Apport de la surveillance par sismique passive à la sécurité dans les mines et à l'optimisation de l'extraction minière

L’objectif général du projet était de développer des outils d’aide à la décision permettant d’assurer la sécurité du personnel et d’optimiser l’exploitation des mines, à partir du suivi par écoute (monitoring) microsismique. L’écoute microsismique permet d’une part de localiser les hypocentres des évènements microsismiques et ainsi d’inférer les changements de contraintes, et d’autre part de cartographier la distribution des vitesses de propagations des ondes dans le massif rocheux, ce qui permet de cartographier la compétence mécanique de la roche car ce paramètre est relié aux vitesses sismiques.  Les objectifs spécifiques du projet étaient de mettre au point 1) un algorithme de localisation des hypocentres tenant compte des changements de vitesse dans le massif rocheux et compatible avec les logiciels de modélisation géologique utilisés par les compagnies minières, 2) un algorithme de détection des évènements microsismiques de faible magnitude qui permet de suivre avec plus de précision la sismicité induite, et 3) une méthode permettant d’estimer et de mettre à jour la variation spatiale de la broyabilité de la roche.

L’objectif 1 a été atteint par un étudiant au doctorat supporté par la subvention FRQNT, avec le développement d’un programme de localisation des hypocentres qui permet simultanément de déterminer les vitesses des ondes sismiques, et qui repose sur l’utilisation de maillages tétraédriques tels qu’utilisés par les compagnies minières.  L’objectif 3 a également été atteint grâce aux travaux d’une deuxième étudiante supportée par la subvention FRQNT.  Plus spécifiquement, une méthode d’incorporation des données acquises au fil du temps pour la mise à jour des modèles de vitesses sismiques, initialement développée dans le domaine pétrolier, a été adaptée au contexte minier.  Les codes informatiques développés par les étudiants sont publiés en open source et sont ainsi disponibles pour les compagnies et les chercheurs. Les travaux visant à l’atteinte de l’objectif 2 se poursuivent grâce à un nouveau financement, décrit au paragraphe suivant.

En plus des problèmes liés à l’exploitation minière en profondeur à proprement parler, les compagnies peuvent faire face à d’autres problèmes où le monitoring sismique est applicable.  C’est le cas d’ArcelorMittal, qui fait face à des problèmes d’instabilité de massifs rocheux en bordure de la voie ferrée reliant Mont-Wright à Port-Cartier. Les instabilités des parois rocheuses entraînent périodiquement des chutes de pierre sur la voie ferrée, ce qui menace la sécurité du transport ferroviaire. Les travaux entrepris dans le cadre de la subvention FRQNT ont servi de base pour un nouveau financement permettant de s’attaquer à ce problème spécifique.  Ce projet permet de mettre au point une méthode de surveillance continue de la stabilité des parois pour localiser dans l’espace et dans le temps les foyers d’instabilité qui sont susceptibles de causer des chutes de pierre, ceci pour permettre la planification et l’optimisation des opérations d’entretien. La méthode est basée sur l’écoute sismique car les foyers d’instabilité sont associés à des changements de contraintes qui génèrent des ondes sismiques. Le projet comporte quatre volets. Avec le premier volet, les limites de détectabilité de la méthode sont évaluées en fonction des conditions de bruit ambiant et du volume de pierre se décrochant de la paroi. Le deuxième volet porte sur l’automatisation de la discrimination des signaux d’intérêt. Le troisième volet vise à mieux comprendre les liens entre les chutes de pierre et les variables climatiques, afin de mieux comprendre les mécanismes à l’origine des chutes. Finalement, la précision de la localisation des foyers d’instabilité pour la géométrie particulière en cause ici (falaises) est le sujet du quatrième volet.