Impact de la mécanisation sur la ventilation dans les ...

IMPACT DE LA MÉCANISATION SUR LA VENTILATION DANS LES MINES SOUTERRAINES

DU QUÉBEC

Mémoire

Rody Mafuta Kasonga

Maîtrise en génie des mines Maître ès Sciences (M. Sc.)

Québec, Canada

© Rody Mafuta, 2013

iii

Résumé

L’objectif de ce projet est de dresser le portrait de l’utilisation des équipements mus par un moteur à combustion interne dans les mines souterraines du Québec et d’établir leur impact sur la qualité de l’air et les besoins en ventilation. Ainsi, de juin 2010 à septembre 2011, 17 mines souterraines de la province ont été contactées. La banque de données obtenues comprend 9 mines en production et 4 mines en développement. Ces données ont servi au calcul d’indices de conformité sur le respect de la réglementation en ce qui a trait aux limites des concentrations et aux délais d’échantillonnage du monoxyde de carbone et des matières particulaires diesel. En outre, quelques technologies de contrôle des matières particulaires diesel (MPD) sont présentées, le potentiel de réduction de la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal des mines est évalué pour certaines d’entre elles. Finalement, certains indices calculés permettent d’établir l’impact du niveau de mécanisation sur les besoins en ventilation.

v

Abstract

The objective of this project is to develop a profile of the use of equipment powered by an internal combustion engine in Quebec underground mines and establish their impact on air quality. Thus, from June 2010 to September 2011, 17 underground mines in the province were contacted. The database obtained contains 9 producing mines and 4 mines under development. These data were used to calculate indices of compliance with respect to concentration limits and sampling of carbon monoxide as well as diesel particulate matter (DPM). In addition, some DPM control technologies are presented, the potential for reducing the average concentration of DPM in the main network is evaluated for some control technologies. Finally, some indices were calculated to establish the impact of mechanization on ventilation requirements.

vii

Table des matières

RÉSUMÉ...................................................................................................................................................... III

SUMMARY ...................................................................................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.

TABLE DES MATIÈRES ................................................................................................................................ VII

LISTE DES TABLEAUX .................................................................................................................................. XI

LISTE DES GRAPHIQUES .............................................................................................................................. XI

LISTE DES FIGURES .................................................................................................................................... XIII

SYMBÔLES ................................................................................................................................................. XV

GLOSSAIRE ............................................................................................................................................... XIX

CONVERSION ........................................................................................................................................... XXV

1 INTRODUCTION .................................................................................................................................. 1

1.1 MISE EN CONTEXTE ................................................................................................................................. 1

1.2 OBJECTIFS DU PROJET .............................................................................................................................. 2

2 IMPACT DE L’UTILISATION DES ÉQUIPEMENTS MUS AU DIESEL SUR LA QUALITÉ DE L’AIR MINIER .... 3

2.1 MONOXYDE DE CARBONE (CO) ................................................................................................................ 5

2.2 DIOXYDE DE CARBONE (CO2) ................................................................................................................... 7

2.3 OXYDES D’AZOTE (NOX) .......................................................................................................................... 8

2.4 DIOXYDE DE SOUFRE (SO2) ...................................................................................................................... 8

2.5 EFFET DE LA CHALEUR SUR LA PRODUCTIVITÉ ............................................................................................... 9

3 MATIÈRES PARTICULAIRES DIESEL (MPD) ......................................................................................... 11

3.1 INDICES D’ESTIMATION DES MATIÈRES PARTICULAIRE DIESEL .......................................................................... 13

3.2 MÉTHODES DE MESURE DES INDICES D’ESTIMATION .................................................................................... 15

3.3 VALEUR D’EXPOSITION LIMITE AU QUÉBEC ET AILLEURS ................................................................................ 16

4 ....... COLLECTE DES DONNÉES D’ÉQUIPEMENTS MOTORISÉS DANS LES MINES SOUTERRAINES DU QUÉBEC

.................................................................................................................................................................. 21

5 PRÉSENTATION, ANALYSE ET DISCUSSION DES RÉSULTATS .............................................................. 25

5.1 INDICE DE CONFORMITÉ ........................................................................................................................ 25

5.1.1 Indice de conformité sur la concentration de PCR .................................................................... 25

5.1.2 Indice de conformité sur la concentration de CO aux endroits de travail ................................ 28

viii

5.1.3 Indice de conformité sur le respect de la fréquence de relevé de CO aux endroits de travail .. 30

5.1.4 Indice de conformité de la concentration de CO à l’échappement ........................................... 31

5.1.5 Indice de conformité de la fréquence de relevé à l'échappement .................................................. 33

5.1.6 Récapitulatif des indices de conformité des mines souterraines du Québec ............................ 34

5.2 MESURES DE CONTRÔLE DE MPD ET RÉDUCTION POTENTIELLE DES ÉMISSIONS DIESEL ........................................ 35

5.2.1 Maintenance des équipements ................................................................................................ 36

5.2.2 Sélection de moteurs ................................................................................................................. 36

5.2.3 Choix du carburant .................................................................................................................... 38

5.2.4 Dispositif de traitement des gaz d’échappement ...................................................................... 39

5.3 POTENTIEL DE RÉDUCTION DE LA CONCENTRATION DES MPD DANS LES MINES DU QUÉBEC ................................. 42

5.3.1 Application des technologies de contrôle des MPD sur l’ensemble des équipements ............... 45

5.3.2 Application des technologies de contrôle des MPD sur les équipements de halage et

chargement uniquement ......................................................................................................................... 47

5.4 SURVOL DES ÉQUIPEMENTS MUS AU DIESEL ................................................................................................ 50

5.4.1 Chargeuses navettes ................................................................................................................. 50

5.4.2 Camions ..................................................................................................................................... 51

5.4.3 Jumbos de forage ...................................................................................................................... 52

5.4.4 Boulonneuses ............................................................................................................................ 53

5.4.5 Transporteurs de personnel et de matériel ............................................................................... 54

5.4.6 Véhicules munis de plateformes élévatrices (ciseaux) .............................................................. 54

5.4.7 Foreuses .................................................................................................................................... 55

5.4.8 Autres équipements mobiles ..................................................................................................... 56

5.4.9 ........ Récapitulatif des équipements mus au diesel dans les mines souterraines du Québec en 2012

................................................................................................................................................................. 56

5.5 INDICATEURS CARACTÉRISANT L’UTILISATION DES ÉQUIPEMENTS MUS AU DIESEL................................................ 59

5.5.1 Débit d’air fourni dans les mines souterraines québécoises ...................................................... 61

5.5.2 Puissances motrices des équipements dans la mine par tonne extraite ................................... 64

5.5.3 Débit d’air fourni par rapport à la puissance cumulative des équipements de la mine ............ 66

5.5.4 Débit d’air exigé dans la mine par tonne extraite ..................................................................... 67

5.5.5 Discussion des résultats ............................................................................................................. 68

5.6 MODÈLE DE PRÉDICTION DU DÉBIT D’AIR POUR LES MINES QUÉBÉCOISES .......................................................... 72

5.6.1 Modèle de prédiction du nombre d’échantillons de PCR>0,6 mg/m3 par poste de travail ........ 74

5.6.2 Prédictions du débit réel par la profondeur ultime de la mine .................................................. 76

5.6.3 Prédictions du débit réel par le tonnage journalier hissé .......................................................... 77

ix

5.6.4 Prédictions du débit réel par le tonnage journalier hissé et la puissance nominale totale des

équipements installés dans la mine......................................................................................................... 80

5.6.5 Prédictions du débit réel par le tonnage journalier hissé et la profondeur ultime de la mine. . 82

6 CONCLUSION .................................................................................................................................... 83

BIBLIOGRAPHIES ........................................................................................................................................ 89

ANNEXE 1 : ARTICLE 102 RÈGLEMENT SUR LA SANTÉ ET LA SÉCURITÉ DU TRAVAIL DANS LES MINES AU

QUÉBEC [C. S-2.1, R. 14] .............................................................................................................................. A

ANNEXE 2 : VÉRIFICATION DES HYPOTHÈSES POUR LE MODÈLE DE LA CONFORMITÉ DES ÉCHANTILLONS .. C

ANNEXE 3 : VÉRIFICATION DES HYPOTHÈSES POUR LE MODÈLE DU DÉBIT EN FONCTION DU TONNAGE ET

DE LA PROFONDEUR .................................................................................................................................... E

ANNEXE 4 : QUESTIONNAIRE N°1 ................................................................................................................ H

ANNEXE 5 : QUESTIONNAIRE N°2 ................................................................................................................. I

ANNEXE 6 : QUESTIONNAIRE N°3 ................................................................................................................ K

ANNEXE 7: EXEMPLES DE CALCUL D’INDICES POUR UNE MINE ..................................................................... L

Calcul d’indices caractérisant les opérations ............................................................................................. L

Puissance utilisée (PU) .............................................................................................................................. O

Débit exigé(QE) ......................................................................................................................................... P

Proportion du débit exigé par la machinerie ............................................................................................ Q

Proportion du débit d’air exigé par catégorie d’équipements .................................................................. Q

Puissance des moteurs diesel par tonne de tout-venant hissée (minerai et stérile) par jour et tonne par

kW ............................................................................................................................................................. R

Proportion d’air par tonne journalière hissée............................................................................................ S

ANNEXE 8 : STANDARD D’ÉMISSIONS DES MOTEURS HORS ROUTE NIVEAUX 1-3 ....................................... U

ANNEXE 9 : CALCUL DES ÉMISSIONS DE MPD PAR ÉQUIPEMENT ................................................................ W

FIGURE 1: SCHÉMA D’UNE PARTICULE D'ÉCHAPPEMENT DE MOTEUR DIESEL (METZ, 2001) .................................................. 12

FIGURE 2 : CHARGEUSE NAVETTE EN OPÉRATION .......................................................................................................... 51

FIGURE 3 : CAMION EN OPÉRATION ........................................................................................................................... 52

FIGURE 4 : JUMBO DE FORAGE EN OPÉRATION ............................................................................................................. 53

FIGURE 5 : BOULONNEUSE EN OPÉRATION .................................................................................................................. 53

FIGURE 6 : TRACTEUR ............................................................................................................................................ 54

x

FIGURE 7 : VÉHICULES MUNIS DE PLATEFORMES ÉLÉVATRICES (CISEAUX) ........................................................................... 55

FIGURE 8 : FOREUSE LONG TROU EN OPÉRATION .......................................................................................................... 55

FIGURE 9 : NIVELEUSE ............................................................................................................................................. 56

xi

LISTE DES TABLEAUX

TABLEAU 1: CONCENTRATION NORMALE DANS L’AIR ET VALEUR D’EXPOSITION MAXIMALE PERMISE AU QUÉBEC DES PRODUITS

D'ÉCHAPPEMENT D'UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNE....................................................................................... 5

TABLEAU 2: RÉACTION PHYSIOLOGIQUE DUE AU MONOXYDE DE CARBONE EN FONCTION DE LA SATURATION DU SANG EN

CARBOXYHÉMOGLOBINE (MCPHERSON, 1993) .................................................................................................... 6

TABLEAU 3: RÉACTION PHYSIOLOGIQUE DUE AU DIOXYDE DE CARBONE (MCPHERSON, M. J., 1993) ....................................... 7

TABLEAU 4: RÉACTION PHYSIOLOGIQUE DUE À L’INTOXICATION AU DIOXYDE D’AZOTE (MCPHERSON, M. J., 1993) ................... 8

TABLEAU 5: RÉACTION PHYSIOLOGIQUE DUE À L’INTOXICATION AU DIOXYDE DE SOUFRE (MCPHERSON, M. J., 1993) ................ 9

TABLEAU 6: NIVEAU D’EXPOSITION TYPE AU MPD DE CERTAINES PROFESSIONS (SCHNAKENBERG, ET AL., 2002) ..................... 17

TABLEAU 7: VALEUR LIMITE D’EXPOSITION AUX MPD PAR PAYS ET ORGANISATION (SCHNAKENBERG, ET AL., 2002) ................. 18

TABLEAU 8: DONNÉES SUR LES PARAMÈTRES D’ÉQUIPEMENTS RECUEILLIES PAR MINE .......................................................... 24

TABLEAU 9: REGROUPEMENT DES TÂCHES .................................................................................................................. 27

TABLEAU 10 : EXPOSITION AUX PCR PAR TYPE DE TÂCHE ............................................................................................... 28

TABLEAU 11: INDICES DE CONFORMITÉ AUX CONCENTRATIONS ET AUX DÉLAIS D'ÉCHANTILLONNAGE DU CO ET DES PCR ........... 35

TABLEAU 12: DÉBIT À FOURNIR POUR SE CONFORMER AUX NORMES DE 400 ET 160 µG/M3 DE CT ....................................... 43

TABLEAU 13:CONTRIBUTION DES CATÉGORIES D'ÉQUIPEMENTS DANS LES ÉMISSIONS TOTALES DES MPD ................................ 44

TABLEAU 14: SOMMAIRE DE LA QUANTITÉ DES ÉQUIPEMENTS MOTORISÉS PAR MINE .......................................................... 57

TABLEAU 15 : DÉBIT PAR TONNE DE MINERAI HISSÉ ...................................................................................................... 59

TABLEAU 16 : PUISSANCE DES ÉQUIPEMENTS PAR TONNE DE TOUT-VENANT HISSÉ .............................................................. 60

TABLEAU 17 : TAUX D'UTILISATION ESTIMÉ PAR CATÉGORIE D'ÉQUIPEMENT ...................................................................... 61

TABLEAU 18 : TAUX D'UTILISATION RÉEL PAR CATÉGORIES D'ÉQUIPEMENT ........................................................................ 63

TABLEAU 19: CORRÉLATION ENTRE LES VARIABLES EXOGÈNES DE LA RÉGRESSION ................................................................ 73

TABLEAU 20:DONNÉES COMPLÉMENTAIRES POUR LE CALCUL D'INDICE .............................................................................. N

TABLEAU 21 : PROPORTION DU DÉBIT EXIGÉ PAR CATÉGORIE D'ÉQUIPEMENTS ..................................................................... R

TABLEAU 22 : TIERS 1-3 STANDARD D'ÉMISSIONS DES MOTEURS HORS ROUTE G/KW (G/HP.HR) (ECOPOINT INC., 1997) ..........U

TABLEAU 23 : NIVEAU 4 STANDARDS D'ÉMISSION DES MOTEURS HORS ROUTES G/KW (G/HP.HR) (ECOPOINT INC., 1997) ......... V

LISTE DES GRAPHIQUES

GRAPHIQUE 1 : EFFET PHYSIOLOGIQUE DU MONOXYDE DE CARBONE (DÉVELOPPÉ DE STRANG AND WOOD, 1985) (MCPHERSON,

M. J., 1993) ................................................................................................................................................ 7

GRAPHIQUE 2 : INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE EFFECTIVE SUR LES PERFORMANCES DES TRAVAILLEURS (MCPHERSON, M. J.,

1993) ....................................................................................................................................................... 10

GRAPHIQUE 3 : EXPOSITION AUX PCR DES TRAVAILLEURS MINIERS AU QUÉBEC SELON LES DONNÉES RECUEILLIES LORS DE CETTE

ÉTUDE ........................................................................................................................................................ 19

xii

GRAPHIQUE 4: HISTOGRAMME DES ICCPCR ................................................................................................................. 26

GRAPHIQUE 5 : INDICE DE CONFORMITÉ À LA LIMITE D’EXPOSITION AU CO DANS LE CIRCUIT DE VENTILATION ........................... 29

GRAPHIQUE 6: HISTOGRAMME INDICES DE CONFORMITÉ FRÉQUENCE D'ÉCHANTILLONNAGE DE CO ....................................... 31

GRAPHIQUE 7 : INDICE DE CONFORMITÉ À LA CONCENTRATION MAXIMALE DE CO À L'ÉCHAPPEMENT ..................................... 32

GRAPHIQUE 8 : INDICE DE CONFORMITÉ À LA FRÉQUENCE DE RELEVÉ DE CO À L'ÉCHAPPEMENT ............................................. 34

GRAPHIQUE 9: EFFICACITÉ DE DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES DE CONTRÔLE DES CE (BUGARSKI, ET AL., 2006) .......................... 41

GRAPHIQUE 10: CONCENTRATION MOYENNE DES PARTICULES DIESEL DANS LES MINES DU QUÉBEC (DONNÉES COLLECTÉES PAR

L’AUTEUR) ................................................................................................................................................... 42

GRAPHIQUE 11: RÉDUCTION DES MPD MESURÉS LORSQUE LES MOYENS DE CONTRÔLE SONT APPLIQUÉS À TOUTE LA FLOTTE ...... 46

GRAPHIQUE 12:RÉDUCTION DES MPD ESTIMÉS LORSQUE LES MOYENS DE CONTRÔLE SONT APPLIQUÉS À TOUTE LA FLOTTE ........ 46

GRAPHIQUE 13: RÉDUCTION DES MPD MESURÉS LORSQUE LES MOYENS DE CONTRÔLE SONT APPLIQUÉS AUX ÉQUIPEMENTS DE

HALAGE ET CHARGEMENT ............................................................................................................................... 48

GRAPHIQUE 14: RÉDUCTION POTENTIELLE DES MPD ESTIMÉS LORSQUE LES MOYENS DE CONTRÔLE SONT APPLIQUÉS À L’ENSEMBLE

DES ÉQUIPEMENTS ........................................................................................................................................ 48

GRAPHIQUE 15 : PROPORTION DES CATÉGORIES D’ÉQUIPEMENTS SELON LEUR NOMBRE POUR L’ENSEMBLE DES MINES .............. 58

GRAPHIQUE 16: PROPORTION DE LA PUISSANCE CUMULATIVE PAR CATÉGORIE D'ÉQUIPEMENT POUR L’ENSEMBLE DES MINES ...... 59

GRAPHIQUE 17: HISTOGRAMME DES DÉBITS RÉELS DANS LA MINE ET DES DÉBITS EXIGÉS DUS À LA MACHINERIE ........................ 62

GRAPHIQUE 18 : DIFFÉRENCE ENTRE DÉBIT RÉEL ET DÉBIT AJUSTÉ AU TAUX D'UTILISATION RÉELLE (TUR) DÛ À L'UTILISATION DES

ÉQUIPEMENTS MOTORISÉS .............................................................................................................................. 64

GRAPHIQUE 19: PUISSANCES TOTALES INSTALLÉE ET CALCULÉE SELON LE TAUX D’UTILISATION ESTIMÉE PAR TONNE DE ROCHE HISSÉE

................................................................................................................................................................. 65

GRAPHIQUE 20 : DÉBIT FOURNI PAR KW DE PUISSANCE DIESEL ....................................................................................... 66

GRAPHIQUE 21: DÉBIT EXIGÉ PAR TONNE DE ROCHE HISSÉE DUE À L'UTILISATION DES ÉQUIPEMENTS MOTORISÉS ...................... 67

GRAPHIQUE 22: DÉBIT RÉEL PAR DIFFÉRENTS GROUPES DE MINES .................................................................................... 69

GRAPHIQUE 23: ÉCART ENTRE LE DÉBIT MOYEN EXIGÉ PAR TONNE HISSÉE POUR L’ENSEMBLE DES ÉQUIPEMENTS ....................... 70

GRAPHIQUE 24: ÉCART ENTRE LE DÉBIT EXIGÉ PAR TONNE POUR LES ÉQUIPEMENTS DE HALAGE ............................................. 70

GRAPHIQUE 25: ÉCART ENTRE LA PUISSANCE MOYENNE PAR TONNE INSTALLÉE DES TROIS GROUPES ....................................... 72

GRAPHIQUE 26: VARIATION DU DÉBIT RÉEL PAR RAPPORT À LA PROFONDEUR ULTIME .......................................................... 76

GRAPHIQUE 27: VARIATION DU DÉBIT RÉEL PAR RAPPORT AU TONNAGE JOURNALIER HISSÉ POUR LES MINES QUÉBÉCOISES ......... 77

GRAPHIQUE 28: RELATION DÉBIT RÉEL VS TONNAGE JOURNALIER (RÉFÉRENCE EN VENTILATION + MINES QUÉBÉCOISES) ............. 78

GRAPHIQUE 29: RÉSIDUS STUDENTISÉS-MODÈLE DE PRÉDICTION DU DÉBIT PAR LE TONNAGE JOURNALIER ................................ 79

GRAPHIQUE 30: DISTANCE DE COOK-MODÈLE DE PRÉDICTION DU DÉBIT PAR LE TONNAGE JOURNALIER ................................... 80

GRAPHIQUE 31: RÉSIDUS STUDENTISÉS-MODÈLE DE PRÉDICTION DU DÉBIT PAR LE TONNAGE JOURNALIER ET LA PUISSANCE

INSTALLÉE ................................................................................................................................................... 81

xiii

GRAPHIQUE 32: DISTANCE DE COOK-MODÈLE DE PRÉDICTION DU DÉBIT PAR LE TONNAGE JOURNALIER ET LA PUISSANCE INSTALLÉE

................................................................................................................................................................. 81

LISTE DES FIGURES

FIGURE 1: SCHÉMA D’UNE PARTICULE D'ÉCHAPPEMENT DE MOTEUR DIESEL (METZ, 2001) .................................................. 12

FIGURE 2 : CHARGEUSE NAVETTE EN OPÉRATION .......................................................................................................... 51

FIGURE 3 : CAMION EN OPÉRATION ........................................................................................................................... 52

FIGURE 4 : JUMBO DE FORAGE EN OPÉRATION ............................................................................................................. 53

FIGURE 5 : BOULONNEUSE EN OPÉRATION .................................................................................................................. 53

FIGURE 6 : TRACTEUR ............................................................................................................................................ 54

FIGURE 7 : VÉHICULES MUNIS DE PLATEFORMES ÉLÉVATRICES (CISEAUX) ........................................................................... 55

FIGURE 8 : FOREUSE LONG TROU EN OPÉRATION .......................................................................................................... 55

FIGURE 9 : NIVELEUSE ............................................................................................................................................ 56

xv

SYMBÔLES

• AMQ : Association minière du Québec.

• APEC : Acte de protection environnementale du Canada

• CE : Carbone élémentaire.

• CO Hb : Carboxyhémoglobine

• CT : Carbone Total.

• EN : Échantillon non conforme.

• EPA : Environmental Protection Agency

• HAP : Hydrocarbures aromatiques polycycliques.

• HP : Heures planifiées.

• Hr : Heures réelles.

• IC : Nombre d’intervalle dont la durée est à la fois inférieure à 6 mois et 300 heures motrices.

• ICCPCR : Indice de conformité à la réglementation sur la concentration maximale permise de poussières combustibles respirables.

• ICCCOCV : Indice de conformité à la réglementation sur la concentration maximale permise de monoxyde de carbone dans le circuit de ventilation.

• ICCCOE : Indice de conformité à la réglementation sur la concentration maximale permise de monoxyde de carbone à l’échappement des équipements motorisés.

• ICFCOCV : Indice de conformité à la réglementation sur la fréquence d’échantillonnage de monoxyde de carbone dans le circuit de ventilation.

• ICFCOE : Indice de conformité à la réglementation sur la fréquence d’échantillonnage de monoxyde de carbone à l’échappement des équipements motorisés.

• IT : Nombre d’intervalle total entre la dernière mesure du CO à l’échappement d’un équipement et la mesure précédente.

• MPD : Matière particulaire diesel.

• MSHA: Mine Safety and Health Administration.

xvi

• NSE : Nombre de semaines où au moins une mesure de concentration de CO dans le circuit de ventilation est prise.

• NST : Nombre total de semaines durant la période étudiée.

• OC : Carbone organique.

• PCR : Poussière combustible respirable.

• Pi : Puissance installée.

• Pi/T : Puissance installée par tonne.

• Pu : Puissance utilisée.

• Pu/T : Puissance utilisée par tonne.

• QA : Débit d’air ajusté.

• QE : Débit d’air exigé.

• QEE/T: Débit d’air exigé par tonne de tout-venant pour l’ensemble de la flotte.

• QEhal/T: Débit d’air exigé par tonne de tout-venant pour les équipements de halage et chargement.

• QEP&D/T: Débit d’air exigé par tonne de tout-venant pour équipement de production et développement.

• QR : Débit d’air réel

• RSSTM - Règlement québécois sur la santé et la sécurité du travail dans les mines [c. S-2.1, r.14].

• SOREDEM : Société de recherche et développement minier v

• TA : Tonnage annuel hissé en surface.

• TJ : Tonnage journalier hissé en surface.

• T/Pi : Tonnes par kW installé.

• T/Pu : Tonnes par kW utilisé.

• TU : Taux d’utilisation estimé.

• TUR : Taux d’utilisation réel.

xvii

• VECD : Valeur d’exposition de courte durée.

• VEMP : Valeur d’exposition moyenne pondérée.

xix

Glossaire

• Acte de protection environnementale du Canada (APEC) : donne le pouvoir législatif à Environnement Canada de réglementer les émissions provenant des moteurs autres que ceux utilisés dans les avions, les locomotives et les navires commerciaux.

• Carbone élémentaire (CE) : est un composé chimique résultant de la combustion incomplète de combustibles fossiles (essence, gazole, fioul, kérosène, charbon). Il est présent sous la forme de microcristaux de graphite.

• Carbone organique (OC) : sont constituées par l’ensemble des molécules organiques absorbées sur le carbone élémentaire.

• Carbone Total (CT) : est un ensemble de composés chimiques résultant de la combustion incomplète de combustibles fossiles. Il est la somme de carbone élémentaire et de carbone organique résultant de la réaction de combustion des moteurs.

• Carboxyhémoglobine (CO Hb) : composé formé suite au contact du monoxyde de carbone et de l’hémoglobine du sang.

• Débit d’air ajusté (QA) : somme du produit du débit exigé par la réglementation (RSSTM) et du taux d’utilisation réel.

• Débit d’air exigé par tonne de tout-venant pour l’ensemble de la flotte (QEE/T) : débit d’air exigé par la réglementation dû à l’utilisation de l’ensemble des équipements pour une tonne de tout-venant hissée.

• Débit d’air exigé par tonne de tout-venant pour équipement de production et développement (QEP&D/T) : débit d’air exigé par la réglementation dû à l’utilisation des équipements de production et développement pour une tonne de tout-venant hissée.

• Débit d’air exigé par tonne de tout-venant pour les équipements de halage et chargement (QEhal/T) : le débit d’air exigé par la réglementation dû à l’utilisation des équipements de halage et chargement par une tonne de tout-venant hissée.

• Débit d’air exigé (QE) : somme du produit du débit recommandé par la réglementation en tenant compte du taux d’utilisation estimé.

• Débit réel (QR) : débit total d’air entrant dans la mine, autrement dit la somme du débit fourni par les ventilateurs principaux.

• Échantillon non conforme (EN) : Le nombre d’échantillons non conforme est le nombre d’échantillons dont la concentration est supérieure à la valeur maximale permise par la réglementation.

• Échantillon total (ET) : Le nombre total d’échantillons est l’ensemble des mesures d’un contaminant prélevé par la mine pendant une période donnée.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Combustion

http://fr.wikipedia.org/wiki/Combustible

http://fr.wikipedia.org/wiki/Essence_(hydrocarbure)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gazole

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fioul

http://fr.wikipedia.org/wiki/K%C3%A9ros%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Charbon

http://fr.wikipedia.org/wiki/Graphite

http://fr.wikipedia.org/wiki/Combustion

http://fr.wikipedia.org/wiki/Combustible

xx

• EPA : Environmental Protection Agency : agence de réglementation environnementale des États-Unis.

• Indice de conformité à la réglementation sur la concentration maximale permise de poussières combustibles respirables (ICCPCR).

• Indice de conformité à la réglementation sur la concentration maximale permise de monoxyde de carbone dans le circuit de ventilation (ICCCOCV).

• Indice de conformité à la réglementation sur la concentration maximale permise de monoxyde de carbone à l’échappement des équipements motorisés (ICCCOE).

• Indice de conformité à la réglementation sur la fréquence d’échantillonnage de monoxyde de carbone dans le circuit de ventilation (ICFCOCV).

• Indice de conformité à la réglementation sur la fréquence d’échantillonnage de monoxyde de carbone à l’échappement des équipements motorisés (ICFCOE).

• Indice de particules (IP) : quantité d’air frais requise pour réduire les émissions des MPD d’un moteur à une concentration de 1 mg/m3.

