juin/juillet 2015

Connexion souterraine

Dans les mines souterraines, la communication est primordiale. Les réseaux locaux sans fil (WLAN) relient les mineurs et les outils dont ils disposent à l'Internet de manière à ce qu'ils puissent partager et récupérer des données de manière efficace et sans interférence.

Par Katelyn Spidle

En 1999, Hard-Line, un fournisseur de dispositifs de commande à distance pour l'équipement lourd basé à Sudbury, a testé la technologie sans fil dans la mine Craig de Falconbridge. Hard-Line utilisait la technologie Aironet, qui fait désormais partie des systèmes Cisco, pour développer de nouvelles solutions de communications destinées à l'industrie minière.

Son principal objectif était de déterminer dans quelle mesure la technologie sans fil, relativement nouvelle à l'époque, pouvait renforcer la sécurité des employé(e)s. En fin de compte, le projet a également révélé que la technologie sans fil était efficace, performante et fiable.

« Au début des années 2000, nous avons contacté une grande société et avons présenté cette technologie à la direction ; tout le monde a eu le souffle coupé », déclarait Walter Siggelkow, président de Hard-Line. « Elle englobait tout ce que l'on pouvait espérer d'un système de communication. »

Hard-Line a depuis converti son système de réseaux initial, le Mine Area Net, afin qu'il serve de base aux systèmes de télécommande sans fil Teleop de la société. Cette technologie résistante utilise une infrastructure sans fil pour permettre l'activation à distance d'équipements lourds tels que des tracteurs sur pneumatiques, des trépans, des excavateurs et des brise-roches, évitant ainsi aux employé(e)s d'avoir à se retrouver dans des environnements de travail dangereux. Hard-Line a remporté de nombreux prix pour ses conceptions innovantes, et plusieurs grandes sociétés, dont Barrick, Glencore, BHP Billiton, De Beers et Mines Agnico Eagle utilisent le système Teleop.

Le système Teleop de Hard-Line illustre bien l'une des possibilités qu'offre une connexion sans fil sous terre, mais il ne constitue que la partie émergée de l'iceberg. Les réseaux WLAN, tels que ceux que proposent Hard-Line et Cisco, ont placé la barre très haut pour des sociétés qui se spécialisent dans la technologie des communications. La technologie sans fil révolutionne la communication entre les mineurs et les machines, et permet de créer et d'échanger une grande quantité de données pouvant révéler de nouvelles manières d'optimiser les activités.

Une communication claire

Les mineurs parviennent généralement à communiquer entre eux à l'aide d'un système de câbles à onde de fuite. Ce système consiste à faire passer un câble coaxial dans un tunnel souterrain qui envoie et reçoit des ondes radioélectriques comme une antenne. Les ondes radioélectriques « fuient » sur toute la longueur du câble par des fentes dans le conducteur extérieur et permettent la communication. Cependant, ces fuites dans le câble affaiblissent le signal sur la distance, aussi des amplificateurs de ligne sont insérés par intermittence. Bien entendu, cela peut causer des problèmes. « L'amplification d'un signal aboutit chaque fois à une petite distorsion », expliquait M. Siggelkow.

Un câble rayonnant (un type de câble coaxial muni de fentes) fonctionne à basse fréquence, avec une fréquence de sortie d'environ 150 mégahertz (MHz) et une fréquence d'entrée de 170 MHz ; ainsi, le transfert de grandes quantités de données n'est pas possible. Il est également soumis aux interférences, étant donné que les ondes radioélectriques ne peuvent pas, par exemple, traverser les roches. Comme l'indiquait M. Siggelkow, bien que les systèmes à conducteur à courant de fuite soient largement considérés comme obsolètes, beaucoup de mines les utilisent encore. Doug Bellin, directeur du développement de l'entreprise chez Cisco pour la fabrication et l'exploitation minière, expliquait que les câbles rayonnants fonctionnent bien pour la communication directe et qu'il n'est jamais inutile de les conserver comme forme de communication de secours en cas d'urgence.

Cependant, la tendance générale penche vers l'adoption de systèmes permettant le transfert de plus grandes quantités de données de manière fiable en temps réel. C'est la raison pour laquelle les sociétés minières optent pour les réseaux locaux sans fil, lesquels se servent de la technologie de l'étalement du spectre pour diffuser des ondes radioélectriques à partir de points d'accès placés de manière stratégique et reliés à un câble Ethernet. D'après M. Siggelkow, lorsque le signal est transmis, les données analogiques telles que la voix sont transformées en données numériques.

