport autonomes Komatsu de sa mine de West Angelas, où un programme test a indiqué des pertes de roulage sur des trajets sans chauffeur, vers sa mine de Yandicoogina où ils seront affectés au roulage et déchargement des minerais de fer avec cinq autres camions autonomes Komatsu neufs. Rio Tinto prévoit d’ajouter 150 autres camions autonomes Komatsu à ses exploitations de la région de Pilbara au cours des quatre prochaines années. La société dépensera également près de 442 millions de dollars afin d’automatiser les trains sur ses longues lignes ferroviaires.
 
Même BHP Billiton, généralement considéré comme étant moins enclin à dépenser de l’argent en technologie de pointe et préférant plutôt s’appuyer sur des produits ayant fait leurs preuves, examine l’intégration de camions autonomes Caterpillar dans certaines de ses mines et ouvrira à Perth un centre d’opérations à distance intégré, semblable à celui déjà mis en place par Rio Tinto, qui coordonnera la planification et le contrôle à court terme de ses opérations basées à Pilbara depuis un site central.
 
FMG n’a pas non plus hésité à adopter de nouvelles technologies. Bien au contraire, la société mettra bientôt en service un important groupe de camions autonomes Cat dans ses toutes dernières mines. Les récents événements montrent que si les responsables et ingénieurs de la société sont convaincus qu’une nouvelle technologie, ou qu’un nouveau modèle d’équipement de production, peut aider FMG à atteindre ses objectifs de production, ils n’attendent pas obligatoirement la fin des essais des prototypes avant de passer commande. Ce fut le cas en 2011, par exemple, lorsque Vermeer, fabricant de machines d’excavation de surface (SEM) Terrain Leveler basé aux États-Unis dans l’IOWA a présenté son tout dernier modèle, la T1655.
 
FMG a largement utilisé des machines d’exploitation minière de surface dans le cadre des exploitations de Cloudbreak et Christmas Creek. En réalité, la disposition de la mine de Cloudbreak a immédiatement été considérée comme étant une exploitation de type excavation de surface en raison de la forme longue et superficielle du dépôt et du besoin économique correspondant d’avoir une exploitation minière sélective. Les conditions à Christmas Creek sont similaires et plusieurs puits de la nouvelle mine sont exclusivement des sites pour excavatrices de surface ; on y utilise donc à la fois des machines Vermeer et des machines Wirtgen.
 
Le parc Vermeer de la mine comprenait neuf  machines d’excavation de surfaceT1255 SEM en 2011, modèle qui était à l’époque la plus grosse machine de Vermeer. Mais finalement, elle a été comparée a la nouvelle 4200 SM de Wirtgen, une machine d’excavation beaucoup plus grande qui, pendant les essais sur site en 2009, s’avérait être deux fois moins chère que sa petite sœur, la 2500 SM de Wirtgen. FMG a rapidement commandé d’autres 4200 SM, dont 10 serviraient à Christmas Creek, et Vermeer a réalisé qu’elle pouvait perdre de futures commandes.
 
Développement retardé
Vermeer avait commencé le développement d’une machine d’excavation de surface plus grande en 2007 mais avait choisi de ralentir le rythme du projet durant la crise économique mondiale de 2008-2009. Cette pause dans le développement, a déclaré Mark Cooper, directeur général de l’excavation spécialisée au sein de Vermeer, a donné l’opportunité à la société de revoir certains éléments de conception importants avant de passer à la conception du prototype. Parmi les principales décisions à prendre concernant le concept de la machine, il fallait choisir entre une unité de type couper-laisser ou de type couper-charger afin d’être cohérent avec l’approche de son concurrent.
 
Vermeer a décidé que l’approche couper-charger, dans laquelle la machine transfère les matériaux excavés via un convoyeur intégré vers des camions au pas, impliquait des facteurs variables trop nombreux pouvant affecter les taux de production, comme le changement de la vitesse de découpe ou le nombre de camions disponibles, et a plutôt choisi de concevoir la T1655 pour laisser le matériau coupé en place afin d’être ensuite chargé et transporté par un autre équipement. Pour aider les futurs clients à choisir l’approche adéquate, Cooper a indiqué que Vermeer avait développé un programme de « laboratoire souterrain » afin d’évaluer et de fournir des informations détaillées sur la méthode de coupe et de chargement la plus efficace selon les conditions du site.
 
