Vers une exploitation minière durable grâce aux énergies renouvelables

Les mines de cuivre et de lithium jouent un rôle essentiel dans la transition énergétique mondiale. Le cuivre transporte l’énergie à travers les câbles, les moteurs et les réseaux électriques, tandis que le lithium la stocke dans des batteries qui alimentent les véhicules électriques, les ordinateurs et les systèmes de stockage.

La demande mondiale explose, et le Chili est le premier producteur mondial de cuivre et un des plus grands producteurs de lithium. Cependant, l’extraction et le traitement de ces éléments dépendent encore largement des combustibles fossiles, ce qui implique une empreinte carbone élevée.

Pourquoi parler d’énergies renouvelables dans le secteur minier ? 

Le contexte des mines au Chili 

Le Chili est le premier producteur mondial de cuivre (24% de la production mondiale) [1] et détient plus de 30% [2] des réserves mondiales de lithium, des minéraux essentiels à la transition énergétique mondiale. En effet, le cuivre est utilisé dans les câbles électriques, les réseaux de transport et les technologies renouvelables, tandis que le lithium est essentiel pour les batteries des véhicules électriques et le stockage de l’énergie solaire et éolienne.  

Le secteur minier représente environ 12 % du PIB du Chili et 60% de ses exportations totales, ce qui en fait un pilier fondamental de l’économie nationale [3].

Cependant, l’extraction et le traitement de ces minerais nécessitent d’énormes quantités de chaleur, encore majoritairement produite à partir de combustibles fossiles. L‘exploitation minière au Chili consomme ainsi environ 55 TWh d’énergie par an, dont 51% en électricité et 49% en chaleur [4], cette dernière étant en grande partie couverte par le diesel et le gaz naturel. Par conséquence, le secteur minier génère environ 7% des émissions de gaz à effets de serres (GES) du pays, avec 7,9 MtCO₂e directes en 2022, principalement liées à l’utilisation de combustibles dans les chaudières, les processus thermiques et le transport. 

Part de l’électricité et de la chaleur dans la consommation énergétique totale, 2010-2024. Source: Cochilco

Les énergies renouvelables pour décarboner les mines 

Les entreprises minières ont conscience du défi climatique et ont toutes pris des engagements forts en matière de durabilité pour les années à venir.  

Le Chili s’est engagé à réduire ses émissions de 30% d’ici 2030 par rapport à 2007 et à atteindre la neutralité carbone d’ici 2050, avec une feuille de route sectorielle qui vise 70% d’énergies renouvelables dans le mix énergétique d’ici 2030 et une réduction progressive des émissions dans le secteur minier [5]. 

Dans ce contexte, l’industrie minière chilienne doit accélérer la décarbonation de ses procédés pour renforcer sa compétitivité sur un marché international où la demande pour le cuivre et le lithium à faible empreinte carbone est en forte croissance. 

Les obstacles à la décarbonation de l’industrie minière 

Derrière le défi énergétique se cachent d’importants obstacles économiques et techniques, qui expliquent pourquoi la décarbonation des mines reste complexe : 

• La nécessité d’investissements CAPEX importants pour améliorer l’efficacité énergétique, en intégrant des systèmes de récupération de chaleur et des technologies de chaleur renouvelable. 

• La nécessité de moderniser les technologies et les équipements thermiques : de nombreux sites utilisent des chaudières au diesel ou au gaz à faible rendement et sans système de récupération de la chaleur fatale. De plus, certains ne disposent pas de pilotage de la demande thermique, ce qui entraîne un surdimensionnement et une surconsommation. 

• Un soutien gouvernemental limité, principalement orienté sur l’électrification et les contrats d’achat d’électricité (PPA), avec peu de mesures concrètes pour accélérer la décarbonation de la chaleur. 

Pourtant, la production de chaleur à partir de combustibles fossiles est très couteuse et est fortement exposée à la volatilité des prix internationaux du diesel et du gaz naturel. 

La chaleur renouvelable est une alternative propre et fiable aux combustibles fossiles, capable de réduire considérablement les émissions de CO2 et d’améliorer la compétitivité du secteur. 

