De l'exploration à la fermeture des mines : Gestion du cycle de vie des ressources minérales grâce à la télédétection

La télédétection, grâce à ses avantages (absence de contact, couverture étendue, multi-temporelle et haute résolution), est devenue un outil essentiel pour la gestion intégrée des ressources minérales (espace-air-sol-puits) tout au long de leur cycle de vie, depuis l'exploration géologique jusqu'à la fermeture et la restauration écologique des mines, en passant par la construction et la production minières. Cet article, s'appuyant sur les normes nationales en vigueur, telles que les « Règles générales pour l'exploration géologique des minéraux solides » (GB/T 13908-2020), la « Classification des réserves de ressources minérales solides » (GB/T 17766-2020) et les « Spécifications techniques pour le suivi et l'évaluation de la remise en état des sites miniers et de la restauration écologique » (GB/T 43935-2024), présente de manière systématique les applications concrètes et des cas typiques des technologies de télédétection multispectrale/hyperspectrale, InSAR et par drone. Ces techniques comprennent l'extraction d'informations sur les altérations lors de la phase d'exploration, les études environnementales de référence lors de la phase de construction, la surveillance dynamique et l'alerte précoce aux risques géologiques lors de la phase d'exploitation minière, ainsi que l'évaluation de la restauration de la végétation et de l'impact de la restauration écologique lors de la fermeture de la mine. De plus, cette étude analyse les avantages, les limites et les tendances d'intégration intelligente des technologies de télédétection, en s'appuyant sur une revue de la littérature, et fournit ainsi des éléments de référence pour l'exploration minière et la gestion durable des ressources.

Conformément à l'article 4.2 de la norme GB/T 13908-2020, l'exploration géologique se divise en trois phases : prospection générale, prospection détaillée et exploration proprement dite. La prospection générale vise principalement à délimiter les zones potentielles et à estimer les ressources inférées. La prospection détaillée se concentre sur la vérification des anomalies et le contrôle de l'estimation des ressources. L'exploration proprement dite est dédiée à la validation des ressources et à la rédaction d'une étude de faisabilité. La télédétection joue un rôle prépondérant dans ce processus. Son approche technique repose essentiellement sur l'interprétation structurale macroscopique, l'identification lithologique et l'extraction d'informations sur l'altération minéralisée, permettant ainsi un criblage rapide à grande échelle. La télédétection hyperspectrale/multispectrale (WorldView-3, GF-5, ASTER) permet d'extraire avec précision les minéraux d'altération hydrothermale tels que les traces de fer, les groupes hydroxyle (Fe-OH, Mg-OH) et les carbonates (par exemple, la kaolinite et la séricite), délimitant ainsi les halos d'altération, indicateurs indirects de la présence de ressources minérales. Combinées aux données MNT pour l'interprétation des failles, des plis et des structures annulaires, les zones minéralisées prometteuses peuvent être rapidement identifiées (Chen et al., 2023). Lors de la phase d'exploration et de prospection détaillée, des modèles géologiques tridimensionnels haute résolution sont construits à l'aide de la technologie hyperspectrale/lidar embarquée sur drone afin d'optimiser l'implantation des forages, des tranchées et des fosses, et de faciliter l'estimation préliminaire des ressources. Chen et al. (2023) ont mené une étude sur l'extraction d'informations relatives à l'altération hydrothermale dans la région de Beishan-Tongshan, dans la province du Gansu, à partir des données WorldView-3. Ils ont identifié et classé avec succès les anomalies d'altération d'intensités différentes grâce à l'analyse en composantes principales et à l'ajustement des caractéristiques spectrales. Cette étude a confirmé la forte concordance entre les anomalies observées par télédétection et les résultats d'échantillonnage de terrain, fournissant ainsi des données de haute précision pour la sélection des zones cibles et la vérification sur le terrain lors de la phase de prospection générale.

Figure 1. Résultats de l'extraction des anomalies d'altération multibande de WorldView-3

（Chen et al., 2023）

A : Anomalie Mg-OH ; B : Anomalie Fe-OH ;

C : Anomalie de coloration au fer ; D : Anomalie des carbonates

La figure 1 montre le zonage détaillé de chaque type d'altération par comparaison de la distribution spatiale, fournissant une référence importante pour l'aménagement de l'itinéraire de reconnaissance et la vérification cartographique et technique lors de la phase d'étude générale.

Figure 2. Carte de répartition des anomalies d'altération hydrothermale extraites des données WorldView-3 dans la région de Tongshan (Chen et al., 2023)

La figure 2 illustre les différentes couleurs utilisées pour indiquer l'intensité des anomalies de Fe-OH, Mg-OH, de coloration du fer et de carbonate. La superposition des points de vérification sur le terrain (points verts) et des zones d'exploitation minière (pentagrammes violets) met clairement en évidence la relation de superposition entre l'altération et la tectonique, guidant ainsi directement la délimitation des zones cibles.

