février 2014

Capacités de communication

Chacun sait que les exploitations souterraines sont des environnements hostiles pour les technologies de la communication, mais les fournisseurs de systèmes répondent aujourd'hui aux exigences en termes de sécurité, de performance et de durabilité avec toute une gamme de solutions de réseaux

Par Eavan Moore

Les charges inhérentes aux réseaux de communication des mines souterraines n'ont cessé d'augmenter ces dix dernières années, étant donné que les fonctions de surveillance et de commande à distance génèrent de nouveaux flux de données potentiels pour chaque appareil mobile ou stationnaire. Dans le même temps, une série d'accidents dans des mines de charbon souterraines aux États-Unis en 2006 a généré une injection massive de fonds dans la recherche publique sur les systèmes de communication à sécurité intégrée. Ceci s'est traduit par une amélioration progressive des technologies utilisées quotidiennement et a donné un coup de fouet aux idées moins familières.

Choqué par le décès de mineurs qui auraient pu être sauvés s'ils avaient été localisés plus tôt, le Congrès des États-Unis, dans le cadre du développement de la loi MINER (Mine Improvement and New Emergency Response), a adopté la vision d'un système de communication souterrain totalement sans fil. D'après Eric Brouillette, vice-président chargé des ventes dans le département Exploitation minière mondiale chez Laird, il s'agit à l'heure actuelle d'une impossibilité physique, mais la plupart des mines ont besoin d'un meilleur accès au réseau souterrain par l'intermédiaire de points d'accès Wi-Fi. Les géomètres bénéficient d'une communication continue en surface, et la plupart des solutions avancées de gestion de flotte et des automates programmables disposent de la technologie Wi-Fi comme support. « Il faut déployer une base Wi-Fi dans les zones importantes sous terre, et la technologie existe désormais », explique M. Brouillette.

Malheureusement, la densité de couverture nécessaire pour disposer de services d'itinérance homogènes rend l'installation de points d'accès Wi-Fi coûteuse. En outre, ajoute Joe Gladu, directeur général canadien auprès du groupe PBE, la rareté de ces systèmes dans les environnements souterrains contribue à la hausse de leur prix. « À l'heure actuelle, on compte à peine une poignée d'organisations au Canada qui fournissent des solutions construites spécifiquement à cet effet pour l'industrie minière centrées sur un système sans fil et la voix par le protocole de l'Internet (VOIP). Plusieurs autres organisations en marge tentent de transférer les solutions initialement prévues pour la surface dans des environnements souterrains. Le problème est qu'elles ne sont pas adaptées à un environnement poussiéreux et sale. Elles ne tiendraient pas le coup. »

M. Gladu pense malgré tout que les solutions sans fil et VOIP deviendront moins chères, tout comme l'a montré l'évolution de la technologie de câble rayonnant désormais omniprésente. Dans un avenir prévisible, selon lui, il faudra envisager la technologie hybride : un câble rayonnant dans la majeure partie de la mine, et des systèmes sans fil/VOIP dans des endroits spécifiques.

Mariage de l'ancien et du nouveau

Plusieurs développeurs, dont Becker Varis et le groupe PBE, ont cherché à directement ajouter des fonctions de données aux lignes de câbles rayonnants. Bien qu'aucune technologie ne puisse atteindre la capacité de bande passante offerte par les câbles à fibres optiques (qui est pratiquement infinie à des milliers de mégabits par seconde - Mbps), les mines n'ont pas nécessairement besoin d'une capacité aussi importante. M. Brouillette estime que la plupart des mines ne devrait pas avoir besoin de plus de 50 à 100 Mbps pour les quelques années à venir. Les exploitants miniers se méfient du câble à fibres optiques, dont la réparation requiert des compétences bien plus spécifiques que les câbles coaxiaux utilisés dans les systèmes de câbles rayonnants.

Le câble rayonnant Centrian du groupe PBE, installé dans plus de 30 mines, repose sur un système de terminaison par modem câble (CMTS - cable modem termination system) à la tête de ligne du câble rayonnant et sur un amplificateur qui assure un lien de radiofréquence (RF) direct avec un modem câble externe, lequel peut à son tour être connecté à un appareil basé sur l'Ethernet à un débit descendant de 22 Mbps. Le système Smart Com de Becker Varis utilise des amplificateurs de la même façon, avec une bande passante annoncée à débit descendant de 54 Mbps.

Dans une optique différente, le système SIAMnet vendu par Laird ajoute des antennes qui permettent d'installer le câble coaxial dans du béton projeté ou d'être protégé par des conduites métalliques. À ce stade, il ne s'agit plus d'un système de câble rayonnant étant donné que le câble n'irradie pas lui-même d'énergie RF. « Notre système est un prolongement du réseau Ethernet de surface dans la mine souterraine », explique M. Brouillette. La société a répondu aux demandes des clients en réduisant la taille des composants et en améliorant la largeur de bande, de 20 Mbps en 2005 à 150 Mbps actuellement.

Hudbay Minerals prend pour exemple plusieurs de ces éléments pour sa mine Lalor au Manitoba. « La technologie que nous déployons se trouve, selon moi, à l'extrémité supérieure de ce qui est actuellement disponible », déclare Richard Trudeau, directeur des mines Flin Flon et Snow Lake. La mine Lalor, encore en phase de construction, disposera à terme d'un système radio de câble rayonnant ayant une capacité de données Ethernet de 60 Mbps et trois réseaux Ethernet de 10 gigabits (pour des fonctions intégrées, de vidéo et de procédés). Elle disposera également de réseaux à fibres optiques distincts pour certains treuils d'extraction minière spécifiques et pour la commande à distance des brise-roches. Certaines parties de la mine auront une couverture Wi-Fi.

