Conception et réalisation de nouvelles classes d'antennes corporelles flexibles pour les applications sans fil dans les mines souterraines

 

Mourad Nedil

Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue [UQAT]

 

Domaine : technologie de l'information et des communications

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2018-2019

Le potentiel de l'industrie minière québécoise est considérable. En effet, l'innovation technologique et la mise au point de nouveaux procédés aideront l'industrie minière à relever à la fois les défis environnementaux et les défis techniques liés à la sécurité des mineurs et la productivité. Cependant, l'incommodité de l'environnement, les possibilités d'explosion, l'inondation, l'éboulement, rendent l'exploitation minière hasardeuse. Depuis quelques années, un grand nombre de compagnies minières commencent à déployer des nouvelles technologies afin d'augmenter leur productivité, améliorer leurs activités, réduire les coûts sans pour autant compromettre la sécurité du personnel. La plupart des systèmes existants sont basés sur les communications analogiques câblées (câbles coaxiaux, câbles fuyants). Dans des situations d'urgences (une explosion, un incendie, une inondation ou autre), ces systèmes deviennent inefficaces. Cependant, les systèmes de communication sans fil ont intrinsèquement une meilleure probabilité de continuer de fonctionner durant ces situations périlleuses. Afin d'exploiter pleinement le bénéfice des technologies sans fil dans les mines souterraines, un nouveau type de réseau sans fil qui émerge : Réseau corporel sans fil (WBAN). Cette technologie pourrait être appliquée dans l'environnement de l'exploitation minière en raison de la capacité d'adaptation de cette technologie à la livraison des informations concernant les conditions de surveillance de l'environnement et la communication. À vrai dire, ce système pourra être intégrer à des vêtements des mineurs pour permettre la communication et la transmission de données au centre de commande en surface via des stations de base.

En revanche, le défi que pose l'environnement souterrain au regard des communications sans fil est lié au fait que les galeries de mines constituent un milieu confiné complexe et diffractant, hostile à la propagation des ondes électromagnétiques et caractérisé par la rugosité des parois, les formes non canoniques ainsi que la présence de machines et de personnes. Pire encore, les mines souterraines sont des milieux connus d'être chauds et très humides, et en plus de la présence d'autres substances telles que l'eau et la poussière. En fait, l'absorption des substrats qui constituent les circuits électroniques de l'eau et de l'humidité peut conduire à des pertes inacceptables dans des éléments tels que des antennes, circuits Radio Fréquences et les lignes de transmission. Par ailleurs, l'utilisation d'antennes dans un tel environnement est aussi susceptible d'être endommagée par les vibrations et les contraintes de l'opérateur (chaleur en cas de feu, déchirure de la tenue des mineurs, chutes de pierres...).

Par conséquent, une attention particulière devrait être accordée à la conception et à la protection lors de l'installation de ces systèmes dans les mines. L'objectif principal de ce projet de recherche est de développer une nouvelle classe d'antennes portables flexibles et auto-réparatrices à base d'alliage de métal fluidique, pour une utilisation optimale et efficace de la technologie du réseau sans fil (WBAN) dans les milieux de mines souterraines qui maximisent la sécurité des travailleurs et réduisent les coûts opérationnels. De ce fait, trois axes de recherches seront abordés, à savoir : La technologie de l'antenne, l'ingénierie du matériau, et la propagation des signaux radioélectriques.