L'« Internet multidimensionnel »

Ces dix dernières années, on fabrique de plus en plus souvent des objets du quotidien, tels que des machines à laver ou des lave-vaisselle, en utilisant la connectivité de réseau, qui permet à ces machines d'envoyer et de recevoir des données par l'intermédiaire de l'Internet. Cette approche s'intègre dans une tendance croissante baptisée l'« Internet multidimensionnel ».

Il y a quelques années, Dundee Precious Metals a décidé d'effectuer des rectifications technologiques très nécessaires qui lui permettraient de conserver sa longueur d'avance. La société s'était fixée l'objectif d'augmenter la productivité de 30 % à sa mine Chelopech en Bulgarie. En raison des contraintes financières auxquelles était confrontée la société au vu du contexte économique mondial, le département de technologie de l'information (TI) a cherché une solution qui n'impliquait pas d'embaucher davantage de personnel ou d'acheter d'autres véhicules.

« Nous souhaitions exposer la mine au grand jour et voir ce qu'il se passait en temps réel », déclarait Mark Gelsomini, directeur du département de TI de Dundee. Pour ce faire, la société a adapté le réseau sans fil unifié Cisco et les points d'accès. Le réseau sans fil couvre les 50 kilomètres de tunnels souterrains de la mine Chelopech, aussi les mineurs, les superviseurs et la direction peuvent maintenant communiquer de manière fiable par communication vocale, vidéo ou par message instantané. Ces formes de communication permettent une collaboration en personne entre tous les niveaux de la direction, les géologues, les métallurgistes et les techniciens, lesquels peuvent intervenir en temps réel pour régler un problème, dispenser leurs conseils pour les réparations et parler des activités.

L'intégration d'étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) sur les casques de chantier et dans les véhicules des mineurs a également rendu possible la localisation. Chaque mineur et véhicule est localisé en temps réel sur une carte en 3D visible d'un poste de surveillance situé en surface. Ce « centre d'excellence », comme le décrivait M. Gelsomini, inclut l'accès à distance aux véhicules et aux routeurs de manière à ce que l'équipe puisse rapidement récupérer les données analytiques et basculer les commutateurs partout dans la mine depuis leur bureau.

Dundee a dépassé son objectif initial et est parvenu à augmenter la production de 400 % à sa mine bulgare. En exploitant l'Internet multidimensionnel, la société a pu réduire ses coûts de communication et d'énergie, améliorer la sécurité et optimiser l'utilisation des actifs.

Une couverture sans fil dans le monde entier

La technologie sans fil est depuis longtemps utilisée par les bureaux, les points de vente au détail et les établissements d'enseignement. Ces espaces aux murs homogènes et aux températures contrôlées ne rencontrent pratiquement aucun obstacle qui pourrait créer des interférences du signal. Cependant, M. Bellin faisait remarquer que ces conditions ne sont réunies que dans 10 à 15 % de l'infrastructure dans l'industrie minière. La connexion des mines souterraines est légèrement plus complexe. « L'infrastructure n'a pas été construite de manière à prendre en charge cette technologie partout », indiquait-il. Par ailleurs, ajoutait Prashanth Shenoy, directeur principal de la mobilité en entreprise chez Cisco, « les interférences sont nombreuses dans les mines. C'est un grand problème que nous devons surmonter ».

Cisco a mis au point une solution pour son réseau sans fil unifié, à savoir une fonctionnalité applicable à l'intégralité du système baptisée technologie Cleanair.

Cette technologie permet de détecter les interférences radio que les autres systèmes ne perçoivent pas, d'en identifier la source et de les localiser sur un plan, puis de procéder à des ajustements automatiques visant à optimiser la couverture sans fil autour de l'interférence afin d'assurer une connexion claire.

