mai 2015

Chargés à bloc

Pour les sociétés minières, les chargeurs-transporteurs alimentés par batterie constituent des options plus écologiques, qui génèrent moins de chaleur et sont moins bruyants que les machines fonctionnant au diesel.

Par Eavan Moore

Les machines alimentées par batterie, contrairement à leurs machines apparentées reliées à un cordon d’alimentation ou à un trolley, ont un rayon d’action illimité, peuvent abattre du travail dans des zones sans prises et ont peu de pièces fragiles exposées. Compte tenu de la difficulté à mettre au point la batterie adéquate, l’utilisation de cette technologie s’est limitée à des véhicules légers à usage particulier. Or, deux constructeurs, à savoir General Electric (GE) et RDH, ont exploité la puissance de la batterie aux fins d’une nouvelle application plus intensive : les chargeurs-transporteurs-déchargeurs.

Des pelles aux chargeurs-transporteurs-déchargeurs

Le plus proche parent du chargeur-transporteur-déchargeur à batterie est la pelle, la norme des applications utilitaires dans les mines de charbon souterraines, où les règlements visant à prévenir les feux de méthane ont découragé l’utilisation du diesel. Les pelles typiques ont un profil plat convenant aux filons de charbon bas.

« Les pelles, tout comme les machines utilitaires, fonctionnent de façon intermittente », a expliqué Mark Sprouls, représentant de Caterpillar, qui compte parmi les différents fabricants de pelles à batterie. « L’alimentation par batterie est très efficace pour ce genre d’applications, puisqu’il n’est pas nécessaire d’attendre qu’un moteur soit à la température de la pièce ou qu’il refroidisse avant de l’arrêter. »

Selon M. Sprouls, une mine de charbon typique dispose d’une pelle pour chaque zone d’extraction minière continue. La pelle aura quatre batteries au plomb acide en circulation : deux dans le véhicule et deux en rechargement. À chaque changement de quart, les pelles se rendent au poste de recharge près de l’aire d’opération, où un treuil ou un système de transfert spécialisé est utilisé pour permuter les batteries déchargées.

Ces batteries sont extrêmement lourdes – elles pèsent plusieurs tonnes – et volumineuses. C’est ce qui explique pourquoi leur utilisation est limitée aux applications utilitaires moins exigeantes. Toutefois, au cours des dernières années, les technologies de batteries se sont améliorées. Quand la société GE a fait l’acquisition de Fairchild, un constructeur d’équipement souterrain, en 2012, elle a immédiatement cherché à adapter le cadre d’une pelle à charbon à batterie de Fairchild afin de pouvoir l’utiliser comme chargeur-transporteur-déchargeur pour la production de roches dures. Simultanément, RDH Mining Equipment a mis au point son propre chargeur-transporteur-déchargeur à batterie.

Les chargeurs-transporteurs-déchargeurs sont une race différente de chargeuses à pelle. Conçues pour soulever et déverser des charges dans des camions et des trémies, leur design est plus haut et plus étroit, adapté à la géométrie d’une mine de roche dure, et elles se déclinent dans une gamme de tailles plus étendue afin de répondre à des besoins plus variés. La capacité maximale de chargement des plus gros chargeurs-transporteurs-déchargeurs peut dépasser 20 tonnes et dans le cas des plus petits, elle est de deux tonnes.

Fabriquer de meilleures batteries

GE a décidé d’utiliser des batteries au plomb-acide de 240 volts dans ses premiers modèles, offrant aux clients une technologie connue inspirée d’autres applications minières. Ce type de batterie est également une solution plus économique que les batteries au lithium ion, qui coûtent de trois à quatre fois plus cher par kilowattheure, selon Sid Gaitonde, chef de produit principal, Propulsion souterraine, à GE Mining.

Bien que toutes les batteries soient lourdes, peu importe le type – ajoutant pas moins de 20 % au poids d’un chargeur-transporteur-déchargeur – cela peut s’avérer avantageux pour les machines durant le chargement, a expliqué M. Gaitonde. Cela permet d’obtenir une meilleure traction quand la benne charge le tas de déblais. L’opérateur n’a pas besoin d’attendre que les roues patinent pour s’assurer que la benne est pleine. Le fait que GE ait choisi de doter les roues et les fonctions hydrauliques de moteurs distincts à courant alternatif assure une plus grande efficience, a ajouté M. Gaitonde. En ayant un moteur spécial, la machine offre une meilleure traction dans les plans inclinés, et l’opérateur a un meilleur contrôle, peu importe le mode de fonctionnement utilisé.

En outre, plus la puissance peut être intégrée à ce poids supplémentaire, mieux c’est. La concurrente RDH a décidé dès le départ de doter ses prototypes d’accumulateurs au lithium fer phosphate de 470 volts. Parmi leurs nombreux avantages par rapport aux batteries au plomb-acide, les batteries au lithium sont environ deux fois moins lourdes tout en assurant une puissance équivalente. Elles durent également plus longtemps : alors que les batteries au plomb durent environ 1 500 cycles avant de devoir être mises au rebut, celles au lithium peuvent durer jusqu’à 5 000 cycles.

