Sources lumineuses dans l'exploitation minière

En 1879, une lampe à incandescence pratique a été brevetée. En conséquence, la lumière ne dépendait plus d'une source de combustible. De nombreuses percées surprenantes ont été réalisées dans les connaissances sur l'éclairage depuis la découverte d'Edison, dont certaines avec des applications dans les mines souterraines. Chacun a des avantages et des inconvénients inhérents. Le tableau 1 répertorie les types de sources lumineuses et compare certains paramètres.

Tableau 1. Comparaison des sources lumineuses des mines

cd = candela, DC = courant continu ; lm = lumens.

Le courant pour alimenter les sources lumineuses peut être soit alternatif (CA) soit continu (CC). Les sources lumineuses fixes utilisent presque toujours du courant alternatif tandis que les sources portables telles que les lampes à capuchon et les phares de véhicules souterrains utilisent une batterie CC. Tous les types de sources lumineuses ne conviennent pas au courant continu.

Sources lumineuses fixes

Les lampes à filament de tungstène sont les plus courantes, souvent avec une ampoule dépolie et un écran pour réduire l'éblouissement. La lampe fluorescente est la deuxième source de lumière la plus courante et se distingue facilement par sa conception tubulaire. Les conceptions circulaires et en forme de U sont compactes et ont des applications minières, car les zones minières se trouvent souvent dans des espaces exigus. Des filaments de tungstène et des sources fluorescentes sont utilisés pour éclairer des ouvertures souterraines aussi diverses que des stations de puits, des convoyeurs, des voies de circulation, des salles à manger, des stations de charge, des baies de carburant, des dépôts de réparation, des entrepôts, des salles d'outils et des stations de broyage.

La tendance dans l'éclairage des mines est d'utiliser des sources lumineuses plus efficaces. Il s'agit des quatre sources de décharge à haute intensité (DHI) appelées vapeur de mercure, halogénure métallique, sodium haute pression et sodium basse pression. Chacun nécessite quelques minutes (une à sept) pour atteindre le plein rendement lumineux. De plus, si l'alimentation de la lampe est coupée ou coupée, le tube à arc doit être refroidi avant que l'arc puisse être amorcé et la lampe rallumée. (Cependant, dans le cas des lampes au sodium basse pression (Sox), le réamorçage est presque instantané.) Leurs distributions spectrales d'énergie diffèrent de celles de la lumière naturelle. Les lampes à vapeur de mercure produisent une lumière blanche bleutée tandis que les lampes au sodium à haute pression produisent une lumière jaunâtre. Si la différenciation des couleurs est importante dans les travaux souterrains (par exemple, pour l'utilisation de bouteilles de gaz à code couleur pour le soudage, la lecture de panneaux à code couleur, les branchements de câbles électriques ou le tri du minerai par couleur), il faut faire attention aux propriétés de rendu des couleurs du la source. Les objets verront leurs couleurs de surface déformées lorsqu'ils sont éclairés par une lampe au sodium à basse pression. Le tableau 1 donne des comparaisons de rendu des couleurs.

Sources lumineuses mobiles

Avec des lieux de travail souvent répartis à la fois latéralement et verticalement, et avec un dynamitage continu dans ces lieux de travail, les installations permanentes sont souvent jugées peu pratiques en raison des coûts d'installation et d'entretien. Dans de nombreuses mines, la lampe à capuchon à piles est la source de lumière la plus importante. Bien que des lampes à culot fluorescentes soient utilisées, la grande majorité des lampes à culot utilisent des lampes à culot alimentées par des piles à filament de tungstène. Les batteries sont au plomb-acide ou au nickel-cadmium. Une ampoule miniature au tungstène-halogène est souvent utilisée pour la lampe à capuchon du mineur. La petite ampoule permet de focaliser facilement le faisceau. Le gaz halogène entourant le filament empêche le matériau du filament de tungstène de bouillir, ce qui empêche les parois de la lampe de noircir. L'ampoule peut également être brûlée plus chaude et donc plus lumineuse.

Pour l'éclairage des véhicules mobiles, les lampes à incandescence sont les plus couramment utilisées. Ils ne nécessitent aucun équipement spécial, sont peu coûteux et faciles à remplacer. Les lampes à réflecteur parabolique aluminisé (PAR) sont utilisées comme phares sur les véhicules.