• Heures planifiées (kW) : heures motrices d’opération planifiées par la mine.

• Heures réelles (Hr) : heures motrices relevées des registres de concentration de CO à l’échappement à moins que les heures motrices ne soient calculées par la mine (très rare).

• Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) : sont une sous-famille des hydrocarbures aromatiques, c'est-à-dire des molécules constituées d’atomes de carbone et d’hydrogène mais dont la structure comprend au moins deux cycles aromatiques condensés. Ce sont des composés présents dans tous les milieux environnementaux et qui montrent une forte toxicité. D’ailleurs, c’est une des raisons qui a conduit à leur ajout dans la liste des polluants prioritaires par EPA, dès 1976. Aujourd’hui, ils font également partie des listes de l’OMS (Organisation mondiale de la santé) et de la communauté européenne.

• Matière particulaire diesel (MPD) : c’est l’ensemble de particules carbonées produites par la réaction des moteurs à combustion interne. Ils sont composés de particules de carbone et d’aérosols dont certains sont très toxiques et susceptibles ou connus êtres cancérigènes.

• MSHA : Mine Safety and Health Administration est une agence du Ministère du travail des États-Unis qui applique les dispositions de la loi fédérale sur la santé de 1977 (Loi sur les mines) et de faire respecter les normes de santé et de sécurité obligatoire dans le but d'éliminer les accidents mortels, de réduire la fréquence et la gravité des accidents non mortels, de minimiser les risques pour la santé, et de favoriser les conditions de santé dans les mines pour une meilleure sécurité.

• Nombre de semaines où au moins une mesure de concentration de CO dans le circuit de ventilation est prise (NSE).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrocarbures_aromatiques

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrocarbures_aromatiques

http://fr.wikipedia.org/wiki/Atome

http://fr.wikipedia.org/wiki/Carbone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrog%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Compos%C3%A9_cyclique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Aromaticit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_de_condensation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Toxicit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Organisation_mondiale_de_la_sant%C3%A9

xxi

• Nombre d’intervalle dont la durée est à la fois inférieure à 6 mois et 300 heures motrices (IC).

• Nombre d’intervalle total entre la dernière mesure du CO à l’échappement d’un équipement et la mesure d’avant (IT) : Il est calculé en jours et en heures motrices.

• Nombre total de semaines durant la période étudiée (NST).

• Poussière combustible respirable (PCR) : est un indice d’estimation de MPD. Elles sont mesurées par la méthode gravimétrique qui consiste à prélever un échantillon d’air de l’environnement minier, de le peser et de le brûler. Ensuite, la poussière résiduelle est pesée et la différence de poids constitue la quantité de PCR.

• Puissance installée (Pi) : puissance nominale totale des équipements de la mine.

• Puissance utilisée (Pu) : puissance nominale totale des équipements de la mine pondérée par le taux d’utilisation estimé.

• Puissance installée par tonne (Pi/T) : puissance nominale totale des équipements mobiles installée par le tonnage journalier hissé en surface.

• Puissance utilisée par tonne (Pu/T) : puissance nominale totale des équipements mobiles utilisée par le tonnage journalier hissé en surface.

• RSSTM - Règlement québécois sur la santé et la sécurité du travail dans les mines [c. S-2.1, r.14].

• SOREDEM : Société de recherche et développement minier - filiale de l’AMQ responsable de la recherche et développement.

• Taux d’utilisation estimé (TU) : taux de fonctionnement de l’équipement selon la mine. Il est déterminé arbitrairement selon l’expérience des opérateurs.

• Taux d’utilisation réelle (TUR) : rapport entre les heures motrices réelles opérées par l’équipement sur le nombre d’heures travaillées dans la mine pour une période donnée.

• Tonnage journalier hissé en surface (TJ) - comprend minerai et stérile.

• Tonnage annuel hissé en surface (TA) - comprend minerai et stérile.

• Tonnes par kW installé (T/Pi) : tonnage journalier hissé par unité de puissance nominale totale des équipements mobiles installés.

• Tonnes par kW utilisé (T/Pu) : tonnage journalier hissé par unité de puissance nominale totale des équipements mobiles utilisés sous terre.

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• Valeur d’exposition de courte durée(VECD) : est la concentration moyenne, pondérée sur 15 minutes, pour une exposition à une substance chimique présente dans l’air au niveau de la zone respiratoire du travailleur.

• Valeur d’exposition moyenne pondérée (VEMP) : est la concentration moyenne pondérée pour une période de 8 heures par jour, sur la base d‘une semaine de 40 heures, d’une substance chimique présente dans l’air au niveau de la zone respiratoire.

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Ce mémoire est dédié à : Rose Mbiya, Leo, Maurice, Evans, Rose, Samy, Anthony,

Megan, Jean, Nathan et Mafuta le grand. Je vous porte tous à cœur.

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Conversion

1 PCR ≈ 1,1 MPD1

1 PCR≈ 0,7-0,83 CT1

1 CT≈ 0,8 MPD2

1 CT ≈ 1,3 CE3

1 kW= 1,33 hp

1 m3/s=2118,6 pcm

Les relations présentées ci-dessus représentent le rapport moyen entre différents indices d’estimation des MPD obtenue à la suite des relevés réalisés dans plusieurs mines nord-américaines

1 Source (Roberge, et al., 2006) 2 Source (Noll, et al., 2007) 3 Source (Osei-Boakye, et al., 2008)

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.1 Introduction 1.1 Mise en contexte

Depuis les années 1980, pratiquement toutes les mines souterraines utilisent des équipements mus par un moteur à combustion interne. Même les mines peu mécanisées, où le forage est effectué à l’aide de foreuses pneumatiques opérées manuellement, possèdent au moins quelques équipements diesel pour exécuter des tâches diverses. Par leur productivité et leur flexibilité en opération, les équipements diesel ont permis aux opérateurs miniers de minimiser les coûts de production et d’accroître les réserves de minerai. Toutes ces raisons ont aidé à une large adoption et une grande expansion des équipements mus au diesel dans l’exploitation minière.

Toutefois, malgré les avantages que les équipements mus au diesel apportent à l'industrie minière, notamment au niveau du rendement et de la productivité, la mécanisation des mines a engendré de nouvelles problématiques en ce qui a trait à la quantité d'air à envoyer sous terre et sa qualité. La réaction de combustion des moteurs diesel est le plus souvent incomplète. Cela peut être dû à une injection excessive de carburant ou à une quantité insuffisante d’air disponible pour la combustion. Cette combustion incomplète a pour conséquence la production de plusieurs gaz et particules indésirables à l’échappement, dont le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO2), le sulfure d’hydrogène (H2S), les oxydes d’azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2), l’ammoniac (NH3), et surtout les matières particulaires diesel (MPD). Alors que les produits de la réaction complète devraient être composés uniquement du dioxyde de carbone (CO2), de la vapeur d’eau (H2O) et du dioxyde d’azote (NO2). Les contaminants produits par la réaction des moteurs à combustion interne sont l’objet d’un intérêt accru de la part de l’industrie minière et des organismes de règlementation compte tenu des risques potentiels sur la santé des travailleurs miniers.

Le Mine Safety and Health Administration (MSHA) définit les MPD comme « tout matériel recueilli sur une matière filtrante déterminée, après dilution des gaz d'échappement avec de l'air frais filtré à une température de 52 °C, tel que mesuré à un point immédiatement en amont du filtre primaire » (Schnakenberg, et al., 2002). La composition spécifique de l’échappement des moteurs diesel varie suivant plusieurs impondérables. La taille et la distribution des particules varient selon le type de carburant et les impuretés contenues, l’âge du moteur, le design du moteur, la maintenance, le

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contrôle du rapport combustible-air, le travail effectué, l’opérateur et l’environnement de travail (humidité et autre).

Par ailleurs, les moteurs à combustion interne ont un rendement maximum de seulement 40 %. Une bonne partie de l’énergie contenue dans le carburant est perdue dans l’air minier sous forme de chaleur (gaz d’échappement à une température élevée et parties chaudes du moteur). Cela contribue à l’augmentation de la température de l’air ambiant. D’autre part, une certaine quantité d’air doit être envoyée sous terre pour diluer les gaz d’échappement afin de respecter les concentrations limites permises par la réglementation sur la ventilation des mines et pour permettre la réaction de combustion. Sachant que le débit d’air requis pour ventiler une mine est proportionnel au cube de la puissance des ventilateurs, une augmentation du débit induit une hausse exponentielle de la consommation électrique des ventilateurs, donc du coût de ventilation et de chauffage de ce volume d’air.

Ce constat vient renforcer l’importance d’évaluer l’impact de l’utilisation des moteurs diesel dans les mines souterraines sur les besoins en ventilation et sur la qualité de l’air dans les mines québécoises. Ainsi, l’Association minière du Québec (AMQ), par l’entremise de la Société de recherche et développement minier (SOREDEM), et en partenariat avec CanmetMINES, a mandaté le département de génie des mines, de la métallurgie et des matériaux de l’Université Laval pour mener un projet de recherche sur le sujet.

1.2 Objectifs du projet

L’objectif principal de ce projet est de dresser le portrait de l’utilisation des équipements mus par un moteur à combustion interne dans les mines souterraines du Québec et d’établir leur impact sur la qualité de l’air. Plus précisément, il s’agit d’évaluer les débits d’air envoyé sous terre et la concentration de certains polluants dans l’air ainsi que de déterminer la conformité des mines participantes sur le respect de la réglementation des concentrations maximales des contaminants dans l’air et la surveillance de ces contaminants. Les objectifs spécifiques du projet sont les suivants :

obtenir un portrait précis et à jour de l’utilisation des équipements diesel dans les mines souterraines métallifères opérées en Abitibi et ailleurs au Québec;

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estimer leur impact sur la ventilation requise et l’émission des produits d’échappement (CO, MPD);

calculer les indices de conformité des mines sur le respect des délais d’échantillonnage de CO dans les endroits de travail et à l’échappement des équipements motorisés;

calculer les indices de conformité des mines sur les concentrations limites de CO (à l’échappement et aux endroits de travail) et de poussières combustibles respirables (PCR);

formuler des indices faisant lien entre les puissances des flottes d’équipements avec la taille de production et les besoins en ventilation;

Il faut souligner qu’il s’agit d’une recherche de type documentaire. Le deuxième chapitre de ce mémoire présente l’impact de l’utilisation des équipements diesel sur la qualité de l’air des mines. Entre autres, les effets de l’émission des gaz nocifs (CO, CO2, MPD) et de l’augmentation de la température ambiante sur la santé et la sécurité des travailleurs miniers y sont décrits. Le troisième chapitre détaille les indices utilisés pour quantifier la concentration des MPD dans les endroits de travail, ainsi que les valeurs d’exposition limites permises au Québec par rapport à d’autres juridictions dans le monde. La campagne de collecte des données, les types de données recueillies et l’accessibilité à ces données sont présentés dans le quatrième chapitre. La présentation, l’analyse et la discussion des résultats sont faites au chapitre cinq, tandis que les conclusions sont présentées au chapitre six.

2 IMPACT DE L’UTILISATION DES ÉQUIPEMENTS MUS AU DIESEL SUR LA QUALITÉ DE L’AIR MINIER

Dans les paragraphes suivants sont abordés les effets des émissions provenant des gaz d’échappement des moteurs diesel et de l’augmentation de la température.

Lors d’une combustion complète, le réactif réagit complètement avec le comburant pour former des produits suffisamment stables qui ne seront plus altérés par la réaction de combustion. Dans le cas des hydrocarbures, les produits de la réaction devraient être uniquement du dioxyde de carbone (CO2), de la vapeur d’eau (H2O) et du dioxyde d’azote (NO2.). Or, la réaction de combustion des moteurs diesel est incomplète et très inefficace. En effet, seulement 40 % de l’énergie calorifique du

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carburant est transformée en énergie mécanique utile dans le meilleur des cas alors que le reste de l’énergie est perdue sous forme de chaleur, soit à l’échappement ou soit par le système de refroidissement du moteur. Une combustion incomplète produit différents gaz et particules en plus des gaz ordinairement produits par une réaction complète. La composition et la teneur de ces gaz dépendent de la quantité et de la qualité de combustible et d’oxygène disponible pour la réaction ainsi que du temps et de la température de la réaction. De ce fait, la proportion des produits d’une combustion incomplète est difficilement prévisible.

Pour ce qui est de la combustion du diesel, les gaz et les particules les plus souvent retrouvés à l’échappement sont : le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO2), les oxydes d’azote (NOX), le dioxyde de soufre (SO2) et les matières particulaires diesel (MPD) (Metz, 2001). Le tableau 1 illustre les proportions de ces gaz rencontrés dans l’atmosphère ainsi que les valeurs d’exposition maximale moyenne pondérée (VEMP) et les valeurs d’exposition maximale de courte durée (VECD). Elle ne doit pas être dépassée durant une journée de travail, même si la VEMP est respectée.

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Tableau 1: Concentration normale dans l’air et valeur d’exposition maximale permise au Québec des produits d'échappement d'un moteur à combustion interne

GAZ Concentration normale VEMP VECD Sources

Monoxyde de carbone (CO) traces 35 ppm 200 ppm sautage, diesel, feux, charbon et toute combustion incomplète

Dioxyde de carbone (CO2) 0,03 % 0,50 % 3 % respiration, moteur à combustion interne, toute oxydation incomplète

Dioxyde d'azote (NO2) aucune 3 ppm

Monoxyde d'azote(NO) aucune 25 ppm

diesel, sautages,

soudure électrique et à l'acétylène

N2O aucune 50 ppm

Oxyde de soufre (SO2) aucune 2 ppm 5 ppm sautage, appareil de chauffage, moteur à combustion interne, réduction de minerais sulfurés

HxCyOz aucune 2 ppm 6 mg/m3 distillation du charbon lors de feux, moteur diesel

2.1 Monoxyde de carbone (CO)

Le monoxyde de carbone est un produit de la combustion incomplète des moteurs diesel. Il est très toxique, il n’a pas d’odeur ni de goût ni de couleur. Par conséquent, il est non détectable par les organes de sens, ce qui en fait le gaz le plus dangereux dans l’environnement minier. Sa densité est proche de celle de l’air, il se mélange avec ce dernier à moins d’être chauffé par le feu. Dans ce cas, il se retrouve au toit des galeries mélangé à la fumée. Il est très inflammable et possède une grande plage d’inflammabilité qui va de 12,5 % à 74,2 % dans l’air. L’oxygène de l’air passe par les murs des alvéoles pulmonaires avant de se fixer dans le sang grâce aux hémoglobines (globules rouges) pour former un composé peu stable appelé oxyhémoglobine. Cependant, le monoxyde de carbone possède une affinité avec les hémoglobines de près de 300 fois supérieure à celle de l’oxygène. Le CO s’introduit dans le sang à travers le poumon pour former la carboxyhémoglobine (CO Hb) qui est

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un composé beaucoup plus stable que l'oxyhémoglobine. En altitude, les effets du monoxyde de carbone sont plus accentués du fait que sa pression partielle est plus élevée que celle de l’oxygène. À 4500 m d’altitude, 2 % de saturation du sang en carboxyhémoglobine a le même effet que 20 % au niveau de la mer (Metz, 2001). Le tableau 2 présente les symptômes qui peuvent apparaître après une intoxication au monoxyde de carbone par rapport à la saturation du sang en carboxyhémoglobine.

Tableau 2: Réaction physiologique due au monoxyde de carbone en fonction de la saturation du sang en carboxyhémoglobine (McPherson, 1993)

Saturation du sang en % CO Hb Symptômes

5-10 petite perte de concentration 10-20 sensation d'oppression à travers le front, légers maux de tête 20-30 mal de tête lancinant, une altération du jugement

30-40 maux de tête sévères, désorientation, nausée, vision trouble, vertiges, possible évanouissement

40-60 plus grande probabilité d'évanouissement, convulsion, augmentation du pouls et du rythme respiratoire

60-70 coma, possible mortalité 70-80 fatal

Le graphique 1 donne un aperçu beaucoup plus pratique de la réaction physiologique due à l’intoxication au monoxyde de carbone et prend en compte le niveau d’activité physique et le temps d’exposition. Le graphique présente la variation du niveau de saturation du sang en hémoglobine en ordonnée par rapport aux heures d’exposition pour chacun des niveaux d’activité physique en abscisse.

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Graphique 1 : Effet physiologique du monoxyde de carbone (développé de Strang and Wood, 1985) (McPherson, M. J., 1993)

Le taux de saturation du sang en carboxyhémoglobine est plus rapide, lorsque le travailleur effectue un travail lourd comparativement à un travailleur en repos. La courbe montre le pourcentage de carboxyhémoglobine dans le sang par rapport à la concentration de monoxyde de carbone en ppm à laquelle le travail est exposé.

2.2 Dioxyde de carbone (CO2)

Le dioxyde de carbone est 50 fois plus lourd que l’air. De ce fait, il s’accumule sur le plancher des galeries. Il se solubilise vingt fois plus rapidement dans le sang par rapport à l’oxygène de l’air et sa diffusion est très rapide. Le tableau 3 illustre les effets physiologiques du dioxyde de carbone.

Tableau 3: Réaction physiologique due au dioxyde de carbone (McPherson, M. J., 1993)

% CO2 dans l'air Effets 0,037- 0,038 aucun, concentration normale dans l'air

0,5 ventilation du poumon augmente de 5 % 2 ventilation du poumon augmente de 50 % 3 ventilation du poumon double, essoufflement lors de l'effort

5 -10 essoufflement violent induisant la fatigue par exténuation, maux de tête

10-15 essoufflement intolérable, maux de tête sévères, épuisement rapide et évanouissement

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2.3 Oxydes d’azote (NOx)

Les oxydes d’azote sont les gaz d’échappement les plus toxiques produits par la combustion du diesel. Ils sont 7 à 10 fois plus toxiques que le CO. Le dioxyde d’azote (NO2) est 5 fois plus toxique que le monoxyde d’azote (NO). Le NO2 est formé dès que l’air est soumis à de hautes températures et à de hautes pressions. Le monoxyde d’azote est formé en premier, mais il est très instable. En présence d’oxygène, il se transforme en NO2, soit à l’échappement ou dans l’atmosphère de la mine. Le NO2 a un effet corrosif sur les tissus pulmonaires. Il a une affinité avec l’hémoglobine du sang 300 000 fois supérieure à celle de l’oxygène. Il se combine à l’hémoglobine pour former de la méthémoglobine qui est un composé très stable. Le tableau 4 illustre les effets physiologiques dus à l’intoxication au dioxyde d’azote.

Tableau 4: Réaction physiologique due à l’intoxication au dioxyde d’azote (McPherson, M. J., 1993)

Concentration NO2 en ppm Effets

40 peut être détecté à l'odeur 60 irritations mineures à la gorge

100 la toux peut commencer 150 malaise sévère, peut provoquer la pneumonie

200 pourrait occasionner la mort

2.4 Dioxyde de soufre (SO2)

Le dioxyde de soufre est un gaz incolore, suffocant et irritant avec une très forte odeur âcre. Le SO2 et la vapeur d’eau formée lors de la combustion dans le moteur peuvent produire de l’acide sulfurique. Le SO2 est très toxique, mais contrairement au monoxyde de carbone, il peut être détecté à de très faibles concentrations en raison de son goût acide et de très fortes sensations de brûlure qu’il cause aux yeux. Les carburants ayant une forte teneur en soufre produisent plus de SO2. Le tableau 5 illustre les effets physiologiques du dioxyde de soufre.

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Tableau 5: Réaction physiologique due à l’intoxication au dioxyde de soufre (McPherson, M. J., 1993)

Concentration SO2 en ppm Effets

1 Aucun effet 3 détectable à l'odeur

20 irritations des yeux et du système respiratoire 50 sensations de brulure sévères aux yeux, au nez et à la gorge

400 danger de mort

2.5 Effet de la chaleur sur la productivité

Travailler dans un environnement trop chaud pendant une longue période de temps peut occasionner un manque d’intérêt à la tâche, de la difficulté à rester alerte, une perte de coordination et de dextérité. Cela peut augmenter le risque d’accident pour les travailleurs. Mais plus encore, la chaleur cause des problèmes de santé aux personnes qui travaillent pendant de longues périodes de temps dans un environnement trop chaud. La chaleur n’étant pas un des points de recherche dans cette étude, son effet sur la productivité des travailleurs sera abordé sans trop s’y attarder. En considérant les effets psychologiques et physiologiques d’un environnement de travail chaud, il est probable que la réduction du pouvoir de refroidissement de l’air ambiant en deçà de 300 W/m2 entraîne une diminution de l’efficacité des travailleurs. Il y aura détérioration du taux et de la qualité des performances individuelles au travail. Un environnement excessivement chaud peut conduire à un déficit d’attention des travailleurs et augmenter les risques d’accident (McPherson, M. J., 1993).Le graphique 2, tiré de McPherson, résume les résultats de suivi de l’efficacité de la climatisation d’un front de travail sur les performances des travailleurs.

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Graphique 2 : Influence de la température effective sur les performances des travailleurs (McPherson, M. J., 1993)

Le travail consistait à pelleter de la roche fragmentée dans un camion à minerais. La température et la vitesse de l’air quasi saturé étaient variées pour obtenir une plage de température effective. Les performances des travailleurs à la température effective de 22 °C étaient prises pour représenter le maximum de rendement du travailleur, soit 100 %. Sur le graphique, il est notable que l’efficacité commence à décroître à une température de 27 °C et décline rapidement quand la température effective dépasse 30 °C. Ce dernier correspond approximativement à une puissance de refroidissement de 270 W/m2 pour un personnel non habillé (McPherson, M. J., 1993).

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3 Matières particulaires diesel (MPD)

La fumée des moteurs diesel est une conséquence de la combustion incomplète. Elle peut être due à une combinaison de plusieurs causes dont l’excès de carburant ou l’injection excessive de carburant, ou l’effet de fournir une quantité insuffisante d’air de combustion ou les deux. En général, si la fumée est visible, cela indique qu’il n‘y a pas assez d’oxygène pour le processus de combustion.

L’échappement des moteurs diesel est composé d’une phase gazeuse, d’une phase liquide et d’une phase solide. La phase gazeuse comprend des composés organiques et inorganiques. De plus, la vapeur peut contenir des hydrocarbures C1-C18, les hydrocarbures oxygénés et nitratés et les hydrocarbures polycycliques aromatiques (HAP). La phase liquide contient des hydrocarbures de structures moléculaires variées, dont les HAP.

La phase solide est essentiellement composée du carbone élémentaire qui provient principalement du combustible non brûlé. Ce sont des particules de carbone de 15 à 40 nanomètres de diamètre équivalent. Elles sont toutes de dimension respirable, donc moins de dix micromètres. Elles ont une très grande surface spécifique due à leurs petites dimensions. Grâce à celles-ci, une grande adsorption des hydrocarbures gazeux et liquides peut se produire. En outre, les oxydes et sulfates métalliques peuvent se retrouver dans l’échappement des moteurs à combustion interne. Le métal se retrouve comme impureté dans le combustible ou comme additif aux combustibles pour agir comme catalyseur à la réaction de combustion.

La composition spécifique de l’échappement des moteurs diesel varie suivant plusieurs impondérables. La taille et la distribution des particules varient selon le type de carburant et les impuretés contenues, l’âge du moteur, le design du moteur, la maintenance, le contrôle du rapport carburant-air, le travail effectué, l’opérateur, l’environnement de travail (humidité et autres) (Metz, 2001). Les MPD sont composés de particules de carbone et d’aérosols, dont certains sont très toxiques et susceptibles ou connus être cancérigènes. L’U.S. Clean Air Act identifie les plus significatifs comme étant le benzène 1 et 3, le butadiène, l’acétaldéhyde et le formaldéhyde (Metz, 2001). La figure 1 illustre une représentation schématique des particules d’échappement d’un moteur diesel.

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Figure 1: Schéma d’une particule d'échappement de moteur diesel (Metz, 2001)

Tout d’abord, le problème avec la matière particulaire diesel est que la concentration limite au-delà de laquelle le sujet exposé peut développer des problèmes de santé n’est pas connue. Aux États-Unis et en Australie, la concentration limite indiquée par la réglementation est celle du carbone élémentaire qui constitue de 50 à 80 % en masse de la matière particulaire diesel.

Les particules de diamètre équivalent supérieur à 10 µm ou moins de 2,5 µm sont les plus dangereuses pour la santé humaine. Plus de 90 % de tous les MPD ont une taille inférieure à un micron avec la grande fraction centrée autour de 0,3 µm de diamètre équivalent. Les plus petites particules pénètrent profondément dans les zones les plus sensibles du poumon. La médecine a prouvé que l’exposition aux MPD peut conduire à de sérieux problèmes de santé, comme le cancer, les maladies du cœur et l’augmentation de la susceptibilité aux troubles respiratoires, tels la pneumonie, la bronchite et l’asthme (Anyon, 2008).

Le programme d’évaluation des émissions diesel (PEED) formé en 1997, dont le mandat fut complété en milieu d’année 2006, avait pour mission d’évaluer l’habileté des technologies disponibles à réduire significativement les émissions de MPD avec une grande efficacité et peu de maintenance sur une longue période de temps (Stachulak, 2008). Les résultats de cette étude montrent qu’il est impossible de réduire les concentrations de MPD en dessous de 0,005 mg/m3 avec la maintenance uniquement.

Le travail du PEED a mené aux conclusions suivantes :

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Les vieux moteurs diesel, particulièrement ceux de la machinerie lourde, sont les principaux générateurs de MPD. Les nouveaux moteurs, ceux qui sont électroniquement contrôlés, sont meilleurs, mais plusieurs de ces moteurs ne permettent pas d’atteindre le niveau de concentration de MPD proposé de 5 µg/m3.

La maintenance est un élément essentiel à la performance des équipements mus au diesel lorsqu’il y a limitation des émissions nuisibles. Toutefois, elle ne peut pas permettre d’atteindre de très bas niveaux de concentration par elle-même.

Les carburants alternatifs, tels les biodiesels, peuvent aider à diminuer les émissions de MPD, mais ne permettront pas d’atteindre plus de 30 à 50 % de réduction des émissions.

La meilleure technologie pour réduire les émissions de MPD est le système de filtre pour les particules diesel. Par contre, le facteur humain dans leur utilisation réduit le rendement des filtres (Stachulak, 2008).

Bref, les MPD restent un sujet de préoccupation de premier ordre pour les acteurs de l’industrie minière. Dans les prochains paragraphes seront présentés les indices utilisés pour estimer la quantité de MPD, les méthodes de mesures et valeur d’exposition limite au Québec et ailleurs dans le monde.

3.1 Indices d’estimation des matières particulaire diesel

Puisque la composition des MPD est très variée, il est techniquement impossible de mesurer directement la quantité de MPD dans l’atmosphère. En pratique, des indicateurs sont utilisés pour estimer la quantité totale de MPD dans un milieu donné. Les indices utilisés en milieu industriel pour quantifier les MPD sont principalement les poussières combustibles respirables (PCR), le carbone total (CT) et le carbone élémentaire (CE).

Le premier indice d’estimation de la quantité des MPD est les poussières combustibles respirables. Ces derniers sont mesurés par la méthode gravimétrique qui consiste à prélever un échantillon d’air de l’environnement minier, de le peser et de le brûler. Ensuite, la poussière résiduelle est pesée et la différence de poids constitue la quantité de PCR contenue dans l’échantillon. La méthode gravimétrique, qui mesure la quantité de poussières combustibles respirables, est inadéquate pour les milieux de travail qui ont une concentration modérément basse parce que très peu de particules sont collectées. Ceci a pour conséquence d’augmenter les erreurs de pesée de façon considérable. La méthode gravimétrique comporte deux limites : elle manque de spécificité et de sensibilité. Le manque de spécificité est dû au fait qu’elle mesure d’autres poussières combustibles présentes dans

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le milieu de travail (huiles, lubrifiants, etc.). La plage de détection de la méthode gravimétrique est plutôt large et s’étend de 40 µg/m3 à 3000 µg/m3. Par contre, elle offre l’avantage d’être relativement simple à réaliser d’un point de vue technique et d’être moins coûteuse que les autres types de mesure des MPD.