Gustavo Portalier, chef de l’exploitation à RDH, a dit qu’il avait fallu environ un an d’essais avant de pouvoir mettre au point des batteries offrant suffisamment de puissance sans surchauffer. « Dans le cas des batteries, la courbe d’apprentissage est importante », a affirmé M. Portalier. « Cela explique pourquoi peu d’entreprises le font. »

Kirkland Lake Gold

RDH a acquis son premier client lors d’essais sur le terrain à la mine Macassa, en Ontario, où un plan d’approfondissement de mine a incité le propriétaire, Kirkland Lake Gold, à chercher des façons de réduire les besoins de ventilation. Un premier chargeur transporteur-déchargeur à batterie est allé sous terre en 2012, suivi de trois camions de 18 tonnes l’année suivante. Des batteries alimentent maintenant 12 chargeurs-transporteurs-déchargeurs à Macassa, chacun doté d’une benne d’une contenance d’environ 2,3 m3.

La mine s’assure que trois batteries sont disponibles en tout temps pour chaque véhicule : deux embarquées – une en utilisation et une de rechange – alors qu’une troisième se recharge. Une seule batterie peut faire fonctionner la machine pendant un maximum de quatre heures, et chacune prend jusqu’à une heure et demie pour recharger. Quand une des batteries du véhicule est faible, celui-ci s’arrête à un poste de recharge et un pont roulant effectue une permutation avec une batterie de rechange. Lorsque la batterie déchargée a fini de se recharger, le véhicule revient pour une autre permutation. Il est également possible de remplacer toutes les batteries du chargeur-transporteur-déchargeur en même temps – mais cela nécessite un temps d’arrêt d’environ 1,5 heure.

S’assurer que les batteries demeurent chargées et pleinement opérationnelles est une opération que Kirkland Lake a graduellement appris à faire. « Nous avons récemment mis en place une équipe d’entretien principalement chargée de s’occuper des batteries et de leur infrastructure respective », a expliqué George Ogilvie, chef de la direction. « Il est essentiel, pour notre production, que cet équipement et cette infrastructure continuent de fonctionner de façon efficiente. »

Iamgold

GE a testé son propre prototype à la mine Westwood d’Iamgold au Québec. « L’équipe de Westwood était très coopérative et avait bien hâte de le mettre à l’épreuve », a affirmé Rémi Desrosiers, ingénieur d’application à GE Mining.

En fonctionnement continu, une batterie au plomb-acide fournit de six à huit heures d’alimentation d’énergie, pendant qu’une ou deux batteries supplémentaires se rechargent. À la fin de chaque quart, la batterie peut être remplacée en 10 ou 15 minutes en utilisant un système de permutation exclusif qui ne requiert pas de treuil ni d’autre infrastructure permanente. « La batterie au plomb-acide prend environ huit heures pour se recharger, alors si vous souhaitez disposer d’une batterie en tout temps, nous recommandons d’en prévoir trois », a affirmé M. Gaitonde. Dès que GE lancera, comme elle planifie de le faire, une batterie au lithium – ou un autre type de batterie aussi efficace – les clients ayant recours à cette option pourront utiliser deux batteries par véhicule.

Coûts et avantages

Tout client potentiel s’informera sur le coût exact des batteries. Selon M. Portalier, le chargeur-transporteur-déchargeur de RDH coûte 30 % de plus qu’un modèle diesel, mais la réduction de la consommation de diesel et de la ventilation requise pour évacuer les gaz d’échappement de la zone de travail confèrent aux batteries un léger avantage. Une charge de batterie complète pour le chargeur-transporteur-déchargeur de 2,3 pi3 – permettant de trois à quatre heures d’opération – est d’environ 120 kW, estime M. Portalier, alors qu’une version diesel de même taille que ce véhicule consommerait de 12 à 16 litres de carburant par heure.

Kirkland Lake a commencé à utiliser les chargeurs-transporteurs-déchargeurs à batterie quand le pétrole se vendait à plus de 120 $ le baril. Compte tenu de l’écart marqué entre le coût du diesel et le coût de l’électricité, le nouvel équipement a pu être amorti en moins de 12 mois. M. Ogilvie a dit que même en tenant compte de la dernière baisse du cours du pétrole, Kirkland Lake économise toujours de l’argent, mais les avantages les plus notables concernent la ventilation. « Sans doute l’aspect le plus important, nos effectifs qui travaillent dans ces zones respirent de l’air plus propre », a-t-il fait remarquer.

M. Desrosiers a affirmé que le marketing de GE était surtout axé sur le problème de la matière particulaire diesel, classée comme cancérigène en 2012 par l’Organisation mondiale de la Santé. Or, il a découvert que certains clients s’intéressaient davantage aux capacités de réduction de la chaleur des véhicules à batterie. « Les machines électriques ont un rendement thermique nettement supérieur à leur contrepartie diesel », a-t-il affirmé. « Pour de nombreux clients, la gestion thermique est parfois plus importante que la concentration de matières particulaires diesel (MPD). Que le but soit de réduire les MPD ou la chaleur, nous pouvons contribuer à réduire les coûts de ventilation. »

Savoir l’utiliser

Les opérateurs expérimentés peuvent passer à l’électrique sans problème, poursuit M. Desrosiers. « En fait, dans un cas, il n’a fallu que 45 minutes à l’opérateur pour maîtriser les commandes du véhicule », a-t-il dit. La machine est plus simple sous certains aspects. Par exemple, le moteur n’a pas de démarreur.

