Ventilation des mines souterraines : systèmes, défis et solutions

Qu’est-ce que la ventilation des mines souterraines ?

La ventilation souterraine, ou aérage minier, correspond à la circulation organisée de l’air dans les travaux miniers afin de maintenir une qualité d’air et des conditions de travail adaptées. L’air neuf doit atteindre les fronts de développement, les chantiers de production et les autres zones occupées, tandis que l’air contaminé est évacué par les voies de retour. Outre l’apport d’oxygène, l’aérage contribue à la maîtrise des poussières, des émissions diesel et de la chaleur, ainsi qu’au contrôle du méthane lorsqu’un risque de dégagement existe.^[1]

Figure 1. Circuit simplifié de ventilation d’une mine souterraine en mode aspirant : l’air neuf est distribué dans les travaux souterrains et l’air de retour est extrait vers la surface par le ventilateur principal. Ce schéma est illustratif et ne représente pas toutes les configurations d’aérage.

La ventilation d’une mine est donc un travail d’ingénierie à l’échelle du réseau, et non le simple choix d’un appareil. Le débit d’air, le tracé des circuits, la résistance aéraulique, les fuites, la surveillance et les conditions d’exploitation influencent ensemble les performances de l’aérage.^[1][4]

Principaux défis de la ventilation des mines souterraines

Consommation énergétique élevée

Les ventilateurs doivent déplacer l’air sur de longues distances et vaincre la résistance du réseau souterrain. Le problème n’est pas toujours un débit insuffisant : une mauvaise distribution peut aussi empêcher l’air d’atteindre les secteurs qui en ont besoin. Des pertes de charge excessives, des fuites, un mauvais équilibrage et un fonctionnement peu flexible augmentent la puissance nécessaire sans améliorer les conditions aux postes de travail.^[4]

Exposition aux gaz dangereux, aux poussières et aux particules diesel

Les travaux miniers et les engins diesel produisent des contaminants qu’il faut maîtriser dans les zones occupées. Les émissions diesel comprennent à la fois des gaz et des particules ; les particules diesel, ou DPM selon l’abréviation anglaise, ne désignent donc ni l’ensemble des gaz d’échappement ni toutes les poussières minérales de la mine. Le dossier de l’INRS souligne l’importance d’une prévention combinant réduction des émissions, ventilation et maîtrise de l’exposition dans les travaux souterrains.^[3]

Contraintes thermiques dans les mines profondes

À mesure que les travaux s’approfondissent, la chaleur devient un facteur de conception plus contraignant. Le massif rocheux et les eaux souterraines chaudes peuvent accroître la charge thermique. La ventilation aide à évacuer une partie de cette chaleur, mais un refroidissement complémentaire peut être nécessaire. La température, l’humidité, les conditions de travail et les possibilités de récupération doivent être examinées ensemble.^[1][6]

Évolution des travaux et variation des besoins en air

Les besoins en air évoluent avec l’ouverture de nouveaux fronts, le déplacement des chantiers, l’allongement des circuits et les mouvements des engins. Un réglage fixe peut donc ne plus correspondre à la répartition réelle des besoins. La ventilation à la demande, également appelée ventilation sur demande (Ventilation on Demand, VoD), vise à adapter l’alimentation en air à l’activité et aux paramètres mesurés, sans compromettre les exigences de sécurité.^[5][7]

Solutions pratiques pour la ventilation minière

Une solution d’aérage doit partir des conditions réelles de l’exploitation plutôt que d’un schéma identique pour tous les projets. Il faut examiner les débits nécessaires, les pertes de charge, la résistance du réseau, les entrées et les retours d’air, les risques liés aux gaz et aux poussières, la profondeur, les conditions thermiques et l’évolution des travaux.^[1]

Les exigences doivent aussi être rattachées au lieu du projet. Le règlement québécois, les guides ontariens et les textes nationaux des pays africains cités dans les références ont chacun leur propre champ d’application. Une ressource disponible en français ne devient pas pour autant une norme commune à tous les marchés francophones.^[2][7][8][9]

Planification des débits et maîtrise des pertes de charge

Un réseau efficace commence par une bonne organisation des courants d’air. L’air neuf doit emprunter les circuits prévus jusqu’aux zones de travail, et l’air contaminé doit rejoindre les voies de retour. La maîtrise des pertes de charge et des fuites permet de mieux utiliser le débit disponible, au lieu de le perdre dans des parties du réseau qui n’en ont pas besoin. Les performances doivent être évaluées à l’échelle du circuit et des installations de ventilation.^[4]

Maîtrise des gaz, des poussières et des particules diesel

Lorsque l’exploitation utilise des engins diesel ou génère des poussières et des gaz dangereux, la ventilation fait partie d’une stratégie globale de prévention. L’air neuf doit parvenir aux zones occupées et l’air pollué être dirigé vers les retours, sans recirculation indésirable vers les fronts. Selon les risques, cette organisation doit être complétée par la réduction des émissions à la source, l’entretien des moteurs, les dispositifs de traitement des émissions, le captage adapté et le contrôle de l’exposition.^[1][3]

Gestion de la chaleur dans les mines profondes

La conception doit repérer les zones à forte charge thermique et déterminer si le débit et l’état de l’air entrant suffisent à maintenir des conditions de travail adaptées. La chaleur du rocher et des eaux souterraines doit être étudiée avec la circulation de l’air. Lorsque la ventilation seule est insuffisante, le refroidissement et les mesures de prévention des contraintes thermiques doivent être intégrés à l’étude.^[1][6]

