Des ingénieurs résolvent un mystère de circulation d’air caché à près d’un mille sous terre
La gestion d’une installation située profondément sous la surface terrestre nécessite un contrôle constant de deux éléments essentiels : l’air et l’eau. Les travailleurs dans les tunnels et les puits souterrains dépendent d’une ventilation fiable pour survivre et travailler en toute sécurité. Parallèlement, les eaux souterraines et les eaux de pluie qui s’infiltrent sous terre doivent être collectées et pompées vers la surface.
Ce défi est familier aux grandes opérations minières, où des équipes spécialisées gèrent les systèmes de ventilation et d’eau. Il constitue également une partie critique du fonctionnement du Sanford Underground Research Facility (SURF), un vaste laboratoire scientifique souterrain situé dans le Dakota du Sud. Bien que l’exploitation minière n’y ait plus lieu, des ingénieurs miniers demeurent responsables du maintien en toute sécurité du vaste réseau de tunnels et de puits.
Des pluies intenses déclenchent des changements inattendus dans la circulation d’air
Depuis son arrivée à SURF en 2019, l’ingénieur minier Jason Connot supervise le système de ventilation de l’installation. Lors de périodes de fortes pluies, lui et ses collègues ont commencé à remarquer des anomalies. Les motifs de circulation d’air souterrain s’affaiblissaient parfois ou même inversaient leur direction.
« Nous avons remarqué que notre ventilateur devenait fou au puits 5. Certaines zones montraient une circulation d’air réduite, voire inversée, lors des événements pluvieux importants », a déclaré Connot.
Dans des conditions normales, l’air frais entre dans l’installation par deux puits principaux et sort par deux autres puits. Cependant, lors de fortes pluies, l’eau excédentaire est dirigée vers le puits 5, où elle est stockée dans un profond bassin souterrain avant d’être pompée.
Des capteurs révèlent une piste
Pour trouver une réponse, des données étaient nécessaires. La percée est survenue après l’installation de capteurs de circulation d’air Maestro au niveau 2000 dans le cadre d’un système de contrôle de ventilation automatisé. Ces mes ont permis aux ingénieurs de mieux comprendre comment l’air circulait dans l’installation.
Des preuves antérieures avaient déjà suggéré un lien. Lors d’un test du système de déluge du puits, des capteurs de circulation d’air au niveau 4850 avaient enregistré une augmentation inattendue du mouvement de l’air.
L’effet surprenant de l’eau tombante
Lors de tempêtes majeures, l’eau entrante peut dépasser la capacité du système de pompage souterrain. Pour gérer le surplus, les ingénieurs envoient l’eau excédentaire vers le puits 5 dans un bassin profond, semblable à un trop-plein qui aide à soulager la pression d’un réservoir plein. L’équipe suspectait que l’eau tombante elle-même pouvait influencer la circulation de l’air.
Leur théorie était que la colonne d’eau descendante agissait comme une seringue, poussant l’air à travers le puits au fur et à me de sa chute. Cette idée, bien que séduisante, nécessitait une confirmation scientifique.
Connot a exploré la littérature scientifique et a trouvé des rapports décrivant un phénomène similaire dans de grands systèmes d’égouts municipaux. Ces études incluaient des équations de dynamique des fluides expliquant comment l’eau en mouvement pouvait influencer le mouvement de l’air dans des espaces confinés. En collaboration avec des collègues de South Dakota Mines, Connot a adapté ces équations aux conditions de SURF, et les résultats correspondaient étroitement à ce que les ingénieurs avaient observé.
Implications pour la ventilation et la sécurité des mines
Les conclusions vont au-delà des tempêtes de pluie et pourraient avoir des implications pour les opérations souterraines à travers le monde. « En cas d’incendie, les ingénieurs miniers ouvrent parfois une vanne en haut et laissent tomber de l’eau dans le puits. Savoir que cela peut changer la circulation de l’air est une information cruciale pour tous », a déclaré Connot.
Étant donné que SURF fonctionne comme une installation de recherche, les ingénieurs ont eu l’opportunité d’étudier le phénomène en détail. « Ce n’est pas le genre d’étude que l’on aurait toujours le temps de faire dans une mine opérationnelle », a noté Connot.
Le travail de recherche de Connot, intitulé Effects of Water Inflows on a Mine Ventilation A Case Study, a été publié dans Mining, Metallurgy & Exploration.
Connot a été salué pour son engagement et sa persévérance dans cette recherche, qui contribue non seulement à SURF mais aussi à l’ensemble de l’industrie minière.
Source : Sanford Underground Research Facility (SURF)