L’opérateur a moins besoin d’intervenir pour le freinage. « Normalement, au moment de s’engager sur une pente, l’opérateur devrait utiliser les freins assez souvent », a expliqué M. Desrosiers. « Dans notre cas, l’utilisation des freins est réduite parce que pendant que le véhicule descend la pente, le système démarre automatiquement les moteurs pour ralentir l’unité et transfère cette énergie aux batteries. Concrètement, ils rechargent les batteries pendant la descente, et tout se fait sans que l’opérateur s’en rende compte. »

De plus, les opérateurs de chargeurs-transporteurs-déchargeurs n’auront pas à réapprendre grand-chose, a affirmé M. Portalier. Bien qu’en théorie, ils pourraient laisser involontairement la batterie se décharger, les machines sont dotées d’un système d’alerte. Lorsqu’elles atteignent 20 % de leur capacité, un voyant jaune s’allume et la machine cesse de fonctionner suffisamment longtemps pour alerter l’opérateur qu’il doit se rendre à un poste de recharge. Les chargeurs-transporteurs-déchargeurs de GE sont dotés d’un système similaire.

Le contrôle, l’entretien et le diagnostic des batteries à distance peuvent être effectués par la mine, avec le soutien des constructeurs, au besoin. Les machines de RDH peuvent se connecter à un réseau sans fil pour obtenir du soutien à distance; quant à GE, elle offre un soutien téléphonique ou en personne.

La différence la plus frappante que les opérateurs d’équipement remarqueront est le fonctionnement relativement silencieux des unités à batterie. Le vrombissement des chargeurs-transporteurs-déchargeurs diesels peut être assez assourdissant, obligeant parfois les opérateurs à porter une double protection antibruit. Les modèles à batterie n’émettent qu’entre 50 et 60 dB environ – si peu, que les clients de RDH et GE ont exigé l’installation d’une alarme sonore pour alerter les travailleurs à proximité quand les machines se déplacent.

Commandes et expansions prévues

À la suite d’essais concluants, GE et RDH ont reçu des commandes pour leurs chargeurs transporteurs-déchargeurs respectifs. Le modèle commercial de GE devant être lancé à la fin de 2015 s’appellera le ­­ LHD-7-HB, indiquant sa capacité de chargement de sept tonnes. La benne fait 3 m3.

GE planifie également d’élargir sa gamme de batteries en 2016. M. Gaitonde a affirmé que la société s’emploie actuellement à évaluer le lithium par rapport à d’autres matériaux, notamment les propres batteries Durathon de GE, au sodium et au nickel.

RDH vend sa machine sous le nom de Muckmaster 300EB. M. Portalier a affirmé que la société prévoit lancer une machine de 1,5 m3 d’ici la fin de juillet, en plus des modèles de 2,3 à 2,67 m3 et de 4,6 m3 qu’elle a déjà vendus à des clients. La société s’attache également à mettre au point une batterie lithium phosphate plus puissante pouvant fonctionner pendant six heures.

Ces projets pourraient répondre à une partie des souhaits des utilisateurs actuels. Interrogé sur les améliorations qu’il aimerait voir sur le plan technologique, M. Ogilvie a répondu : « Nous aimerions pouvoir attendre plus longtemps entre les permutations de batteries. De plus, nous aimerions que les accumulateurs individuels durent plus longtemps avant de devoir être mis au rebut ou remis à neuf. » Les premiers accumulateurs de la mine Macassa seront en fin de vie utile sous peu.

La mine Macassa pourrait également utiliser de l’équipement plus petit, puisqu’elle a récemment décidé de privilégier la teneur par rapport au tonnage et réduit la portée de ses activités minières. Selon M. Ogilvie, pour l’exécution des travaux d’exploitation minière, les chargeurs-transporteurs-déchargeurs actuels requièrent une largeur minimale de 2,1 m; dans certaines zones, une largeur de 1,5 m serait préférable.

Exploitant déjà des camions et des chargeurs-transporteurs-déchargeurs à batterie dans une mine et ayant d’autres commandes en vue et des projets d’expansion, ces constructeurs ont tracé la voie pour le reste de l’industrie. Lorsqu’il s’agit de prendre de l’expansion, a dit M. Portalier, « il n’y a pas de limite. Tout dépend de la technologie des batteries que vous utilisez. »

Traduit par CNW


Retour à la table des matières | Article de fond : S’adapter à la vie au campement | Voyage : Stratoni, Grèce | Profil de projet : Le complexe de Kassandra | À la une : Éducation et formation

Publier un commentaire

Commentaires

Version PDF