Développement d'une veste de refroidissement individuelle adaptée au travail en mines profondes


L'exploitation minière à des niveaux souterrains allant au-delà de 2 km entraîne des conditions de chaleur et d'humidité extrêmes. L'objectif de ce projet était d'offrir aux mineurs, des conditions de travail plus confortables tout en améliorant leur santé et leur sécurité au travail, et ce, en développant un système de refroidissement personnel ayant démontré son efficacité et son efficience dans un environnement opérationnel simulé.

Des mesures effectuées dans deux mines profondes ont démontré que les mineurs étaient effectivement soumis à des contraintes thermiques élevées.  Des entretiens semi-dirigés menés auprès de 20 mineurs ont permis d'évaluer leur réceptivité à porter une veste de refroidissement individuelle et de déterminer une première liste de critères ergonomiques de conception et de performance que l'équipement doit rencontrer. Cette matrice d'utilisabilité contient neuf critères centrés sur l'utilisateur et sept critères centrés sur la conception de la veste.

Le prototype de veste de refroidissement conçu est basé sur la détente de dioxyde de carbone (CO2) stocké à une pression de 58 bars. La détente du CO2 permet d'abaisser sa température à -78 °C. Le CO2 est mélangé à l'air ambiant chaud et humide dans une chambre conçue à cet effet. Le mélange qui en résulte est acheminé vers le dos et la poitrine par un système de distribution tubulaire. Les essais réalisés dans un environnement contrôlé à 36 °C et un taux d'humidité relative de 86%, ont permis générer une température moyenne de mélange air-CO2 de 26 °C pour la durée effective de fonctionnement de la veste (90 minutes). Le système ainsi conçu permet d'atteindre une puissance de refroidissement moyenne de 169 W ce qui correspond une énergie totale de refroidissement de 253 Wh.

La veste de refroidissement est formée de trois couches pour une masse totale de 5,1 kg. L'efficacité du système à diminuer la contrainte thermique a été vérifiée chez un groupe de 19 sujets volontaires soumis à un effort physique de 30 minutes en conditions chaude et humide. Les réponses physiologiques et les perceptions subjectives des sujets ont été déterminées pour la veste en mode opérationnel et en mode arrêt. Le port de la veste en mode opérationnel semble avoir un impact positif sur le ressenti de bien-être, la perception de l'effort et le confort thermique. D'un point de vue physiologique, on observe une diminution de la température centrale ainsi que la fréquence cardiaque. À la fin des exercices, l'état des fonctions cognitives des sujets a été mesuré et les données montrent que les sujets ayant porté le système en fonctionnement ont de meilleures performances cognitives comparativement au système à l'arrêt.

La validation de la matrice d'utilisabilité a été réalisée par i) une élicitation par neuf experts canadiens en santé et en sécurité du travail et ii) une étude en laboratoire auprès de dix participants issue du milieu universitaire. L'élicitation d'experts s'est faite par questionnaire. Les experts s'accordent sur la priorité de l'efficacité comme premier critère d'utilisabilité. Par contre, l'esthétique tombe en dernière place et semble inutile à ce point-ci des développements. Davantage de recherches devront être menées sur un plus grand bassin de participants issus de la population cible (mineurs) pour pouvoir converger complètement sur tous les critères de la matrice. L'ajustement, la liberté de mouvement, le confort, l'esthétique et la convivialité, ont été évalués en laboratoire. Les résultats préliminaires montrent que les ressentis des participants semblent converger et que la plupart des insatisfactions peuvent être justifiées par verbatim ou extrait vidéo.  Cette étape est encore en cours d'analyse.

Chercheur responsable

Stéphane Hallé

Équipe de recherche

  • Stéphane Hallé, École de technologie supérieure
  • Benoit Dugue, Université de Poitiers
  • Olivier Dupuy, Université de Poitiers
  • Sylvie Nadeau, École de technologie supérieure

Durée

3 ans

Montant

288 000 $

Partenaire financier

  • Ministère de l'Énergie et des Ressources naturelles

Appel de propositions

Développement durable du secteur minier