Avec la reprise de l’activité économique, Vermeer a procédé à une modernisation des installations de 8 millions de dollars, dédiée exclusivement à la production du premier T1655 et des suivants. Une machine prototype a été terminée en mai 2011 et a rapidement été expédiée en Australie où elle a été réassemblée et transportée jusqu’à Christmas Creek en septembre. Après environ 1 000 heures d’essais seulement sur le terrain dans un environnement de production, FMG a commandé sept T1655 en octobre, y compris celui déjà sur site. Au moment de la visite d’E&MJ dans les installations de Vermeer et de FMG en Australie occidentale début juin, le deuxième T1655 attendait d’être expédié à l’installation de Perth de Vermeer. Cinq autres étaient en cours de fabrication dans l’usine de la société de Pella dans l’Iowa où la production prévoit de fabriquer une machine finie tous les 60 jours.
 
Le nouveau tambour frappe plus fort
Avec ses 200 tonnes (181,4 tm), la T1655 fait deux fois la taille et le poids de son prédécesseur, la T1255. Elle mesure 5,2 m de haut depuis le sol jusqu’en haut de la cabine en pleine extension, 13,4 m de long et 6,4 m de large. Elle est également très différente de la T1255, car le tambour de coupe est désormais à entraînement direct plutôt que par chaîne. Avoir des moteurs d’entraînement directement fixés au tambour de coupe permet non seulement d’améliorer l’efficacité, mais également de réduire les coûts d’usure liés aux chaînes, aux pignons et aux transmissions à courroie comme l’explique Jeff Flahive, responsable de l’ingénierie au sein de Vermeer. Le tambour est installé à l’arrière de la machine, ce qui lui permet de couper les matériaux tandis que les chenilles restent sur le sol non coupé. Ces éléments, ainsi que le centre de gravité bas de la machine, fournissent une traction ample et maintiennent la T1655 en équilibre et stable. Le tambour de coupe possède une fonctionnalité d’inclinaison brevetée qui lui permet de s’incliner à 5° dans chaque direction et de produire une zone excavée lisse.
 
Pendant les essais du prototype à la mine de Christmas Creek, l’amélioration de la productivité de la machine grâce à sa taille, sa puissance et l’efficacité de la coupe est rapidement devenue évidente : la T1655 a montré qu’elle pouvait couper 2 500 tm/h de minerais d’hématite, par rapport aux 600 tm/h maximums de la T1255.
 
La T1655 est équipée de deux chenilles hydrostatiques afin d’avoir une rotation indépendante dans chaque direction. Une fonctionnalité de contrôle de la charge permet à la machine de régler automatiquement la vitesse au sol afin d’utiliser toute la puissance du moteur, rendant ainsi la machine plus productive. Cela fournit une vitesse de déplacement au sol stable pour une productivité maximale dans des conditions variables. Si la profondeur de la coupe est correctement configurée selon les conditions du moment, le tambour de coupe peut excaver une bande large de 365 cm ayant une profondeur maximale de 68 cm, à un rythme de 1,5 à 2,4 m/min, laissant derrière une bande de fragments uniformes de 15 à 20 cm.
 
La T1655 comporte deux moteurs Cat C18 ACERT qui fournissent une puissance totale de 895 kW. Les deux moteurs transfèrent l’énergie vers une pompe commune. Dans des conditions normales, chaque moteur fournit de l’énergie de manière égale à la machine, mais si l’un est désactivé, la machine peut encore fonctionner sur un seul moteur. Un réservoir à carburant de 3 028 l fournit plus de 13 heures de fonctionnement continu à une puissance maximale.
 
En tant que dernier membre de la gamme de produits Terrain Leveler SEM de Vermeer, la T1655 présente également un nouvel écran TEC Plus qui autorise et surveille les communications entre différents modules de contrôle installés dans la machine. L’écran TEC Plus permet à l’opérateur de surveiller et de contrôler les fonctions de la machine, ainsi que d’améliorer les capacités de diagnostic intégrées. D’après la société, le système de contrôle de la machine basé sur un microprocesseur empêche l’opérateur de commettre des erreurs d’utilisation majeures.
 