Le carbone total (CT) est le deuxième indice d’estimation des MPD. Il est la somme du carbone élémentaire et du carbone organique (OC). Il est mesuré par la méthode analytique thermo-optique. L’instrument mesure séparément le carbone élémentaire et le carbone organique. Cette méthode a l’avantage d’être plus sensible, spécifique et reproductible. Le CT représente 80 % de MPD (Noll, et al., 2007). Cependant, le OC peut être surévalué à cause des possibles interférences dues aux autres composés organiques présents dans l'air. Cela implique qu’une partie de CT mesurée ne provient pas des MPD. «En 2001, MSHA a promulgué une règle dont la conformité était basée sur l’estimation des MPD à partir de CT. Néanmoins, les représentants de l’industrie minière ont contesté la règle, affirmant que les sources d'OC d’origine autre que les MPD dans la mine, comme la poussière de minerai carbonée, la fumée de tabac et le brouillard d'huile de forage, pourraient faussement élever le CT au-delà de la concentration de CT attribuables aux MPD» (Breslin J, 2010).

MSHA et les représentants de l’industrie minière ont développé un protocole pour enquêter sur les possibles sources de OC dans les mines souterraines métallifères et non métallifères pour évaluer l’impact de ces interférences sur la concentration de CT mesurée. L’étude a démontré que la fumée de cigarette et le brouillard d'huile de forage pouvaient être des sources non négligeables de carbone organique. Cette étude a aussi conclu que le OC de sources différentes des MPD, tels la fumée de cigarette et le brouillard d'huile de forage, ne peut pas être évité et qu’aucun facteur de correction approprié ne peut être appliqué pour prendre en compte ces sources de OC (Breslin J, 2010).

Le dernier indice utilisé pour estimer la quantité de MPD est le carbone élémentaire. Contrairement au CT, dont la portion d’OC est sujette à plusieurs sources de contaminations, le carbone élémentaire dans les mines souterraines ne provient que de la portion de carburant non brûlé. Comme le rapport entre CE et CT est plus ou moins constant dans une mine, il est possible de déterminer avec plus de précision la quantité de CT provenant des MPD à partir de la proportion de CE mesurée.

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En somme, l’indice PCR est utilisé pour la facilité qu’offrent l’analyse gravimétrique et son coût alors que l’indice CT est beaucoup plus sensible à basses concentrations et plus spécifique. Néanmoins, la proportion de OC mesurée est sujette à des interférences provenant d’autres sources, tels la fumée de cigarette et les brouillards d’huiles de foreuse. Par conséquent, le CE est une mesure plus spécifique de l’exposition aux MPD.

3.2 Méthodes de mesure des indices d’estimation

Deux méthodes sont principalement utilisées pour analyser les échantillons d’air afin de mesurer les indices des MPD. La méthode gravimétrique est utilisée pour mesurer les PCR alors que la méthode analytique thermo-optique est utilisée pour mesurer le CT.

Le rapport d’étude « Comparaison de deux indices d’exposition à la matière particulaire diesel » (Roberge, et al., 2006) décrit la méthode gravimétrique de la façon suivante :

Cette méthode comporte des mesures gravimétriques effectuées respectivement avant et après une combustion. Elle consiste à exposer les matières particulaires prélevées sur un filtre à membrane d’argent à une température de 400 °C pour une période de 2 heures. Ce filtre a une porosité de 0,8 μm. L’argent dans celui-ci agit comme catalyseur, permettant à la matière particulaire de brûler à de plus faibles températures. La différence de masse sur le filtre avant et après incinération correspond au poids des matières particulaires ainsi consumées. Cette masse, en majorité à base de carbone, est l’estimation de la masse des MPD dans le milieu de travail où le prélèvement a été effectué. Le calcul de la concentration se fait à partir du poids obtenu et du volume calculé à l’aide du débit et de la durée du prélèvement.

La présence de certaines poussières minérales peut entraîner une sous-estimation de la quantité de particules générées par la combustion des moteurs au diesel. Ce problème risque, notamment, de survenir dans les mines possédant des gisements fortement sulfurés ou utilisant un carburant à forte teneur en soufre. De plus, le brouillard d'huile de forage, la fumée de cigarette et d'autres sources de carbone organique peuvent entraîner une surestimation de l'exposition à la MPD. Étant donné que cette méthode repose entièrement sur la pesée des particules, l’exactitude est inférieure à 10 % de la masse totale, telle que mesurée à partir d’échantillons de MPD purs produits sur banc d’essai en laboratoire. La précision analytique est de ± 0,04 mg ou 40 μg. La plage de mesure est 0,04 à 3,0 mg/m³ ou 40 à 3 000 μg/m3 pour un volume de prélèvement de 1 000 litres et une limite de détection d’environ 40 μg/m3.

La méthode d’analyse par thermo-optique sert à analyser un échantillon de poussières prélevé en milieu de travail pour estimer les MPD par la mesure du carbone élémentaire et organique contenu dans l’échantillon. Le rapport d’étude « Comparaison de deux indices d’exposition à la matière particulaire diesel » (Roberge, et al., 2006) décrit la méthode thermo-optique de la façon suivante :

La technique d'analyse par thermo-optique tel que prescrit par la méthode NIOSH 5040 s'avère plus complexe que celle de la méthode de la PCR (gravimétrie). La température et l'atmosphère de la cellule d'analyse sont suivies et contrôlées afin de mesurer séparément le CE et le OC. Le

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prélèvement est effectué sur un filtre à membrane de quartz de 37 mm de diamètre. Étant donné les dimensions réduites de la cellule d’analyse, une portion de la surface totale du filtre de prélèvement est utilisée pour analyse (1,5 cm2). Le dépôt sur le filtre encapsulé dans une cassette ayant un petit orifice d’entrée n’est pas toujours homogène, particulièrement pour les poussières minérales. La quantité de particules déposées diminue à partir du centre du filtre. Cependant pour des fins de contrôle de qualité relatif à l’uniformité du dépôt de MPD, un deuxième prélèvement du filtre est fait à intervalle régulier et les résultats de ces deux portions sont comparés.

Dans un premier temps, une atmosphère à base d’hélium (99,999 % d’hélium, grade 5) est injectée dans la cellule contenant la portion du filtre. Avec l’augmentation de la température, le OC est identifié à partir des émanations de dioxyde de carbone (CO2). Ces dernières sont transformées en méthane, puis mesurées. Par la suite, la température est abaissée et l’injection d’une atmosphère riche en oxygène est effectuée. Enfin, la température est augmentée à nouveau. Cette tranche de l’analyse permet de mesurer le CE. Les proportions exactes du CE et du OC sont déterminées à l'aide d'un faisceau laser utilisé pour mesurer la transmission de la lumière au travers du filtre et de l’échantillon. La mesure de l’intensité du faisceau laser est affectée par le phénomène de pyrolyse du carbone organique dans la première phase de l’analyse. Enfin, comme pour la méthode de la PCR, la masse respective du CE et du OC, le débit et la durée du prélèvement servent à calculer la concentration de la MPD. La limite de détection pour la mesure du CE est d’environ 3,0 μg/m3 ou 2 μg/m3 pour un volume de prélèvement de 960 litres. Sa plage de concentrations est 6 à 630 μg/m3. Les poids du OC et du CE sont corrigés en fonction des poids moyens respectifs des filtres témoins. Cette étape en est une de contrôle de qualité et vise à soustraire la portion du OC qui s’accumule invariablement sur les filtres avec le temps et toute contamination du CE qui ne serait pas reliée aux prélèvements. Tous les filtres utilisés sont d’abord exposés à une température de 800 ºC pendant 2 heures afin d’éliminer le OC et le CE. Par la suite, un groupe de filtres témoins accompagne les filtres qui serviront à l’intervention et subit le même traitement (transport et manipulation), sans faire l’objet de prélèvement. Toute trace de OC ou de CE décelée au niveau des filtres témoins (non exposés) servira de correction pour les filtres utilisés lors des prélèvements

3.3 Valeur d’exposition limite au Québec et ailleurs

L’industrie minière est la seule qui soit soumise à une valeur limite d’exposition aux MPD, en raison de l’utilisation intensive des équipements mus par moteur à combustion interne en milieu confiné et au niveau élevé de la concentration des MPD dans les mines souterraines. Selon les études médicales menées aux États-Unis par l’Environmental Protection Agency (EPA), les ouvriers des mines souterraines sont exposés à des niveaux de MPD 100 fois plus élevés que les gens habitant dans les centres urbains dits pollués et 10 fois plus élevés que les ouvriers les plus exposés dans les autres industries (par exemple les opérateurs de locomotives ferroviaires et opérateurs de gros camions). Le tableau 6 montre le niveau d’exposition aux MPD de certaines professions. Les mineurs dans les mines souterraines sont exposés à des concentrations de MPD 10 fois supérieures dans les mines qui n’utilisent pas de filtres à l’échappement des équipements mobiles comparativement à

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celles qui en utilisent, et 65 fois supérieures à celles des travailleurs les plus exposés dans d’autres industries.

Tableau 6: Niveau d’exposition type au MPD de certaines professions (Schnakenberg, et al., 2002)

Groupe professionnel Niveau d'exposition

µg/m3

Mineur, mine souterraine de charbon sans filtre à l'échappement1 900 -2100

Mineur, mine souterraine de charbon avec filtre jetable à l'échappement1 100 - 200

Mineur, mine souterraine de charbon avec filtre en treillis métallique à l'échappement1 1200

Mineur, mine souterraine métallifère/non métallifère sans filtre à l'échappement1 300 - 1600

Mineur, mine ciel ouvert 1 < 200

Caserne de pompier en milieu urbain2 100 - 480

Opérateurs de chariots élévateurs, les débardeurs, les cheminots2 20 - 100

Camionneurs2 4 - 6

1 Haney et al. [1997] 2 Diesel Net [1999b]

MSHA a établi, dans l’évaluation du risque supportant la règlementation de 2001, que les mineurs des mines souterraines métallifères et non métallifères sont exposés à de sérieux risques à la santé découlant des concentrations élevées de MPD. Ces effets sur la santé incluent une irritation sensorielle et des symptômes respiratoires, une mort prématurée d’origine cardiovasculaire, cardiopulmonaire ou respiratoire, et du cancer du poumon (Pomroy, et al., 2008).

Bien que MSHA pense qu’il y a suffisamment de données qui supportent l’hypothèse d’un risque excessif de développer un cancer de poumon dû à l’exposition aux MPD, MSHA reconnait qu’une relation dose-réponse pour ce risque excessif n’a pas encore était déterminée. Par conséquent, une limite d'exposition sécuritaire absolue ne peut pas être définie. De ce fait, MSHA a proposé une règlementation pour les opérations souterraines qui utilisent les équipements mus par moteur à combustion interne. Auparavant, une règle du pouce était d’envoyer de 0,0472 à 0,1258 m3/s/kW pour réduire le niveau de MPD à 0,5 mg/m3. Dans la plupart des mines, la ventilation seule ne suffit pas à rencontrer la limite proposée par MSHA de 160 µg/m3 (Pomroy, et al., 2008), d’où le besoin de recourir aux technologies de contrôle des MPD.

En Australie, les mines utilisent une mixture de régularisation, de lignes directrices et d’accords volontaires, avec comme cible commune de réaliser un niveau maximum de MPD respirable de

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0,1 mg/m3 de carbone élémentaire. Cette valeur est assez proche de la valeur limite de 0,16 mg/m3 de carbone total que MSHA comptait mettre en application en mai 2008 (Anyon, 2008)

En l’absence de toute valeur d’exposition limite pour les MPD en Afrique du Sud, la réglementation MSHA est actuellement utilisée comme point de repère pour le design en ventilation.

Dans les autres provinces du Canada, l’exposition aux matières particulaires diesels est estimée par l’indice PCR. La valeur limite d’exposition est de 1,5 mg/m3, soit près de 10 fois plus élevée que celle aux États-Unis sur laquelle beaucoup d’autres juridictions minières, telles que l’Australie et l’Afrique du Sud, se calquent. Au Québec, par contre, le règlement sur la santé et la sécurité des travailleurs dans les mines limite l’exposition moyenne pondérée sur un quart de travail de 8 heures à 0,6 mg/m3. Le tableau 7 montre les valeurs limites d’expositions aux MPD en vigueur dans certains pays et les valeurs limites proposées par l’American Conference of Governmental Industrial Hygienist (ACGHI). Aujourd’hui, les valeurs d'exposition limite de MPD acceptées sont basées sur la croyance qu’ils sont économiquement et techniquement faisables (Belle, 2008). Il est prouvé qu’il est technologiquement possible de maintenir la concentration des MPD en dessous de 90 µg/m3 (Schnakenberg, 2001).

Tableau 7: Valeur limite d’exposition aux MPD par pays et organisation (Schnakenberg, et al., 2002)

Pays et Organisation Limites

d'exposition Remarque

mg/m3 U.S: MSHA mine souterraine métallifère/non métallifère [66 Fed. Reg. 5706 (2001)] 19 juin 2002 0,4

carbone totale (CE+OC) calculé selon la méthode NIOSH 5040

U.S: MSHA mine souterraine métallifère/non métallifère [66 Fed. Reg. 5706 (2001)] 19 janvier 2006 0,16

carbone totale (CE+OC) calculé selon la méthode NIOSH 5040

Allemagne: environnement de travail général 0,1 CE, coulométrique Allemagne: mine souterraine métallifère/non métallifère et site de construction 0,3 CE, coulométrique Canada (Autres provinces) : mine souterraine métallifère/non métallifère 1,5 PCR Québec: règlement sur la santé et sécurité dans les mines du Québec 0,6 PCR

Suisse 0,1 CE, coulométrique

Limites

proposées

mg/m3

ACGIH [1995] 0,15 Particules < 1 µm en dimension

ACGIH [1998] 0,05 Particules de Carbone total < 1 µm en dimension

ACGIH [2001] 0,02 (CE =40% de MPD) Particules de CE < 1 µm en dimension

19

Le tableau 7 montre une grande différence dans les valeurs limites d’exposition aux MPD d’une juridiction à une autre. Rappelons que les limites d’expositions sont établies sur la base qu’elles sont techniquement et économiquement réalisables. Au Québec, notamment, la valeur limite d’exposition est près de 3 fois supérieure à celle en vigueur aux États-Unis. Si les mines arrivent généralement à respecter la limite de 0,6 mg/m3, la plupart des mines, dans les conditions actuelles d’opération, seraient en non-conformité si la valeur d’exposition limite devait passer à 0,16 mg/m3. En effet, selon les informations recueillies dans le cadre de ce projet, la moyenne d’exposition aux MPD des travailleurs des mines souterraines québécoises est généralement supérieure à 0,16 mg/m3, comme l’indique le graphique 3.

Graphique 3 : Exposition aux PCR des travailleurs miniers au Québec selon les données recueillies lors de cette étude

La valeur limite d’exposition aux MPD au Québec peut être réduite dans un horizon plus ou moins rapproché. Les développements dans le contrôle des émissions diesel dans les années 2000 indiquent que c’est une éventualité plausible. D’abord parce que l’industrie minière, dans d’autres régions du monde, est soumise à des valeurs d’expositions limites plus contraignantes, ce qui semble démontrer qu’il est techniquement et économiquement possible d’opérer tout en gardant la concentration des MPD bien en deçà des concentrations qu’on retrouve actuellement dans les mines du Québec. À l’heure actuelle, il est techniquement possible de maintenir la concentration des MPD en dessous de 90 µg/m3 (Schnakenberg, 2001). Ensuite, le cas de l’électricien des mines, monsieur Claude Fortin, mort d’un cancer du poumon en décembre 2009 ouvre la porte à une rigidification de

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Technicien

Construction

Service Auxiliaire

Développement

Production

Op. Charg. Nav.

Op. Camion

Fixe

PCR en mg/m3

Exposition aux PCR des travailleurs miniers au Québec

Moyenne mg/m3

Minimum

Maximum mg/m3

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la règlementation en matière d’exposition aux MPD (Daoust-Boisvert, 2013). En effet, suite à la décision de la cour supérieure d’imputer aux émanations de diesel la cause du cancer du poumon de monsieur Fortin, il est possible que de nouvelles mesures soient prises pour limiter au minimum l’exposition des travailleurs miniers aux MPD.

En définitive, les équipements mus au diesel sont une des principales sources de contaminants de l’air minier. Ceci est d’autant plus vrai dans les mines souterraines du Québec, où les autres sources de contaminants, tels que la géologie du gisement et de la roche encaissante, les gaz de sautage et autres, contribuent légèrement à l’augmentation des contaminants pendant les quarts de travail. Les produits d’échappement de ces équipements sont pour la plupart toxiques pour le travailleur. Par conséquent, la réglementation prévoit une valeur d’exposition limite pour chacun des produits d’échappement des moteurs à combustion interne. Le prochain chapitre présente la campagne de collecte des données dans les mines souterraines du Québec. Plus particulièrement, les sujets abordés sont le type de données recueillies, l’accessibilité aux données et la méthodologie de la collecte.

21

4 COLLECTE DES DONNÉES D’ÉQUIPEMENTS MOTORISÉS DANS LES MINES SOUTERRAINES DU QUÉBEC

Au total, trois campagnes de collecte de données ont été réalisées au Québec pour obtenir l‘ensemble de la base de données. Un étudiant stagiaire de l’Université Laval, engagé par CanmetMINES, a réalisé une première campagne à l’été 2010, lors de laquelle 11 mines souterraines en Abitibi ont été contactées. Parmi ces onze mines, sept ont fourni les renseignements demandés.

À la suite de l’analyse des renseignements reçus, une nouvelle campagne de collecte fut effectuée dans le but d’accroître le nombre des mines participantes et des paramètres recueillis. Cette nouvelle campagne de collecte des données a été réalisée en été et au début de l’automne 2011 pour réduire le délai de réponse des mines. Pour collecter les données, les mines souterraines du Québec en activité, ainsi que les projets au stade avancé de développement, ont été contactées dans le meilleur des cas par des visites sur le site, ou à défaut de pouvoir s’y rendre, par téléphone et messagerie électronique. Les formulaires utilisés pour la collecte des données sont présentés aux annexes 4 à 6. De toutes les mines contactées, cinq étaient disposées à recevoir une visite, les autres préférant traiter par messagerie électronique.

Au total, dix-sept mines ont été contactées. Les données de treize mines ont été obtenues. Deux mines en réouverture n’ont pas participé au projet par manque de personnel et de données historiques. Deux autres mines n’ont pas donné suite à la demande de collecte des données.

Dans les paragraphes suivants, les données reçues sont passées en revue. Certains des paramètres recherchés sont obtenus plus facilement que d'autres. L’identification des équipements de toutes les mines constituant la base de données est faite adéquatement. Le seul bémol est le fait que tous les paramètres techniques des équipements ne sont pas toujours fournis. Compléter les paramètres manquant par les fiches des fabricants s’est avéré une tâche ardue du fait que beaucoup d’anciens fabricants, acquis par d’autres, n’existent plus. Certains modèles d’équipement ne sont plus commercialisés ou ont évolué vers de nouveaux équipements dont les caractéristiques techniques sont sensiblement différentes de ceux de leurs prédécesseurs. Le voltage n’est pas fourni parce qu’il n'y a presque pas d'équipement électrique. Les dimensions géométriques, la capacité du godet, la

22

capacité portante et le poids du véhicule sont fournis dans la moitié des cas. La quantité d’air à fournir et les émissions de gaz par endroits de travail sont obtenues dans six cas sur dix.

Les paramètres opérationnels sont rarement fournis par les mines. Les données telles : la vitesse maximale des véhicules en fonction du pendage et la disponibilité mécanique sont rarement évaluées dans les mines. Aucune des mines sollicitées ne fait d’étude de temps. Par conséquent, le temps de cycle des équipements de halage n’a pas été obtenu. Le tonnage à déplacer par endroits de travail et le nombre d’employés par endroits de travail sont des paramètres non déterminés. En effet, il est plus souvent question de tonnages journalier et annuel plutôt que par endroits de travail. Le nombre d’heures motrices mensuelles des équipements n’est pas toujours spécifié comme tel, mais il peut être déduit grâce aux registres de mesures de la concentration de monoxyde de carbone à l’échappement, si ce dernier est à jour et rempli adéquatement. Les paramètres économiques sont les plus difficiles à obtenir, soit parce que les mines ne veulent en aucun cas révéler cette donnée ou soit parce qu’il est impossible à évaluer à l’heure actuelle. Le plus souvent, ils sont fournis sous réserve de confidentialité. Les coûts en capital ne sont fournis que par deux mines. Certaines mines utilisent des véhicules remontés, ces derniers ont subi une restauration avant d’être mis en opération par leurs propriétaires actuels. Ceux-ci ne sont pas toujours en mesure de retrouver les coûts d’acquisition de ces véhicules et encore moins les coûts totaux de réparation. Les coûts d’opération sont obtenus de cinq des treize mines contactées, mais ils ne comprennent pas toujours les mêmes composantes. Par exemple, certaines mines fournissent juste les coûts du diesel et la quantité utilisée alors que d’autres incluent le coût de la main-d'œuvre, des réparations, des huiles et des pneus. Il va falloir déterminer quels coûts considérer et lesquels ignorer pour travailler sur une même base.

La base de données obtenue au moment de la réalisation de cette étude comporte treize mines sur les dix-sept mines souterraines en activité au Québec au moment de la rédaction de ce document. L’échantillon de données est assez représentatif de l’ensemble de l’industrie. En effet, la diversité des mines participantes permet d’avoir une bonne idée de tous les types des mines souterraines au Québec. La plupart des exploitations participantes sont des mines aurifères qui exploitent des minéralisations en forme de lentilles disséminées avec un tonnage journalier compris entre 500 et 5000 tonnes par jour. À cela s’ajoutent deux mines exploitant un gisement continu et massif avec un taux de production journalier au-delà de 5000 tonnes par jour. La profondeur des mines est tout aussi

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variée. Le niveau de mécanisation des mines varie, en général, avec le tonnage journalier. Le besoin en machinerie de la mine augmente avec le tonnage à manipuler dans la mine. Comme le débit exigé est proportionnel à la puissance installée, le débit d’air réel de la mine est plus important avec l’augmentation de la machinerie. Pour des raisons de confidentialité, les noms des mines participantes ne sont pas donnés et ces mines sont identifiées par les lettres.

Le tableau 8 fait un survol des résultats de la collecte touchant les équipements et leur travail utile. Il donne en détail les paramètres recherchés et le nombre des mines qui ont fourni chaque donnée. Les données obtenues sont marquées du symbole « X» et les données non reçues du symbole «-». Le sigle NPP (ne participe pas) est utilisé pour les mines qui n’ont fourni aucune donnée et DC (données complètes) pour les mines dont le maximum de données possible a été obtenu.

24

Tableau 8: Données sur les paramètres d’équipements recueillies par mine

A B C D E F G H I J K V W X Y Z DC DC DC DC DC DC DC NPP NPP Identification Fabricant x x x x x x x x x x x − − − x − Modèle x x x x x x x x x x x − − − x − Voltage − − − − − x − − x − − − − − − − Puissance x x x x x x x x x - x − − − x − Paramètres techniques

Dimensions géométriques − − − x x x x x − x − − − − − Capacité du godet unité de volume − − x x x x x x x − x − − − x − Capacité portante en tonnes x − x x x x − x x − x − − − x − Poids du véhicule − − x x x x − x x − x − − − − − Longueur câble (si applicable) − − − − − x − − − − − − − − − Quantité d'air à fournir x x x x x x x x x x x − − − − − Émissions des gaz x − − x x x x x x x x − − − − − Paramètre opérationnel

Vitesse maximale vs pendage − − − x x − − x − − x − − − − − Temps de cycle − − − − − − − − − − − − − − − − Nombre d'heures motrices x − x x x x x x − − − − − x − Nombre d'employés par endroit x x x x x x x x − x − − − − − − Tonnage (journalier et annuel) x x x x x x x x x x x − − − − − Paramètres économiques

Coûts de capital − − x x − − − x − − − − − − − − Coûts d'aménagement − − − − − − − − − − − − − − − Coûts d'opération x x x x − x − − − − − − − − − X : données obtenues

- : manque des données

25

5 PRÉSENTATION, ANALYSE ET DISCUSSION DES RÉSULTATS

5.1 Indice de conformité

La mécanisation des mines souterraines constitue la principale source de contamination de l’air ambiant par les gaz d’échappement issus de la réaction de combustion du carburant. Parmi ces produits, le monoxyde de carbone et les matières particulaires diesel sont ceux qui ont le plus grand potentiel de nuisance sur la santé des travailleurs miniers. De ce fait, le règlement québécois sur la santé et la sécurité du travail dans les mines (RSSTM) [c. S-2.1, r.14], à l’article 103, oblige les mines à faire un suivi de la concentration de ces contaminants dans le réseau de ventilation. Les indices de conformité calculés dans ce mémoire ont pour but de permettre aux opérateurs miniers d’évaluer leur performance pour ce qui est du respect des valeurs limites des concentrations et des délais d’échantillonnage de CO et de poussières combustibles respirables dans les endroits de travail et à l’échappement.

5.1.1 Indice de conformité sur la concentration de PCR

L’article 102 du RSSTM prévoit une valeur maximale d’exposition aux poussières combustibles respirables de 0,6 mg par mètre cube d’air. L’article 103.1 du même règlement stipule que :

Les mesures, pour évaluer les valeurs d’exposition aux poussières combustibles respirables prévues à l’article 102, doivent être effectuées selon les fréquences et les modalités suivantes :

1° au moins une fois tous les 6 mois,

2° à la suite de toute modification susceptible d’altérer la qualité de l’air,

3° la stratégie d’échantillonnage de ces poussières doit être appliquée selon les pratiques usuelles de l’hygiène industrielle résumées dans le guide d’échantillonnage des contaminants de l’air en milieu de travail publié par l’Institut de recherche Robert-sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST), tel qu’il se lit au moment où il s’applique. Le résultat de ces mesures doit être inscrit dans le registre du poste de travail concernant les moteurs diesel (RSSTM, 2013).

L’indice de conformité de la concentration de PCR est déterminé sur la base des données du cahier 3 du registre de l’aérage et engins à moteur diesel dans les mines souterraines. Cet indice peut se traduire comme étant le pourcentage d’échantillon en deçà de la valeur limite de 0,6 mg/m3. Il est calculé de la façon suivante :

26

𝐼𝐶𝐶𝑃𝐶𝑅 =𝐸𝑇 − 𝐸𝑁

𝐸𝑇

ICCPCR : Indice de conformité à la concentration de PCR

EN : Nombre d’échantillons non conforme à la règlementation

ET : Nombre d’échantillons total

Des 13 mines participantes à l’étude, 8 mines ont fourni des données suffisamment complètes pour le calcul de l’ICCPCR. Le graphique 4 montre l’histogramme des ICCPCR de ces 8 mines.

Graphique 4: Histogramme des ICCPCR L’indice de conformité de la concentration de PCR varie entre 81 % et 97 % pour une valeur moyenne de 91 % sur un total de 498 échantillons pour l’ensemble de l’industrie. La concentration limite n’est dépassée que de rares fois pour l’ensemble des mines.

Par la suite, les expositions aux poussières combustibles respirables sont regroupées par type de métier ou tâche exécutée. Pour ce faire, l’ensemble des échantillons réalisés est réparti en 7 types de tâches avec, en plus, une catégorie fixe. Cette répartition est faite non sans mal, vu que la dénomination des tâches change d’une mine à une autre. Cela peut induire une certaine confusion entre les appellations des tâches dans les différentes mines. Le tableau 9 montre les dénominations originales des tâches contenues dans chaque catégorie de poste de travail.

88%

92%

81%

96% 93% 93%

87%

97%

91%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

mine A mine D mine E mine F mine G mine H mine I mine K moyenne

Indice de conformité de concentration de PCR

27

Tableau 9: Regroupement des tâches

Catégorie Tâches

Nombre total d’échantillon

Technicien Géologue Hygiéniste 23

Tech. d'instrumentation

Construction Mineur de construction

44

Superviseur construction

Mineur de service

Service auxiliaire Mécanicien

Soudeur 59

Superviseur électrique Électricien

Superviseur mécanique

Développement Op. Béton projeté Magasinier

188

Op. Jumbo

Écaillage transport

Op. Boulonneuse Rampe soutènement

Op. chariot élévateur Dynamiteur

Superviseur développement Op. ciseaux

Mineur conventionnel

Préposé à l'entretien des chemins

Production Op. marteau Câbleur

65 Op. foreuse

Op. camion à flèche

Op. Cubex

Op. foreuse au diamant

Op. machine Roger

Op. Chargeuse navette

186

Op. Camion

15

Fixe

Mesure dans des endroits précis de la mine où il y a une circulation fréquente des équipements mobiles (par exemple dans la rampe)

7

Total

587

Le tableau 10 montre les valeurs d’exposition moyenne, maximale et minimale, ainsi que le nombre d’échantillons réalisé et le taux de conformité aux normes pour les huit postes de travail type. Les concentrations supérieures à la valeur limite d’exposition moyenne pondérée de 0,6 mg/m3 sont soulignées en rouge.

