déc '15/jan '16

Vision dans les tunnels

La méthode d'arpentage à caractère prospectif de Barrick Gold génère de très bons résultats

Par Eavan Moore

Le système uGPS Rapid Mapper (un système permettant de scanner rapidement les exploitations souterraines) de Peck Tech est installé sur un véhicule et émet des rayons infrarouges de bas en haut et vers l'extérieur à mesure que le véhicule évolue dans les tunnels de la mine ; les données recueillies serviront à créer un modèle de nuages de points en 3D | Avec l'aimable autorisation de Peck Tech Consulting

Depuis un an et demi, les arpenteurs-géomètres de Barrick Gold utilisent cette technologie de représentation cartographique pour produire rapidement des images détaillées des chantiers souterrains dans la mine Turquoise Ridge, dans le Nevada. L'outil uGPS Rapid Mapper installé sur les engins utilise les mêmes rayons infrarouges que la technologie de lidar (radar optique) stationnaire, mais permet de capturer des balayages bien plus longs en une fraction du temps. Barrick collabore désormais avec le représentant commercial de ce système, Peck Tech Consulting, afin de procéder à des améliorations qui permettront l'intégration de cette technologie dans un système d'arpentage existant.


« Le système Rapid Mapper est le fruit d'un produit conçu pour fournir une localisation très précise dans des environnements souterrains ou dépourvus de système mondial de localisation (GPS), et a évolué ces dix dernières années pour devenir ce qu'il est aujourd'hui », indiquait Andrew Chapman, directeur technique des solutions minières chez Peck Tech. Le premier produit commercialisé se concentre sur la première étape nécessaire à la localisation souterraine, à savoir la création d'une carte tridimensionnelle.


Le fonctionnement de ce système


Turquoise Ridge a accepté de tester la technologie en milieu d'année 2014 et l'utilise depuis. Peck Tech et Barrick, qui ont fourni le financement de démarrage pour ce produit, avaient décidé dès le début qu'une mine devait pouvoir utiliser cette technologie sans rien modifier à son infrastructure existante. Ce dispositif, que l'on installe sur un véhicule, est doté d'un point d'accès sans fil qui crée un réseau local. L'utilisateur peut ouvrir son navigateur sur tout appareil doté d'une connexion sans fil et lancer une session sur l'interface utilisateur, laquelle est hébergée dans le périphérique.


À Turquoise Ridge, les arpenteurs-géomètres ont utilisé un vieux Toughbook (un ordinateur portable ultra-durci très robuste pour une utilisation dans des environnements rigoureux) de la marque Panasonic. L'outil d'arpentage « pèse à peine moins de 10 kilogrammes, et nous l'avons accroché au pare-chocs de notre tracteur », indiquait Tim Somers, géomètre principal de la mine à Turquoise Ridge.


« Il suffit de conduire jusqu'à l'endroit où l'on doit se rendre, de brancher notre ordinateur ou téléphone portable et de se connecter à la WiFi. L'interface ressemble à une page Web ; ensuite, il ne reste plus qu'à lancer la fonction de balayage, et à commencer à conduire. »


Le processus de balayage émet une succession rapide de rayons infrarouges sur deux plans différents (de bas en haut et vers l'extérieur) et enregistre les distances en fonction du temps qu'il faut pour que ces rayons rebondissent. Le déplacement du véhicule est déterminé par des algorithmes commerciaux hautement optimisés d'estimation du mouvement. Les arpenteurs-géomètres de Turquoise Ridge conduisent en général à une allure d'à peine plus de 3 kilomètres heure. Les données collectées par Rapid Mapper seront d'autant plus précises si le mouvement est lent.


Lorsque l'arpenteur-géomètre arrête le véhicule et appuie sur le bouton « Terminer le balayage », le fichier est automatiquement sauvegardé sur le disque dur du dispositif. À la fin de son poste, l'arpenteur-géomètre peut télécharger les données sur une clé USB, retourner dans son bureau et le brancher à un ordinateur pour le post-traitement. Le logiciel que fournit Peck Tech convertit les données brutes en un nuage de points en 3D.


Pour interpréter le nuage de points, Turquoise Ridge a acheté le logiciel I-Site de Maptek. Les points sont triangulés en des solides apparents, puis comparés aux modèles de galeries dans le logiciel Vulcan.


Son intérêt


Turquoise Ridge a trouvé plusieurs applications à cette technologie, toutes liées à sa capacité à générer des mesures détaillées du volume à partir du nuage de points. Tout d'abord, elle permet de valider les résultats d'un balayage stationnaire par lidar traditionnel. « Le scanneur [uGPS] indique qu'en général, notre marge d'erreur est d'environ 2,5 % », expliquait M. Somers. « C'est un résultat acceptable pour la plupart, mais cela montre que l'utilisation [du Rapid Mapper] est légèrement plus précise car ce dernier permet de voir les moindres coins et recoins. »


Rapid Mapper engrange davantage de détails car il fonctionne en permanence. « Si l'on ne déplace pas plusieurs fois [un scanneur traditionnel], on obtiendra ce que l'on appelle des " ombres " », expliquait M. Somers. « Si la galerie comporte un point élevé et que l'on se trouve en bas de la galerie, il se peut que le système de balayage ne détecte pas le point élevé en raison d'une roche qui obstrue le passage au milieu ; alors que si l'on se rapproche de ce point, on peut voir le trou tout au fond. »


Le déplacement d'une station lidar traditionnelle peut être lent. Peck Tech a constaté que sa technologie permet de faire en 10 minutes ce que la technologie lidar traditionnelle réalise en 8 heures en fonction des cas d'usage.