Vermeer a également intégré des améliorations à la cabine, notamment un système d’air filtré, deux systèmes de refroidissement et de chauffage, de la mousse pour atténuer le bruit ainsi que des sièges doubles à suspension pneumatique. Durant son utilisation, la cabine monte jusqu’à une hauteur de 5 m et se déporte également de 58 cm pour une meilleure visibilité. La cabine, isolée de la structure principale de la machine par des coussins pneumatiques, respecte les normes ROPS (Structure de protection contre le renversement).
 
La chasse au fer
Sur les sites de Cloudbreak et de Christmas Creek, la nature tabulaire plate des gisements rend difficile l’exploitation minière à l’aide de techniques traditionnelles de forage et de dynamitage en raison du risque d’augmentation des concentrations de silice résultant du mélange des minerais et des déchets. Bien que les morts-terrains soient dynamités, chargés et transportés ailleurs par des méthodes conventionnelles, les capacités de coupe de précision des machines d’excavation de surface, qui donnent la possibilité de « chasser » les couches de minerais sinueuses, en font un outil extrêmement efficace permettant d’atteindre les objectifs de production des mines.
 
Sur le site de Christmas Creek, cinq puits sont actuellement actifs ; ils extraient un volume quotidien spécifique de minerais qui permet à FMG de satisfaire aux spécifications du produit. Une fois le gisement ouvert et 60 % ou plus des minerais exposés, les machines d’excavation de surface se mettent au travail et coupent selon une profondeur (environ 400 mm) qui a été déterminée afin d’avoir la meilleure association entre vitesse de coupe et fragmentation uniforme sans excès de produits fins. Le tambour inclinable qui s’adapte aux irrégularités du sol et la profondeur de coupe ajustable permettent aux machines d’excavation de surface de produire rapidement un fond de tranchée lisse et uniforme. Cela permet alors de réduire l’usure de l’équipement du puits, en particulier les machines avec des pneus en caoutchouc, et également d’utiliser dans de nombreux cas des camions tout terrain en lieu et place des camions de mine conventionnels.
 
La bande, ou quartelle, de matériaux excavés est laissée sur place derrière les machines d’excavation de surface ; elle est échantillonnée, puis poussée dans des piles plus grandes par un groupe de bouteurs D10T Cat, puis chargée plus tard par des chargeurs montés sur roue Cat 992 ou 994 dans des camions à corps rigide ou des trains à plusieurs wagons pour être transportée vers l’installation de traitement.
 
Pour atteindre l’objectif annoncé de la mine visant à charger cinq trains-blocs et demi tous les jours, la cadence de production est intense : pendant une période de 24 heures en avril, le parc de Christmas Creek a transporté 649 000 tm de matériaux. Également en avril, l’ITM1 de la mine a produit près de 79 000 tonnes de minerai transformé en 24 heures et l’installation de chargement des trains a chargé 127 300 tonnes en une journée.
 
FMG a anticipé la livraison de 15,8 millions de tm de fer au cours du trimestre se terminant en juin.
 
Bien que la toute dernière mine de surface de FMG sur la plateforme de Solomon utilisera un équipement d’exploitation minière conventionnel, Vermeer espère que son dernier SEM jouera un rôle important en vue de permettre à l’entreprise d’atteindre l’objectif T155, et les objectifs futurs encore plus ambitieux qui pourraient développer la plateforme de production de minerai de fer de FMG jusqu’à atteindre 355 millions de tm/an. Grâce aux communications bilatérales et un guidage GPS prévus comme futures caractéristiques de haute performance pour la machine, Scott Cooper de Vermeer entrevoit des perspectives positives concernant les capacités des machines d’excavation de surface. « Un ingénieur pourra créer un plan de mine au bureau et envoyer les données à la machine. L’opérateur peut afficher le plan à l’écran et aller travailler en se basant sur le nouveau plan de mine affiché devant lui.  »
 
« C’est l’avenir de l’exploitation minière de précision, » a déclaré Cooper. « Capturer davantage de valeur de la mine de manière efficace. »
 
Avec l’aimable autorisation de la revue « Engineering and Mining Journal »