Les entreprises minières souterraines d'Amérique du Sud utilisent des compresseurs d'air portables pour la ventilation et les opérations de forage en front de taille.

Fin 2025, j'ai reçu une demande technique d'un entrepreneur minier péruvien qui m'a incité à réexaminer les spécifications des compresseurs d'air portables pour les applications souterraines. Cet entrepreneur exploitait une mine d'or souterraine à 3 600 m d'altitude dans les Andes péruviennes et utilisait une combinaison de ventilateurs axiaux électriques pour la ventilation et d'un système d'air comprimé distinct pour le forage du front de taille. L'installation existante présentait deux problèmes majeurs : le système de ventilation nécessitait un câble d'alimentation dédié de 400 V, fréquemment endommagé par les camions de transport circulant dans la galerie confinée, et le débit d'air des ventilateurs en altitude était inférieur d'environ 30 % à celui indiqué par le fabricant au niveau de la mer, en raison de la diminution de la densité de l'air. Le chef de projet de l'entrepreneur a demandé si un seul compresseur d'air portable diesel Kaishan pouvait alimenter à la fois la ventilation et le forage, éliminant ainsi le besoin d'infrastructure électrique et améliorant la fiabilité globale du système. Je me suis rendu sur le site minier en janvier 2026 pour effectuer des mesures directes et formuler une recommandation concernant les spécifications du compresseur.

Le calcul de déclassement en altitude qui a défini la configuration à deux unités pour la mine péruvienne

Ma première étape d'analyse a consisté à calculer le facteur de détarage lié à l'altitude pour le site minier souterrain. À 3 600 m d'altitude, la pression atmosphérique est d'environ 64 kPa, contre 101,3 kPa au niveau de la mer, soit une réduction de 37 % de la densité de l'air d'admission disponible. Pour un compresseur d'air à vis diesel, la puissance du moteur diminue d'environ 1 % par tranche de 100 m au-dessus de 1 000 m d'altitude, ce qui correspond à une perte de puissance de 26 % à 3 600 m. L'élément compresseur lui-même subit également une réduction de la densité de l'air d'admission. Un compresseur à vis Avec une entrée correctement dimensionnée, le compresseur conserve environ 90 % de son débit d'air libre au niveau de la mer à cette altitude, lorsque le moteur dispose d'une réserve de puissance suffisante pour entraîner l'élément à sa vitesse nominale. J'ai calculé qu'une unité fournissant 22 m³/min au niveau de la mer produirait environ 16,5 m³/min à 3 600 m d'altitude. Sur ce volume, environ 5 m³/min seraient nécessaires pour l'équipement de forage pneumatique du front de taille, ne laissant que 11,5 m³/min pour les éjecteurs de ventilation. L'ingénieur en ventilation de l'entrepreneur a calculé que la galerie principale nécessitait un minimum de 18 m³/min d'air frais pour maintenir les niveaux de particules de diesel en dessous du seuil de 1,5 mg/m³ fixé par l'autorité péruvienne de sécurité minière. Un seul compresseur ne pouvait pas satisfaire simultanément les besoins de forage et de ventilation. J'ai recommandé une configuration à deux unités : une unité principale dédiée aux éjecteurs de ventilation et une unité de secours pour le forage, avec un collecteur de raccordement permettant à l'une ou l'autre unité d'alimenter le système de ventilation en cas de défaillance de l'autre. Cette configuration offrait également une redondance opérationnelle dont le système précédent à ventilateur unique était dépourvu.

Performances de l'éjecteur de ventilation mesurées par rapport au système de ventilateur électrique précédent

L'entrepreneur a installé deux compresseurs portables Kaishan au niveau de l'orifice d'admission d'air frais. Ces compresseurs étaient reliés à un système d'éjecteur Venturi de 250 mm de diamètre qui aspirait l'air frais à travers la galerie à un débit mesuré de 22,5 m³/min, soit une amélioration de 40 % par rapport aux 16 m³/min mesurés avec l'ancien système de ventilation électrique au même emplacement. Le système d'éjecteur a permis d'éliminer les risques liés au passage des câbles électriques, car la conduite d'air comprimé reliant le compresseur à l'éjecteur était un tuyau en acier standard, conçu pour une pression de service de 10 bars, et non un câble fragile de 400 V acheminé le long de la paroi de la galerie. L'entrepreneur a indiqué que l'ancien système de ventilation électrique avait subi trois incidents de rupture de câble au cours des 12 mois précédents, chacun nécessitant un arrêt de production complet pour la réparation du câble, soit environ 24 heures d'immobilisation et une perte de production estimée à 18 000 USD par incident. Durant la période d'essai de 90 jours du système d'éjecteur d'air comprimé, aucun arrêt de production imprévu n'a été constaté en raison d'une défaillance du système de ventilation. Les mesures de particules fines diesel effectuées par le responsable de la sécurité de la mine au front de taille (à 600 m de l'entrée) ont affiché une moyenne de 1,2 mg/m³ sur la période d'essai, inférieure à la limite OSINERGMIN de 1,5 mg/m³ et nettement inférieure à la moyenne de 2,8 mg/m³ enregistrée avec le système de ventilation électrique. Cette amélioration est attribuée au débit d'air plus élevé et au débit constant maintenus par la régulation de pression du compresseur à vis, contrairement au débit variable du ventilateur électrique, affecté par les fluctuations de la résistance à la ventilation de la mine au fur et à mesure de l'avancement de la galerie.

