exploitation à ciel ouvert et souterraine (suite)

Dans une exploitation, la recherche d’un prix de revient minimal détermine le choix de la méthode adaptée aux caractéristiques du gisement. Les frais de main-d’œuvre étant un élément dominant du prix de revient, on fait appel aux machines les plus puissantes utilisables pour réduire le personnel ; en contrepartie, il y a les consommations d’énergie, les pièces de rechange, les frais d’entretien ainsi que les dépenses de grosses réparations et de renouvellement de ces machines coûteuses, qui doivent être d’une robustesse exceptionnelle en raison de leurs conditions de travail particulièrement dures. Dans les exploitations souterraines, la nécessité de maintenir les terrains au-dessus des excavations et de faire le minimum de creusement dans le stérile limite la largeur et la hauteur des galeries d’accès et des chantiers, fréquemment encombrés par le soutènement. La dimension des machines, donc leur puissance, est conditionnée par la dimension des vides dans lesquels elles se déplacent.

Exploitation à ciel ouvert

Il n’y a aucune limite pour la dimension des machines, qui sont beaucoup plus volumineuses que celles des mines souterraines ; les plus puissants matériels de travaux publics sont construits pour ce type d’exploitation, et il n’y a ni question de soutènement ni problème d’aérage. Le prix de revient du mètre cube exploité à ciel ouvert est donc beaucoup plus faible qu’en mine souterraine ; mais, en général, le gisement n’affleure pas à la surface du sol, de sorte qu’il faut le découvrir, c’est-à-dire enlever le terrain stérile qui le recouvre. Habituellement, la quantité de stérile à enlever dépasse celle de minerai. On appelle rapport de découverture le nombre de mètres cubes de stérile à excaver pour découvrir 1 tonne de minerai. Lorsque ce rapport est trop grand, le prix de revient du minerai est supérieur à celui d’une mine souterraine, et on doit renoncer à exploiter à ciel ouvert. Le rapport limite de découverture varie avec la nature des terrains et avec le prix de revient en exploitation souterraine. Pour beaucoup de gisements, un rapport de découverture de 10 est acceptable. Dans le cas du charbon, dont le prix de revient en mine souterraine est élevé, on accepte aux États-Unis des rapports de découverture jusqu’à 30, ce qui correspond à une couche de houille de 1 m sous 30 m de recouvrement.

La puissance des machines pour mines à ciel ouvert faisant des progrès plus rapides que celle des machines pour mines souterraines et les salaires ne cessant d’augmenter plus vite que les prix du matériel, le rapport limite de découverture va en augmentant : déjà près de 90 p. 100 des minerais extraits dans le monde proviennent d’exploitations à ciel ouvert ; la majorité des mines nouvelles sont de ce type ; dans le tiers monde, l’exploitation à ciel ouvert a l’avantage de ne pas nécessiter un personnel formé au travail très spécial des mines souterraines ; celles-ci sont réservées aux gisements profonds, comme le sont malheureusement en Europe la plupart des couches de charbon.

Lorsqu’il s’agit d’une couche ou d’un filon assez régulier, l’exploitation se fait dans une longue tranchée parallèle aux lignes de niveau du gisement. La partie supérieure de la tranchée est dans le stérile ; le gisement est découvert et exploité en dessous. Le front de la tranchée se déplace dans la direction de la pente de la couche, de sorte que l’épaisseur du recouvrement à décaper augmente ; l’exploitation est arrêtée lorsque le rapport de découverture devient trop grand.

Si la couche est presque horizontale, l’exploitation à ciel ouvert se développe sur une grande surface, avec des variations modérées de l’épaisseur du recouvrement, et le stérile est déversé là où le minerai (ou le charbon) a été enlevé, sur l’autre bord de la tranchée, qui garde ainsi une largeur constante ; lorsque celle-ci n’est pas excessive, on évite le transport du stérile en utilisant des excavateurs à très long bras déversant de l’autre côté de la tranchée le stérile qu’ils ont chargé dans leurs godets. Ces excavateurs sont soit des draglines placés sur le terrain naturel du dessus de la tranchée, dont la longue flèche permet de vider le godet de l’autre côté, soit des pelles de « stripping » placées sur la couche découverte au bas de la tranchée, dont le bras, anormalement long, peut vider le godet au-dessus de l’autre bord. Pour les épais recouvrements, impliquant de larges tranchées, on a été ainsi amené à construire des draglines marcheurs à flèche de 120 m, d’un poids de 12 000 t, d’une puissance électrique totale de 50 000 ch et d’un godet de 175 m³ ainsi que des pelles de stripping équivalentes.

Lorsqu’il s’agit d’exploiter un amas épais, l’excavation forme un entonnoir qui s’approfondit et s’élargit au fur et à mesure de la progression de l’exploitation. Si le gisement est considérable, la profondeur finale atteint plusieurs centaines de mètres. Les excavations sont taillées en gradins verticaux ou à forte pente ; au pied de chaque gradin en exploitation, les engins évoluent sur une large banquette. Dans un stérile rocheux, les déblais abattus sont habituellement chargés par une pelle classique sur chenilles, à godet de plusieurs mètres cubes, et la hauteur des gradins est généralement de 8 à 15 m, inférieure à la hauteur du bras de la pelle, bien que, parfois, on fasse des gradins de 30 m si la sécurité est assurée.

L’emploi de chargeuses à godet frontal, sur chenilles et de plus en plus sur pneus, se développe. Dans ces engins, le godet n’est pas tiré par des câbles, mais est relié au corps de la machine par une cinématique de leviers mus par vérins hydrauliques. Alors que, pendant le cycle de travail, la base d’une pelle ou d’un dragline ne se déplace pas, mais que sa superstructure pivote autour d’un axe vertical, la chargeuse avance, pousse son godet contre le tas à charger, puis se déplace pour déverser dans un camion son godet, par basculement autour de son axe. Afin de raccourcir la durée du cycle, les machines sur pneus sont à châssis articulé permettant un braquage très court. À capacité de godet égale, le débit de ces chargeuses supporte la comparaison avec celui des pelles classiques, mais elles ne peuvent attaquer directement un gradin en terrain moyennement dur. Les grosses pelles et les draglines sont électriques, alors que les chargeuses à godet sont à moteur Diesel.