28

Tableau 10 : Exposition aux PCR par type de tâche

Poste de travail Maximum Minimum Moyenne conformité(%) total échantillon ppm ppm ppm % Technicien 0,51 0,04 0,14 100% 23

Construction 1,17 0,08 0,16 86% 44 Service Auxiliaire 0,46 0,013 0,12 100% 59 Développement 1,19 0,02 0,21 96% 188 Production 0,84 0,01 0,21 91% 65

Op. Charg. Nav. 1,52 0 0,29 88% 186 Op. Camion 0,35 0,08 0,16 100% 15 Fixe 0,75 0,28 0,51 71% 7 Total Mine 1,52 0 0,23 92% 587

L’étude des expositions aux PCR par type de tâche montre qu’en général les travailleurs miniers sont exposés à des valeurs de PCR inférieures à la limite de 0,6 mg/m3 prescrite par la réglementation. Cependant, quatre catégories de poste de travail font exception, les concentrations de PCR mesurées sur les travailleurs sont supérieures aux valeurs limites d’exposition. Dans le cas des travailleurs en développement et des opérateurs de chargeuse navettes, les concentrations mesurées peuvent atteindre le double et plus de la valeur limite prescrite. En outre, le taux de conformité, qui est le pourcentage des échantillons dont la concentration mesurée est inférieure à 0,6 mg/m3, est le plus bas pour les travailleurs en construction et les opérateurs de chargeuse navette

5.1.2 Indice de conformité sur la concentration de CO aux endroits de travail

Tels qu’il est mentionné dans le premier chapitre, le monoxyde de carbone est un des produits le plus toxique et le plus dangereux de la réaction de combustion des engins diesel. Une forte exposition à ce gaz peut provoquer un évanouissement du sujet ou la mort. Le RSSTM prévoit une surveillance hebdomadaire de la concentration de ce gaz dans les secteurs de la mine en activité (réseaux principaux et réseaux secondaires de la mine). La concentration maximale à laquelle un travailleur peut être exposé est 10 ppm dans le réseau principal de ventilation et de 20 ppm dans le réseau secondaire. Chaque endroit de travail en activité de la mine doit être échantillonné au moins une fois chaque semaine.

L’indice de conformité de la concentration du monoxyde de carbone dans les endroits de travail est calculé sur la base des données du cahier 2 du registre de l’aérage et des engins à moteur diesel

29

dans les mines souterraines. Cet indice peut se traduire comme étant le pourcentage d’échantillons en deçà des valeurs limites de 10 ppm. Il est calculé de la façon suivante :

𝐼𝐶𝐶𝐶𝑂𝐶𝑉 =𝐸𝑇 − 𝐸𝑁

𝐸𝑇

ICCCOCV : Indice de conformité à la concentration de monoxyde de carbone dans le circuit ventilation

EN : Nombre d’échantillons non conformes à la règlementation


Des 13 mines participantes à l’étude, 7 mines ont fourni des données suffisamment complètes pour le calcul de l’ICCC0CV. Le graphique 5 montre l’histogramme des ICCCOCV de ces 7 mines.

Graphique 5 : Indice de conformité à la limite d’exposition au CO dans le circuit de ventilation L’indice de conformité à l’exposition au CO dans le circuit de ventilation varie entre 93 et 100 %, pour une valeur moyenne de 97 % sur un total d’échantillons variant de 17 à 77 381 dans les mines et de 87 380 échantillons pour l’ensemble de l’industrie. La concentration limite n’est dépassée que de rares fois dans l’ensemble des mines.

88%

90%

92%

94%

96%

98%

100%

102%

min

e A

min

e B

min

e D

min

e E

min

e G

min

e H

min

e J

moy

enne

Indice de conformité d'exposition au CO Circuits de ventilation (ICCCOCV)

30

5.1.3 Indice de conformité sur le respect de la fréquence de relevé de CO aux endroits de travail

Bien qu’il soit important de garder les concentrations des contaminants, comme le CO, en deçà des limites établies par les normes gouvernementales, il est tout aussi important de faire les relevés de ces concentrations selon les délais prévus par le règlement. Dans l’éventualité où les valeurs limites ne sont pas respectées, ces relevées permettraient d’apporter les mesures correctives dans les meilleurs délais. C’est pour cette raison que la fréquence de relevé des concentrations de CO dans les endroits de travail est estimée à l’aide de l’indice de conformité qui traduit le respect de délais de prise de mesure dans les mines. L’indice de conformité à la fréquence de prise de mesure de monoxyde de carbone est calculé en faisant le rapport du nombre de semaines où au moins une mesure de CO dans le circuit est faite sur le nombre total des semaines de la période exprimée en pourcentage. Il est calculé de la façon suivante :

𝐼𝐶𝐹𝐶𝑂𝐶𝑉 =𝑁𝑆𝐸𝑁𝑆𝑇

ICFCOCV : Indice de conformité à la fréquence de mesure de la concentration de monoxyde de carbone dans le circuit de ventilation

NSE : Nombre de semaines où au moins une mesure de concentration de CO est prise dans le circuit de ventilation pendant la période étudiée

NST : Nombre total de semaines pendant la période

Des 13 mines participantes à l’étude, 7 mines ont fourni des données suffisamment complètes pour le calcul de l’ICFCOCV. Le graphique 6 montre l’histogramme des ICFCOCV de ces 7 mines.

31

Graphique 6: Histogramme Indices de conformité fréquence d'échantillonnage de CO

L’ICFCOCV varie entre 66 % et 100 %, pour une valeur moyenne de 94 %. Les mines se conforment très bien au règlement en ce qui a trait à la prise de mesure hebdomadaire de la concentration de CO dans le circuit de ventilation. La moyenne de l’ICFCOCV est de 94 % en raison de la faible performance de la mine H, dont l’indice est de 66 % alors que toutes les mines étudiées ont un indice qui approche les 100 %. La mine H est une mine peu mécanisée, moyennement profonde, qui fournit 0,0424 m3/s/tonne pour diluer les gaz d’échappement des équipements mobiles.

5.1.4 Indice de conformité de la concentration de CO à l’échappement

Le règlement sur la santé et la sécurité du travail dans les mines stipule, à l’article 103.2 : « Tout équipement mû par un moteur diesel utilisé sous terre doit cesser d’être utilisé dans l’une ou l’autre des situations suivantes : 1° la concentration de l’oxyde de carbone dans les gaz d’échappement non dilués du moteur dépasse 750 parties par million pour l’équipement de roulage, de déblayage ou de service; 2° une défectuosité du moteur fait en sorte que son utilisation présente un danger » (RSSTM, 2013). De plus, l’article 103.3 du même règlement spécifie les délais d’échantillonnage des équipements propulsés par un engin diesel en ce termes : « La concentration de l’oxyde de carbone dans le gaz d’échappement non dilué des moteurs diesels utilisés sous terre doit être mesurée lors de leur mise en service et, par la suite, selon la première des échéances suivantes, soit au moins toutes les 300 heures d’utilisation, soit au moins tous les 6 mois. Le résultat de ces mesures doit être inscrit dans le registre à l’article 103» (RSSTM, 2013). L’indice de conformité de la concentration de monoxyde de carbone dans l’échappement est déterminé sur la base des données du cahier 1 du

100% 97% 97% 100% 100%

66%

100% 94%

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

min

e A

min

e B

min

e D

min

e E

min

e G

min

e H

min

e J

moy

enne

Indice de conformité fréquence Circuits de ventilation

32

registre de l’aérage et engins à moteur diesel dans les mines souterraines. Cet indice peut se traduire comme étant le pourcentage d’échantillons en deçà de la valeur limite de 750 ppm. Il est calculé de la façon suivante :

𝐼𝐶𝐶𝐶𝑂𝐸 =𝐸𝑇 − 𝐸𝑁

𝐸𝑇

ICCCOE : Indice de conformité à la concentration de monoxyde de carbone dans l’échappement

EN : Nombre d’échantillons non conformes à la réglementation


Des 13 mines participantes à l’étude, neuf mines ont fourni des données suffisamment complètes pour le calcul de l’ICCCOE. Le graphique 7 montre l’histogramme des ICCCOE de ces 9 mines.

Graphique 7 : Indice de conformité à la concentration maximale de CO à l'échappement

L’ICCCOE varie entre 48 et 100 % pour une valeur moyenne de 93 %. Le nombre d’échantillons par mine varie de 9 à 2133, selon que la mine a plusieurs équipements ou que la date de la mise en fonction de l’équipement dans la mine est plus ou moins proche, pour un total de 4291 échantillons pour l’ensemble des mines. Au regard du graphique 7, il en ressort que la concentration limite n’est dépassée que rarement dans l’ensemble des mines alors qu’ il y a seulement la mine B où plusieurs mesures indiquent des concentrations de CO supérieures à 750 ppm. La mine B est une mine très mécanisée, moyennement profonde qui fournit 0,0202 m3/s/tonne pour diluer les gaz d’échappement des équipements mobiles.

100%

48%

98% 99% 100% 100% 100% 99% 96% 93%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

min

e A

min

e B

min

e D

min

e E

min

e G

min

e H

min

e I

min

e J

min

e K

moy

enne

Indice de conformité de concentration de CO à l'échappement

33

5.1.5 Indice de conformité de la fréquence de relevé à l'échappement

Pour ce qui est de l’indice de conformité de la fréquence d’échantillonnage du monoxyde de carbone dans l’échappement, il est déterminé sur la base des données du cahier 1 du registre de l’aérage et engins à moteur diesel dans les mines souterraines. Le délai d’échantillonnage est évalué en termes de nombre de jours consécutifs entre deux mesures et en termes de nombre d’heures motrices travaillées par l’équipement avant la mesure subséquente. L’indice de conformité à la fréquence d’échantillonnage est le nombre d’intervalles conformes à la règlementation, c’est-à-dire la durée de l’intervalle est inférieure à 6 mois et l’échantillonnage est réalisé avant que l’équipement n’accomplisse plus de 300 heures de travail depuis la dernière mesure. Il est calculé de la façon suivante :

𝐼𝐶𝐹𝐶𝑂𝐸 =𝐼𝑇 − 𝐼𝑁𝐼𝑇

ICFCOE : Indice de conformité de la fréquence d’échantillonnage du monoxyde de carbone dans l’échappement

IN : Nombre d’intervalles non conforme à la réglementation

IT : Nombre d’intervalles total

L’indice de conformité à la fréquence d’échantillonnage est calculé pour neuf mines sur les 13 mines participantes à l’étude. Trois des mines recensées sont encore à l’état de projet avancé où le niveau de développement de la mine n’est pas assez avancé pour pouvoir fournir suffisamment de données pour le calcul de ces indices. Le graphique 8 montre l’histogramme des ICFCOE de ces 9 mines.

34

Graphique 8 : Indice de conformité à la fréquence de relevé de CO à l'échappement

L’ICFCOE varie entre 50 % et 100 % pour une valeur moyenne de 78 %. Les mines ont bien plus de difficulté à respecter les délais d’échantillonnage que les concentrations limites. En effet, les mines ont tendance à se focaliser sur l’un ou l’autre des délais, soit les mesures sont faites régulièrement avant les 6 mois, soit les mesures sont réalisées avant les 300 heures de travail de l’équipement. Cela explique cette faible performance des mines dans le respect de la fréquence d’échantillonnage.

5.1.6 Récapitulatif des indices de conformité des mines souterraines du Québec

En somme, la performance des mines est bonne en ce qui a trait au respect de la réglementation sur la qualité de l’air et de la fréquence d’échantillonnage du réseau de ventilation. Néanmoins, il y a place à l’amélioration des indices de conformité pour la plupart des mines. Par exemple, la mine H a des indices de conformité à la fréquence d’échantillonnage dans le circuit de ventilation et à l’échappement des équipements très faibles. Quant à la mine A, les valeurs élevées de ses indices de conformité sont dues au petit nombre d’équipements en circulation sous terre et au très petit nombre de relevés réalisés comparativement aux autres mines. Par contre, la mine G reste la plus constante dans ses valeurs d’indice de conformité, bien qu’elle possède l’une des flottes d’équipement la plus imposante. Ceci prouve que le respect de la réglementation est plus un élément d’ordre organisationnel plutôt que de la taille de la mine ou de la dimension de sa flotte d’équipement. Il est tout de même à noter que les mines ont en général plus de mal à respecter les délais d’échantillonnage de CO à l’échappement des équipements. En effet, les mines ont tendance

100% 98%

74%

58%

93%

50%

86%

59%

81% 78%

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

min

e A

min

e B

min

e D

min

e E

min

e G

min

e H

min

e I

min

e J

min

e K

moy

enne

Indice de conformité fréquence de relevé à l'échappement

35

à ne prendre en compte qu’une des deux échéances prescrites par la réglementation, soit 300 heures motrices ou 180 jours, au lieu de se soumettre aux deux simultanément. Le tableau 11 montre les valeurs d’indices de conformité calculées et comporte en plus les valeurs moyennes de concentrations de CO et le nombre d’échantillons réalisés pour chacune des mines.

Tableau 11: Indices de conformité aux concentrations et aux délais d'échantillonnage du CO et des PCR

Circuits de ventilation CO à l'échappement

Mine ICCCOCV ICFCOCV moyenne Nombre d'échantillons ICCCOE ICFCOE

Nombre d'échantillons

mine A 100 % 100 % 3,06 17 100 % 100 % 115 mine B 100 % 97 % 0,27 7289 48 % 98 % 1790 mine D 100 % 97 % 0,01 985 98 % 74 % 269 mine E 98 % 100 % 1,37 1488 99 % 58 % 110 mine G 93 % 100 % 1 92 100 % 93 % 192 mine H 94 % 66 % 3,72 168 100 % 50 % 115 mine I 100 % 86 % 133 mine J 96 % 100 % 1,89 77 341 99 % 59 % 158 mine K 96 % 81 % 154 moyenne 97 % 94 % 93 % 78 %

Vert : tous les échantillons sont conformes à la réglementation Orange : quelques échantillons sont non conformes à la réglementation Rouge : plusieurs échantillons sont non conformes à la réglementation

5.2 Mesures de contrôle de MPD et réduction potentielle des émissions diesel

Dans les prochains paragraphes, les différents moyens de contrôle et d’atténuation des MPD dans l’atmosphère minière seront présentés. Pour réduire la concentration des MPD dans l’air minier, les gestionnaires des mines peuvent intervenir à plusieurs niveaux.

• Agir au niveau de la ventilation en envoyant suffisamment d’air pour diluer les gaz d’échappement à un niveau conforme à la règlementation. Mais un trop grand débit envoyé sous terre augmente les coûts d’opération de la mine. Cette solution est restreinte par les contraintes économiques et la capacité des réseaux de ventilation.

• Intervenir en optant pour une politique de maintenance régulière et des directives sur une utilisation efficace des équipements motorisés.

36

• Agir au niveau du choix des équipements en optant pour les équipements les moins polluants. Par exemple, entre deux moteurs ayant une même puissance nominale, choisir celui qui a l’indice des particules le plus faible.

• Enfin, opter pour les carburants ayant une faible teneur en soufre ou les biocarburants (Bugarski, et al., 2006). Ou encore en utilisant les cabines fermées avec purificateurs d’air pour les opérateurs des équipements.

5.2.1 Maintenance des équipements

L’étude menée par le programme d’évaluation des émissions diesel (PEED) a montré que la maintenance des équipements mobiles est une composante critique pour la réduction des MPD, bien que le niveau de concentration cible de 0,05 mg/m3 ne peut être atteint uniquement grâce à un bon programme de maintenance. (Stachulak, 2008) Souvent, il arrive que ce soit les mêmes équipements qui produisent le plus de contaminants. Les vieux moteurs mal entretenus produisent 43 % des MPD (Anyon, 2008). Une réduction moyenne de 57 % des émissions de carbone élémentaire a été observée dans les cas où un programme de maintenance effectif est appliqué (Anyon, 2008). La première étape dans la réduction de la concentration des MPD dans l’atmosphère minière est l’implémentation d’un programme de maintenance effectif et d’une surveillance rapprochée des émissions de chaque équipement.

5.2.2 Sélection de moteurs

Choix de moteurs à faibles émissions de MPD Le choix des moteurs à combustion interne les moins polluants peut aider à la réduction de la concentration des MPD et des gaz d’échappement. Rappelons que ces derniers sont causés par une combustion incomplète du carburant. Les manufacturiers d’équipements miniers mettent de plus en plus d’effort sur la réduction des émissions des moteurs diesel en offrant sur les marchés des produits qui optimisent la combustion et le système d’injection du carburant tout en minimisant la consommation des lubrifiants dans le moteur. MSHA a développé la notion de l’indice de particule (IP) pour faciliter le choix des moteurs qui émettent le moins de MPD. L’IP est la quantité d’air frais requise pour réduire les émissions des MPD d’un moteur à une concentration de 1 mg/m3 (Haney, 2000). L’IP d’un moteur diesel peut être normalisé en le divisant par la puissance nominale du

37

moteur. Entre deux moteurs d’une même puissance nominale, il est recommandé de choisir celui dont l’IP est le plus faible.

En 1994, l’EPA adopte la norme fédérale de niveau 1 pour les nouveaux moteurs hors route à allumage par compression d’une puissance nominale supérieure à 37,5 kW. En 1998, la réglementation introduit la norme de niveau 1 pour les équipements de moins de 37,5 kW et une norme encore plus stricte de niveau 2 et 3 pour tous les équipements. Les normes de niveau 1-3 sont atteintes grâce à une conception avancée du moteur, avec très peu ou sans technologie de traitement des gaz d’échappement. L’EPA signe la règle finale qui introduit la norme d’émission de niveau 4 en 2004. Celle-ci requiert que les émissions de MPD et de NOx soient abaissées de 90 %. Cette réduction des émissions est obtenue grâce aux technologies de contrôle des produits d’échappement (ECOpoint Inc., 1997).

Le Canada s’est engagé à établir une réglementation sur les émissions des moteurs sous l’Acte de protection environnementale du Canada en 1999 (APEC 1999) pour les nouveaux moteurs hors route à allumage par compression. Cette réglementation s’aligne sur les exigences de l’EPA en matière d’émission diesel. Avant la promulgation de la réglementation, Environnement Canada a signé des protocoles d’accord avec 13 manufacturiers de moteur diesel en 2000. Selon les termes de ces protocoles, les manufacturiers se sont engagés à fournir des moteurs conçus pour être conformes aux normes de niveau 1 de l’EPA.

La réglementation canadienne sur les émissions des moteurs hors-route à allumage par compression aligne les valeurs de certifications des moteurs avec ceux de l’EPA pour les normes de niveaux 2et 3. Par contre, la réglementation canadienne est entrée en vigueur beaucoup plus tard. Aux U.S.A, la conformité aux exigences de la norme de niveau 2 était obligatoire pour les modèles produits en 2001 et en 2006 pour la norme de niveau 3. La conformité aux exigences de la norme de l’EPA de niveau 2 n’était pas obligatoire pour les modèles produits avant 2006 au Canada.

En novembre 2011, Environnement Canada a adopté un amendement sur la réglementation des émissions des moteurs hors route à allumage par compression qui aligne les standards d’émission canadiens avec ceux de l’EPA de niveau 4, incluant les limites d’émissions, les méthodes de teste et les dates d'entrée en vigueur. La norme de niveau 4 canadienne est entrée en vigueur le 16 janvier 2012 (ECOpoint Inc., 1997). Les limites d’émission pour la norme de niveau 1 à 4 sont présentées aux tableaux 22 et 23 en annexe.

Réduction de la puissance totale délivrée par le moteur diesel Certaines mines réduisent la puissance maximale fournie par un moteur en baissant le taux maximal d’alimentation en carburant du moteur. Ce procédé a pour conséquence une réduction substantielle des émissions des matières particulaires diesel. Cela permet aussi de réduire les émissions de CO, de réduire le glissement et l’usure des pneus et d’économiser sur le coût du carburant. Une réduction de 55 % des émissions de MPD peut être obtenue grâce à une réduction de 7 % seulement de la puissance maximale fournie par le moteur (Schnakenberg, et al., 2002).

38

5.2.3 Choix du carburant

Biodiesel Le biodiesel est une alternative au diesel de source fossile; il est obtenu par un procédé chimique appelé transestérification. Cette dernière consiste à faire réagir de l’huile végétale ou animale avec un alcool (méthanol ou éthanol) afin d’obtenir le biodiesel. Ce dernier peut être utilisé comme carburant (B100) ou comme additif au carburant de source fossile (B2, B5, B20, B50). Le chiffre utilisé dans la désignation du carburant indique le pourcentage de biodiesel dans le mélange. Le biodiesel présente l’avantage d’être une source d’énergie renouvelable et d’être moins coûteuse comparativement au diesel fossile. Le biodiesel pur (B100) a une teneur en soufre extrêmement basse (<50 ppm). De plus, comme il est oxygéné (les esters contiennent de l’oxygène), sa combustion dans les moteurs est plus complète que celle des carburants d’origine fossile.

Le remplacement du diesel fossile par le biodiesel permet de réduire les émissions du monoxyde de carbone et des hydrures de carbone (HC), alors que les émissions de NOx augmentent légèrement ainsi que celles de carbones organiques. Les émissions de MPD restent constantes lorsque le diesel fossile est remplacé par du biodiesel avec une densité inférieure à 0,89. Les émissions de MPD sont affectées seulement quand les valeurs d’indice de cétane sont inférieures à celles des carburants diesel fossiles. Une étude menée par les US Bureau of Mines a rapporté qu’il y a 50 % moins d’émissions de MPD lorsque le B100 est utilisé en lieu et place du diesel fossile (Schnakenberg, et al., 2002).

L’utilisation du biodiesel comme carburant comporte cependant quelques inconvénients. Le biodiesel possède une température de cristallisation plus élevée et un temps d’entreposage moins long que le diesel fossile. De plus, le biodiesel est un solvant très puissant et il peut donc endommager les tuyaux en caoutchouc dans le moteur. Par conséquent, certaines modifications sont requises aux moteurs standards avant l’utilisation des biodiesels avec une grande proportion dans le mélange. Pour prévenir l’usure excessive de certaines composantes du moteur, l’utilisation des élastomères de type Viton B est recommandée à la place des tuyaux en caoutchouc.

Émulsion d’eau et de carburant L’introduction de l’eau dans la chambre de combustion permet de réduire la température de combustion et, par conséquent, de réduire la formation des NOx. Les autres effets de l’utilisation d’une émulsion eau-carburant sont la réduction des émanations des MPD et une augmentation des

39

émissions de CO et de HC. Les émissions de NOx et de MPD peuvent être réduites de 40 % à 50 % grâce à une émulsion eau-carburant. Des technologies spéciales de mélange utilisant généralement des additifs sont requises pour garder l’eau et le carburant fossile ensemble dans une émulsion stable. Toutefois, l’utilisation de l’émulsion eau-carburant souffre de la corrosion potentielle des composants du moteur, du gel, de l’instabilité de l’émulsion emmagasinée et de la réduction de la lubricité.

5.2.4 Dispositif de traitement des gaz d’échappement

Catalyseur d’oxydation diesel (DOC) Les catalyseurs d’oxydation diesel ont pour rôle d’augmenter le taux d’oxydation des gaz d’échappement des moteurs à combustion interne en abaissant la température d’oxydation sans être consommés dans le processus. Les DOC réduisent les MPD en oxydant une partie d’hydrocarbures moins volatils qui contribue à la fraction organique soluble des MPD. Ils peuvent atteindre un taux de réduction de 25 % à 30 % des MPD, selon le type de catalyseur utilisé. Par contre, ils n’ont aucun effet sur le noyau solide des particules de carbone. Ils sont principalement utilisés pour oxyder le CO et le HC en CO2 et en eau (H2O). Cependant, ils peuvent aussi contribuer à l’augmentation de la toxicité des gaz d’échappement en oxydant le NO et le SO2 pour produire du NO2 et du SO3. Ce dernier, mélangé à l’eau, produit des vapeurs d’acide sulfurique. Le DOC ne devrait pas être utilisé sur les équipements utilitaires à moins qu’un carburant, avec une teneur en soufre inférieure à 50 ppm, ne soit utilisé (Schnakenberg, et al., 2002). Les DOC sont conçus pour une durée de vie utile équivalente à celle du moteur. La réduction de l’efficacité des DOC est due à l’accumulation de MPD sur la surface du DOC et de l’intoxication du catalyseur par le soufre contenu dans le carburant, les huiles de lubrification du moteur et des additifs au carburant (phosphore, zinc, métaux lourds).

Filtres à particules diesel Les filtres à particules diesel (DPF) permettent la capture des MPD dans le tuyau d’échappement avant leur libération dans l’atmosphère minier. La réduction de la concentration du carbone total et du carbone élémentaire peut atteindre jusqu’à 99 %, selon la conception du filtre.

Deux types de filtre sont proposés sur le marché. Le premier type est composé de céramique, de métal fritté ou de matière synthétique jetable. Les produits d’échappement passent par les murs du filtre pour être filtrés. Le second concept filtre à un moindre degré par rapport au premier parce que

40

les produits d’échappement ne passent pas à travers les murs du filtre, mais à travers une matrice à l’intérieur du filtre dont la composition varie d’un fabricant à l’autre.

Deux aspects importants sont à prendre en compte dans les performances des filtres, soit l’efficacité de filtrage du système et la capacité du système à se régénérer pour fournir une longue période d’opérabilité sans toutefois réduire l’efficacité de filtrage et la performance du moteur. La performance du filtre dépend fortement du cycle de travail du moteur, le système devant être optimisé pour une application spécifique. Le filtre peut être utilisé en conjonction avec un catalyseur pour améliorer l’enlèvement de certaines composantes des produits d’échappement et d’abaisser la température de régénération du filtre.

Les poussières diesel sont littéralement prises au piège dans le filtre et s’accumulent avec le temps. Cela contribue à l’augmentation de la pression dans le filtre. Lorsque ce dernier s’approche de la limite recommandée par le fabricant, le filtre doit être nettoyé pour enlever la poussière accumulée. L’effet d’enlever la poussière accumulée dans le filtre est appelé la régénération. Plusieurs paramètres du procédé doivent coïncider pour s’assurer que la régénération ne nuit pas au filtre. Les paramètres, dont il faut tenir compte, sont la température des gaz à l’échappement, la pression des gaz d’échappement, le taux d’oxygène restant dans les gaz d’échappement, le débit volumétrique des gaz… etc. Lorsque la température dans le filtre dépasse la température d’ignition des MPD, ces derniers brûlent et la pression dans le filtre diminue.

La régénération du filtre doit être faite dans un intervalle assez fréquent pour éviter que le filtre soit trop chargé. Selon la température des MPD à l’échappement, la régénération peut être faite à bord du véhicule ou débarquée. La première méthode citée est préférée parce qu’il réduit significativement les coûts d’opération et il n’y a pas de restriction sur l’utilisation du véhicule pendant la régénération. La température de régénération est de 550 °C à 650 °C, alors que la température à l’échappement de la plupart des équipements diesel lors des travaux lourds ne dépasse pas 450 °C (Schnakenberg, et al., 2002).

La régénération passive requiert que le moteur opère à un haut niveau de chargement ou à plein chargement pendant au moins % à 25 % du temps avec un minimum de période de marche au ralenti. La régénération active permet plus de flexibilité en ce qui concerne les conditions d’opération du moteur, mais requiert une source d’énergie extérieure pour les brûleurs. D’où l’importance d’avoir

41

le profil des températures à l’échappement lorsqu’on considère utiliser un filtre à poussières diesel. Généralement, les véhicules miniers tournent au ralenti en moyenne 30 % du temps, ce qui ne permet pas la régénération passive.

Finalement, le graphique 9 présente le pourcentage de réduction de carbone élémentaire (CE) obtenu en utilisant certaines technologies de contrôle de carbone élémentaire dans les conditions d’opération réelle.