Réduction du temps de cycle de perçage frontal obtenue grâce à la conception du collecteur à connexion croisée

L'équipement de forage au front de taille était un marteau perforateur pneumatique à flèche unique fonctionnant à une pression de 6 bars avec un débit d'environ 4,8 m³/min. Auparavant, le marteau était alimenté par un compresseur stationnaire dédié, situé à 200 m du front de taille. La perte de charge moyenne dans la conduite de 25 mm de diamètre était de 0,8 bar à plein débit. Avec le nouveau collecteur de raccordement, le marteau était alimenté par le compresseur de secours situé au portail (une conduite de 600 m). La perte de charge mesurée n'était que de 0,35 bar, car le diamètre de la conduite a été porté à 50 mm au lieu de 25 mm. Ce simple changement de diamètre a permis de réduire la perte de charge de 56 % et d'augmenter la pression de fonctionnement du marteau de 5,2 à 6,2 bars. La vitesse de pénétration a augmenté de 35 %, réduisant ainsi le temps de cycle de forage moyen par trou de mine de 4,5 à 2,9 minutes. L'entrepreneur a calculé que cette réduction du temps de forage permettait d'effectuer deux cycles de dynamitage supplémentaires par poste de 12 heures, augmentant ainsi la production journalière de minerai d'environ 180 tonnes. Le raccordement du collecteur d'air comprimé était un système de vannes simple, avec une vanne à guillotine de 50 mm sur chaque sortie du compresseur, reliées par un tuyau en acier de 50 mm muni de brides filetées. Le coût total des matériaux s'élevait à environ 1 200 USD, incluant le tuyau de plus grand diamètre, les deux vannes à guillotine et les raccords à brides. Les gains de production réalisés grâce à la réduction du temps de forage ont amorti la modification du collecteur dès les neuf premiers jours d'exploitation. Depuis, je recommande cette optimisation du diamètre des tuyaux à tous les entrepreneurs miniers utilisant des équipements de forage pneumatique à plus de 300 m du compresseur.

Comparaison de la consommation de diesel et des coûts d'entretien entre les deux systèmes

La consommation totale de diesel des deux compresseurs portables s'est élevée en moyenne à 18,5 L/h à 70 % de leur capacité sur les 90 jours d'essai. Le compresseur dédié à la ventilation fonctionnait à 85 % de sa capacité et le compresseur de forage de secours à 35 %. L'ancien système consommait 22 L/h pour le système de ventilation électrique dédié (alimenté par un groupe électrogène diesel, la mine n'étant pas raccordée au réseau électrique à l'entrée) et 8 L/h pour le compresseur de forage stationnaire, soit un total de 30 L/h. Le nouveau système a permis de réduire la consommation de diesel de 38 %, soit une économie de 11,5 L/h. Au prix du diesel au Pérou, d'environ 1,10 USD/L au moment de l'essai, les économies de carburant se sont élevées à environ 12,65 USD/h, soit 303,60 USD par jour de fonctionnement. Les coûts de maintenance étaient également plus avantageux pour la configuration à deux unités portables. Les compresseurs portables Kaishan partagent un même modèle de moteur, ce qui a simplifié le stock de pièces détachées : un seul jeu de filtres, courroies et huile suffit pour les deux unités. L’intervalle de vidange d’huile est de 500 heures pour les deux compresseurs, contre 250 heures pour le groupe électrogène diesel et le compresseur stationnaire, en raison de leurs moteurs différents. Le coût total annuel de maintenance est estimé à 4 800 USD pour les deux compresseurs portables, contre 8 200 USD pour l’ancien système composé d’un groupe électrogène et d’un compresseur stationnaire. Le responsable de la maintenance de l’entreprise a souligné que cette plateforme moteur commune réduit également les besoins en formation des mécaniciens : tout mécanicien capable d’entretenir un compresseur peut désormais entretenir les deux, alors que le système précédent exigeait une formation sur trois plateformes moteurs différentes.