Le contexte canadien ajoute une autre dimension : dans sa présentation de la mine Lamaque publiée en 2020, l’Institut national des mines du Québec rappelle que le chauffage de l’air neuf peut peser sur la consommation d’énergie. Les besoins de chauffage à l’entrée et de refroidissement dans les travaux profonds doivent donc être distingués.^[5]

Ventilation à la demande, surveillance et commande

La VoD adapte les débits à l’activité réelle et aux conditions mesurées au lieu de maintenir en permanence le même régime. Elle peut associer variateurs de fréquence, points de mesure, capteurs d’ambiance et données d’exploitation pour commander les ventilateurs. La réduction de consommation reste subordonnée au maintien des conditions nécessaires à la sécurité.^[5][7]

Au Québec, la publication de l’INMQ consacrée à Lamaque décrit l’association de communications, de capteurs et de localisation des personnes et des engins pour piloter l’aérage selon les besoins. Ce cas documenté illustre une démarche d’intégration ; il ne constitue ni une garantie d’économie pour un autre site ni une description de toutes les mines canadiennes.^[5]

Composants de la ventilation mécanique

Une solution de ventilation mécanique associe la planification des courants d’air, la surveillance, la commande et la sélection des équipements de ventilation. Selon le projet, elle peut comprendre des ventilateurs principaux, des ventilateurs auxiliaires avec gaines ou conduites d’aérage, des points de mesure, des systèmes de commande, des variateurs de vitesse et des capteurs d’ambiance. Les ventilateurs principaux et auxiliaires sont des composants d’un réseau plus vaste : ils ne constituent pas, à eux seuls, toute la solution.^[1]

Données du projet nécessaires à l’évaluation de la ventilation

Pour concevoir un nouveau système ou évaluer une installation souterraine existante, il est utile de réunir les informations suivantes :

• Débits d’air requis.

• Pertes de charge admissibles.

• Profondeur de la mine et conditions de température.

• Risques liés aux gaz, aux poussières et aux particules diesel.

• Implantation des travaux de développement et extensions prévues.

• Disposition des voies d’entrée et de retour d’air.

• Répartition et utilisation des engins diesel.

• Alimentation électrique et besoins de commande.

Avec des données fiables, le réseau peut être conçu ou optimisé pour mieux répartir l’air et améliorer les conditions d’exploitation. Les choix doivent être confrontés aux mesures de terrain et aux exigences applicables au projet.^[1][2][7]

En République démocratique du Congo, les textes coordonnés du règlement minier publiés en 2018 abordent la description des systèmes de ventilation dans l’annexe VIII et celle des installations, de la maintenance et des cheminées de ventilation dans l’annexe XVI. Au Maroc, le décret n° 2.18.705 traite des plans, registres et documents de sécurité à tenir. Ces références aident à structurer le dossier du projet ; elles ne remplacent pas le calcul aéraulique.^[8][9]

Questions fréquentes sur la ventilation minière

Qu’est-ce que la ventilation à la demande dans une mine souterraine ?

La ventilation à la demande, également appelée ventilation sur demande (VoD), adapte les débits d’air à l’activité et aux conditions mesurées dans la mine. Elle peut associer capteurs, localisation des personnes et des engins, et commande des ventilateurs afin de limiter les consommations inutiles, tout en maintenant les débits et la qualité de l’air nécessaires à la sécurité.^[5][7]

Comment la ventilation contribue-t-elle à maîtriser les particules diesel ?

La ventilation dilue les émissions des engins diesel avec de l’air neuf et dirige l’air contaminé vers les voies de retour. Elle contribue ainsi à réduire la concentration de particules diesel dans les zones de travail. Elle doit faire partie d’une démarche globale comprenant la réduction des émissions à la source, l’entretien des moteurs et l’évaluation de l’exposition ; augmenter le débit d’air ne remplace pas ces mesures.^[1][3]

Pourquoi faut-il maîtriser la chaleur dans les mines profondes ?

Dans les mines profondes, la chaleur du massif rocheux et des eaux souterraines chaudes peut augmenter la charge thermique des travaux. La ventilation évacue une partie de cette chaleur, mais son efficacité dépend du débit et de l’état de l’air entrant. Lorsque cela ne suffit pas, il faut étudier des moyens de refroidissement complémentaires et des mesures de prévention des contraintes thermiques.^[1][6]

Pourquoi l’efficacité énergétique de la ventilation minière est-elle importante ?

La ventilation peut représenter une part importante de l’énergie consommée par une mine souterraine. L’étude d’E. De Souza sur les installations de ventilateurs miniers cite des fourchettes de 25 à 40 % des coûts énergétiques et de 40 à 50 % de la consommation d’énergie. Ces ordres de grandeur ne sont pas des statistiques propres à chaque pays ; ils soulignent l’intérêt d’optimiser le système et de mesurer les résultats sur le site.^[4]

Conclusion

La ventilation des mines souterraines est un enjeu d’ingénierie qui influence la sécurité, les conditions de travail et les coûts d’exploitation. Une stratégie cohérente doit traiter la distribution des débits, les pertes de charge, les gaz et les particules diesel, la chaleur en profondeur et l’évolution des besoins. Elle doit aussi accompagner le développement futur de la mine, et pas seulement son état actuel.

Pour un nouveau projet ou l’évaluation d’un système existant, les besoins en air, la résistance du réseau, les conditions thermiques et les risques liés aux contaminants doivent être étudiés ensemble, plutôt que séparément.