Graphique 9: Efficacité de différentes technologies de contrôle des CE (Bugarski, et al., 2006)

Les barres noires de l’histogramme montrent la réduction de CE lorsque la concentration de ce dernier pouvait être quantifiée. Les barres bleues représentent la réduction de CE lorsque la concentration résultante, suite à l’application de la technologie de contrôle, ne pouvait pas être quantifiée. Le pourcentage de réduction est alors le taux minimum de réduction estimé pour la technologie de contrôle. Les deux premiers contrôles sur le graphique sont du biodiesel alors que les six derniers sont des filtres à particules diesel de différents manufacturiers.

Dans les prochains paragraphes sera présenté le potentiel de réduction de la concentration des MPD dans huit mines québécoises dont les données de concentration de MPD mesurée dans la mine ont été fournies.

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

BiodieselB20+PTX

BiodieselB50+PTX

Donalson ECSCattrap

DCL Minex EngelhardDPX

DCLBluesky

CleanAir

% R

éduc

tion

de la

con

cent

ratio

n de

s CE

Type de technologies de contrôle

Réduction des émissions de CE

42

5.3 Potentiel de réduction de la concentration des MPD dans les mines du Québec

La concentration moyenne des MPD, à laquelle sont exposés les travailleurs dans les mines souterraines du Québec, est inférieure à la valeur d’exposition limite (VEL) de 600 µg/m3 en vigueur dans la province pour toutes les mines étudiées. Cependant, selon les données recueillies des registres de ventilation des mines souterraines du Québec, il arrive que les travailleurs soient exposés à des concentrations de MPD supérieures à la VEL.

Grâce aux données sur la flotte des équipements obtenues des mines participantes, la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal des mines a été estimée en utilisant la feuille de calcul de la concentration des MPD élaborée par MSHA (Haney, 2000). Les données utilisées pour le calcul sont notamment la puissance nominale des équipements, les heures motrices par quart de travail, la durée du quart de travail, le débit d’air fourni dans la mine et le taux d’émissions des MPD par puissance-heure des équipements. Le taux moyen d’émissions d’un moteur est obtenu par les données des tests d’homologation sur le site de MSHA. Pour les modèles de moteur dont les données n’étaient pas disponibles, la valeur maximale d’émissions permise par la norme EPA était utilisée selon la puissance du moteur et l’année de fabrication, comme indiqué sur le tableau des standards d’émissions des moteurs diesel hors route voir annexe 8. Le graphique 10 montre la concentration moyenne des MPD dans l’air minier estimée grâce aux émissions unitaires des équipements et la concentration moyenne mesurée dans les mines.

Graphique 10: Concentration moyenne des particules diesel dans les mines du Québec (données collectées par l’auteur)

- 100 200 300 400 500 600 700 800 900

mine A mine D mine E mine F mine G mine H mine I mine K

Conc

entr

atra

tion

MPD

en

µg/m

3

Concentration moyenne des MPD dans les mines du Québec

MPD estimécorrigéPCR Moyen

VEL MSHA

43

Les concentrations des MPD estimées sont de 30 % à 40 % supérieures aux concentrations mesurées sur le terrain. Cette différence est imputable à un taux d’émissions des MPD en opération inférieur à celui obtenu en laboratoire et à la variation du cycle de travail estimé des moteurs. Un facteur de correction de 1 sur 1,4 est appliqué sur les valeurs estimées.

Pour quatre des huit mines étudiées, la concentration moyenne estimée est largement supérieure à la concentration mesurée sur le terrain. Dans le cas des mines A et E, cela n’est pas très surprenant puisqu’elles présentent des indices de conformité à la VEL des MPD inférieure à 90 %. Pour la mine H, un nombre d’échantillons relativement faible utilisé pour obtenir la moyenne peut justifier cet écart entre les deux valeurs de concentration.

Le tableau 12 présente le débit d’air fourni actuellement par les mines et les débits d’air que devraient fournir les mines dans l’éventualité où les mines devraient se conformer à une nouvelle VEL plus contraignante calquée sur ce qui se fait ailleurs dans le monde.

Tableau 12: Débit à fournir pour se conformer aux normes de 400 et 160 µg/m3 de CT

Mine Débit fourni Débit VEL 308EC

Facteur vent. VEL 308EC

Débit VEL 160TC

Facteur vent. VEL 160TC

m3/s m3/s m3/s mine A 57 86 0,66 166 0,34 mine D 205 161 1,28 310 0,66 mine E 80 146 0,55 281 0,29 mine F 177 134 1,32 258 0,69 mine G 661 294 2,25 567 1,17 mine H 31 65 0,47 126 0,24 mine I 387 451 0,86 869 0,45 mine K 151 178 0,85 342 0,44

Le facteur de ventilation calculé est le rapport entre le débit d’air initial fourni et le nouveau débit d’air à fournir pour garder la concentration des MPD en dessous des nouvelles VEL hypothétiques. Les mines qui possèdent un facteur de ventilation supérieure à l’unité n’ont pas à ajuster les débits d’air fournis actuellement dans l’éventualité où elles devraient se conformer à une nouvelle VEL. Si cette VEL est équivalente soit à la norme intérimaire de MSHA de 308 µg/m3 de CE (500µg/m3 de PCR), soit à la norme finale de la nouvelle réglementation MSHA de 160 µg/m3 de CT (200 µg/m3 de PCR)

44

sans l’utilisation d’autres technologies de contrôle des MPD, alors trois mines seulement pourraient se conformer à une VEL de 308 µg/m3 de CE sans avoir besoin de fournir plus d’air. Par contre, une seule mine est capable de se conformer à une VEL de 160 µg/m3 sans augmenter la capacité de son système de ventilation.

Toutefois, la réduction de la concentration moyenne des MPD, en utilisant uniquement la ventilation, serait beaucoup trop dispendieuse et demanderait beaucoup trop d’effort aux mines. Par exemple, certaines mines seraient obligées de doubler, voire de tripler, le débit d’air actuellement fourni. Cela pourrait impliquer des investissements conséquents dans de nouvelles infrastructures (nouveaux ventilateurs de surface, nouvelle monterie de ventilation).

Les équipements mobiles des mines souterraines sont répartis en deux groupes distincts. Celui des équipements de halage et chargement comprend les plus grosses unités de production, dont les chargeuses navettes et les camions. L’autre groupe est celui des équipements de support qui comprend le reste des équipements de la flotte. Les émissions des MPD, en gramme par minute de chaque groupe, sont calculées ainsi que leur contribution dans les émissions totales des équipements de la mine. Le tableau 13 montre la contribution en pourcentage des équipements de chargement et halage.

Tableau 13:Contribution des catégories d'équipements dans les émissions totales des MPD

Mine Halage et chargement services Émissions totales émission MPD Contribution émission MPD Contribution g/min % g/min % g/min

mine A 1,676 88% 0,239 12% 1,915 mine D 2,507 70% 1,072 30% 3,579 mine E 1,956 60% 1,29 40% 3,246 mine F 1,473 49% 1,505 51% 2,978 mine G 3,966 57% 3,4046 49% 7,012 mine H 1,248 86% 0,208 14% 1,456 mine I 6,729 67% 3,31 33% 10,039 mine K 2,987 76% 0,969 24% 3,956

Les équipements de halage et chargement contribuent à la majorité des émissions de MPD, notamment parce qu’ils cumulent plus de puissance-heure motrice par quart de travail. Les seules exceptions sont les mines G et F où la contribution dans les émissions des MPD est répartie également entre les équipements de halage et chargement et les équipements de support. Vu que

45

les équipements de halage et chargement produisent la majeure partie des MPD dans l’environnement des mines souterraines, le potentiel de réduction de la concentration des MPD dans l’air minier est évalué pour deux cas distincts. En premier lieu, les technologies de contrôle des MPD sont appliquées sur l’ensemble de la flotte des équipements. Ensuite, les technologies de contrôle ne sont appliquées que sur les équipements de halage et chargement.

5.3.1 Application des technologies de contrôle des MPD sur l’ensemble des équipements

La réduction potentielle de la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal de ventilation des mines est estimée en simulant l’application de deux types de technologies de contrôle des MPD, notamment les catalyseurs et les filtres à particules diesel. La réduction de la concentration des MPD est calculée dans le cas où :

le catalyseur est installé sur les équipements,

le filtre seul est installé,

et dans le cas où les deux technologies de contrôle sont appliquées simultanément.

La réduction est calculée dans un premier temps par rapport à la concentration moyenne mesurée dans la mine. Ensuite, la réduction est calculée en utilisant, comme concentration initiale, la concentration estimée grâce aux taux d’émissions de chaque équipement obtenus en laboratoire lors des tests d’homologation ou selon les émissions fournies par les fabricants. Ce dernier est une valeur comprise entre 0,133 et 0,533 g/kW-h pour un moteur équipé d’un système d’injection direct récent, entre 0,4 et 0,66 g/kW-h pour les moteurs à injection indirecte et entre 0,6 et 1,2 g/kW-h pour un moteur équipé d’un ancien système d’injection direct. Les annexes 8 et 9 montrent les niveaux standards d’émissions selon la puissance de l’équipement.

Les graphiques 11 et 12 montrent les réductions obtenues en utilisant, comme concentration initiale des MPD, respectivement la concentration moyenne mesurée et la concentration estimée des MPD dans le réseau principal de ventilation.

46

Graphique 11: Réduction des MPD mesurés lorsque les moyens de contrôle sont appliqués à toute la flotte

Lorsque la concentration initiale est la concentration mesurée dans la mine, la réduction de la concentration moyenne des MPD est équivalente à l’efficacité de la technologie de contrôle utilisée. Pour le filtre à poussière diesel, l’efficacité utilisée dans les calculs est de 80 %, ce qui est une valeur assez conservatrice comparativement à l’efficacité des filtres actuellement commercialisés. Pour les catalyseurs, l’efficacité utilisée pour estimer le potentiel de réduction des MPD est de 15 %. Par ailleurs, il n'y a aucune différence entre la réduction obtenue en utilisant le filtre ou une combinaison du filtre et du catalyseur. L’application des catalyseurs avec une efficacité de 15 % permet une réduction de près de 15 % de la concentration moyenne, sauf pour les mines D et E dont les réductions de la concentration moyenne sont respectivement de 65 % et de 25 %. IL faut rappeler que les catalyseurs servent principalement à faciliter l’oxydation du CO en CO2. Bien que leurs rendements soient inférieurs à celui des filtres, ils aident néanmoins à l’amélioration de la qualité de l’air en réduisant la concentration de CO qui est beaucoup plus nuisible à la santé que le CO2.

Graphique 12:Réduction des MPD estimés lorsque les moyens de contrôle sont appliqués à toute la flotte

0%

20%

40%

60%

80%

100%

mine Amine D mine E mine F mine Gmine H mine I mine K

% R

éduc

tion

pote

ntie

lle d

e M

PD Réduction potentielle de MPD mesurés

% réductioncatalyseur

% réductionfiltre

% réductioncatalyseur +filtre

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%


% R

éduc

tion

pote

ntie

lle d

e M

PD

Réduction potentielle de MPD estimés

% réductioncatalyseur

% réduction filtre

% réductioncatalyseur + filtre

47

Par contre, lorsque la concentration initiale est la concentration estimée, le potentiel de réduction est légèrement supérieur à celui obtenu avec la concentration mesurée, lorsque le filtre est utilisé seul ou avec le catalyseur. Alors le potentiel de réduction des MPD, grâce aux catalyseurs, est près du double de celui obtenu lorsque la concentration initiale est la concentration mesurée dans la mine.

5.3.2 Application des technologies de contrôle des MPD sur les équipements de halage et chargement uniquement

Les équipements de halage et chargement contribuent pour plus des deux tiers des émissions des MPD dans la plupart des mines, mis à part les mines D et F. La réduction potentielle de la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal de ventilation des mines est estimée en simulant l’application de trois types de technologies de contrôle des MPD, notamment les catalyseurs, les filtres à poussières diesel et les cabines. La réduction de la concentration des MPD est calculée dans les quatre cas suivants :

l’équipement est muni d’une cabine pour l’opérateur;

le catalyseur est installé sur les équipements;

le filtre seul est installé;

et les deux dernières technologies de contrôle citées sont appliquées simultanément.

La réduction est calculée dans un premier temps par rapport à la concentration moyenne mesurée dans la mine. Ensuite, la réduction est calculée en utilisant, comme concentration initiale, la concentration estimée grâce aux taux d’émissions de chaque équipement.

Les graphiques 13 et 14 montrent les réductions obtenues en utilisant, comme concentration initiale des MPD, respectivement la concentration moyenne mesurée et la concentration estimée des MPD dans le réseau principal de ventilation.

48

Graphique 13: Réduction des MPD mesurés lorsque les moyens de contrôle sont appliqués aux équipements de halage et chargement

La réduction de la concentration moyenne des MPD est légèrement inférieure aux efficacités des technologies de contrôle utilisées, lesquelles sont respectivement de 15 %, 65 % et 80 % pour le catalyseur, la cabine et le filtre. La réduction potentielle obtenue lorsqu’une cabine est ajoutée aux équipements de halage et de chargement de la mine G est très faible par rapport aux autres mines parce que la plupart de ces équipements comportent déjà des cabines et cela est pris en compte dans l’estimation de leurs émissions.

Graphique 14: Réduction potentielle des MPD estimés lorsque les moyens de contrôle sont appliqués à l’ensemble des équipements

Par ailleurs, il n’y a aucune différence apparente si la concentration initiale utilisée dans le calcul est la concentration moyenne mesurée sur le terrain ou estimée.

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

mine Amine Dmine E mine Fmine Gmine H mine I mine K

% R

éduc

tion

pote

ntie

lle d

e M

PD

Réduction potentielle de MPD

% réduction catalyseur

% réduction cabine

% réduction filtre

% réduction catalyseur+ filtre

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%


% R

éduc

tion

pote

ntie

lle d

e M

PD

Réduction potentielle de MPD

% réductioncatalyseur% réduction cabine

% réduction filtre

% réductioncatalyseur + filtre

49

En bref, les mines souterraines du Québec utilisent des équipements dont les émissions unitaires par puissance-heure motrice sont relativement peu élevées. Cela explique une concentration moyenne mesurée des MPD assez basse comparativement à ce qui est généralement rapporté dans la littérature. De plus, pour réduire significativement la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal de la mine, certaines technologies de contrôle des MPD peuvent être appliquées aux équipements de halage et chargement.

En effet, l’application des catalyseurs sur les équipements, avec une efficacité de 15 %, permettrait à toutes les mines d’abaisser la concentration moyenne en dessous de 308 µg/m3 de CE (500 µg/m3de PCR). Les mines D et K auraient une concentration moyenne inférieure 160 µg/m3 de CT (200 µg/m3 de PCR). L’application des cabines aux équipements de halage et chargement permettrait à toutes les mines de garder leur concentration en dessous 160 µg/m3 de CT (200 µg/m3 de PCR), sauf la mine G. Par contre, cela serait réalisable pour toutes les mines sans exception si les filtres à poussières diesel étaient utilisés sur les équipements de halage et chargement.

Les réductions potentielles de la concentration moyenne des MPD peuvent être limitées par les facteurs suivants :

L’intoxication du catalyseur par le soufre présent dans le carburant ainsi que l’accumulation de MPD à la surface du catalyseur réduisent l’efficacité de celui-ci;

Les cabines pour opérateur ne sont utiles que lorsque l’opérateur y passe l’essentiel de son temps de travail. Si l’opérateur doit fréquemment sortir de sa cabine pour exécuter d’autres tâches, ou lorsque le purificateur d’air de la cabine est endommagé, l’efficacité de la cabine se trouve fortement amoindrie;

La performance des filtres dépend fortement du cycle de travail du moteur, le système devant être optimisé pour une application spécifique. Lors de la régénération à bord du véhicule, le cycle de travail du moteur devrait permettre d’atteindre une température à l’échappement comprise entre 550 °C et 650 °C pour une régénération idéale du filtre.

L’EPA estime à 1 % du prix d’achat des nouveaux équipements les coûts liés au respect de la norme d’émission de niveaux 2 et 3, bien que pour certains équipements la conformité à la norme de niveaux 2 et 3 puisse entrainer une augmentation de prix de l’ordre de 2 à 3 % du prix d’achat. Le coût de l’ajout des technologies de contrôle des

50

émissions pour la majorité des équipements est estimé entre 1 et 3 % du prix total d’acquisition de l’équipement. Par exemple, pour un bouteur de 131,25 kW qui coûte approximativement 230 000 $, il en coûterait jusqu’à 6 900 $ pour faire l’ajout des technologies de contrôles des émissions de produits d’échappement et la conception du bouteur pour accommoder le moteur modifié (ECOpoint Inc., 1997).

Pour les nouveaux projets miniers et les mines qui envisagent un renouvellement de la flotte, les équipements électriques sont un moyen efficace de maintenir un niveau de concentration des MPD relativement bas. Ils requièrent un débit de ventilation moins élevé, car ils ne produisent aucun ou très peu de matière particulaire diesel.

5.4 Survol des équipements mus au diesel

Outre les indices de conformité, les indices qui peuvent aider les opérateurs miniers à comparer l’impact de la mécanisation sur les besoins en ventilation de leur mine avec d’autres mines sont calculés. Ces indices sont notamment :

le débit d’air par minute envoyé dans la mine;

le débit dû à la machinerie installée et la proportion du débit réel fourni qu'il représente;

la proportion du débit exigé pour diluer les gaz d’échappement des équipements de production et de développement ainsi que la proportion du débit pour diluer les gaz d’échappement des équipements pour le halage et le chargement;

le débit d’air par tonne de tout-venant hissé;

la puissance des équipements mobiles sous terre par tonne hissée.

Pour des fins pratiques, les équipements sont répartis sous différentes catégories selon leurs caractéristiques, mais surtout selon les tâches qu’ils accomplissent pour faciliter le calcul du débit exigé pour la mine pour diluer les gaz d’échappement. Ensuite, les résultats des calculs d’indices sont présentés. Il y a ainsi huit catégories d’équipement dont la composition et les caractéristiques sont présentées dans les paragraphes suivants.

5.4.1 Chargeuses navettes

Ce sont des incontournables dans les opérations minières souterraines modernes. Elles offrent une très grande autonomie et une grande flexibilité en opération. Elles peuvent être utilisées comme

51

unique équipement de chargement et de halage, pour le transport du minerai ou du stérile, si la distance entre la face de travail ou le point de soutirage et la chute à minerai ou à stérile est généralement inférieure à 250 m. Au-delà de cette distance, il est plus productif d’apparier une chargeuse avec un camion. Toutes les mines souterraines du Québec contactées dans cette étude possèdent au moins une chargeuse navette. Leurs dimensions sont très variées. Les chargeuses navettes retrouvées dans les mines québécoises ont une capacité de chargement qui varie de moins d’un mètre cube de capacité pour les mines filoniennes à des unités de plus grande envergure ayant une capacité de jusqu’à 9 m3 pour des mines à haut tonnage. Avec une puissance comprise entre 33,75 kW et 322,5 kW, elles contribuent énormément à l’augmentation des besoins en air frais des mines, autant pour la réaction de combustion que pour la dilution des contaminants produits par celles-ci. Les débits d’air requis des moteurs homologués pour ces équipements varient de 5,664 m3/s à 12,414 m3/s. La figure 2, ci-après, illustre une chargeuse navette en opération dans une mine souterraine.

Figure 2 : Chargeuse navette en opération

5.4.2 Camions

Ce sont des équipements principalement utilisés pour le halage pendant la production ou pour le développement. Ils sont généralement de grandes envergures et opèrent dans les rampes et les travers-bancs. Avec une puissance comprise entre 150 kW et 603,75 kW, ils contribuent grandement à l’augmentation des besoins en air frais des mines, autant pour la réaction de combustion de leur moteur que pour la dilution des contaminants produits par ceux-ci. Les débits d’air requis des

52

moteurs homologués pour ce type d’équipement varient de 6,702 m3/s à 20,72 m3/s. La figure 3, ci-après, illustre un camion en opération dans une mine souterraine.

Figure 3 : Camion en opération

5.4.3 Jumbos de forage

Ce sont des équipements utilisés pour le forage des trous de sautage dans les faces de travail lors de la phase de développement. Ils sont remplacés par la foreuse sur béquille dans les mines peu mécanisées. Avec une puissance comprise entre 30,75 kW et 150,75 kW, ils sont parmi les équipements qui contribuent le moins au besoin d’air dû à la machinerie. En effet, le taux d’utilisation de ce type d’équipement, tel que donné par les opérateurs miniers, varie entre 25 % et 50 % des heures d’opération. Mais celui calculé avec les heures motrices est généralement inférieur à 10 %. Par ailleurs, plusieurs jumbos sont diesel-hydraulique ou diesel-électrique, il y a donc zéro émission nocive lorsqu’ils fonctionnent à l’électricité, entre autres pendant le forage. Les débits d’air requis des moteurs homologués pour ces équipements varient de 17,936 m3/s à 13,734 m3/s. La figure 4, ci - après, illustre un jumbo de forage à deux mâts en opération dans une mine souterraine.

53

Figure 4 : Jumbo de forage en opération

5.4.4 Boulonneuses

Ce sont des équipements principalement utilisés pour l’installation du support de terrain après avancement de la galerie d’une ou plusieurs volées. Elles ont une puissance comprise entre 60 kW et 132,75 kW. À l’instar des jumbos de forage, elles sont parmi les équipements qui contribuent le moins aux besoins d’air dû à la machinerie. En effet, le taux d’utilisation de ce type d’équipement, tel que donné par les opérateurs miniers, varie entre 25 et 50 % des heures d’opération. Mais celui calculé avec les heures motrices est généralement inférieur à 10 %. Les débits d’air des moteurs homologués pour ces équipements varient de 3,54 m3/s à 9,718 m3/s. La figure 5, ci-après, illustre une boulonneuse en opération dans une mine souterraine.

Figure 5 : Boulonneuse en opération

54

5.4.5 Transporteurs de personnel et de matériel

Ce sont des équipements principalement utilisés pour le déplacement du personnel et certains matériels entre différents points de la mine. Cette catégorie comprend les tracteurs proprement dits, les mules, les camionnettes et tous autres types de véhicules affectés au transport des travailleurs dans la mine. Avec une puissance comprise entre 56,25 kW et 95,25 kW, ils sont parmi les équipements qui contribuent le plus au débit d’air dû aux équipements notamment à cause de leur grand nombre, surtout dans les grandes mines, où on peut compter jusqu’à plus de 60 unités de cette catégorie. Pourtant, le taux d’utilisation estimé par les opérateurs miniers de ce type d’équipement n’est que de 50 % du temps d’opération et le taux ajusté aux heures motrices réelles est inférieur à 30 %. Les débits d’air des moteurs homologués pour ces équipements varient de 0,643 m3/s à 5,57 m3/s. La figure 6, ci-après, illustre un type de tracteur utilisé pour le transport du personnel dans une mine souterraine.

Figure 6 : Tracteur

5.4.6 Véhicules munis de plateformes élévatrices (ciseaux)

Ils sont utilisés pour les travaux en hauteur. Avec une puissance comprise entre 60 kW et 150,75 kW, ils contribuent peu aux besoins en air frais des mines dû aux équipements par rapport aux autres catégories d’équipements. Les débits d’air des moteurs homologués pour ces équipements varient de 2,124 m3/s à 6,938 m3/s. La figure 7, ci-après, illustre un ciseau dans une mine souterraine.

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Figure 7 : Véhicules munis de plateformes élévatrices (ciseaux)

5.4.7 Foreuses

Cette catégorie est composée des équipements de forage, tels que les foreuses long-trou, les foreuses grosses roches et autres. Elles sont utilisées pour le forage des chantiers de production ou pour le forage des roches de très grande dimension qui nécessitent un second sautage pour faciliter la manutention. Avec une puissance comprise entre 42,75 kW et 130,5 kW, elles contribuent peu aux besoins en air frais des mines dû aux équipements parce que leur déplacement est très peu fréquent et elles travaillent le plus souvent de façon stationnaire. Il y a donc zéro émission nocive puisqu’elles fonctionnent à l’électricité en phase stationnaire. Les débits d’air des moteurs homologués pour ces équipements varient de 2,36 m3/s à 3,54 m3/s. La figure 8 ci-après illustre une foreuse en opération dans une mine souterraine.

Figure 8 : Foreuse long trou en opération

56

5.4.8 Autres équipements mobiles

Cette catégorie comprend entre autres les niveleuses, les élévateurs, la lance à béton, le ‟boom-truck” et certains équipements des autres catégories utilisés pour des tâches différentes à leur utilisation habituelle, telles les chargeuses navettes et camions. Avec une puissance comprise entre 93,75 kW et 187,5 kW, les débits d’air requis des moteurs homologués pour ces équipements varient de 0,85 m3/s à 17,75 m3/s pour. Ces équipements réalisent le plus souvent des tâches spéciales, tels que l’entretien du plancher, projection du béton sur les parois de la galerie, etc. La figure 9, ci-après, illustre une niveleuse.

Figure 9 : Niveleuse

5.4.9 Récapitulatif des équipements mus au diesel dans les mines souterraines du Québec en 2012

Les données qui suivent présentent l’état de la situation au moment de la fin de la collecte d’information, à savoir Novembre 2012. Le tableau 14 montre le nombre d’équipements recensés par catégorie dans chacune des mines.

57

Tableau 14: Sommaire de la quantité des équipements motorisés par mine

Équipements mine A mine B mine C mine D mine E mine F mine G mine H mine I mine J mine K mine L mine Y Total % Camion 2 11 3 3 3 3 16 1 7 6 4 2 0 61 8,6 LHD 4 17 3 11 6 14 30 4 17 10 7 6 3 132 18,6 Jumbo 1 5 2 2 2 4 7 1 5 9 1 2 0 41 5,8 Boulonneuse 0 2 1 2 0 4 14 0 3 5 1 3 0 35 4,9 Tracteurs 1 41 0 14 9 19 69 1 17 16 10 3 4 204 28,7 Ciseaux 1 10 2 4 4 8 11 1 6 9 10 3 0 69 9,7 Foreuses 0 9 0 2 0 0 10 0 0 0 0 8 0 29 4,1 Autres 0 37 3 13 6 4 28 1 10 3 13 21 0 139 19,6

Total 9 132 14 51 30 56 185 9 65 58 46 48 7 710 100

58

Le total pour l’ensemble des mines souterraines du Québec recensées s’élève à 710 équipements mus au diesel; 28,7 % de ces équipements sont des tracteurs ou servent principalement aux déplacements des travailleurs, 18,6 % du total est composé des chargeuses navettes utilisées pour le halage et chargement de la roche lors du développement ou de la production. La catégorie « autres équipements » représente 19,6 % du total. Les camions et les ciseaux représentent respectivement 8,6 % et 9,7 % des équipements recensés.

Dans les calculs des indices, les équipements sont étudiés dans leur ensemble et deux sous-groupes en particulier sont étudiés avec plus d’attention. Les sous-groupes sont constitués des équipements de chargement et de halage (chargeuses navettes et camions) et des équipements de production et développement (équipements de halage plus boulonneuses et foreuses à mât). La raison de cette attention particulière à ces sous-groupes est leur importance capitale sur la puissance motrice totale installée et, de ce fait, sur le débit exigé par les équipements pour la ventilation. Les graphiques 15 et 16 montrent l’importance de ces sous-groupes. Le graphique 15 montre la proportion de chaque catégorie d’équipement par rapport à l’ensemble des équipements recensés alors que le graphique 16 montre la proportion de la puissance totale installée que chaque catégorie d’équipement représente.

Graphique 15 : Proportion des catégories d’équipements selon leur nombre pour l’ensemble des mines

8,6%

18,6%

5,8%

4,9% 28,7%

9,7%

4,1%

19,6%

Nombre d'équipements

Camions

LHD

Jumbos

Boulonneuses

Tracteurs

Ciseaux

Foreuses

Autres

59

Graphique 16: Proportion de la puissance cumulative par catégorie d'équipement pour l’ensemble des mines

Les équipements de chargement et de halage comptent pour 54 % de la puissance motrice totale installée alors qu’ils ne représentent que 27 % de l’ensemble des équipements. Le phénomène est encore plus important lorsqu’il est étendu aux équipements de production et développement qui comptent pour 63 % de la puissance installée alors qu’ils ne constituent que 38 % de l’ensemble d’équipements.