Solutions pour décarboner les mines : électrification et chaleur renouvelable 

Le secteur a déjà réalisé des avancées importantes en matière d’électrification, notamment grâce à la signature de contrats d’achat d’électricité renouvelable (solaire et éolienne) qui permettent de réduire le coût de cette énergie. Cependant, la décarbonation des besoins en chaleur reste l’un des principaux défis à relever.  

La consommation énergétique de l’exploitation minière varie selon les étapes du processus d’extraction: 

• Les processus de concentration consomment 16,29 TWh, soit 29% de la consommation totale. À ce stade, l’utilisation de l’électricité prédomine clairement (15,83 TWh), en raison des besoins élevés en énergie des opérations de concassage et de broyage du minerai. 
• Dans le domaine hydro métallurgique, le processus SX-EW (lixiviation et électroobtention) consomme 5,45 TWh (9,8% du total). Il repose lui aussi principalement sur l’électricité (4,42 TWh), ce qui démontre le besoin d’un approvisionnement électrique continu, bien qu’il nécessite également des combustibles pour fonctionner6. 
• Enfin, la fusion combine l’usage d’électricité et de combustibles, l’énergie thermique étant indispensable à la réalisation du procédé. 

Consommation de chaleur et d’électricité par procédés. Source Cochilco

Les procédés pouvant être décarbonés 

La production de cuivre repose sur plusieurs étapes qui consomment beaucoup d’énergie, tant électrique que thermique. 

Le minerai est d’abord extrait, puis concassé, broyé et enfin trié. Selon sa nature (sulfuré ou oxydé), il existe deux grands procédés permettant d’obtenir du cuivre pur à plus de 99 %. 

Cuivre sulfuré : fusion et électro-affinage    

Dans le cas des minerais sulfurés, la première étape consiste en une fusion à haute température dans des fours, afin de séparer le cuivre des impuretés et d’obtenir du cuivre brut.

Celui-ci est ensuite purifié par affinage électrolytique. 

Ce procédé consiste à plonger des anodes de cuivre dans une solution électrolytique dans laquelle circule un courant électrique. Sous l’effet du courant, le cuivre se dissout de l’anode et se dépose sur la cathode, formant des plaques de cuivre très pur (jusqu’à 99,99 %). 

@codelcoeduca

Dans la fonte et l’affinage, la demande thermique peut dépasser 200 MWt dans les grandes usines, où les coûts de décarbonation et d’efficacité peuvent être amortis en ~10 ans selon la solution appliquée. 

Cuivre oxydé : lixiviation et électro-obtention

Dans le cas des minerais oxydés, le cuivre est extrait par lixiviation. Le minerai broyé est empilé sur des plateformes étanches, puis aspergé d’une solution acide qui dissout le cuivre contenu dans la roche.

La solution enrichie est ensuite recueillie et acheminée vers l’étape d’électro-obtention. Ce procédé, similaire à l’électro-raffinage, permet de récupérer le cuivre directement à partir de la solution en le déposant sur des cathodes sous l’effet d’un courant électrique. 

Pour que la lixiviation fonctionne efficacement, la solution doit être maintenue à une température optimale (généralement entre 40 et 60 °C). La chaleur accélère la dissolution et améliore le rendement. Cela nécessite toutefois une source d’énergie thermique continue, pouvant atteindre plusieurs dizaines à plusieurs centaines de MW thermiques (MWt) par site. 

@codelcoeduca

Bien qu’ils utilisent directement l’énergie électrique, les systèmes de prétraitement, de chauffage des solutions et de séchage des boues consomment une quantité importante d’énergie thermique. 

Solutions de fourniture de chaleur renouvelable adaptées à l’exploitation minière  

Parmi les technologies à intégrer, nous pouvons citer :

	Solaire thermique à grande échelle	Cette technologie permet de fournir directement la chaleur nécessaire pour maintenir les solutions de lixiviation à température (40-60°C) ou pour chauffer les électrolytes dans l’électroobtention et les solutions en général.
	Systèmes de stockage thermique à court et long terme	Ils permettent de stocker la chaleur produite pendant la journée et de l’utiliser la nuit ou de manière continue, ce qui garantit la stabilité des processus miniers qui fonctionnent 24h/24, 7j/7.
	Récupération de la chaleur résiduelle	Elle est utile dans des processus tels que la fonte qui peut réduire de plus de 20% la consommation thermique nette.
	Les pompes à chaleur industrielles	Des technologies idéales pour les processus de 40 à 85°C, récupèrent la chaleur à basse température et l’élèvent à un niveau utile. Elles permettent de remplacer la chaleur fossile par de l’énergie thermique renouvelable à fort rendement.
	Chaudières électriques	Elles sont utilisées pour les processus pouvant atteindre des températures élevées.