Pour les services téléphoniques, M. Trudeau explique que la plupart des bureaux utiliseront le réseau Ethernet interne, mais jusqu'à 50 lignes téléphoniques en cuivre seront installées pour les endroits critiques tels que les puits et les abris. Ceci s'inscrit dans le cadre d'une stratégie générale de sauvegarde qui inclut quatre paramètres importants : les sources d'énergie redondantes ; les systèmes auxiliaires de batteries ; les installations en anneaux redondantes ; et la communication qui peut être alimentée de la surface, ce qui est possible pour les lignes radio et en cuivre de la mine Lalor.

Un meilleur système de sauvegarde

Outre ces procédures de sauvegarde standard, le National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH, l'Institut national pour la sécurité et la santé sur les lieux de travail) s'est associé aux autorités réglementaires des États-Unis, à l'industrie et à des syndicats pour accélérer l'adoption de solutions naissantes. Les premiers jours suivant le vote par le Congrès de sa loi MINER 2006, laquelle exigeait une amélioration des moyens de communication et de suivi du personnel dans les mines souterraines de charbon, le NIOSH et la Mines Safety and Health Administration (MSHA, l'administration de la sécurité et de la santé dans les mines) ont développé une zone d'essai dans une mine de charbon et ont invité plusieurs fournisseurs à tester leur équipement.

« Le plus impressionnant », explique John Burr, chercheur au NIOSH, « est que ces appareils fonctionnent parfaitement à la surface, mais dès que l'on se retrouve dans un espace confiné dans une mine souterraine de charbon, avec tous les milieux conducteurs et les sources de bruit qui nous entourent, très peu de technologies se sont avérées prometteuses. Quant à celles qui ont montré une meilleure performance, les travaux techniques à déployer pour les adapter à cet environnement étaient de toute évidence considérables. À ce stade, la plupart des fournisseurs ne souhaitaient pas poursuivre. Et c'est là où le NIOSH a pris le relais avec sa stratégie de financement pour voir si nous ne pouvions pas acquérir la plus prometteuse et la perfectionner. »

C'est ainsi que la société Kutta Technologies, spécialisée dans la défense, a fait son entrée dans le monde minier. Depuis, la société a commercialisé un système de sauvegarde à moyenne fréquence baptisé DRUM, lequel « s'immisce » dans l'infrastructure existante de la mine de manière à ce que les châssis métalliques des transporteurs et les lignes téléphoniques deviennent des gaines de communication. La version portable de l'unité de répéteur peut être stockée dans des endroits spécifiques de la mine et récupérée en cas d'urgence.

À l'aide de câblage supplémentaire, on peut également installer DRUM de manière à ce qu'il soit interopérable avec des combinés radio à haute fréquence. D'après Jeffery Kohler, directeur du bureau de la recherche en matière de santé et de sécurité dans les mines du NIOSH, l'Institut s'intéresse beaucoup à la question de l'interopérabilité. « On peut l'envisager comme l'installation de peu d'interfaces électroniques réparties dans la mine de manière à ce que l'interface puisse recevoir un signal sur une bande à moyenne fréquence, par exemple, mais puisse ensuite la convertir et la relier à l'infrastructure pour le câble rayonnant ou le système à fibres optiques basé sur le routeur. Quand on commence à évoquer ces options, on renforce réellement la capacité à assurer une fonctionnalité après un accident », ajoute-t-il.

La communication par infiltration dans la terre (TTE, de l'anglais Through-the-earth), ou comme M. Kohler l'appelle, « le Saint-Graal », pourrait se révéler utile dans un système interopérable. Les signaux totalement sans fil à basse fréquence peuvent pénétrer la surface à travers des milliers de pied de roches, mais on ne les utilisait jusqu'à présent que pour de simples messages à sens unique par le biais d'une antenne cadre à très large surface. Plusieurs solutions de substitution financées par NIOSH se sont améliorées : le système MagneLink de Lockheed Martin permet des communications bilatérales, de même que le système Rescue Dog d'E-SpectruM. Mais M. Kohler aimerait voir quelque chose d'encore plus performant : un système TTE pouvant capter le signal d'un autre système et l'envoyer à la surface.

La TTE est un tout nouveau moyen de communication, mais le principe fondamental de l'interopérabilité et les autres systèmes secondaires disponibles, explique M. Kohler, ont fait leurs preuves. « On peut dire qu'aucune limite technique sérieuse n'empêche l'adoption de ces systèmes secondaires », explique-t-il. « La technologie existe, elle est éprouvée et fiable ; tout dépend de la façon dont les personnes qui l'utilisent décident de l'intégrer dans leurs stratégies d'exploitation. »

Le secteur mûrit

Quel que soit le niveau d'adoption du côté utilisateur, cette dernière dépendra d'un nombre limité de fournisseurs. Joe Gladu indique qu'après l'adoption de la loi MINER, « il était très intéressant de se retrouver du côté fournisseur car elle a généré une forte progression pour les organisations telles que PBE et beaucoup d'autres qui disposaient de solutions de communication. » Ceci s'est traduit par une consolidation du fait que les acteurs importants tels que PBE ont cherché à associer diverses technologies en acquérant de plus petites sociétés, et les sociétés disposant de solutions à plus faible valeur technologique n'étaient plus en mesure de leur faire concurrence.

« Une fois que la MSHA a exprimé sa satisfaction concernant la mise en œuvre de ces solutions, on a observé une baisse de cette forte progression et de la demande pour ces technologies », poursuit M. Gladu. « Ceci a engendré une consolidation en termes du nombre d'acteurs existants. Et aujourd'hui, on compte probablement une poignée de personnes qui évoluent dans cet espace par rapport à ce que l'on avait connu en 2008. »

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