5.5 Indicateurs caractérisant l’utilisation des équipements mus au diesel

Les tableaux 15 et 16 montrent respectivement les débits d’air et les puissances calculés pour l’ensemble de la flotte d’équipements pour chaque tonne de tout-venant extraite.

Tableau 15 : Débit par tonne de minerai hissé

Mine Qexigé Qp&d exigé Qhal exigé N° m3/s/ tonne m3/s/ tonne m3/s/ tonne

mine A 0,0802 0,0628 0,0599 mine B 0,2015 0,1265 0,1213 mine C 0,0156 0,0142 0,0127 mine D 0,0212 0,0156 0,0156 mine E 0,1586 0,1322 0,1279 mine F 0,0453 0,0340 0,0307 mine G 0,0812 0,0448 0,0415 mine H 0,0425 0,0448 0,0359 mine I 0,0581 0,0430 0,0321 mine J 0,2039 0,1260 0,1104 mine K 0,0543 0,0425 0,0378 mine L 0,0236 0,0160 0,0160 mine Y 0,0033 0,0028 0,0028

31%

21% 8% 7%

7%

9%

3% 13%

Puissance des équipements mobiles installés

Camions

LHD

Jumbos

Boulonneuses

Tracteurs

Ciseaux

Foreuses

Autres

60

Tableau 16 : Puissance des équipements par tonne de tout-venant hissé

Mine Pi Pu

N° kW/tonne kW/tonne

mine A 1,80 1,60

mine B 6,27 4,22

mine C 0,39 0,00

mine D 0,74 0,46

mine E 5,38 3,80

mine F 1,59 0,94

mine G 2,83 1,63

mine H 1,45 0,89

mine I 1,25 0,81

mine J 6,62 4,53

mine K 2,16 1,25

mine L 0,73 0,53

mine Y 0,04 0,04

Les débits sont calculés pour l’ensemble de la flotte, pour les équipements de production et de développement (Qp&d), ainsi que pour les équipements de halage et chargement (Qhal). Le débit exigé est la somme des débits requis par l’homologation selon le type de moteur ou la puissance nominale, si l’équipement n’est pas homologué, en tenant compte de leurs taux d’utilisation. L’annexe 7 montre un exemple de calcul des indices de débit et de puissance. Lorsque plusieurs équipements fonctionnent en même temps, les mines fournissent le débit d’air de la façon suivante :

• 100 ¤% du débit homologué pour les unités mobiles les plus exigeantes,

• 75 % du débit homologué pour les deuxièmes unités les plus exigeantes,

• 50 % du débit homologué pour les autres unités mobiles.

Par conséquent le débit réel fourni pour diluer les produits d’échappements est inférieur à la somme des débits homologués de chaque unité mobile. Il est à noter que le débit par tonne hissée dédié aux équipements de halage et de chargement contribue en moyenne à 68 % du débit par tonne hissée exigé pour les mines, même si en moyenne ils ne comptent que pour 53 % du débit exigé par la

61

réglementation pour la dilution des gaz. Ceci vient du fait que le taux d’utilisation des chargeuses navettes et des camions est plus élevé que pour les autres équipements. La puissance installée (Pi) est la puissance nominale totale des équipements divisée par le tonnage journalier hissé. La puissance utilisée (Pu) est la somme de la puissance nominale des équipements pondérée par leur taux d’utilisation et divisée par le tonnage journalier hissé.

5.5.1 Débit d’air fourni dans les mines souterraines québécoises

Le débit réel de la mine est comparé au débit exigé par la réglementation pour la dilution des gaz d’échappement. Ce dernier est obtenu en faisant la somme du produit des débits homologués et du taux d’utilisation estimé par la mine de l’équipement. Le tableau 17 montre les taux d’utilisation utilisés dans le calcul du débit exigé.

Tableau 17 : Taux d'utilisation estimé par catégorie d'équipement

Equipement mine A mine D mine E mine J Moyenne TU estimé Camion 100% 50% 83% 100% 83% 88% LHD 75% 86% 83% 92% 84% 88% Jumbo 75% 25% 50% 50% 50% 25% Boulonneuses - 25% - 50% 38% 25% Tracteurs 100% 50% 50% 75% 69% 50% Ciseaux 100% 30% 30% 50% 53% 30% Foreuses - 25% - 50% 38% 25% Autres - 43% 50% 75% 56% 30%

Sur l’ensemble des 13 mines sondées, 4 mines ont fourni des taux d’utilisation estimés. Pour les mines qui n’ont pas fourni de taux d’utilisation estimé, le TU utilisé dans le calcul est estimé de la manière suivante :

• Pour les équipements de chargement et halage, un TU estimé à 100 % pour 3 équipements sur 4 et de 50 % pour le quatrième, ce qui correspond à un taux d’utilisation moyen de 88 %.

• Le TU estimé pour les équipements stationnaires (Jumbo, Foreuses, Boulonneuses) est de 25 %.

• Le TU estimé pour les équipements de transport de personnel (Tracteurs) est de 50 %.

62

• Et finalement un TU estimé de 30 % est utilisé pour les véhicules munis de plateformes élévatrices et les autres catégories d’équipements.

Le graphique 17 montre un histogramme des débits réels des mines et des débits exigés par le règlement dû à l’utilisation des engins propulsés par un moteur diesel.

Graphique 17: Histogramme des débits réels dans la mine et des débits exigés dus à la machinerie

Il en ressort trois groupes bien distincts, à savoir les mines à débit élevé, au-delà de 236 m3/s, les mines à débit moyen compris entre 94,4 m3/s et 236 m3/s, ainsi que les mines à débit faible, soit inférieur à 94,4 m3/s. Trois mines fournissent un débit inférieur au débit exigé pour satisfaire à la norme due à l’utilisation des équipements.

Dans le cas de la mine J, cette anomalie s’explique par le fait qu’elle est un projet en développement, qu’elle ne fonctionne pas à son plein potentiel, tandis que sa flotte d’équipements est déjà acquise. Les paramètres de la flotte ultime nécessaire pour atteindre les objectifs de production sont utilisés dans les calculs.

La mine B, par contre, possède une flotte d’équipements assez impressionnante et les besoins de l’ensemble de la flotte sont supérieurs au débit réel. Il faut noter que cette mine possède un système de ventilation à débit variable, entre 259,6 m3/s et 339,84 m3/s. Généralement, le débit hebdomadaire fourni est en moyenne de 306,8 m3/s. En présumant que la mine n’emploie pas l’ensemble de sa

660,70

386,98 339,79

283,16

205,29 200,57 176,97 148,19

80,23 56,63 30,68

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

min

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min

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min

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min

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min

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min

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min

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min

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min

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min

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min

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Débit en m3/s Débit Total de la mine

Débits réels Débits exigés

63

flotte d’équipements simultanément, cela lui permet d’envoyer un débit d’air inférieur à celui exigé par l’ensemble de la flotte.

De plus, la différence entre le débit réel dans la mine et le débit ajusté au taux d’utilisation réel des équipements (TUR) est évaluée. Le débit ajusté (QA) est le débit dû à l’utilisation des équipements mobiles, et il est calculé en tenant compte des heures motrices travaillées. Le tableau 18 montre les TUR utilisés dans le calcul du débit ajusté.

Tableau 18 : Taux d'utilisation réel par catégories d'équipement

Equipement mine B* mine D mine E mine F* mine G mine H* mine I* mine J mine K Moyenne Camion 33% 22% 37% 23% 37% 45% 19% 36% 50% 34% LHD 24% 28% 35% 36% 31% 45% 25% 32% 27% 31% Jumbo 5% 30% 17% 7% 8% - 5% 5% 3% 10% Boulonneuses 18% 9% - 7% 6% - 7% 5% 6% 8% Tracteurs 10% 10% 20% 10% 13% 10% 11% 10% 17% 12% Ciseaux 10% 9% 20% 15% 27% - 8% 26% 32% 18% Foreuses 25% 7% - - 4% - - - - 12% Autres 15% 9% 24% 25% - 28% 14% 15% 24% 19% * : Mines ayant fourni les heures motrices opérées des équipements. Le TUR est calculé en faisant le rapport entre les heures motrices travaillées pendant une certaine période de temps sur le nombre total d’heures de travail planifié selon l’échéancier de la mine pour la même période de temps. Les heures motrices sont soit fournies par la mine ou calculées à l’aide du cahier 3 du registre d’aérage et de ventilation des mines souterraines. Le graphique 18 montre la différence entre le débit réel mesuré à la sortie des ventilateurs principaux de la mine et le débit ajusté au taux d’utilisation réel.

64

Graphique 18 : Différence entre débit réel et débit ajusté au taux d'utilisation réelle (TUR) dû à l'utilisation des équipements motorisés

Dans le cas des mines à moyen et à haut tonnage, le débit cumulatif exigé par la réglementation correspond au moins à 86 % et peut aller au-delà de 100 % du débit réel envoyé sous terre. Quant au débit ajusté au taux d’utilisation réel, il atteint rarement 50 % du débit réel de la mine. Par exemple, la différence entre le débit réel à la mine G et le débit ajusté est de 377,6 m3/s, alors que pour les mines I et B, les différences sont respectivement d'au moins 283,3 m3/s et 236 m3/s.

Ainsi, il semble exister un grand potentiel d’économie de coûts pour la plupart des mines du Québec dans l’éventualité où les mines utiliseraient un système de ventilation sur demande. Bien que ces économies potentielles seraient limitées par le fait qu’une partie de l’air fourni serve à la réduction de la chaleur et au maintien d’une vitesse d’air minimale pour évacuer la poussière, l’écart entre le QR et le QA est suffisamment élevé pour engendrer des réductions des coûts grâce à un système de ventilation sur demande. Les économies potentielles peuvent être considérées sur les coûts énergétiques du système de ventilation (climatisation et consommation électrique des ventilateurs).

5.5.2 Puissances motrices des équipements dans la mine par tonne extraite

La puissance des équipements mobiles installés dans la mine pour une tonne hissée est inférieure à 6,75 kW/tonne (voir tableau 16) et varie selon le niveau de production et de mécanisation de la mine. Pour la plupart des mines souterraines du Québec, la puissance installée par tonne journalière extraite est comprise entre 0,75 et 3 kW/tonne. Cependant, certaines mines ont une puissance

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

min

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min

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min

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min

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min

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min

e H

Débit en m3/s Débit réel Vs Débit ajusté au TU réel

Débits réels

Débits ajustés au TUR

65

installée par tonne supérieure à 3 kW/tonne, ce qui est le cas pour les mines J, B et E. Pour expliquer cela, plusieurs hypothèses sont avancées, notamment :

Pour le cas de la mine J, un grand nombre de fronts de développement et de production simultanés sur différents niveaux de la mine, ce qui produirait peu de matériel, pourrait justifier un indice de puissance par tonne extraite plus élevée;

Un grand nombre d’équipements de soutien, le cas de la mine B, dont les équipements directement en lien avec la production ne représentent que 27 % de la flotte comparativement à une proportion de 37 % en moyenne pour l’ensemble des mines;

Le hissage à la surface du tout-venant par la rampe, ce qui est le cas de la mine E; cela pourrait être la cause de la faible productivité des équipements. En effet, la mine peut utiliser un plus grand nombre d'équipements dans le but de réduire le temps de cycle d’autant plus que la distance linéaire entre les points de soutirage et la surface est grande.

Le graphique 19 montre la puissance totale installée et la puissance utilisée par tonne de roche hissée.

.

Graphique 19: Puissances totales installées et calculées selon le taux d’utilisation estimé par tonne de roche

hissée par jour

mine J

mine E

mine B

mine A

mine G mine F

mine H

mine K mine I mine L mine D

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

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Puis

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otric

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isss

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(kW

/ton

ne)

Puissance motrice par tonne hissée

Puissance utilisée

Puissance installée

66

Pour finir, il y a les mines possédant un indice de puissance installée par tonne extraite inférieure à 0,75 kW/tonne, dont les mines D et L. La mine D possède 51 unités mobiles, cependant son tonnage journalier est de 7400 tonnes hissées par jour. La méthode d’extraction utilisée dans la mine permet une grande productivité des équipements motorisés. La mine L est un projet en développement, dont le modèle d’extraction est calqué sur la méthode utilisée à la mine D.

5.5.3 Débit d’air fourni par rapport à la puissance cumulative des équipements de la mine

L’indice de débit d’air fourni par unité de puissance est un moyen rapide d’estimer le débit total d’une mine lorsque la flotte d’équipement à utiliser a été déterminée. Le graphique 20 montre la quantité d’air fourni par kW de puissance installée et utilisée.

. Graphique 20 : Débit fourni par kW de puissance diesel

La différence notable entre les valeurs de puissance installée et utilisée est une nette indication de la grande variété des règles empiriques que les opérateurs miniers suivent pour attribuer un taux d’utilisation estimée à chaque moteur diesel lors de l’estimation du débit de ventilation totale de la mine. La mine A a clairement le débit de ventilation par kW le plus élevé (plus de 0,06 m3/s/kW) due à un contexte de ventilation très difficile (perte d’air significatif dans le voisinage des anciens endroits de travail). Les mines I et L aussi ont un débit de ventilation par kW élevé, bien qu’elles n’aient pas la plus grande flotte d’équipement mu au diesel. Il est aussi à noter que la mine G (opération en très grande profondeur), en dépit d’une grande flotte d’équipement, fournit un débit de ventilation par kW

mine J

mine B mine E

mine G mine K

mine A

mine F

mine H

mine I

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mine L

0,000

0,010

0,020

0,030

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0,070

0,080

0,090

Déb

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par

kW

de

puis

sanc

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esel

(m

3 /s/k

W

Débit fourni par kW de puissance diesel

Puissance installée

Puissance utilisée

67

modeste de seulement 0,033 m3/s/kW qui correspond à la moyenne de la plupart des mines sondée dans l’étude. Ensuite, la corrélation entre le débit d’air exigé et le tonnage journalier sera établie.

5.5.4 Débit d’air exigé dans la mine par tonne extraite

Le débit d’air exigé dans la mine par tonne de tout-venant extrait est le débit dû à l’utilisation des équipements mus par un moteur à combustion interne par tonne de roche hissée. C’est un excellent indicateur sur le niveau de mécanisation de la mine. Il traduit l’impact de la flotte d’équipement sur la quantité d’air frais dont la mine a besoin pour extraire une tonne de tout-venant.

Le graphique 21 montre le débit exigé dans la mine pour diluer les gaz d’échappement des équipements mobiles en tenant compte du taux d’utilisation estimé de ces derniers par tonne hissée.

Graphique 21: Débit exigé par tonne de roche hissée due à l'utilisation des équipements motorisés

Le débit d’air frais exigé pour extraire une tonne de roche dépend presque exclusivement de la puissance motrice et du nombre d’équipements mus par un moteur à combustion interne installés dans la mine. Le débit exigé par la réglementation pour la dilution des gaz d’échappement des équipements motorisés par tonne hissée est compris entre 0,0236 et 0,2832 m3/s/tonne. Ces dernières valeurs ne sont pas très différentes de celles retrouvées dans la littérature.

mine J

mine B mine E

mine G

mine A

mine I

mine K

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mine H mine L

mine D 0

0,05

0,1

0,15

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3 /s/t)

Débit exigé par tonne hissée

Débit ensemble de la flotte

Débit production et développement

Débit halage et chargement

68

Une étude menée par CanmetMINES sur 12 mines souterraines au Québec montre un débit par tonne journalière extraite des mines compris entre 0,0236 et 0,1652 m3/s/tonne (Lacroix, 2008). Une autre étude a été menée aux États-Unis sur 17 mines réparties de la façon suivante : les mines de petite à moyenne taille, exploitation de grande dimension et exploitation par blocs foudroyés. L’étude montre que le débit par tonne journalière extraite des mines étudiées est compris entre 0,1652 et 0,2077 m3/s/tonne (Wallace, 2001). Le débit moyen par tonne pour les mines de petite à moyenne taille, de grandes dimensions et les exploitations par blocs foudroyés sont respectivement de 0,118; 0,1255 et 0,0236 m3/s/tonne.

Selon les données recueillies lors de la présente étude, le débit exigé par tonne hissée pour diluer les gaz d’échappement des équipements motorisés dans les mines du Québec, en moyenne, de 0,076 m3/s/tonne. En général, les mines du Québec fournissent entre 0,0472 et 0,118 m3/s/tonne de débit d’air pour diluer les gaz des équipements mobiles. Les mines qui fournissent plus de 0,118 m3/s/tonne de débit d’air sont celles qui ont plus de 3 kW/tonne de puissance d’équipement installés. Les mines D et L fournissent un débit d’air par tonne moyen de 0,0203 m3/s/tonne dû à la grande productivité de la méthode d’extraction utilisée à l’instar des exploitations par blocs foudroyés étudiées par Wallace et Wallace (2001). La prochaine section présentera une discussion plus approfondie des résultats obtenus. Cela montre la contribution importante des équipements motorisés sur le débit d’air fourni pour les opérations dans les mines souterraines du Québec.

5.5.5 Discussion des résultats

Dans les paragraphes précédents, trois groupes distincts de mines sont ressortis. Ils se distinguent par la moyenne de leurs indices, notamment ceux du débit par tonne journalière hissée et de la puissance par tonne journalière hissée.

A priori, il est fréquent de présumer que les mines les plus mécanisées sont celles qui requièrent un plus grand débit de ventilation. En regardant de plus près le débit exigé pour les mines, il est possible de ressortir trois groupes distincts de mines, chaque groupe étant caractérisé par son débit moyen. L’ensemble des mines à l’étude peut donc être subdivisé en mines à débit élevé, mines à débit moyen et mines à débit faible. Un test statistique de Student permet de comparer les débits moyens des trois groupes. En supposant une variance différente entre les groupes de mines, l’hypothèse nulle d’égalité de deux débits moyens est testée entre le groupe des mines à débit élevé et les mines à débit moyen, et entre les débits moyens des mines à débit moyen et celui des mines à débit faible.

69

Le test établit à un niveau de confiance de 95 % que la moyenne des mines à débit élevé est supérieure à la moyenne des mines à débit moyen avec un p-value de 0,0263. De même, la moyenne des mines à moyen débit est supérieure au débit moyen des mines à débit faible avec un p-value de 0,0041 à un niveau de confiance de 95 %. Le graphique 22 illustre l’écart entre les débits moyens de chacun des groupes. Le groupe des mines à débit élevé comprend les mines G, I, B et L. Le groupe à débit moyen comprend les mines D, K, F et J. Le groupe des mines à faible débit comprend les mines A, E et H.

Graphique 22: Débit réel par différents groupes de mines

Le même exercice appliqué au débit exigé par tonne hissée et à la puissance par tonne hissée révèle aussi une subdivision des mines en trois groupes différents en raison de la valeur des indices qu’ils affichent. Si le premier clivage des mines tient compte uniquement du nombre d’équipements installés et de leur impact sur le débit d’air à envoyer sous terre, le second prend en compte le rapport entre le nombre d’équipements installés à la mine et le tonnage journalier hissé à la surface. Les graphiques 23 et 24 illustrent l’écart entre les débits moyens de chacun des groupes, respectivement pour le débit exigé pour l’ensemble des équipements et le débit exigé pour les équipements de halage uniquement. Le groupe des mines à débit élevé par tonne hissée comprend les mines J, B et E. Le groupe à débit moyen par tonne hissée comprend les mines A, K, F, G, I et H. Le groupe des mines à débit faible par tonne hissée comprend les mines D et L.

mine G

mine I mine B

mine D

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100

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700

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3 /s

Débit réel des différentes mines Débit élevé

Débit moyen

Débit faible

Moyenne (Débit élevé)

Moyenne (Débit moyen)

Moyenne (Débit faible)

70

Graphique 23: Écart entre le débit moyen exigé par tonne hissée pour l’ensemble des équipements

Graphique 24: Écart entre le débit exigé par tonne pour les équipements de halage

Ainsi, une mine très mécanisée peut se retrouver avec des indicateurs faibles si la méthode d’exploitation permet le minage d’une grande quantité de matériel. C’est le cas des mines L et D, dont les méthodes de minage permettent le recouvrement d’un tonnage important une fois la phase de développement terminée. Ces mines bénéficient d’un maximum de productivité pour un minimum d’équipements installés eu égard au tonnage journalier hissé. Dans le même ordre d’idées, une mine faiblement mécanisée peut se retrouver avec de forts indices de débit exigé par tonne journalière

mine B mine J

mine E

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mine I mine K

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0,05

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Débit moyen exigé par tonne hissée pour l'ensemble des équipements

Débit élevé

Débit moyen

Débit faible

Moyenne (Débit élevé)

Moyenne (Débitmoyen)Moyenne (Débit faible)

mine B

mine J

mine E

mine G mine I

mine K mine F

mine A

mine H

mine L

mine D

0

0,02

0,04

0,06

0,08

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m3 /s

/T

Débit moyen exigé par tonne hissée pour les équipements de halage

Débit élevé

Débit moyen

Débit faible

Moyenne ( Débit élevé)

Moyenne (Débit moyen)

Moyenne (Débit faible)

71

hissée ainsi que de puissance installée par tonne journalière hissée. C’est le cas des mines A, H et I, dont le débit cumulatif exigé pour les équipements représente entre 70 % et 89 % du débit réel, alors qu’il correspond généralement à plus de 93 % du débit réel pour les mines fortement mécanisées, à savoir les mines D et L, qui bénéficient d’une très grande productivité. Les mines E et J ont des indices plus grands que le tonnage journalier hissé ne laisse présager. Dans ce dernier cas, le débit exigé et la puissance motrice installée sont très élevés comparativement au tonnage journalier hissé. Pour la mine E, cela s’explique par le fait que la roche brisée est remontée en surface uniquement par la rampe à l’aide des camions. Il en est de même pour la mine J où une partie des équipements de services utilise fréquemment la rampe jusqu’en surface, bien que le minerai soit hissé par le puits de production. Il y a donc trois groupes distincts dans l’ensemble des mines québécoises.

Ces groupes se distinguent par le débit moyen exigé et la puissance moyenne par tonne de roche hissée. Le test statistique de Student permet d’affirmer, à un niveau de confiance de 95 %, que la moyenne du groupe à débit élevé est supérieure à celle du groupe à débit moyen, lequel à son tour est supérieur au groupe à débit faible, avec des p-value des tests de 1,6 % et 0,08 % respectivement pour le premier et le second test d’égalité des moyennes. Le rejet de l’hypothèse nulle d’égalité des moyennes de différents groupes reste vrai lorsqu’appliquée au débit exigé pour les équipements de halage par tonne de roche hissée avec des p-value des tests de 2,5 % et 1,9 % respectivement pour le premier et le second test d’égalité des moyennes. Le résultat reste le même lorsque le test est appliqué sur l’indice de la puissance installée par tonne de minerai hissé pour les mêmes groupes de mines. Le graphique 25 montre la différence entre la puissance moyenne installée par tonne extraite de différents groupes.

72

Graphique 25: Écart entre la puissance moyenne par tonne installée des trois groupes

Le rejet de l’hypothèse nulle d’égalité des moyennes de différents groupes reste vrai avec un p-value des tests de 1,1 % et 0,27 % respectivement pour le test entre la moyenne des mines à puissance élevée et les mines à puissance moyenne, puis entre les mines à puissance moyenne et les mines à puissance faible par tonne de roche extraite.

5.6 Modèle de prédiction du débit d’air pour les mines québécoises

Une série de régressions linéaires a permis de mettre en évidence les relations entre le débit réel, le tonnage journalier extrait, la profondeur de la mine et la puissance totale d’équipements installés. Les paramètres comme le débit réel sous terre par les mines et les indices de conformité des mines sont régressés par les paramètres opérationnels, tels que le tonnage journalier hissé, la puissance totale installée, le nombre d’équipements dans la mine, le type de hissage (par puits ou par rampe), le type de métaux extraits principalement (précieux, métaux de base et autre) et la profondeur ultime de la mine. Tout d’abord, la matrice de corrélation entre les différentes variables explicatives est calculée. Les variables avec un coefficient de corrélation supérieur à 80 % ne sont jamais utilisées en même temps dans la régression d’une variable endogène donnée pour les raisons suivantes :

Premièrement, pour éviter le problème de multicolinéarité des variables exogènes qui peut aboutir en une matrice singulière (non inversible). Cela rendrait donc impossible la régression.

mine E

mine B mine J

mine I mine K

mine F

mine A

mine H

mine D

mine L

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

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6,0

7,0

Puis

sanc

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W/T

Puissance par tonne extraite Puissance élevée

Puissance moyenne

Puissance faible

Moyenne (Puissance élevée)

Moyenne (Puissancemoyenne)Moyenne (Puissance faible)

73

Deuxièmement, deux variables fortement corrélées apportent la même information dans l’explication de la variance de la variable réponse. Il n’est donc pas nécessaire de toutes les inclure dans les variables explicatives.

Le tableau 19 montre la matrice de corrélation des variables exogènes utilisées pour les régressions. La puissance totale installée dans la mine (P) et le nombre de véhicules (NV) sont très fortement corrélés avec un coefficient de corrélation de 98,7 %. Pour cette raison, ils ne peuvent donc pas être utilisés simultanément dans la régression.

Tableau 19: Corrélation entre les variables exogènes de la régression

Prof TH TM1 TM2 P T NV Prof 1

TH 0,43874795 1 TM1 -0,18750285 0,15811388 1

TM2 0,26649473 -0,25819889 -0,81649658 1 P 0,75461286 0,14982576 -0,45039052 0,46061643 1

T 0,18085122 0,19952878 -0,60712893 0,52867641 0,35006614 1 NV 0,70941972 0,18575446 -0,40191017 0,41262505 0,98758903 0,30921419 1

Prof : profondeur ultime de la mine

TH : Type de hissage utilisé (1 lorsque le hissage de la roche vers la surface est fait par le puits et 0 si c’est par la rampe)

TM1 : Type de métaux (1 pour les métaux précieux ou le diamant, 0 sinon )

TM2 : Type de métaux (1 pour les métaux de base, 0 sinon)

P : Puissance totale installée est la somme des puissances nominales des équipements de la mine

T : Tonnage journalier hissé en surface, incluant le minerai et le stérile

NV : Nombre de véhicules (équipements) dans la mine

Le modèle et le test statistique de Fisher de l’importance globale de la régression sont significatifs à un niveau de confiance de 95 %. Les variables non significatives, dont la probabilité de la statistique t du test de Student du coefficient bêta correspondant est supérieure à 5 %, sont écartées du modèle.

74

Le nouveau modèle de régression est ensuite testé de la même façon jusqu’à ce qu’aucune autre variable ne puisse être enlevée du modèle. Pour finir, les modèles adéquats sont validés après vérifications des hypothèses générales de la régression linéaire sur les erreurs (estimées par les résidus de la régression). Ces hypothèses sont :

les erreurs sont linéaires, par conséquent leur espérance est zéro;

l’homoscédasticité des erreurs, c’est-à-dire que la variance des erreurs reste constante pour toutes les observations;

les erreurs doivent être non corrélées entre elles;

les erreurs suivent une distribution de moyenne nulle.

5.6.1 Modèle de prédiction du nombre d’échantillons de PCR>0,6 mg/m3 par poste de travail

Le nombre d’échantillons de PCR non conformes à la réglementation (NENR) est régressé par le nombre de tâches de dénomination différente inclus dans la définition du poste de travail (NT), le nombre de mines ayant échantillonné le poste (NM) et le nombre total d’échantillons du poste de travail pour l’ensemble des mines (Total). Le modèle retenu comprend une constante, le total de l’échantillon et le nombre de tâches inclus. Son expression mathématique est :

𝑁𝐸𝑁𝑅 = 1,87 + 0,11 × 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 − 1,077 × 𝑁𝑇

Le coefficient de détermination du modèle (R2) est de 87,8 % et le coefficient de détermination ajusté (R2 ajusté) est de 83 %. Le p-value de la statistique F qui traduit l’adéquation du modèle est de 0,51 % inférieure au seuil critique de 5 %. Cela signifie qu’il y a 0,51 % de probabilité de commettre l’erreur de type un, soit rejeter l’hypothèse nulle (au moins une variable exogène explique une partie significative de la variabilité de la réponse observée) alors que cette dernière est vraie.