Face aux défis du secteur minier, Newheat, en collaboration avec sa récente joint-venture Newheat Latam*, se positionne comme un partenaire stratégique pour la décarbonation des mines au Chili. 

Ensemble, ils proposent des solutions de chaleur renouvelable à grande échelle, en s’appuyant sur l’expertise de Newheat dans la conception, le financement, la construction et l’exploitation d’installations de chaleur décarbonée. Celui-ci offre un modèle de « chaleur en tant que service », avec des contrats de 15 à 20 ans, sans investissement initial requis de la part du client (modèle Heat-as-a-Service). 

Newheat propose différentes technologies de fourniture de chaleur renouvelable intégrées pour garantir un coût compétitif, une grande robustesse et une disponibilité continue, dans des processus tels que la lixiviation, l’électroobtention et le chauffage de solutions en général.  

Solutions de fourniture de chaleur renouvelable Newheat

*Newheat et Sunmark Chile ont uni leurs forces dans une joint-venture: l’innovation de Newheat en matière de modélisation, de conception et d’exploitation à distance de centrales thermiques renouvelables et l’expérience internationale de Sunmark dans les grands projets de chaleur à l’échelle industrielle. Leur objectif commun est de décarboner à grande échelle l’industrie minière du cuivre et du lithium, en proposant des solutions de fourniture de chaleur renouvelable fiables, compétitives et adaptées aux besoins spécifiques de chaque site et de chaque industrie. 

Cas de la mine Gabriela Mistral 

La mine de cuivre Gabriela Mistral, située dans la région d’Antofagasta, au nord du Chili, est une mine à ciel ouvert appartenant à Codelco, spécialisé dans le traitement des minéraux oxydés par lixiviation.  

Fonctionnant 24h/24 et 7j/7 dans l’un des déserts les plus ensoleillés au monde, le site présente des besoins en chaleur important pour maintenir les solutions à température dans les processus de lixiviation et d’électroobtention.  

Dans ce contexte, Sunmark Chile*, aujourd’hui Newheat Latam, a mis en place il y a plus de 10 ans une centrale solaire thermique d’une puissance installée de plus de 30 MWth, équipée d‘un stockage thermique de plus de 4000 m3.  

La centrale a été intégrée comme apport de chaleur complémentaire au processus d’électroobtention. Aujourd’hui, elle fournit plus de la moitié de l’énergie thermique nécessaire pour maintenir les grands bassins contenant les plaques cathodiques à environ 46 °C. 

Cette solution a permis de: 

• Réduire la consommation de combustibles fossiles de plus de 60 %. 

• Éviter l’émission de plus de 15 000 tCO₂/an. 

• Diminuer les coûts d’exploitation de plus de 10 %. 

Cet exemple montre qu’avec un ensoleillement moyen de ~2 800 kWh/m²/an dans le nord du Chili, la reproductibilité est élevée dans d’autres sites de lixiviation et processus à basse et moyenne température. 

 *Sunmark Chile a été fondée par Hans Grydehoj et Ian Nelson, respectivement directeur général et directeur technique actuels de Newheat Latam.  

Décarboner les mines de cuivre

L’industrie minière chilienne fait face à un défi majeur : décarboner ses procédés thermiques pour respecter ses engagements nationaux et internationaux, préserver sa compétitivité et répondre à la demande croissante de minerais à faible empreinte environnementale.

L’intégration à grande échelle de la chaleur renouvelable représente l’une des opportunités les plus importantes et les plus rentables pour accélérer la transition énergétique des mines. Avec un cadre public favorable, des incitations adaptées et l’engagement d’acteurs comme Newheat Latam, le secteur peut réduire significativement son empreinte carbone, maîtriser ses coûts d’exploitation et s’imposer comme un leader mondial des « minéraux verts ».

Chez Newheat et Newheat Latam, nous accompagnons le secteur minier au Chili avec des solutions concrètes, évolutives et compétitives, en favorisant une exploitation durable qui contribue au développement économique de l’industrie, du pays et à la protection de la planète.