Normes d'éclairage des mines

Les pays dotés d'une industrie minière souterraine bien établie sont généralement assez spécifiques dans leurs exigences concernant ce qui constitue un système d'éclairage de mine sûr. Cela est particulièrement vrai pour les mines qui dégagent du gaz méthane des chantiers, généralement des mines de charbon. Le gaz méthane peut s'enflammer et provoquer une explosion souterraine avec des résultats dévastateurs. Par conséquent, toutes les lumières doivent être conçues pour être soit "à sécurité intrinsèque" soit "antidéflagrantes". Une source de lumière à sécurité intrinsèque est une source dans laquelle le courant alimentant la lumière a très peu d'énergie, de sorte qu'un court-circuit dans le circuit ne produirait pas d'étincelle qui pourrait enflammer le gaz méthane. Pour qu'une lampe soit antidéflagrante, toute explosion déclenchée par l'activité électrique de la lampe est contenue dans l'appareil. De plus, l'appareil lui-même ne deviendra pas assez chaud pour provoquer une explosion. La lampe est plus chère, plus lourde, avec des pièces métalliques généralement en fonte. Les gouvernements disposent généralement d'installations d'essai pour certifier si les lampes peuvent être classées pour une utilisation dans une mine gazeuse. Une lampe au sodium à basse pression ne pourrait pas être ainsi certifiée car le sodium de la lampe pourrait s'enflammer si la lampe se brisait et que le sodium entrait en contact avec de l'eau.

Les pays établissent également des normes sur la quantité de lumière requise pour diverses tâches, mais la législation varie considérablement en ce qui concerne la quantité de lumière qui doit être placée dans les différents lieux de travail.

Des lignes directrices pour l'éclairage des mines sont également fournies par des organismes internationaux concernés par l'éclairage, tels que l'Illumination Engineering Society (IES) et la Commission internationale de l'éclairage (CIE). La CIE souligne que la qualité de la lumière reçue par l'œil est aussi importante que la quantité et fournit des formules pour déterminer si l'éblouissement peut être un facteur de performance visuelle.

Effets de l'éclairage sur les accidents, la production et la santé

On pourrait s'attendre à ce qu'un meilleur éclairage réduise les accidents, augmente la production et réduise les risques pour la santé, mais il n'est pas facile de le prouver. L'effet direct de l'éclairage sur l'efficacité et la sécurité souterraines est difficile à mesurer car l'éclairage n'est qu'une des nombreuses variables qui affectent la production et la sécurité. Il existe des preuves bien documentées qui montrent que les accidents de la route diminuent avec un meilleur éclairage. Une corrélation similaire a été notée dans les usines. La nature même de l'exploitation minière dicte cependant que la zone de travail est en constante évolution, de sorte que très peu de rapports reliant les accidents miniers à l'éclairage peuvent être trouvés dans la littérature et cela reste un domaine de recherche qui a été largement inexploré. Les enquêtes sur les accidents montrent qu'un mauvais éclairage est rarement la cause principale des accidents souterrains, mais qu'il en est souvent un facteur contributif. Bien que les conditions d'éclairage jouent un certain rôle dans de nombreux accidents miniers, elles ont une importance particulière dans les accidents impliquant des éboulements, car un mauvais éclairage permet de passer facilement à côté de conditions dangereuses qui pourraient autrement être corrigées.

Jusqu'au début du XXe siècle, les mineurs souffraient couramment du nystagmus, une maladie oculaire pour laquelle il n'existait aucun remède connu. Le nystagmus a produit une oscillation incontrôlable des globes oculaires, des maux de tête, des étourdissements et une perte de vision nocturne. Cela a été causé par le fait de travailler sous des niveaux de lumière très faibles pendant de longues périodes. Les mineurs de charbon étaient particulièrement sensibles, car très peu de la lumière qui frappe le charbon est réfléchie. Ces mineurs devaient souvent s'allonger sur le côté lorsqu'ils travaillaient à faible teneur en charbon, ce qui peut également avoir contribué à la maladie. Avec l'introduction de la lampe à culot électrique dans les mines, le nystagmus du mineur a disparu, éliminant ainsi le plus important danger pour la santé associé à l'éclairage souterrain.

Avec les récentes avancées technologiques dans les nouvelles sources lumineuses, l'intérêt pour l'éclairage et la santé a été ravivé. Il est maintenant possible d'avoir des niveaux d'éclairage dans les mines qui auraient été extrêmement difficiles à atteindre auparavant. La principale préoccupation est l'éblouissement, mais des inquiétudes ont également été exprimées au sujet de l'énergie radiométrique émise par les lumières. L'énergie radiométrique peut affecter les travailleurs soit en agissant directement sur les cellules à la surface de la peau ou à proximité, soit en déclenchant certaines réponses, telles que les rythmes biologiques dont dépendent la santé physique et mentale. Une source lumineuse HID peut toujours fonctionner même si l'enveloppe de verre contenant la source est fissurée ou cassée. Les travailleurs peuvent alors courir le risque de recevoir des doses au-delà des valeurs seuils, d'autant plus que ces sources lumineuses ne peuvent souvent pas être montées très haut.

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