Les études de faisabilité, la conception minière et la construction des infrastructures sont réalisées conformément à la norme GB/T 17766-2020. À ce stade, l'application de la télédétection se concentre sur les études environnementales de référence, basées sur l'imagerie satellitaire multitemporelle. Ces études permettent d'acquérir des données de référence sur l'occupation des sols, le couvert végétal, la topographie et l'écologie avant la construction, afin de fournir un appui quantitatif à l'évaluation d'impact environnemental (EIE). L'utilisation de la télédétection par drone à haute résolution permet de générer des modèles de terrain tridimensionnels (MNT/MNS) pour faciliter le choix des sites d'implantation des usines, des routes, des bassins de résidus et des terrils, en évitant les risques géologiques potentiels (GB/T 43935-2024, article 6.1). On atteint ainsi les objectifs de prévention précoce des risques environnementaux et de conformité aux normes de construction écologique.

Lors de la phase d'exploitation minière à grande échelle, il est nécessaire de surveiller en temps réel la dynamique de production, les risques pour la sécurité et les impacts environnementaux (conformément aux exigences de la norme DZ/T 0392-2022 « Spécifications techniques pour la surveillance par télédétection de l'environnement minier »). La télédétection permet une surveillance dynamique à haute fréquence.

1. Suivi de l'avancement de l'exploitation minière et de l'occupation des sols – Grâce à l'imagerie satellitaire et aérienne multisource, il est possible de suivre avec précision l'expansion des mines à ciel ouvert, la dynamique d'accumulation des morts-terrains, la déformation des barrages de résidus miniers et la transformation du couvert terrestre. Mi et al. (2019) ont utilisé des données d'imagerie Landsat continues et un classificateur de forêt aléatoire dans la zone minière de charbon située dans la banlieue sud de la province du Shanxi afin de quantifier les changements d'occupation et d'occupation des sols induits par l'exploitation minière souterraine et la remise en état des terres entre 1987 et 2017. Ils ont ainsi pu décrire avec précision les caractéristiques spatiales de l'expansion et de la restauration de la végétation dans la zone minière.

Figure 3. Classification continue de l'utilisation/couverture des sols de 1987 à 2017(Mi et al., 2019)

2. Alerte précoce aux catastrophes géologiques et surveillance des déformations – La technologie InSAR est un outil essentiel pour la surveillance des glissements de terrain, des tassements de remblai et de la stabilité des barrages de résidus miniers, permettant une observation continue et à long terme des déformations avec une précision millimétrique. Fadhillah et al. (2024) ont utilisé une technique InSAR à diffuseurs combinés améliorée (ICOPS) dans la mine de fer à ciel ouvert de Moksan, en Corée du Nord, combinée à un algorithme d'optimisation par apprentissage profond pour traiter les données de séries temporelles Sentinel-1. Les résultats de la surveillance ont montré que le tassement cumulé du terril est atteignait 170 cm et celui du terril ouest 70 cm, avec un taux de tassement annuel maximal supérieur à 15 cm/an. Cette étude, grâce à des cartes spatio-temporelles des taux de déformation et à une analyse de profil, a révélé la loi d'évolution spatio-temporelle du tassement induit par l'exploitation minière, fournissant des preuves quantitatives pour l'alerte précoce à la stabilité des pentes et la prévention des catastrophes.

Figure 4. Carte de distribution du taux de déformation cumulatif InSAR de la mine de minerai de fer à ciel ouvert de Mushan (Fadhillah et al., 2024)

Le dégradé de couleurs du diagramme indique le taux de déformation annuel moyen qui, superposé à la limite de la zone minière, contribue directement à la gestion de la sécurité pendant la phase de production.

Figure 5. Analyse du profil de déformation cumulatif InSAR de la zone de minerai de fer à ciel ouvert de Mushan de 2016 à 2022 (Fadhillah et al., 2024).

(a) et les résultats de déformation du profil des sections du site de déversement est A–Aʹ; (b) et B–Bʹ; (c) et des sections du site de déversement ouest C–Cʹ; (d) et D–Dʹ I.

Les multiples profils de la figure montrent l'affaissement cumulé et les variations d'altitude à différents moments, quantifiant les caractéristiques spatio-temporelles de la déformation induite par l'exploitation minière.

3. Évaluation de la qualité écologique – La construction d'un indice écologique de télédétection dédié permet une caractérisation quantitative du stress hydrique de la végétation, de la pollution des sols et de l'eau, ainsi que de la fragmentation du paysage. Song et al. (2023) ont élaboré l'indice écologique de télédétection du minerai de fer (IM-RSEI) à partir de données Landsat pour la zone densément peuplée de Qian'an-Qianxi, intégrant sept indicateurs : la couverture végétale, la verdure du sol nu, l'humidité, les particules de carbone noir, la température de surface, les oxydes de fer et la fragmentation du paysage. Cette étude a révélé une évolution de la qualité écologique en dents de scie entre 1992 et 2018, avec une valeur moyenne de l'IM-RSEI de la zone minière (0,5412) significativement inférieure à celle de la zone tampon environnante, confirmant ainsi l'impact négatif des activités minières sur l'écologie locale.

