alt=Refer to caption.|vignette|Côtés inclinés et en gradins de la mine d'or du barrage Sunrise, en Australie. Une exploitation à ciel ouvert (en ), ou excavation à ciel ouvert (en ), est une technique d'exploitation minière qui consiste à extraire de la roche ou des minéraux de la terre par leur retrait d'une fosse à ciel ouvert, parfois appelée emprunt ().
Une excavation à ciel ouvertOQLF, Organisation de coopération et de développement économiques, 1983. Excavation à ciel ouvert peut désigner une carrière ou une mine à ciel ouvert. Les carrières sont un cas particulier d'exploitation par fosse, qui s'intéresse à des gisements de roche très denses et bien consolidées, qui vont être débité en pierre à bâtir ou en granulat.
En terrain meuble l'exploitation se fait en continu, l'extraction et l’évacuation s’enchaînant; en roche dure l'utilisation d'explosif impose une exploitation discontinue.
L'exploitation à ciel ouvert est de manière générale moins dangereuse que l'exploitation souterraine.
L'exploitation à ciel ouvert autorise l'emploi d'engins lourdsJeanne Mager Stellman. Encyclopédie de sécurité et de santé au travail, Volume 3. International Labour Organization, 2000. Lire en ligne, aux gabarits « hors normes », pelles hydrauliques, dumper, chargeuses de fort gabarit.
En France, dans le code minier, l'assujettissement d'un gîte contenant des substances minérales ou fossiles soit au régime légal des mines, soit à celui des carrières est déterminé par la seule nature des substancesCode minier (nouveau) - Article L100-1. .
Description Lorsque les gîtes que l'on veut exploiter sont situés , en tout ou en partie, à une faible profondeur sous la surface du sol, et recouverts seulement par des terrains fragiles, le mode d'exploitation le plus économique et quelquefois le seul possible, consiste à enlever les terrains au-dessus du gîte, pour les mettre entièrement à découvert. Selon cette explication on peut ranger dans les excavations à ciel ouvert, les dépôts de tourbes, beaucoup de carrières de pierres, les dépôts de minerai d'étain d'alluvion, d'autres gîtes métalliques, et même quelques portions de couches de houille puissantes. Ces exploitations à ciel ouvert donnent lieu à des excavations de très grandes dimensions tant en surface qu'en profondeurCharles Pierre Mathieu Combes. Traité de l'exploitation des mines. F. Oudart, 1846. Lire en ligne.
Le mineur pratiquait aussi fréquemment des fossés ou tranchées à ciel ouvert, pour découvrir ou explorer des affleurements de gîtes, et quelquefois pour tenir lieu de galeries souterraines, qu'il faudrait creuser et maintenir ouvertes dans des terrains sans consistance, à une petite profondeur au-dessous de la surface.alt=Machinery is minuscule compared to the size of this mine.|vignette|Pétardage de roches à la grande au Nevada, aux États-Unis. Notez la taille des excavatrices pour l'échelle (premier plan, gauche), et que le fond de la mine n'est pas visible. vignette|Les excavatrices à godets des mines de charbon de Rhénanie allemande comptent parmi les plus gros véhicules terrestres du monde.
Cette forme d'exploitation minière diffère des méthodes d'extraction qui nécessitent des galeries dans la terre, comme l'exploitation minière à longue taille. Les mines à ciel ouvert sont d'usage lorsque des gisements de minerai ou de roches commercialement exploitables se trouvent près de la surface. L'exploitation à ciel ouvert est appliquée au minerai ou aux roches trouvées à la surface lorsque le mort-terrain est relativement mince ou que le matériau d'intérêt est structurellement inadapté pour le creusement de tunnels (comme ce serait le cas pour le sable, la cendre et le gravier). En revanche, les minéraux qui sont trouvés sous terre mais qui sont difficiles à récupérer en raison de dureté de la roche peuvent être atteints en utilisant une forme d'exploitation minière souterraine.
Pour créer une mine à ciel ouvert, les mineurs doivent récolter des informations sur le minerai qui est sous terre. Cela se fait en réalisant des forages de reconnaissance dans le sol, puis en reportant l'emplacement de chaque sondage sur une carte. Les informations obtenues à travers les trous de sondes donnent une idée de l'étendue verticale du gisement de minerai. Ces informations verticales sont ensuite utilisées pour creuser les emplacements provisoires des bancs qui se trouveront dans la mine. Il est important de considérer la teneur et la valeur économique du minerai dans la fosse potentielle. Les mines à ciel ouvert qui produisent des matériaux de construction et de la pierre de taille sont communément appelées « carrières ».
Le plan d'une mine à ciel ouvert dépend des caractéristiques géologiques et minéralogiques du terrain, on distingue exploitation par découverte et exploitation par fosseMatheus Philippe, « Les techniques et conditions d’exploitation des mines aurifères », Annales des Mines - Réalités industrielles, 2018/4 (Novembre 2018), p. 10-19. https://www.cairn.info/revue-realites-industrielles-2018-4-page-10.htm. La plupart des mines à ciel ouvert exploitées par fosse ont la forme générale d'un cône, leur forme précise toujours dictée par celle du gisement à exploiter, souvent du minerai encaissés dans des roches dures, disséminé ou en veines profondes; les fosses sont creusées en gradins concentriques reliés par des pistes. L'exploitation par découverte s'applique aux gisements stratiformes peu profond, surtout dans l'exploitation du charbon.
Les mines à ciel ouvert sont généralement agrandies jusqu'à ce que les ressources minérales soient épuisées ou jusqu'à ce qu'un ratio croissant de mort-terrain par rapport au minerai rende l'exploitation minière non rentable. Lorsque cela se produit, les mines épuisées sont parfois converties en décharges pour l'élimination des déchets solides. Cependant, une certaine forme de contrôle de l'eau est généralement nécessaire pour empêcher la fosse de devenir un lac, si la mine est située dans un climat de précipitations considérables ou si des couches de la fosse forment les aquifères productifs.