Fiabilité au démarrage à froid en altitude andine et par basses températures nocturnes

Avant l'essai, une préoccupation opérationnelle majeure concernait la fiabilité du démarrage à froid des moteurs diesel sur le site minier, où les températures nocturnes à 3 600 m d'altitude peuvent chuter jusqu'à -5 °C, voire -10 °C après de fortes chutes de neige. Les compresseurs portables Kaishan étaient équipés d'un système de démarrage à froid en option, comprenant un réchauffeur de batterie, un réchauffeur de circuit de refroidissement et une huile moteur synthétique 5W-40 adaptée aux basses températures. Au cours des 90 jours d'essai, les unités ont démarré du premier coup 87 jours sur 90. Les trois échecs de démarrage sont survenus les matins suivant de fortes chutes de neige, lorsque la température ambiante était descendue à -10 °C et que le réchauffeur de batterie avait déclenché le disjoncteur du chargeur. L'équipe de maintenance du prestataire a réarmé le disjoncteur et les unités ont redémarré au deuxième essai à chaque fois. J'ai recommandé l'installation d'un circuit dédié de 240 V pour le réchauffeur de batterie, avec un relais de surcharge thermique réglé à 10 A afin d'éviter tout déclenchement intempestif du disjoncteur dû aux courants d'appel. Après la mise en œuvre de cette modification lors de la dernière semaine d'essai, aucun autre incident de démarrage n'a été constaté. La fiabilité du démarrage à froid a constitué une amélioration opérationnelle significative par rapport au système de ventilateur électrique précédent, qui nécessitait un démarrage manuel du groupe électrogène diesel à l'aide d'une corde par temps froid – une procédure qui mobilisait généralement 20 à 30 minutes de l'équipage et présentait un risque de blessure au dos lié au mécanisme de démarrage à corde.

Calcul du retour sur investissement, délai de récupération et plan d'expansion de la flotte

Les résultats de l'essai de 90 jours ont été soumis au propriétaire de la mine sous forme d'analyse formelle du retour sur investissement. L'investissement total pour les deux compresseurs portables, le système d'éjection, le collecteur de raccordement et l'infrastructure complète de canalisation s'élevait à 58 000 USD, livraison et mise en service incluses sur le site minier. Les économies annuelles sur les coûts d'exploitation ont été calculées à 87 000 USD, réparties comme suit : 68 000 USD d'économies de carburant, 12 000 USD d'économies sur la maintenance et environ 7 000 USD d'économies sur les coûts de réparation des câbles. Le délai de récupération simple, basé uniquement sur les économies sur les coûts d'exploitation, était de 8 mois. Cependant, en tenant compte de la valeur ajoutée de la production de minerai grâce à l'accélération du cycle de forage (estimée à environ 54 000 USD par an au prix de l'or en vigueur de 2 650 USD l'once troy et avec une teneur moyenne du minerai de 3,2 grammes par tonne), le délai de récupération effectif a été ramené à 4,7 mois. L'entrepreneur a depuis commandé deux compresseurs portables Kaishan supplémentaires pour une deuxième galerie de la même mine et évalue actuellement la même configuration de collecteur à deux unités pour un nouveau projet souterrain de cuivre dans le sud du Pérou, dont le développement débutera au troisième trimestre 2026. Le propriétaire de la mine a également demandé une proposition technique pour la modernisation de la troisième galerie avec ce même système. J'ai intégré la méthode de calcul de la réduction de puissance en fonction de l'altitude et la configuration de collecteur à deux unités dans le modèle de proposition technique standard que je fournis à tous les entrepreneurs miniers opérant à des altitudes supérieures à 2 500 m.

Sélection des matériaux pour les canalisations d'air comprimé dans les environnements miniers souterrains

Le choix du matériau de la conduite d'air comprimé de 600 m reliant le portail au front de taille a nécessité la prise en compte des conditions environnementales souterraines. L'environnement de la galerie de la mine péruvienne présentait une humidité relative de 85 à 95 %, des suintements d'eau acide occasionnels avec un pH pouvant atteindre 5,2, et un risque d'impact mécanique dû à la circulation des camions de transport. Un tuyau standard en acier noir de type Schedule 40 a été sélectionné pour la conduite principale, avec une marge de corrosion de 3 mm supérieure à la pression de service requise. Le tuyau a été suspendu au toit de la galerie à l'aide de supports en acier galvanisé espacés de 3 m, le maintenant ainsi au-dessus de la hauteur libre des camions de transport (2,5 m). Le poids total du tuyau pour les 600 m était de 2 640 kg, livré en sections de 6 m avec des raccords filetés. L'équipe d'installation de l'entrepreneur a réalisé la pose de la conduite en trois équipes, soit environ la moitié du temps nécessaire pour la précédente installation du câble 400 V, car les sections de tuyau ont été assemblées par de simples raccords filetés, évitant ainsi l'intervention d'un électricien qualifié pour le raccordement des câbles. La canalisation a été testée sous une pression hydrostatique de 12 bars avant sa mise en service, et aucune fuite n'a été détectée au niveau des 100 raccords. Le choix de la canalisation a également pris en compte les extensions futures : le tuyau de 50 mm de diamètre a une capacité de transport allant jusqu'à 30 m³/min à 7 bars, offrant une marge de capacité de 33 % pour le second raccordement prévu. Le coût de la canalisation d'air comprimé représente environ 60 % de celui d'une installation de câble électrique de même section et de longueur similaire, car le coût du tuyau au mètre est environ deux fois moins élevé que celui d'un câble blindé de 400 V, et le coût de la main-d'œuvre est inférieur grâce à une méthode de raccordement plus simple.

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