Jumeau numérique d’une usine de traitement du minerai

L’extraction et la transformation du minerai de fer contribuent de manière importante au produit intérieur brut canadien — 7  G$ en 2023 — et le Québec revendique 59 % de la production nationale de fer. L’industrie sidérurgique à l’échelle mondiale oppose toutefois ses bénéfices économiques à la génération de gaz à effet de serre estimée entre 7 et 9 % des émissions totales planétaires. Or, l’utilisation de concentrés de fer de haute pureté (FHP, > 67 % Fe) constitue une mesure phare que les producteurs canadiens proposent pour réduire à zéro les émissions nettes de CO₂ d’ici 2050, d’où leur entrée dans les listes québécoise et canadienne des minéraux critiques et stratégiques (MCS) en 2024. Le minerai de la fosse du Labrador en particulier présente des dispositions évidentes pour l’enrichissement au seuil du FHP, mais la compréhension géométallurgique pour une production soutenue demeure à ce jour insuffisante. Ce projet vise à combler cette lacune importante en réalisant la quantification de l’effet des caractéristiques minéralogiques sur la performance des procédés minéralurgiques. Il s’appuiera sur un outil issu de l’Industrie 4.0, soit le jumeau numérique.

Le jumeau numérique se définit ici comme un simulateur informatique permettant de reproduire le comportement et les performances du complexe minier. Il utilise un ensemble de modèles phénoménologiques décrivant au moyen d’équations le transport, l’écoulement et le mélange de la matière, la cinétique des réactions et la conservation de la masse. On peut l’utiliser à différents desseins, notamment pour tester l’effet de la variabilité géométallurgique sans devoir multiplier les campagnes de forage, caractérisation et essais minéralurgiques. Le jumeau numérique permet alors de prédire la performance de l’usine en simulation, évaluer la robustesse ou concevoir des stratégies de mitigation. 

Les principaux jalons de l’étude consisteront en :

• développer les modèles mathématiques des procédés minéralurgiques ;
• réaliser le calibrage des paramètres des modèles des procédés minéralurgiques ;
• développer les modèles mathématiques représentant la production minière ;
• assembler les modèles de production minière et minéralurgique dans un simulateur informatique ;
• cartographier à partir des modèles de simulation la courbe rendement/teneur réalisable.

Financement

30 000 $/an pour 3 ans pour couvrir les dépenses personnelles.

Ouverte sur le monde, l'Université Laval est une grande université d'enseignement et de recherche reconnue pour former des leaders engagés dans la société. Son environnement d’études et sa culture de développement durable contribuent au mieux-être collectif.

• 17 facultés et plus de 60 départements, écoles et instituts
• 600 programmes d’études
• 47 000 étudiants

Le projet de recherche se réalisera au sein du LOOP, le Laboratoire d'observation et d'optimisation des procédés.

Exigences académiques

• moyenne cumulative pour le cycle d'ingénieur ≥ 17/20;
• moyenne cumulative pour le master ≥ 17/20.

Connaissances requises

• calculs des réacteurs chimiques
• dynamique des systèmes linéaires
• Matlab/Simulink