La bonne transmission des signaux dans un réseau sans fil dépend de l'air, aussi les premiers aspects à prendre en compte lors de l'adaptation de la technologie WLAN à l'environnement des mines souterraines étaient les fluctuations extrêmes en termes de température, d'humidité et de poussière. « L'infrastructure doit absolument être résistante », expliquait M. Bellin. Ceci signifie que la technologie tactile classique, telle que celle dont sont dotés les téléphones intelligents, est trop délicate et ne fonctionnerait sans doute pas bien sous terre. Les tablettes et autres dispositifs tactiles similaires sont directement intégrés dans les machines, de manière à ce que le matériel soit adapté à l'environnement souterrain rigoureux.

Du bon sens

Lorsque Goldcorp a lancé son projet de mine aurifère Éléonore dans le nord du Québec, son objectif était de construire la mine du futur. « Les valeurs de la société [reposent] sur l'adoption d'approches innovantes et de solutions sensées pour faire évoluer la façon dont nous exploitons nos ressources minérales », indiquait Pascal Morin, directeur de la technologie et des communications chez Goldcorp.

La société a décidé d'utiliser la solution Connected Mining de Cisco, un réseau sécurisé de protocole Internet (IP) multiservices qui prend en charge toute une gamme de fonctionnalités dans le but d'atteindre trois objectifs, à savoir améliorer la sécurité des employé(e)s, optimiser l'efficacité de la production et contrôler les coûts de production. Cette technologie résistante offre un accès sécurisé à tous les dispositifs de la mine en temps réel, où qu'ils se trouvent.

Le système de localisation a permis d'améliorer la gestion des actifs à l'aide du repérage des véhicules et de l'efficacité opérationnelle en transmettant aux directeurs des mines des données en temps réel et en leur donnant ainsi la possibilité de prendre des décisions rapides. Il a également amélioré les temps d'intervention en cas d'urgence. Avant qu'Éléonore n'active le réseau, il fallait compter environ 45 minutes pour localiser tout le personnel en situation d'urgence. À présent, ces informations sont immédiatement disponibles, une fonctionnalité qui pourrait sauver des vies.

M. Bellin expliquait qu'il n'est pas possible de calculer le rendement du capital investi pour la sécurité, mais l'installation du réseau sans fil unifié à la mine Éléonore représente un investissement nécessaire dans une infrastructure qui prendra en charge l'aérage à la demande, et permettra ainsi à la société d'économiser entre 1,5 et 2,5 millions $ chaque année.

« L'aérage à la demande est un très bon exemple de l'Internet multidimensionnel car nous sommes désormais en mesure de contrôler et de modifier à distance l'état d'une machine ou de [générer] des changements atmosphériques dans l'environnement », indiquait M. Morin.

Le système d'aérage d'Éléonore fonctionnait auparavant 24h sur 24h, 7 jours sur 7, mais l'avènement de l'aérage à la demande permet de ne faire tourner les ventilateurs qu'en fonction des besoins. Le système répond aux signaux émis par les étiquettes RFID fournies par AeroScout Industrial et rattachées à chaque mineur et véhicule. Lorsqu'un signal est détecté à un endroit précis sous terre, le système d'aérage à la demande analyse la qualité de l'air et les niveaux d'émissions dans la zone donnée, puis active les ventilateurs en fonction des besoins et adapte leur vitesse en fonction des données spécifiques reçues des étiquettes. L'aérage à la demande a permis à la société de considérablement réduire sa consommation énergétique ; en effet, ses besoins en air sont passés de 1,2 million de pieds cubes par minute (PCM) à 650 000 PCM.

L'avenir est sous terre

Toute nouvelle technologie s'accompagne d'une phase d'apprentissage. Pour pouvoir la gérer au mieux, Dundee s'est engagée à responsabiliser ses employé(e)s. « Les mineurs nous donnent leurs idées pour améliorer la technologie », déclarait M. Gelsomini. « Notre approche consistait à dire " Voici notre idée. Étudiez-la et donnez-nous votre avis ". C'est une approche totalement différente de celle consistant à uniquement dicter des règles. »

Très bientôt, prévoyait M. Siggelkow, l'Internet multidimensionnel deviendra si omniprésent que si une société minière souhaite poursuivre ses activités, elle n'aura pas d'autre choix que de se connecter. « C'est une évolution inévitable, mais qui aura un impact très positif », déclarait-il. « La question n'est pas de savoir si cette technologie sera acceptée, mais plutôt le temps qu'il faudra pour qu'elle le devienne. »

Traduit par Karen Rolland


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