Contexte opérationnel

Dans une mine souterraine, les systèmes de ventilation constituent des infrastructures essentielles à la sécurité des travailleurs, à la qualité de l’air et à la continuité des opérations. Toute réduction de leur performance peut rapidement avoir des répercussions importantes sur la productivité, la disponibilité des équipements et les conditions de travail sous terre.

Pour les directeurs de mine, les responsables de la ventilation, les gestionnaires de maintenance et les ingénieurs de fiabilité, assurer le bon fonctionnement des ventilateurs principaux représente un enjeu stratégique. Les phénomènes de vibrations excessives peuvent entraîner des limitations d’exploitation, accélérer l’usure des composantes, augmenter les risques de défaillance mécanique et provoquer des interruptions non planifiées.

C’est dans ce contexte que la mine Éléonore, située à Eeyou Istchee–Baie-James, a fait appel à l’expertise d’Optis Engineering afin d’identifier la cause de vibrations anormales affectant deux ventilateurs d’admission d’air de 300 HP et de rétablir leur pleine capacité opérationnelle.

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Problématique observée

Depuis leur mise en service en 2017, les deux ventilateurs principaux présentaient des niveaux de vibrations supérieurs aux attentes en raison d’anomalies liées à leur installation.

En octobre 2024, la situation s’est aggravée.

Les vibrations ont augmenté de façon importante, rendant inutilisable une portion critique de la plage de fonctionnement comprise entre 60 % et 75 % de la vitesse de rotation (RPM). Par mesure de sécurité, la vitesse maximale d’exploitation a également dû être limitée à 85 % de la capacité nominale.

Ces limitations avaient plusieurs conséquences opérationnelles :
✔ réduction importante de la capacité de ventilation de la mine;
✔ diminution de la flexibilité opérationnelle;
✔ augmentation des risques de bris mécaniques;
✔ accroissement des contraintes de maintenance;
✔ risques accrus d’interruptions non planifiées;
✔ impacts potentiels sur la sécurité des travailleurs et la productivité des opérations souterraines.

Pour un exploitant minier, ces situations peuvent compromettre la disponibilité des actifs critiques et limiter la capacité à maintenir des conditions d’exploitation optimales.

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Objectifs du projet

Le mandat confié à Optis Engineering consistait à diagnostiquer précisément l’origine des vibrations et à développer une solution permettant de rétablir la pleine plage d’utilisation des ventilateurs.

Les objectifs étaient de :
✔ identifier les causes réelles des vibrations;
✔ caractériser le comportement dynamique des ventilateurs;
✔ éliminer les phénomènes de résonance;
✔ restaurer la pleine capacité de fonctionnement;
✔ améliorer la fiabilité mécanique des équipements;
✔ réduire les risques de défaillance;
✔ prolonger la durée de vie des actifs critiques;
✔ soutenir la sécurité et la continuité des opérations minières.

Au-delà de la résolution du problème immédiat, l’objectif était d’assurer une exploitation plus fiable et durable des systèmes de ventilation.

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Approche d’ingénierie

Diagnostiquer avec précision avant d’intervenir

Chez Optis Engineering, la résolution de problèmes complexes repose sur une démarche d’ingénierie fondée sur des données mesurées, une compréhension approfondie du comportement dynamique des équipements et des analyses numériques avancées.

Une campagne complète de mesures a d’abord été réalisée directement sur le site minier afin de caractériser les performances réelles des ventilateurs.

Les ingénieurs ont notamment procédé à l’analyse :
✔ des débits d’air;
✔ des pressions;
✔ des niveaux de vibrations;
✔ des conditions réelles d’exploitation.

Les données recueillies ont ensuite été intégrées à une modélisation structurelle ainsi qu’à une analyse modale afin d’identifier les fréquences naturelles des équipements et leur interaction avec les conditions d’opération.

Cette démarche a permis de mettre en évidence un phénomène de résonance responsable des niveaux élevés de vibrations.

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Solution développée

Corriger la cause plutôt que les symptômes

Une fois la source du problème identifiée, Optis Engineering a développé une série de modifications ciblées visant à déplacer les fréquences naturelles de la structure hors de la plage normale d’exploitation.

Les recommandations comprenaient notamment :
✔ l’ajout de plaques rigidifiantes;
✔ le renforcement de l’assemblage moteur-rotor;
✔ l’optimisation de la rigidité structurale du conduit du ventilateur.

Les travaux correctifs ont permis de restaurer les caractéristiques dynamiques recherchées.

Cette approche a permis d’éliminer la cause fondamentale des vibrations plutôt que de simplement réduire leurs effets.

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Résultats obtenus

Les améliorations ont été constatées dès la remise en service des ventilateurs.

Élimination des phénomènes de résonance
Les modifications apportées ont permis d’éliminer les fréquences problématiques responsables des vibrations excessives.

Retour à 100 % de la plage d’exploitation
Les ventilateurs peuvent désormais fonctionner de façon stable sur l’ensemble de leur plage de vitesse, et même au-delà des limites précédemment imposées.

Augmentation de la capacité de ventilation
Le rétablissement des performances permet d’améliorer la capacité de ventilation de la mine et de soutenir les besoins opérationnels des activités souterraines.

Amélioration de la fiabilité des actifs critiques
La diminution des vibrations réduit les sollicitations mécaniques sur les composantes, limitant les risques de défaillance, les besoins de maintenance corrective et les interruptions non planifiées.

Des opérations plus sécuritaires la fiabilité des actifs critiques
En rétablissant la pleine performance des ventilateurs principaux, la mine bénéficie d’une meilleure flexibilité opérationnelle tout en renforçant la sécurité des travailleurs grâce à une ventilation plus stable et plus efficace.

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Ce qui distingue Optis Engineering

Avec l’arrivée des variateurs de vitesse (VFD) et de la ventilation sur-demande (VOD), les problèmes de vibrations de ventilateurs deviennent de plus en plus fréquents. Pour identifier des solutions durables, il faut parfois remettre en question la conception même de l’équipement.

La source de vibrations anormales s’explique souvent par des interactions complexes entre la structure, les conditions d’installation, les fréquences naturelles et les conditions d’exploitation.

Chez Optis Engineering, nous combinons :
✔ les mesures terrain;
✔ les analyses vibratoires;
✔ les analyses modales;
✔ la modélisation structurelle;
✔ l’expertise en ventilation industrielle;
✔ l’ingénierie mécanique.

Cette approche permet d’identifier la cause fondamentale des problèmes et de développer des solutions durables qui améliorent simultanément la fiabilité, la disponibilité et la performance des actifs industriels.

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Conclusion

Cette intervention démontre qu’un diagnostic rigoureux permet souvent de résoudre des problématiques complexes sans remplacer les équipements existants.

En combinant mesures sur site, analyses modales et expertise en dynamique des structures, Optis Engineering a permis de restaurer la pleine capacité opérationnelle de deux ventilateurs critiques tout en améliorant la fiabilité des actifs et la sécurité des opérations minières.

Pour les exploitants miniers, cette approche constitue un levier concret afin de réduire les interruptions non planifiées, d’optimiser les infrastructures existantes et de soutenir durablement la performance des systèmes de ventilation.

Besoin de résoudre des problèmes de vibrations ou d’améliorer la fiabilité de vos équipements critiques?

Optis Engineering accompagne les exploitants miniers et les fabricants industriels dans le diagnostic, l’analyse vibratoire et l’optimisation des systèmes de ventilation afin d’améliorer la disponibilité des actifs, la sécurité des travailleurs et la continuité des opérations.