Figure 6. Distribution spatiale de l'IM-RSEI dans le QR de 1992 à 2018 (Song et al., 2023)

Après la fermeture de la mine, la réception des travaux de réhabilitation et la gestion à long terme doivent être réalisées conformément aux dispositions du chapitre 8 de la norme GB/T 43935-2024. À ce stade, la télédétection devient un outil d'évaluation des effets et de protection à long terme. Ses applications principales comprennent : le suivi de la restauration de la végétation et du remodelage des sols à partir de données NDVI et EVI multi-temporelles ; le suivi de la dynamique des affaissements résiduels dans les zones d'exploitation à l'aide de la technologie InSAR ; et la quantification des effets du remodelage topographique, de la réhabilitation des terres, de la chimie des sols et de l'eau, et de la restauration des écosystèmes grâce aux indices RSEI/IM-RSEI, fournissant ainsi des données à l'appui de la réception des travaux de réhabilitation (article 8.4 de la norme GB/T 43935-2024). Hu et al. (2022) ont suivi l'état de la restauration de la végétation dans la zone de réhabilitation du terril de la mine de charbon à ciel ouvert d'Antaibao à partir de données Landsat multi-temporelles et ont quantifié la couverture végétale et la tendance de croissance de la biomasse après réhabilitation à l'aide de cartes de distribution spatio-temporelle NDVI. Cette étude a confirmé une augmentation significative du couvert végétal après la remise en état des terres, en comparant les cartes NDVI avant et après cette remise en état.

Figure 7. Analyse des séries temporelles de l'indice NDVI à des échelles spatio-temporelles à la décharge sud (Hu et al., 2022)(a) Résultats de l'analyse de régression univariée ; (b) Résultats de l'analyse de tendance Sen+MK.

SI, NSI, NSD et SD représentent respectivement une augmentation significative, une absence d'augmentation significative, une absence de diminution significative et une diminution significative.

Les avantages de la télédétection tout au long du cycle de vie des gisements minéraux résident dans son caractère non invasif, son efficacité à grande échelle et son faible impact environnemental. Elle permet de constituer un système technologique en boucle fermée intégrant la vérification sur le terrain, l'exploration géophysique et géochimique, ainsi que le contrôle technique (chapitre 5 de la norme GB/T 13908-2020 ; article 4.2 de la norme GB/T 43935-2024). L'application intégrée de l'intelligence artificielle et de la fusion de données multi-sources (satellite + drone + InSAR) améliore encore la précision et la fiabilité de la surveillance par télédétection (Chen et al., 2023 ; Song et al., 2023). Toutefois, cette technologie présente également des limites : elle ne reflète que les informations de surface et de subsurface superficielle et nécessite une vérification par échantillonnage sur le terrain ; le problème de la perte de cohérence dans les zones géomorphologiques complexes requiert encore des optimisations. À l'avenir, l'intégration des technologies « télédétection + terminal de contrôle industriel + Internet des objets + intelligence artificielle » pilotera la transformation intelligente de la gestion des gisements minéraux tout au long de leur cycle de vie.

Références

[1] GB/T 13908-2020. Règles générales pour l'exploration géologique des gisements de minéraux solides [S]. Pékin : China Standards Press, 2020.

[2] GB/T 17766-2020. Classification des réserves de ressources minérales solides [S]. Pékin : China Standards Press, 2020.

[3] GB/T 43935-2024. Spécification technique pour la surveillance et l'évaluation de la remise en état des terrains miniers et de la restauration écologique [S]. Pékin : China Standards Press, 2024.

[4] DZ/T 0392-2022. Spécifications techniques pour la surveillance par télédétection de l'environnement minier [S]. Pékin : Ministère des Ressources naturelles, 2022.

[5] Chen C, Gao L, Xie F, Xia F, Li S. Extraction d'informations altérées hydrothermalement à l'aide des données WorldView-3 : une étude de cas de Huitongshan, NW Gansu, Chine[J]. Frontiers in Earth Science, 2023, 11: 1250591.

[6] Song W, Gu HH, Song W, et al. Évaluations environnementales dans les zones minières denses à l'aide d'informations de télédétection sur les régions de Qian'an et Qianxi, Chine[J]. Ecological Indicators, 2023, 146: 109814.

[7] Fadhillah MF, Hakim WL, Lee SK, et al. Analyse multitemporelle de l'affaissement du sol induit par l'activité minière à ciel ouvert à l'aide d'une interférométrie de diffusion combinée améliorée avec optimisation d'algorithme d'apprentissage profond[J]. Scientific Reports, 2024, 14: 6311.

[8] Hu JM, Ye BY, Bai ZK, et al. Surveillance par télédétection de la restauration de la végétation dans la mine à ciel ouvert d'Antaibao[J]. Remote Sensing, 2022, 14(22): 5634.

[9] Mi J, Yang Y, Zhang S, et al. Suivi de l'évolution de l'utilisation/de la couverture des sols dans une zone d'exploitation minière souterraine et de reboisement via une classification Landsat continue[J]. Remote Sensing, 2019, 11(14): 1719.