La constante dans le modèle est non significative parce que la probabilité de la statistique t est de 33,5 % supérieure au seuil de 5 %. Néanmoins, elle est incluse dans le modèle parce qu’elle permet d’augmenter le R2 ajusté de plus de 10 % par rapport au modèle sans intercepte. Autrement dit, il réduit la variabilité contenue dans les résidus de 10 %.

75

Les hypothèses générales de la régression sont testées pour la plupart par des graphiques des résidus. Il faut éviter toutes sortes de tendances dans ces graphiques, tels des résidus en forme d’entonnoir ou des résidus qui varient avec les variables de la régression. Voici les graphiques de résidus pour tester chacune des hypothèses :

résidus vs valeur ajustée (e, Yprévision) : permettent de cerner l’hypothèse de linéarité, si vraie, les points doivent être centrés verticalement à zéro. Il doit avoir une allure complètement aléatoire;

résidus studentisés vs valeur ajustée : permettent de détecter l’homoscédasticité. Un graphique entonnoir indique que la variance n’est pas constante. Les résidus supérieurs à 3, en valeur absolue, traduisent un manque de normalité ou une présence de données aberrantes;

résidus vs numéro d’observations : permettent de vérifier l’autocorrélation des résidus. Si les résidus se suivent en ligne droite, il y a autocorrélation;

la normalité est vérifiée par le graphique de la probabilité normale des résidus; si ces derniers sont normalement distribués, les points sur les graphiques suivent une droite à pente positive.

Pour ce modèle, les graphiques des résidus ne montrent aucune tendance particulière et peuvent être trouvés en annexe.

Selon le modèle, plus le nombre d’échantillons réalisés est grand, plus il y a des valeurs non conformes à la réglementation. Par contre, plus il y a de tâches différentes incluses dans le même poste de travail, moins il y a de cas de non-conformité. En principe, l’environnement minier doit être sain en tout temps. Les échantillons non conformes doivent apparaître rarement et ces rares occurrences doivent alerter la mine pour une correction immédiate de la situation. L’idéale serait qu’y ait aucune relation entre le nombre d’échantillons réalisés et le nombre d’échantillons non conformes. Cette relation peut être due à des erreurs d’échantillonnages, telle la contamination des appareils de mesures ou d’analyse.

76

5.6.2 Prédictions du débit réel par la profondeur ultime de la mine

Le modèle de prédiction du débit réel par la mine, en utilisant la profondeur ultime de la mine comme variable exogène, peut servir pour une estimation grossière et rapide du débit à fournir dans un projet minier situé au Québec dont la profondeur du gisement est la seule donnée fiable. Le graphique 26 illustre la variation du débit réel par la mine par rapport à la profondeur ultime de celle-ci.

Graphique 26: Variation du débit réel par rapport à la profondeur ultime

Le coefficient de détermination R2 est de 57 %.

Cela implique que le modèle explique à peine plus de la moitié de la variabilité du débit des mines québécoises. La relation entre le débit réel pour la mine et la profondeur ultime est traduite par l’équation suivante :

Q : prévision du débit à fournir par les ventilateurs principaux de la mine en m3/s.

Prof : profondeur ultime de la mine en mètres.

𝑄 = 0,178 × 𝑃𝑟𝑜𝑓 + 65 (en 𝑚3

𝑠)

Ceci implique que le débit réel augmente de 0,178 m3/s pour chaque mètre de profondeur. La donnée de la mine G, et ses 3110 m de profondeur, est très influente dans le modèle. Néanmoins, elle doit être incluse dans le modèle parce qu’elle traduit le cas unique des mines très profondes.

y = 0,1776x + 65,089 R² = 0,5704

0

100

200

300

400

500

600

700

0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00 3500,00

Déb

it d'

air r

éel e

n m

3 /s

Profondeur ultime de la mine en mètre (m)

Débit réel vs profondeur

débit vs ProfondeurLinéaire (débit vs Profondeur)

77

Ces dernières doivent faire face à des défis plus importants en ventilation, notamment le réchauffement de l’air par autocompression et la diffusion de l’énergie thermique de la roche in situ dans l’air ambiant. Par conséquent, le débit réel pour garder un environnement de travail convenable en très grande profondeur est beaucoup plus élevé qu’il ne devrait l’être dans une mine possédant la même capacité d’extraction à une profondeur plus faible. Les mines J et C ne sont pas incluses dans le calcul du modèle parce qu’elles n’ont pas encore atteint la pleine production et que le débit estimé lors de la phase de production n’est pas connu. Le débit réel actuellement par ces mines ne peut être utilisé parce qu’il ne correspond pas au débit prévu pour la phase de production.

5.6.3 Prédictions du débit réel par le tonnage journalier hissé

Le tonnage journalier hissé est une donnée qui peut être facilement estimée au début d’un projet minier. Il peut être obtenu grâce aux formules empiriques utilisées dans le domaine en connaissant les réserves minières ou par la capacité planifiée de l’usine de traitement. Le modèle de prédiction du débit réel par la mine, en utilisant le tonnage journalier extrait comme variable exogène, peut servir à l’estimation du débit à fournir dans un projet minier situé au Québec au niveau de l’étude de préfaisabilité. Le graphique 27 montre la variation du débit réel par la mine par rapport au tonnage journalier extrait des mines québécoises analysées dans cette étude.

Graphique 27: Variation du débit réel par rapport au tonnage journalier hissé pour les mines québécoises

Le coefficient de détermination R2 est de 79 %. L’équation de la relation entre le débit réel pour la mine et le tonnage journalier extrait est la suivante :

y = 0,0561x R² = 0,79

100

200

300

400

500

600

700

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Déb

it ré

el p

ar la

min

e en

m3 /s

Tonnage journalier hissé (T/J)

Débit réel vs Tout-venant

78

Q : prévision du débit à fournir par les ventilateurs principaux de la mine en m3/s.

T : Tonnage journalier extrait de la mine (minerai et stérile inclus).

𝑄 = 0,0561 × 𝑇 (𝑒𝑛 𝑚3

𝑠)

Ceci implique que le débit réel augmente de 0,0561 m3/s ou 0,0561 m3/s pour chaque tonne de tout-venant hissé.

Un second modèle est obtenu en ajoutant aux données des mines québécoises celles d’un graphique de référence incluant quelques mines ontariennes et quelques autres mines de localisation non spécifiée (Gagnon, 2013), ainsi que 13 mines provenant de 4 pays différents tirées de l’étude réalisée par Wallace (Wallace, 2001), sans pour autant inclure les exploitations par bloc foudroyé et les données tirées d’une étude de Canmet (Lacroix, 2008). Le graphique 28 montre la relation entre le débit d’air fourni par les mines (en m3/s) et le tonnage journalier hissé.

Graphique 28: Relation débit réel vs tonnage journalier (référence en ventilation + mines québécoises)

Le nouveau modèle obtenu a un coefficient de détermination de 67 %; son expression mathématique est :

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Débi

t rée

l m3 /

s

Production journalière (tonnes/Jour)

Débit vs production journalière

Gagnon, C 2013

wallace 2001

Mafuta 2012

Lacroix, R. , 2008

79

𝑄 = 0,15 × 𝑇 (𝑒𝑛 𝑚3

𝑠)

Les deux modèles obtenus ont un coefficient de détermination relativement semblable, mais la pente du second modèle est presque le double du premier. Il est recommandé de privilégier l’utilisation du second modèle parce que ce dernier est basé sur un plus grand nombre de données. Par conséquent, il est plus significatif d’un point de vue statistique à moins que la mine soit localisée au Québec. Dans tous les cas, les modèles doivent être utilisés à titre indicatif ou comme base de comparaison. Pour une évaluation plus précise du débit d’air requis pour une mine, les calculs doivent être basés sur la réglementation en vigueur dans la région géographique où se trouve ladite mine.

Pour détecter de possibles données aberrantes ou influentes, notamment les quatre mines qui s’écartent légèrement de la tendance générale du nuage de points sur le graphique 28, les résidus studentisés et la distance de Cook (D) sont tracés par rapport aux débits prédits par le modèle, respectivement aux graphiques 29 et 30.

Graphique 29: Résidus studentisés-modèle de prédiction du débit par le tonnage journalier

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 200 400 600 800 1000 1200

Rési

dus

stud

entis

és

Prévisions du débit

Résidus studentisés vs prévisions du débit

80

Graphique 30: Distance de Cook-modèle de prédiction du débit par le tonnage journalier

Les résidus studentisés permettent de mesurer la magnitude des valeurs résiduelles entre la variable réponse observée et la variable réponse prédite par le modèle. Les valeurs des résidus studentisés supérieures à la valeur absolue de 3 indiquent de potentielles données aberrantes ou valeurs influentes (Montgomery, 2003). La distance de Cook (Di ) consiste au carré des résidus studentisés qui reflètent dans quelle mesure le modèle s’ajuste à l’observation i et une composante qui mesure la distance du point i au centre des n-1 points restants. Une valeur Di supérieure à l’unité indique que le point est influent (Montgomery, 2003).

Pour le modèle de prédiction du débit par le tonnage, aucun point influent ne se démarque des 24 observations, comme l’attestent les graphiques 29 et 30 ci-dessus.

5.6.4 Prédictions du débit réel par le tonnage journalier hissé et la puissance nominale totale des équipements installés dans la mine

Le modèle de prédiction du débit réel par la mine, grâce au tonnage journalier hissé et à la puissance nominale installée dans la mine, offre une meilleure estimation du débit comparativement au précédent modèle. Ce modèle explique 96,3 % de la variabilité du débit réel dans les mines québécoises. La relation entre le débit réel de la mine et les variables exogènes est:

Q : prévision du débit à fournir par les ventilateurs principaux de la mine (m3/s).

T : Tonnage journalier extrait de la mine (minerai et stérile inclus).

P : Puissance nominale totale des équipements installés dans la mine (kW).

𝑄 = 0,0268 × 𝑇 + 0,0159 × 𝑃 (𝑒𝑛 𝑚3

𝑠)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 200 400 600 800 1000 1200

D

Prévisions débit

Distance de Cook vs prévisions débit

81

Les graphiques 31 et 32 des résidus studentisés et de la distance de Cook de ce modèle permettent de mettre en évidence la forte influence de la mine D sur le modèle comparativement aux autres points.

. Graphique 31: Résidus studentisés-modèle de prédiction du débit par le tonnage journalier et la puissance installée

Graphique 32: Distance de Cook-modèle de prédiction du débit par le tonnage journalier et la puissance installée

Bien que la mine D soit assez détachée du reste des données sur le graphique des résidus studentisés, ce dernier ne montre aucune évidence de la forte influence de la mine D. Par contre, l’influence de la mine D est assez marquée sur le graphique 32, d’où la distance de Cook de ce point qui est nettement supérieure à l’unité.

Malgré que la mine D s’écarte beaucoup du reste des points et de la prévision du modèle, comme le montre sa distance de Cook, elle est toutefois gardée dans le calcul du modèle parce qu’elle représente le cas des mines utilisant des méthodes d’extraction à grande productivité. Dans le cas de la mine D, la méthode est appelée long trou à la mine, mais correspond plus à des méthodes de production à grande échelle comme la méthode par bloc foudroyé. En effet, la méthode d’extraction à la mine D consiste à séparer le minerai en chantiers de grandes dimensions qui peuvent atteindre

mine D -3

-2

-1

0

1

2

0 100 200 300 400 500 600 700

Rési

dus s

tude

ntis

és


Résidus studentisés vs Prévisions Q

mine D

0

0,5

1

1,5

0 100 200 300 400 500 600 700

Di


Distance de Cook vs prévisions Q

82

200 m de hauteur. Ensuite, le minerai est abattu en deux séquences, mais la majorité de la roche est laissée dans le chantier avant le prochain abattage pour éviter le coût du remblayage et réduire la dilution due à l’effritement des parois des murs du chantier.

5.6.5 Prédictions du débit réel par le tonnage journalier hissé et la profondeur ultime de la mine.

Dans les paragraphes précédents, une bonne corrélation entre le débit réel des mines québécoises et le tonnage journalier extrait, ainsi qu’avec la profondeur ultime de la mine, a été établie. Un modèle d’estimation du débit réel dans les mines québécoises en m3/s basé sur ces deux paramètres fournirait des meilleures prévisions que le modèle n’utilisant qu’un des deux paramètres. Les mines J et C sont exclues dans le calcul du modèle pour les mêmes raisons que dans l’évaluation du modèle basé sur la profondeur. Le coefficient de détermination R2 du modèle est 90,7 %. L’équation de la relation entre le débit réel par la mine, la profondeur ultime et le tonnage extrait est la suivante :

𝑄 = 0,1196 × 𝑃𝑟𝑜𝑓 + 0,0334 × 𝑇 ( 𝑒𝑛𝑚3

𝑠)

Les graphiques des résidus et de la distance de Cook ne montrent aucune donnée aberrante ou influente.

83

6 CONCLUSION L’objectif principal de ce projet était de dresser le portrait de l’utilisation des équipements mus par un moteur à combustion interne dans les mines souterraines du Québec et d’établir leur impact sur la qualité de l’air. Particulièrement :

d’évaluer les débits d’air envoyés sous terre et la concentration de certains polluants dans l’air,

de donner une meilleure compréhension aux lecteurs de la notion de matières particulaires diesel,

d’expliquer les indices utilisés pour quantifier la concentration des MPD dans les endroits de travail,

d’élaborer et d’analyser les indices qui lient le niveau de mécanisation d’une mine au débit d’air fourni dans la mine,

de comparer les valeurs d’exposition limite permise au Québec par rapport à d’autres juridictions dans le monde ainsi que de déterminer la conformité des mines participantes sur le respect de la réglementation des concentrations maximales des contaminants dans l’air et de la surveillance de ces contaminants,

en outre, quelques technologies de contrôle des MPD sont présentées, pour les plus communes, le potentiel de réduction de la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal de la mine est évalué.

Les données sur la flotte d’équipements motorisés au moment de la cueillette sont relevées de 13 mines souterraines sur les 17 en activité ou sur le point de le devenir dans l’ensemble de la province de Québec. La banque de données comprend, à l’automne 2012, trois projets au stade avancé, une mine en développement et neuf mines au stade de production. À ce moment, un total de 710 unités mobiles était en activité dans l’ensemble des mines recensées, dont la quasi-totalité est propulsée par un moteur à combustion interne. La majeure partie des équipements sert au halage et au

84

chargement de la roche fragmentée, ce qui représente environ 29 % de l’ensemble des équipements, dont les deux tiers (21 %) sont composés de chargeuses navettes et le reste de camions (8 %). Les équipements utilisés pour le transport de personnel restent néanmoins la catégorie la plus représentée dans les mines souterraines, alors qu’ils constituent 31 % de l’ensemble. Il est à noter que les équipements de production représentent à eux seuls près de 54 % de la puissance totale installée dans les mines souterraines du Québec, bien qu’ils ne comptent que pour 29 % du nombre total des équipements installés.

Étant donné que le taux d’utilisation des équipements servant au chargement et au halage est plus élevé que celui des autres catégories d’équipements, ils contribuent en moyenne pour près de 70 % des émissions de MPD dans l’atmosphère minière. Par conséquent, ils sont responsables de la majeure partie de l’air à fournir pour diluer les gaz d’échappement. L’application des technologies de contrôle sur les équipements de halage et de chargement, tel les filtres à poussières diesel, avec une efficacité au moins égale à 80 %, permettrait à toutes les mines de réduire la concentration moyenne des MPD en dessous de la valeur limite de la concentration proposée par MSHA, laquelle est de 160 µg/m3 de carbone total (200 µg/m3 de PCR).

Deux principaux indices sont utilisés pour estimer la quantité des MPD dans l’air minier, chacun comportant des avantages et des inconvénients. Le premier indice est la poussière combustible respirable, qui a pour avantage une méthode d’analyse relativement simple et peu coûteuse. Par contre, la méthode d’analyse est beaucoup moins précise et sujette à plusieurs facteurs de contamination de l’échantillon par du carbone organique d’origine autre que la combustion du carburant dans les moteurs des véhicules. Le deuxième indice est le carbone élémentaire, qui présente l’avantage d’avoir comme unique source dans l’air minier la combustion du carburant dans le moteur à combustion interne et une méthode d’analyse beaucoup plus fiable. Néanmoins, la méthode d’analyse est aussi beaucoup plus coûteuse et le rapport entre MPD et CE varie beaucoup à des concentrations de carbone total inférieures à 160 µg/m3 en raison de la variabilité de la proportion de carbone organique.

La valeur d’exposition limite (VEL) aux MPD au Québec est 3 fois moins élevée que celle permise dans les autres provinces du Canada, mais elle est 3 fois supérieure à celle en vigueur aux États-Unis. Soit une VEL québécoise de 600 µg/m3 comparativement à 160 µg/m3 de CT (200 µg/m3 de PCR) pour la VEL adoptée par MSHA et en vigueur depuis janvier 2006. Certaines juridictions,

85

comme l’Australie et l’Afrique du Sud, ne possèdent pas de VEL. Toutefois, dans la pratique, ces pays se calquent à la norme MSHA. Il est à noter que la Suisse a la VEL la plus exigeante, soit de 0,1 µg/m3 de CE (0,13 µg/m3 de carbone total). De plus, la VEL pour les MPD n’est pas une concentration au-delà de laquelle la toxicité des émanations cause des symptômes connus et facilement détectables aux travailleurs. Elle est adoptée sur la base de prévention du fait qu’elle est techniquement et économiquement réalisable.

Les indices de conformité calculés montrent qu'en général les mines respectent le RSSTM en ce qui concerne les valeurs limites de concentrations des contaminants principaux qui sont les PCR et le CO. Les indices de conformités calculés sont pour la plupart supérieurs à 95 %. Les indices de conformité à la fréquence de prise de mesure sont excellents pour les mesures de monoxyde de carbone dans le circuit de ventilation (94°% en moyenne), mais un peu pauvre (78°% en moyenne) pour les mesures du même gaz à l’échappement des équipements. En effet, les mines ont tendance à effectuer les mesures de monoxyde de carbone soit uniquement tous les 6 mois ou aux 300 heures motrices travaillées par l’équipement, alors que le RSSTM oblige que les deux limites de temps soient respectées simultanément. Pour les particules combustibles respirables, en plus de l’indice de conformité, l’exposition mesurée a été regroupée par type de tâche ou de métier. La concentration moyenne de PCR, à laquelle les travailleurs miniers sont exposés, est inférieure à 0,6 mg/m3, qui est la limite maximale établie par la réglementation. Toutefois, il arrive que cette limite soit dépassée dans certains cas, notamment pour les opérateurs de chargeuses navettes, les travailleurs au développement, à la construction et à la production.

Les indices caractérisant le niveau de mécanisation par rapport aux dimensions du gisement exploité sont calculés pour estimer l’impact de la mécanisation des mines sur la qualité de l’air, notamment le débit par tonne journalière extraite et la puissance installée dans la mine par tonne journalière extraite. Ensuite, les données des registres d’aérage et engins à moteur diesel dans les mines souterraines sont utilisées pour déterminer les indices de conformité aux valeurs limites de concentration et délais de prise de mesure des contaminants, dont le monoxyde de carbone et les particules combustibles respirables.

Les indices, tels que le débit exigé par tonne journalière hissée et la puissance installée par tonne journalière hissée, permettent de distinguer trois groupes de mines : les mines fortement mécanisées, les mines moyennement mécanisées et les mines faiblement mécanisées par rapport

86

aux dimensions de leurs exploitations respectives. Les moyennes du débit exigé pour chaque tonne de tout-venant extraite sont de 0,188 m3/s /tonne; 0,0604 m3/s /tonne et 0,0160 m3/s /tonne respectivement pour les mines fortement mécanisées, les mines moyennement mécanisées et les mines faiblement mécanisées. La puissance installée par tonne extraite varie entre 0,0345 et 6,27 kW/tonne. Ces indices dépendent des conditions physiques et d’opérabilité de chaque mine.

Les modèles de prévisions du débit réel fourni pour la ventilation des mines québécoises permettent de ressortir la relation entre le débit et les paramètres opérationnels suivants : le tonnage journalier hissé, la profondeur ultime et la puissance nominale totale des équipements mobiles installés dans la mine. Ces modèles sont obtenus grâce à une régression linéaire sur les données des mines québécoises, hormis pour le modèle de prédiction du débit par le tonnage où les données des mines québécoises sont augmentées des données de quelques mines ontariennes et d’ailleurs dans le monde. La profondeur de la mine est le paramètre qui montre la plus faible corrélation avec le débit réel de la mine. Le coefficient de corrélation R2 de ce modèle est de 57 %, alors qu’il est de 67 % pour le modèle obtenu avec le tonnage journalier hissé. Le second modèle cité sera privilégié pour une meilleure précision. Pour une meilleure prévision du débit réel, le modèle incluant les paramètres « tonnage journalier hissé » et « profondeur de la mine » peut être utilisé. Ce modèle explique 90 % de la variabilité du débit d’air fourni dans les mines québécoises. Enfin, la meilleure estimation du débit réel fourni par les mines est donnée par le modèle ayant pour paramètres le tonnage journalier hissé et la puissance motrice totale des équipements. Le R2 de ce dernier modèle est de 96,5 %. Ceci fait l’état de l’utilisation des équipements mus par un moteur à combustion interne dans les mines souterraines du Québec.

Finalement, il est recommandé aux mines du Québec, afin d’être prêtes à toute éventualité, d’explorer plus en détail les moyens de contrôle existants des MPD, leurs applicabilités, les résultats escomptés pour chaque mine et enfin le coût d’implémentation de chaque technologie. Pour les nouveaux projets, il est suggéré d’évaluer le potentiel de l’utilisation des équipements électriques qui peuvent apporter les avantages suivant aux mines souterraines du Québec:

• une très grande vitesse en montée sur une rampe à 15 % (> 18 km/h);

• une très grande productivité, ce qui pourrait permettre une réduction de la taille de la flotte d’équipement;

87

• un meilleur rendement énergétique comparativement aux équipements mus par diesel;

• une réduction des émissions des MPD à l’échappement pourrait permettre de garder la concentration moyenne des MPD en dessous de 160 µg/m3 sans l’utilisation de ventilation additionnelle;

• une réduction du bruit par rapport à celui produit par les équipements mus au diesel avec un niveau de bruit de 80 dBA comparativement à 90 dBA pour les équipements mus au diesel.

Par contre, l’utilisation des équipements électriques est confrontée à certaines limitations telles que:

• une maintenance rendue difficile à cause du manque d’expérience, la rareté des pièces qui souvent ne sont pas disponibles sur le marché local;

• les camions électriques alimentés par une ligne suspendue (trolley) de type Kiruna Truck requièrent un asphalte bien entretenu à cause de leur grande sensibilité aux vibrations;

• Les conditions humides peuvent causer des problèmes aux systèmes électroniques des équipements;

• La portée des équipements électriques à câble et ceux alimentés par une ligne suspendu est limitée au trolley ou au cordon d’alimentation.

89

Bibliographies

Anyon P. Managing diesel particle [Conference] // 12th US/North American Mine

Ventilation Symposium / ed. Wallace. - Reno, Nevada : Wallace (ed), 2008. - pp. 521-526.

Anyon P. Managing diesel particle emissions through engine maintenance_an australien

perspective [Conference] // 12th US/North American Mine Ventilation Symposium. -

Reno, Nevada : Wallace (ed), 2008. - pp. 521-526.

Belle BK Use of baseline personal DPM exposure data for mine ventilation planning-A

south african journey [Conference] // 12th US / North American Mine Ventilation

Symposium. - Reno, Nevada : wallace, 2008. - pp. 481-485.

Breslin J A One hundread years of federal mining safety health research [Report]. -

Pittsburgh : DHHS (NIOSH) Publication No. 2010-128, 2010.

Bugarski A.D [et al.] Effectiveness of selected diesel particulate matter control

technologies for underground mining applications: isolated one study, 2003 [Report]. -

Cincinnati, OH : DHH (NIOSH) Publication N°2006-126, 2006.

Bullock R. L. General planning of the noncoal underground mine [Book] / ed. SME. -

Littleton, Colorado : SME, 2001. - pp. 15-29.

Daoust-Boisvert A. Industrie minière - Après l'amiante et la silice, le diesel? [Online] //

http://www.ledevoir.com. - Le devoir, janvier 25, 2013. - mai 8, 2013. -

http://www.ledevoir.com/societe/sante/369263/apres-l-amiante-et-la-silice-le-

diesel#haut. - 369263.

ECOpoint Inc. Emission standard: USA: nonroad Diesel Engine [Online]. - 1997. - Mai 1,

2013. - http://www.dieselnet.com.

ECOpoint Inc. Emission standard:Canada: Off-Road Engines [Online]. - 1997. - mai 30,

2013. - www.dieselnet.com.

Gagnon C Consultant en ventilation minière // Communication personnelle. - Québec :

[s.n.], 2013.

90

Haney R A Estimation of diesel particulate concentrations in underground mines

[Journal] // Mining engineering. - 2000. - 4 : Vol. 52. - pp. 61-64.

Haney R A Estimation of diesel particulate concentrations in underground mines

[Journal] // Mining engineering . - 2000. - pp. 61-64.

Lacroix R. Identifications des opportunités d'économies d'énergie dans les sytèmes de

ventilation des mines souterraines du Québec [Report]. - Ottawa : LMSM-CANMET

Rapport 07-060(RC), 2008.

McPherson, M. J. Subsurface ventilation and environnmentale engineering [Book]. -

Blacksburg, Virginie : Chapman & Hall, 1993.

Metz E.A. Diesel particulate matter- So what's the big deal? [Conference] // A mining

odyssey-SME Annual Meeting. - Denver Colorado : SME, 2001. - Vol. V .7.0/300 dpi. - pp.

Chap 01-085.

Montgomery D. C. Applied statistics and probability for engineers [Book]. - Hoboken :

john wiley and sons, Inc, 2003. - Vol. III.

Moore P. Stillwater opts for trolley [Article] // Mining Magazine. - 2009. - 7 : Vol. 200.

Noll JD [et al.] Relationship between elemental carbon, total carbon and diesel particulate

matter in several underground metal/nonmetal mines [Journal]. - 2007.

Osei-Boakye K, Mousset-Jones P and Kins K. Planning to meet the required DPM

concentration levels in underground mines - a calibration model [Conference] // 12th US/

North American Mines Ventilation Symposium / ed. Wallace. - Reno, Nevada : Wallace,

2008. - pp. 485-501.

Pomroy WH and Saseen GP MSHA's DPM rule for metal and nonmetal mines

[Conference] // 12th US/north American Mine Ventilation Symposium. - Reno, Nevada :

wallace, 2008. - pp. 455-462.

Roberge B, Grenier M and Gravel R Comparaison de deux indices d'exposition à la

matière particulaire diesel [Report]. - Montréal : IRSST, 2006.

91

RSSTM Règlement sur la santé et la sécurité du travail dans les mines du Québec

[Online] // www2.publicationsduquebec.gouv.qc.ca. - Éditeur officiel du Québec, Juin 1,

2013. - C. S-2.1, r. 14. - Juin 8, 2013. -

www2.publicationsduquebec.gouv.qc.ca/dynamicsearch/telecharge.php.

Schnakenberg G.H and Bugarski A.D Review of technology available to the underground

mining industry for control of diesel emissions [Report]. - Cincinnati, OH : DHHS(NIOSH),

2002.

Schnakenberg G.H Estimation of technically feasible DPM levels for underground metal

and nonmetal mines [Article] // mining engineering. - Septembre 2001. - pp. 45-51.

Stachulak J. Vale Inco's international search to curtail diesel emissions [Conference] //

12th US/North American Mine Ventilation Symposium. - Reno, Nevada : Wallace, 2008. -

pp. 475-479.

Stachulak Vale Inco's international search to curtail diesel emissions [Conference] // 12th

US/North American mine ventilation symposium. - Reno, Nevada : Wallace, 2008.

Wallace K General operation characteristic and industry practices of mine ventilation

systems. - Fresno, California : [s.n.], 2001.