L'exploitation à ciel ouvert doit être considérée comme l'un des secteurs les plus dangereux du monde industriel. Elle a des effets importants sur la santé des mineurs, et est dommageable pour les terres écologiquement parlant. L'exploitation à ciel ouvert entraîne des changements dans la végétation, le sol et le substrat rocheux, ce qui contribue finalement à des changements dans l'hydrologie de surface, les niveaux des eaux souterraines et les voies d'écoulement. De plus, la mine à ciel ouvert produit des polluants nocifs, selon le type de minerai extrait et le type de procédé d'extraction utilisé.
Extraction vignette|Machines lourdes extrayant le lignite de la mine à ciel ouvert de Garzweiler en Allemagne en 2008. Les mines à ciel ouvert sont creusées sur des replats, qui décrivent les niveaux verticaux du trou. L'intervalle entre les bancs dépend du gisement exploité, du minerai extrait et de la taille de la machinerie utilisée. En général, les grands bancs de mine ont une épaisseur de 12 à 15 mètresMark A. Prelas; Galina Popovici; Louis K. Bigelow (23 September 1997). Handbook of Industrial Diamonds and Diamond Films. CRC Press. pp. 496–. .. En revanche, de nombreuses carrières n'utilisent pas de bancs, car elles sont généralement peu profondes. L'exploitation minière peut être effectuée sur plus d'un banc à la fois, et l'accès à différents bancs se fait avec un système de rampes. La largeur de chaque banc est déterminée par la taille de l'équipement utilisé, généralement de 20 à 40 mètres de large. Des rampes descendantes sont créées pour permettre à l'exploitation minière de commencer sur un nouveau niveau. Ce nouveau niveau s'élargira progressivement pour former le nouveau fond de fosse.
La plupart des parois de la fosse sont généralement creusées selon un angle inférieur à la verticale. Les stériles sont décapés lorsque la fosse devient plus profonde, par conséquent, cet angle est une mesure de sécurité pour éviter et minimiser les dommages et le danger des chutes de pierres. Cependant, les mesures dépendent de la façon dont les roches sont altérées et érodées et du type de roches impliquées. Elles dépendent également de la quantité de faiblesses structurelles qui se produisent dans les roches, telles que des failles, des , des joints ou des feuillages .
Les parois sont étagées. La section inclinée des parois est connue sous le nom de talus (en ), et la partie plate de la marche est connue sous le nom de banc () ou de berme () . Les marches dans les talus aident à empêcher les chutes de pierres de continuer sur toute la face de la paroi. Dans certains cas, un soutien au sol supplémentaire est nécessaire et des boulons à roche, des boulons à câble et du béton projeté sont utilisés. Des trous de drainage peuvent être utilisés pour soulager la pression de l'eau en forant horizontalement dans le parois, ce qui est souvent suffisant pour provoquer des défaillances dans le mur par lui-même"Open Pit Surface Mine" Mine Engineer Community (2000) accessed 19 December 2011.
Une route de transport est généralement située sur le côté de la fosse, formant une rampe que les camions peuvent emprunter lors du transport du minerai et des stérilesG.E. Blight; A.B. Fourie; G.R. Wardle (1 January 1999). Geotechnics for Developing Africa: Proceedings of the 12th regional conference for Africa on soil mechanics and geotechnical engineering, Durban, South Africa, 25–27 October 1999. CRC Press. pp. 49–. ..
Déchets Les mines à ciel ouvert génèrent une quantité importante de déchets. Près d'un million de tonnes de minerai et de stériles peuvent sortir par jour des plus grandes mines, et quelques milliers de tonnes par jour de petites mines. Il y a généralement quatre opérations principales dans une mine qui contribuent à cette charge: le forage, le dynamitage, le chargement et le .
Les stériles sont transportés vers une décharge. Les décharges de déchets peuvent être empilées à la surface de la fosse active ou dans des fosses précédemment exploitées.
Les résidus de traitement du minerai sont appelés résidus et se présentent généralement sous la forme d'une boue . Celui-ci est pompé vers un bassin de retenue des résidus ou un bassin de décantation, où l'eau est réutilisée ou évaporée. Les barrages de résidus peuvent être toxiques en raison de la présence de minéraux sulfurés non extraits, de certaines formes de minéraux toxiques dans la gangue et souvent de cyanure qui est utilisé pour traiter le minerai d' or via le processus de lixiviation au cyanure . Si des protections environnementales appropriées ne sont pas en place, cette toxicité peut nuire à l'environnement environnant"Mining Waste" European Commission Environment (17 November 2011) accessed 19 December 2011.
Polluants L'exploitation à ciel ouvert implique le processus de perturbation du sol, ce qui conduit à la création de polluants atmosphériques. La principale source de polluants atmosphériques provient du transport des minéraux, mais il existe divers autres facteurs, notamment le forage, le dynamitage et le chargement et le déchargement des morts-terrains. Ces types de polluants causent des dommages importants à la santé et à la sécurité publiques en plus d'endommager la qualité de l'air. L'inhalation de ces polluants peut causer des problèmes aux poumons et finalement augmenter la mortalité. De plus, les polluants affectent la flore et la faune des zones entourant les mines à ciel ouvert.
L'exploitation aurifère à ciel ouvert est l'une des menaces minières potentielles les plus élevées pour l'environnement car elle affecte la chimie de l'air et de l'eau. La poussière exposée peut être toxique ou radioactive, ce qui en fait un problème de santé pour les travailleurs et les communautés environnantes.
Hydrologie dans l'exploitation minière