La précision est utile si l'équipe des opérations souhaite vérifier que les mineurs creusent bien la galerie conformément aux dimensions prévues dans la conception. Elle s'est également révélée importante lorsqu'il a fallu placer huit différents réservoirs de carburant dans une excavation. « Nous avons procédé au balayage de la zone, puis avons créé des images en 3D des réservoirs pour voir s'ils pouvaient rentrer ; nous avons constaté qu'il ne serait pas possible de tous les placer dans cet espace », expliquait M. Somers. « Ainsi, ces images nous ont ensuite permis de montrer aux mineurs ce qu'ils devaient rogner pour que les réservoirs puissent être placés dans la galerie. »


M. Chapman faisait aussi remarquer qu'en effectuant le balayage d'une même zone à plusieurs reprises, les arpenteurs-géomètres seraient en mesure de détecter une convergence des tunnels au fil du temps, un indicateur important de la stabilité des sols pour les ingénieurs géotechniques.


Ses limites


Si ce système est très utile pour arpenter de courtes distances, il n'est pas encore suffisamment précis pour remplacer l'arpentage traditionnel à Turquoise Ridge. Le point estimé s'éloigne de son emplacement réel à mesure qu'il se déplace, à un taux faible mais constant.


D'après M. Chapman, l'estimation du mouvement constituait l'une des plus grandes difficultés à surmonter pour rendre ce produit prêt à l'usage commercial. « Nous estimons notre position en fonction de notre emplacement à un moment donné et à l'aide de tout un éventail de différentes informations provenant des capteurs », indiquait-il. « Le retour précieux de nos utilisateurs nous aide à continuellement parfaire nos algorithmes et ainsi à améliorer la précision du balayage. »


Peck Tech a trouvé un moyen pour les utilisateurs de Rapid Mapper de réorienter le dispositif périodiquement. L'idée est d'installer des étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) à des intervalles réguliers le long des tunnels de la mine et de scanner un point proche pour attribuer chaque étiquette à un emplacement. Une fois ces informations intégrées au système, tout engin conduisant à proximité d'une étiquette RFID aidera le Rapid Mapper à se positionner au sein du système de coordonnées de la mine. Ceci aide à limiter la dérive tout en fournissant une carte de la mine dans un cadre de référence local que connaissent bien les arpenteurs-géomètres de mines.


Comme toute mine souterraine, Turquoise Ridge dispose déjà d'un système qu'utilisent les arpenteurs-géomètres, lequel repose sur un réseau de prismes dans l'enceinte du tunnel. L'emplacement précis de chaque prisme est connu et a un effet de courbe spécifique sur la lumière infrarouge qui l'atteint, aussi lorsque le rayon infrarouge rebondit, les arpenteurs-géomètres peuvent calculer avec précision l'emplacement de leur instrument topographique.


À mesure que le tunnel avance, il faut compter entre 10 et 15 minutes pour poser chaque point de contrôle basé sur les prismes. L'installation de l'étiquette RFID et son balayage dans le Rapid Mapper requiert aussi un certain temps, ce qui a dissuadé Barrick de mettre en œuvre cette infrastructure supplémentaire. « Si les paramètres de contrôle ont déjà été définis, on ne souhaite pas redéfinir un type de contrôle différent pour le scanneur », expliquait M. Somers.


Il ajoutait qu'il a beaucoup apprécié la dextérité de Peck Tech à résoudre les problèmes à mesure qu'ils se produisaient. La demande actuelle en cours de discussion entre Turquoise Ridge, Barrick et Peck Tech est la suivante : comment intégrer au mieux le dispositif dans l'infrastructure d'arpentage existante de la mine ?


La vision à long terme


Le système uGPS Rapid Mapper est le premier produit commercial à voir le jour dans un projet qui a commencé avec le Mining Systems Laboratory (le laboratoire de systèmes miniers) de l'université Queen's. Barrick s'est étroitement impliqué pour atteindre l'objectif fixé, à savoir un système de positionnement souterrain (d'où son nom uGPS, la lettre « u » faisant référence à underground qui, en anglais, signifie souterrain) suffisamment petit et peu onéreux pour pouvoir être installé sur tout véhicule sous terre et intégré à une exploitation sans avoir besoin de modifier l'infrastructure existante.


« L'avantage initial concernait la localisation, mais nous avons aujourd'hui la possibilité de mesurer la différence », expliquait Andrew Scott, directeur principal de la technologie de l'information et de l'automatisation dans les mines chez Barrick.  


Sur le site de Turquoise Ridge, M. Scott et d'autres technologues de l'organisation cherchent à obtenir l'acceptation du site. Jusqu'ici, la réaction a été positive, bien que l'on observe une certaine réserve.


« Nous nous sommes rendus compte lorsque nous avons acquis ce dispositif qu'il s'agissait du premier en son genre à maints égards, aussi nous sommes impatients de découvrir ce que ce produit a à nous offrir », expliquait Mike Myers, l'un des arpenteurs-géomètres du site Turquoise Ridge.


Entre-temps, une autre mine américaine, propriété de Stillwater Mining, a acheté un système Rapid Mapper. M. Chapman expliquait que, dans la conjoncture économique actuelle de l'industrie minière, de nombreuses difficultés ont émergé et ce, malgré un prix de référence qui est environ 50 % plus bas qu'un scanneur stationnaire classique. « Les activités de notre société de courtage en technologie et de conseils techniques se sont bien développées ces derniers temps », ajoutait-il. « Il s'agit selon moi d'un indicateur du changement fondamental qui consiste à mettre à profit la technologie pour augmenter nos revenus et réduire nos dépenses. »

Traduit par Karen Rolland

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