A

Annexe 1 : Article 102 Règlement sur la santé et la sécurité du travail dans les mines au Québec [C. S-2.1, r. 14]

102. Lorsqu'un équipement est mû par un moteur à combustion interne dans une mine

souterraine, celui-ci doit être du type diesel. Son utilisation est subordonnée à l'observance des conditions suivantes:

1° La ventilation dans les endroits où sont utilisés ces moteurs doit permettre de diluer les contaminants présents dans les gaz d'échappement à des valeurs d'exposition mesurées au niveau de la zone respiratoire du travailleur; ces valeurs d'exposition doivent être:

a) Inférieures à 0,6 mg de poussières combustibles respirables par mètre cube d'air;

b) En deçà des valeurs d'exposition prévues à l'annexe I du Règlement sur la santé et la sécurité du travail (c. S-2.1, r. 13);

1.1° la méthode d'échantillonnage et d'analyse des poussières combustibles respirables doit être celle des Laboratoires des mines et des sciences minérales, LMSM-CANMET, décrite à l'annexe VI;

2° malgré le paragraphe 2 de l'article 101, lorsque plusieurs équipements mus par des moteurs diesels sont utilisés simultanément dans le même circuit de ventilation, la quantité d'air frais doit:

a) pour les moteurs homologués selon les Part. 31 et 32, Title 30, Code of Federal Regulations, Mine Safety and Health Administration et les moteurs non homologués, être de 100 % du débit donné pour l'unité la plus exigeante du point de vue de la ventilation, de 75 % du débit donné pour la seconde unité et de 50 % du débit donné pour toute unité additionnelle jusqu'à un minimum de 2,7 m3 par minute par kilowatt (71 pi3 par minute par cheval-vapeur [H.P.] à l'arbre du moteur;

b) pour les moteurs homologués selon la norme Engins automoteurs hors-rails, à moteur diesel pour utilisation dans des mines souterraines non grisouteuses, CAN/CSA-M424.2-M90, ou la norme Engins antidéflagrants hors-rails, à moteur diesel pour utilisation dans les mines souterraines grisouteuses, CAN/CSA-M424.1-88, et, selon les dispositions prévues à l'annexe VII, être de 100 % du débit donné pour chaque moteur utilisé dans le circuit de ventilation;

B

c) être égale ou supérieure à la somme des débits d'air frais exigés au sous-paragraphe a ou b, selon le cas, lorsque des moteurs diesels visés à ces sous-paragraphes sont utilisés simultanément;

3° (paragraphe abrogé);

3.1° l'ajout d'un additif au carburant diesel ne doit pas avoir pour effet d'abaisser le point d'éclair de celui-ci à moins de 37,8 °C (100 °F);

4° la teneur en soufre du carburant diesel doit être inférieure à 0,05 %;

5° le moteur ne doit pas émettre continuellement des fumées noires;

6° chaque moteur diesel doit être muni d'un dispositif d'épuration ou de dilution des gaz d'échappement;

7° la pompe d'injection d'un moteur diesel et son régulateur doivent être scellés avec des plombs;

8° une soupape d'arrêt manuelle ou contrôlée doit être posée sur la conduite de carburant allant du réservoir au moteur;

9° les bornes de la batterie d'accumulateurs doivent être isolées par un matériau non conducteur;

10° l'installation électrique d'un moteur diesel doit être munie d'un dispositif de coupure principale permettant d'interrompre le courant à la sortie de la batterie.

Pour l'application du sous-paragraphe b du paragraphe 2, les normes Engins automoteurs hors-rails, à moteur diesel pour utilisation dans des mines souterraines non grisouteuses, CAN/CSA-M424.2-M90 et Engins antidéflagrants hors-rails, à moteur diesel pour utilisation dans les mines souterraines grisouteuses, CAN/CSA-M424.1-88 s'appliquent à tout moteur diesel utilisé sous terre, malgré le domaine d'application précisé dans ces normes.

D. 213-93, a. 102; D. 1326-95, a. 22; D. 782-97, a. 12; D. 460-2000, a. 17; D. 885-2001, a. 383; D. 42-2004, a. 5; D. 119-2006, a. 8.

C

Annexe 2 : Vérification des hypothèses pour le modèle de la conformité des échantillons

-4-3-2-1012345

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00

Rési

dus

Nombre d'échantillon

Résidus vs Nombre d'échantillon

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12 14

Rési

dus

Nombre de tâches incluses

Résidus vs Nombre de tâches incluses

D

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 5 10 15 20 25

Rési

dus s

tude

ntis

és

Prévisions NENC

Résidus studentisés vs prévisions NENC

PrévisionsÉchantillon>0,6mg/m3

-4-3-2-1012345

0 5 10 15 20 25

Rési

dus

Prévisions NENC

Résidus vs Prévisions NENC

PrévisionsÉchantillon>0,6mg/m3

-4-3-2-1012345

0 2 4 6 8 10

Rési

dus

Numéro d'observation

Résidus vs Numéro d'observation

E

Annexe 3 : Vérification des hypothèses pour le modèle du Débit en fonction du tonnage et de la profondeur

-3 -2 -1 0 1 2 3 4

0.05

0.10

0.25

0.50

0.75

0.90

0.95

Résidu

Pro

babili

té

Graphique de probabilité normale (régression PCR)

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000Rési

dus

Profondeur en mètre

Résidus vs profondeur

F

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Rési

dus

Tonne

Résidus vs tonnage

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

0 500000 1000000 1500000Rési

dus

Prévisions Q

Résidus vs Prévisions Q

-2,5-2

-1,5-1

-0,50

0,51

1,52

2,5

0 500000 1000000 1500000

Rési

du st

uden

tisé

Prévisions Q

Résidus studentisés vs prévisions Q

G

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0 2 4 6 8 10 12 14

Rési

dus

Numéro d'observation

Résidus vs Numéro d'observation

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

x 105

0.05

0.10

0.25

0.50

0.75

0.90

0.95

Résidus

Prob

abilit

é

Graphique de probabilité normale (Régression du débit)

H

Annexe 4 : Questionnaire n°1

Mine

Début de la production Durée de vie Fin prévue Profondeur max.

Produits Métal Minerai Forme de la minéralisation Stérile

Ressources

Prouvées Probables Mesurées Indiquées

Production Production de minerai (t/j) Production de stérile (t/j) Total (t/j)

Méthodes de minage

Méthode % de production % de recouvrement % de dilution

Transport du minerai Méthode Tonnage annuel Distance moyenne Profondeur

Diesel consommé par les équipements motorisés Quantité utilisée / an Coût du diesel % du budget d'équipement Kw développés

Ventilation Ventilation fournie Exigée par la machinerie % de la ventilation totale Réseau de

ventilation (plans)

I

Annexe 5 : Questionnaire n°2

IDENTIFICATION DES EQUIPEMENTS 1. Les données, sur les équipements motorisés mus par un moteur à combustion

interne, requises sont listées ci-dessous. Les données seront recueillies pour chaque chantier de production grâce aux registres des mines sur le CO et la qualité d’air (PCR). Les paramètres suivants seront recueillis :

• Type d’équipement et puissance de son moteur diesel par endroits de travail, • Capacité portante/charge maximale (pour les chargeuses-navettes et camions) • Quantité d’air frais devant être fournie par rapport à la puissance installée par

endroits de travail (selon l’homologation CANMET ou MSHA, si disponible, sinon selon le règlement québécois)

• le nombre d’heures motrices accumulées par chaque équipement pendant l’année et les nombres d’heures par quart de travail et par endroits de travail.

• Le nombre d’employés par endroits de travail • Le tonnage à déplacer par endroits de travail • Les émissions des gaz d’échappement des équipements selon le registre d’aérage

et engins à moteur diesel dans les mines souterraines. Détermination d’un indice de conformité pour caractériser la qualité de l’air des endroits de travail.

2. Les paramètres techniques, opérationnels et économiques suivants seront

mesurés : Paramètres techniques

a. Dimensions géométriques; b. Capacité du godet (à ras et à refus – « struck » and « heaped » capacity); c. Capacité portante (charge maximale du godet en tonnes); d. Poids du véhicule (machine vide ou poids total incluant la charge maximale) e. Puissance du moteur; f. Voltage d’alimentation; g. Longueur du câble d’alimentation (combien de mètres de ce câble peuvent

être enroulés sur la bobine); h. Nouvelle infrastructure requise par l’équipement si applicable; i. Flexibilité opérationnelle (changements/modification par rapport à la mine

conventionnelle, temps/main d’œuvre requis pour déplacer l’infrastructure, impact sur le fonctionnement de la mine)

Paramètres opérationnels

j. Vitesse maximale vs pendage de la route ou, idéalement, le graphique l’illustrant;

k. Temps de cycle l. Disponibilité mécanique (si possible de l’estimer ou en se basant sur des

données historiques et évaluer la sensibilité de la disponibilité par rapport aux conditions de travail)

m. Ventilation requise

J

n. Émissions des gaz polluants Paramètres économiques

o. Coût de capital p. Coût d’installation ou d’aménagement q. Coût d’opération (coûts d’énergie motrice et coût de maintenance)

K

Annexe 6 : Questionnaire n°3 1. Avez-vous un ou des équipements mus par un type d’énergie alternative au diesel ?

2. Si Oui, quels sont les avantages d’opérer un tel type d’équipement par rapport à un équipement

mû au diesel de même capacité?

3. Quels sont les désavantages d’opérer un tel type d’équipement par rapport à un équipement mû au diesel de même capacité?

4. Si non, avez-vous des appréhensions à opérer un équipement mû par d’autres types d’énergie

que le diesel? Quels sont ces appréhensions?

5. Pensez-vous qu’il y est des limitations géométriques des galeries et des rampes pour l’utilisation des équipements mus par des énergies alternatives ? Par exemple pente maximale à ne pas dépasser, rayon de courbures plus grandes ou moins grandes par rapports aux équipements mus au diesel

6. Du point de vue maintenance électrique et mécanique, y a-t-il une différence (difficulté, fréquence

des pannes, fréquences d’entretien planifier, coût) entre les unités mues par des énergies alternatives et celles mues au diesel ?

7. L’utilisation des équipements mus par des types d’énergie alternative demande-t-elle des

aménagements spéciaux?

8. La réalisation des structures supportant est-elle coûteuse et prend-elle beaucoup de temps et d’effort? (changement / modification à la mine conventionnelle-impact sur le fonctionnement de la mine, temps et main d’œuvre)

9. La ventilation de votre mine pose-t-elle des défis particuliers ? Si oui lesquels?

10. Pensez-vous que les équipements mus par d’autre type d’énergie pourraient aider à réduire le

besoin en air frais dans les endroits de travail ? Comment?

11. Est-ce que les économies potentielles dues à la réduction de la quantité d’air frais requis suffiraient à couvrir les coûts de l’implantation des équipements mus par des types d’énergie autres que le diesel?

L

Annexe 7: Exemples de calcul d’indices pour une mine Dans cette section, sera présentée en détail la façon de calculer divers indices. L’exemple de la mine D sera présenté, car elle a fourni les données les plus complètes. Les calculs pour les autres mines ont été effectués en suivant la même démarche.

Premièrement, un certain nombre d’indices a été calculé pour évaluer l’impact de la mécanisation des mines sur la quantité d’air envoyée sous terre et sa qualité. Parmi lesquels :

Le débit d’air par tonne de tout-venant (Q/T) : C’est la quantité d’air envoyé sous terre pour chaque tonne hissée. Les débits par tonne pour l’ensemble des équipements de la mine, pour les équipements associés à la production et au développement et uniquement pour les équipements de chargement ont été calculés.

Le tonnage par kW installé (T/ kW) : C’est le nombre de tonnes journalières hissées par unité de puissance installée dans la mine.

La proportion du débit dû à la machinerie dans la mine pour chaque catégorie d’équipement (%VM).

La puissance totale installée (Pi) et la puissance utilisée (Pu) : la deuxième se distingue de la première du fait qu’elle est pondérée par le taux d’utilisation réelle de l’équipement, lequel est le rapport entre les heures motrices travaillées sur les heures totales de travail par jour.

Dans cette section seront présentés les détails des calculs pour la mine D. Les indices sont tous calculés de la même manière pour toutes les mines participantes.

Calcul d’indices caractérisant les opérations

Les données utilisées en entrée pour le calcul des indices sont :

Production journalière:7 400 tonnes

Tonnage annuel : 2 520 000 tonnes

Nombre d’employés : 80 pour le quart de jour et 50 pour le quart de nuit

Nombre de quarts : 2

Heures par quart : 12 pour la production et 10 pour le développement

Jours de travail par semaine : 7

Profondeur : 860 m

Débit de la mine (fourni par les ventilateurs principaux, QT) : 205,32 m3/s

M

Le tableau 20 présente les données complémentaires par catégorie d’équipements, lesquelles sont essentielles au calcul des indices. Il comporte notamment la puissance installée, le débit nominal, les heures de travail planifiées et réelles, le nombre d’équipements par catégorie, les coûts d’entretien, les coûts de capital et les coûts de carburant pour les équipements de halage et chargement.

N

Tableau 20:Données complémentaires pour le calcul d'indice

Équipement Puissance Puissance Débit d’air Débit d’air Heures/an Heures/an Nombre Coûts Coûts/an Coûts/an

Installée kW

Utilisée kW

Nominal m3/s

Fourni m3/s réelles Planifiées capital Entretien carburant

LHD dév 967,5 883,5 42,244 29,113 8590 7725 7 3 850 000 841 500 164 175 LHD prod 1290,0 1128,8 66,080 5,782 14 192 11 200 4 5 200 000 1 848 000 526 400 Camion 675,0 337,5 27,329 27,329 3993 3375 3 27 000 000 283 125 77 622 Jumbo 120,0 30,0 7,080 1,770 2

Boulonneuse 120,0 30,0 7,080 1,770 2 Tracteurs 892,5 446,3 59,472 29,736 14 Ciseaux 971,3 440,4 48,948 23,550 12 Véh. services 240,0 72,0 14,160 4,248 4

Foreuses 172,5 43,1 14,160 3,540 7 Total 5448,8 3411,5 284,193 178,876 56

O

Puissance utilisée (PU)

𝑃𝑈 = �𝑃𝐼 × 𝑇𝑈 × 𝑛 PU : La puissance utilisée est la puissance installée pondérée par le taux d’utilisation de l’équipement

PI : La puissance installée est la puissance nominale des équipements tel qu’indiqué par le manufacturier

TU* : Le taux d’utilisation de l’équipement est la proportion des heures de travail où le moteur de l’équipement est en fonction. Il est estimé arbitrairement par la mine

N : nombre de pièces d’équipement LHD : 𝑃𝑈 = (337,25 ∗ 3 ∗ 100%) + (337,25 ∗ 50%) + (187,5 ∗ 2 ∗ 100%) + (225 ∗ 100%)

+ (60 ∗ 2 ∗ 30%) = 2012,25kW

Camions : 𝑃𝑈 = 225 ∗ 3 ∗ 50% = 337,25 kW

Jumbo : 𝑃𝑈 = 60 ∗ 2 ∗ 25% = 30kW

Boulonneuse: 𝑃𝑈 = 60 ∗ 2 ∗ 25% = 30kW

Tracteurs : 𝑃𝑈 = 63,75 ∗ 14 ∗ 50% = 446,25 kw

P

Ciseaux : 𝑃𝑈 = 63,75 ∗ 3 ∗ 30% = 54kw

Foreuses4 :

𝑃𝑈 = (63,75 ∗ 25%) + (84 ∗ 25%) + (34,5 ∗ 3 ∗ 25%) = 61,875kw

Autres5 :

𝑃𝑈 = (40,125 ∗ 50%) + (56,25 ∗ 50%) + (30 ∗ 50%) + (16,875 ∗ 2 ∗ 10%) + (195∗ 50%) + (119,25 ∗ 30%) + (42 ∗ 30%) + (187,5 ∗ 30%)= 268,65𝑘𝑤

𝑃𝑈 = 2012,25 + 337,5 + 30 + 30 + 446,25 + 72 + 61,875 + 268,687= 3240,562kW

Débit exigé(QE)

C’est le débit d’air devant être fourni sous terre en lien avec l’utilisation des équipements.

𝑄𝐸 = �𝑄𝑁 × 𝑇𝑈 × 𝑛

QE : Le débit fourni est le débit nominal pondéré par le taux d’utilisation de l’équipement

QN : le débit nominal est le débit d’air indiqué par l’homologation du moteur ou la valeur par défaut calculée sur la base de la puissance nominale du moteur

TU* : Le taux d’utilisation de l’équipement

N : nombre de pièces d’équipement LHD : 𝑄𝐸 = (16,52 ∗ 3 ∗ 100%) + (16,52 ∗ 50%) + (8,307 ∗ 2 ∗ 100%) + (9,12 ∗ 100%)

+ (3,54 ∗ 2 ∗ 30%) = 86,933𝑚3/𝑠

Camions : 𝑄𝐸 = 9,12 ∗ 3 ∗ 50% = 27,328𝑚3/𝑠

4 La catégorie est constituée de : 2 foreuses grosses roches, 2 foreuses de production, 3 manipulateurs de tube de

forage.

5 La catégorie est constituée de : 3 élévateurs, 2 mini pelles, 1 niveleuse, 1 boomtruck, 1 anfotruck, 2 camions à

émulsion, 1 camion à ciment, 1 lance à cimenter.

Q

Jumbo : 𝑄𝐸 = 3,54 ∗ 2 ∗ 25% = 1,77𝑚3/𝑠

Boulonneuse: 𝑄𝐸 = 3,54 ∗ 2 ∗ 25% = 1,77𝑚3/𝑠

Tracteurs : 𝑄𝐸 = 4,248 ∗ 14 ∗ 50% = 29,736𝑚3/𝑠

Ciseaux : 𝑄𝐸 = 3,54 ∗ 3 ∗ 30% = 4,248𝑚3/𝑠

Foreuse* : 𝑄𝐸 = (3,54 ∗ 25%) + (3,54 ∗ 25%) + (2,36 ∗ 3 ∗ 25%) = 3,54𝑚3/𝑠

Véhicule de service :

𝑄𝐸 = (3,657 ∗ 50%) + (3,78 ∗ 50%) + (2,734 ∗ 50%) + (1,538 ∗ 2 ∗ 10%)+ (17,766 ∗ 50%) + (3,54 ∗ 30%) + (3,54 ∗ 30%) + (3,54 ∗ 30%)+ (1,88 ∗ 30%) + (1,88 ∗ 30%) = 23,55𝑚3/𝑠

𝑄𝐸 = 86,933 + 27,328 + 1,77 + 1,77 + 29,736 + 4,248 + 3,54 + 23,55= 178,876𝑚3/𝑠

Proportion du débit exigé par la machinerie

%VM = 𝑄𝐸𝑄𝑅

× 100 VM : est la proportion du débit réel par la mine due à l’utilisation des équipements motorisés QR : Le débit réel est le débit de la mine provenant des ventilateurs principaux %VM = 178,876 𝑚3/𝑠

205,32,𝑚3/𝑠× 100 = 87,12%

Proportion du débit d’air exigé par catégorie d’équipements

C’est le rapport entre le débit fourni pour répondre aux exigences d’air frais pour la dilution des gaz d'échappement d’une catégorie sur le débit total exigé par la machinerie. Il est à noter que pour la mine D, près de la moitié de l’air fourni pour les équipements est destinée aux chargeuses navettes. Le tableau 21 montre la contribution de chaque catégorie d’équipement ainsi que la puissance utilisée et le débit fourni pour chaque catégorie.

R

Tableau 21 : Proportion du débit exigé par catégorie d'équipements

catégorie Débit exigé Puissance utilisée % VC %PC

m3/s kW % VC=VF/VM %PC=PU/PUT

LHD 86,933 2012,25 48,6 % 59,00 % Camions 27,329 337,50 15,3 % 9,90 % Jumbos 1,770 30,00 1,0 % 0,90 % Boulonneuses 1,770 30,00 1,0 % 0,90 % Tracteurs 29,736 446,25 16,6 % 13,10 % Autres 23,550 440,44 13,2 % 12,90 % Ciseaux 4,248 72,00 2,4 % 2,10 % Foreuses 3,540 43,13 2,0 % 1,30 %

Puissance des moteurs diesel par tonne de tout-venant hissée (minerai et stérile) par jour et tonne par kW

Installée

𝑃𝑖/𝑇 =𝑃𝑖 𝑇𝐽

Pi/T : Puissance totale installée dans la mine par tonne de roche journalière hissée

T/Pi : Tonnage hissé par unité de puissance utilisée dans la mine

T/Pu: Tonnage hissé par unité de puissance utilisée dans la mine

Pu/T : Puissance totale utilisée dans la mine par tonne de roche journalière hissée

TJ : Tonnage journalier monté en surface incluant le minerai et stérile

Puissance installée par tonne hissée

𝑃/𝑇 =5448,75

7400= 0,736 𝑘𝑊/𝑇

Tonne journalière hissée par kW installé

𝑇/𝑃 = 1𝑃𝑇𝑖

S

𝑇𝑃

=1

0,736= 1,36𝑇/𝑘𝑊

Utilisée Puissance utilisée par tonne hissée

𝑃𝑢/𝑇 =𝑃𝑢/𝑇 𝑇𝐽

𝑃/𝑇 =3240,562

7400= 0,44𝑘𝑊/𝑇

Tonne journalière hissée par kW utilisé

𝑇/𝑃𝑢 = 1

𝑃𝑢/𝑇

𝑇/𝑃𝑢 =1

0,44= 2,28 𝑇/𝑘𝑊

Proportion d’air par tonne journalière hissée

Débit exigé par tonne extraite

𝑄/𝑇 = 𝑄𝐸𝑇𝐽

QE/T : Débit exigé dans la mine par tonne de roche journalière hissée

QEP&D/T : Débit exigé dû à l’utilisation des équipements de production et développement dans la mine par tonne de roche journalière hissée

QEhal/T : Débit exigé dû à l’utilisation des équipements de halage uniquement dans la mine par tonne de roche journalière hissée

TJ : Tonnage journalier monté en surface incluant le minerai et stérile

Débit pour tous les équipements

𝑄𝐸𝑇𝐽

= 178,86

7400= 0,0241 𝑚3/𝑠/𝑡

Débit pour équipements associés à la production et au développement

𝑄𝑃&𝐷

𝑇𝐽=

117,8017400

= 0,0159 𝑚3/𝑠/𝑡

Débit équipements de halage

T

𝑄ℎ𝑎𝑙𝑇𝐽

= 98,198

7400= 0,0154 𝑚3/𝑠/𝑡

U

Annexe 8 : Standard d’émissions des moteurs hors route niveaux 1-3

Tableau 22 : tiers 1-3 Standard d'émissions des moteurs hors route g/kW (g/hp.hr) (ECO point Inc., 1997)

Puissance du moteur Niveau Année CO HC NMHC+Nox NOx PM

KW<8 Niveau 1 2000 8.0 (6.0) - 10.5 (7.8) - 1.0 (0.75)

(hp<11) Niveau 2 2005 8.0 (6.0) - 7.5 (5.6) - 0.8 (0.6)

8 ≤KW<19 Niveau 1 2000 6.6 (4.9) - 9.5 (7.1) - 0.8 (0.6)

(11 ≤ hp < 25) Niveau 2 2005 6.6 (4.9) - 7.5 (5.6) - 0.8 (0.6)

19 ≤ KW < 37 Niveau 1 1999 5.5 (4.1) - 9.5 (7.1) - 0.8 (0.6)

(25 ≤ hp < 50) Niveau 2 2004 5.5 (4.1) - 7.5 (5.6) - 0.6 (0.45)

37 ≤ KW < 75 Niveau 1 1998 - - - 9.2 (6.9) -

(50 ≤ hp < 100) Niveau 2 2004 5.0 (3.7) - 7.5 (5.6) - 0.4 (0.3)

Niveau 3 2008 5.0 (3.7) - 4.7 (3.5) - *

75 ≤ KW < 130 Niveau 1 1997 - - - 9.2 (6.9) -

(100≤ hp < 175) Niveau 2 2003 5.0 (3.7) - 6.6 (4.9) - 0.3 (0.22)

Niveau 3 2007 5.0 (3.7) - 4.0 (3.0) - *

130 ≤KW< 225 Niveau 1 1996 11.4 (8.5) 1,3 (1.0) - 9.2 (6.9) 0.54 (0.4)

(175≤ hp < 300) Niveau 2 2003 3.5 (2.6) - 6.6 (4.9) - 0.2 (0.15)

Niveau 3 2006 3.5 (2.6) - 4.0 (3.0) - *

225 ≤KW< 450 Niveau 1 1996 11.4 (8.5) 1,3 (1.0) - 9.2 (6.9) 0.54 (0.4)

(300 ≤ hp < 600) Niveau 2 2001 3.5 (2.6) - 6.4 (4.8) - 0.2 (0.15)

Niveau 3 2006 3.5 (2.6) - 4.0 (3.0) - *

450 ≤KW< 560 Niveau 1 1996 11.4 (8.5) 1,3 (1.0) - 9.2 (6.9) 0.54 (0.4)

(600 ≤ hp < 750) Niveau 2 2002 3.5 (2.6) - 6.4 (4.8) - 0.2 (0.15)

Niveau 3 2006 3.5 (2.6) - 4.0 (3.0) - *

KW ≥ 560 Niveau 1 2000 11.4 (8.5) 1,3 (1.0) - 9.2 (6.9) 0.54 (0.4)

( hp ≥ 750) Niveau 2 2006 3.5 (2.6) - 6.4 (4.8) - 0.2 (0.15)

* non adopté, le moteur doit se conformer au standard de niveau 2

V

Tableau 23 : Niveau 4 Standards d'émission des moteurs hors routes g/kW (g/hp.hr) (ECO point Inc., 1997)

Puissance du moteur Année CO HC NMHC+NOx NOx PM

KW<8

2008 8.0 (6.0) - 7.5 (5.6) - 0.4 (0.3) (hp<11)

8 ≤KW<19

2008 6.6 (4.9) - 7.5 (5.6) - 0.4 (0.3) (11 ≤ hp < 25)

19 ≤ KW < 37 2008 5.5 (4.1) - 7.5 (5.6) - 0.3 (0.22)

(25 ≤ hp < 75) 2013 5.5 (4.1) - 4.7 (3.5) - 0.3 (0.22)

37 ≤ KW < 56 2008 5.0 (3.7) - 4.7 (3.5) - 0.3 (0.22)

(560≤ hp < 75) 2013 5.0 (3.7) - 4.7 (3.5) - 0.3 (0.22)

56 ≤ KW < 130

2012-2014 5.0 (3.7) 0,19(0.14) - 0.40 (0.30) 0.02 (0.015) (75≤ hp < 175)

130 ≤KW< 560

2011-2014 3.5 (2.6) 0,19(0.14) - 0.40 (0.30) 0.02 (0.015) (175≤ hp < 750)

W

Annexe 9 : Calcul des émissions de MPD par équipement Puissance nominale des moteurs= Pn (hp)

Taux d’utilisation des équipements sur la durée d’un quart de travail= TU (%)

Émissions unitaires de MPD des moteurs à combustion interne= EUM (g/hp-h)

Efficacité des catalyseurs= EC (%)

Efficacité des filtres= EF (%)

Contribution moyenne aux émissions de MPD des équipements mobiles (MPD brut)= CMEE (g/min)

Somme de la contribution moyenne aux émissions de MPD des équipements mobiles (MPD Brut)= SCMEE (g/min)

Puissance totale= Pt (hp)

Débit d’air pour se conformer à la VEL de 308 µg/m3 de CE = Q308CE (pcm)

Débit d’air pour se conformer à la VEL de 160 µg/m3 de CT = Q160CT (pcm)

1 CMEE = Pn * [(0,01)*(TU)]*(EUM)*[(0,001)*(100-EC)] *[(0,001)*(100-EF)]*(8 h/quart)* 0,00208 quart/min)

2 SCMEE=∑CMEE

3 Pt=∑Pn

4 Q308CE =1/[(308 µg/m3 )*(10-6 g/µg)*(1/SCMEE)*(1,2 MPD par TC)* (0,0284 m3/pied3)]

5 Q160CT =1/[(160 µg/m3 )*(10-6 g/µg)*(1/SCMEE)*(1,2 MPD par TC)* (0,0284 m3/pied3)]

Le débit d’air calculé avec le modèle donne une surestimation de 8 % à 15 %, lorsque calibré sur des opérations réelles. Par conséquent, le nouveau débit d’air à fournir par une mine pour se conformer à la VEL de 308 µg/m3 de CE et à la VEL de 160 µg/m3 de CT devrait être entre 8 et 15 % plus petit que celui calculé avec le modèle.

Impact de la mécanisation sur la ventilation dans les ...

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