Les personnes qui travaillent dans les mines souterraines devraient connaître les gaz que l’on peut y trouver, les dangers qu’ils peuvent présenter, de même que les appareils et les systèmes dont on dispose pour les déceler. Pour celles qui utilisent ces appareils, une connaissance approfondie de leurs limitations et des caractéristiques des gaz mesurés est évidemment essentielle.

Même sans instrument, l’être humain peut, grâce à ses sens, déceler l’apparition progressive des phénomènes chimiques et physiques associés à la combustion spontanée. L’échauffement élève la température de l’air des circuits d’aérage, qu’il sature d’humidité. Lorsque cet air chaud rencontre l’air frais des entrées d’aérage, la condensation qui en résulte produit un brouillard ainsi qu’un suintement sur les surfaces des retours d’air. Un autre signe de combustion est l’odeur caractéristique d’huile ou de pétrole; de la fumée apparaît ensuite, suivie de flammes visibles.

Le monoxyde de carbone, un gaz inodore, est présent en concentrations mesurables à partir d’une température inférieure de 50 à 60 °C environ au point d’apparition de l’odeur caractéristique de la combustion spontanée. Le fonctionnement de la plupart des systèmes de détection d’incendie repose sur la mesure d’une élévation de la concentration de monoxyde de carbone au-dessus de la valeur qui règne normalement dans la partie de la mine en question.

Il se peut qu’un échauffement soit d’abord perçu par une personne qui a remarqué une légère odeur pendant un court instant. Des analyses détaillées et répétées de l’atmosphère peuvent être nécessaires avant qu’un accroissement mesurable de la concentration de monoxyde de carbone puisse être décelé. Les personnes se trouvant dans la mine ne devraient donc jamais relâcher leur vigilance, et un plan d’intervention préétabli devrait être mis en œuvre dès que l’on a suspecté ou détecté un signe de la présence de gaz. Fort heureusement, grâce aux progrès considérables de la technologie en matière de détection incendie depuis les années soixante-dix (tubes détecteurs, détecteurs électroniques de poche, systèmes fixes informatisés), il n’est désormais plus nécessaire de se fier uniquement aux sens de l’être humain.

Les appareils portatifs servant à détecter les gaz sont conçus pour déceler la présence de plusieurs gaz en concentrations capables de causer un incendie, une explosion ou une atmosphère toxique ou pauvre en oxygène, ainsi que pour fournir un signal rapide de la naissance d’un phénomène de combustion spontanée. Il existe des appareils pour le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO2), le dioxyde d’azote (NO2), le sulfure d’hydrogène (H2S) et le dioxyde de soufre (SO2). Les types d’appareils étant nombreux, il faut sélectionner celui qui convient pour une situation donnée. Pour ce faire, on se fondera sur les critères ci-après:

•   pourquoi détecter tel gaz plutôt que tel autre?
•   quelles sont les propriétés de ces différents gaz?
•   où et comment ces gaz font-ils leur apparition?
•   quel appareil faut-il choisir dans ces circonstances?
•   quel est le mode de fonctionnement et d’utilisation de cet appareil?
•   quelles sont ses limites d’utilisation?
•   comment interpréter les résultats?

Tous les mineurs devraient recevoir une formation adéquate sur l’utilisation des détecteurs de gaz portatifs. L’entretien des appareils devrait être effectué conformément aux recommandations du fabricant.

Une trousse de détection est composée d’un piston à ressort ou d’une pompe à soufflet et d’une série de tubes indicateurs remplaçables, en verre, contenant des réactifs chimiques spécifiques aux gaz à mesurer. D’une capacité de 100 cm3, la pompe peut être manœuvrée à l’aide d’une seule main pour aspirer un échantillon de volume égal dans le tube indicateur avant de le faire passer dans le soufflet. Sur l’échelle graduée, l’indication de mise en garde correspond à l’interface entre la zone colorée et la zone non colorée, et non au point le plus profond de pénétration de la couleur.

Même s’il s’agit d’un dispositif facile à utiliser et ne nécessitant pas d’étalonnage, certaines précautions doivent être respectées:

•   les tubes indicateurs (qui devraient être datés) ont habituellement une durée utile de deux ans;
•   pourvu qu’il n’y ait pas eu de décoloration, un tube indicateur peut être réutilisé une dizaine de fois;
•   la précision générale de chaque mesure est habituellement de l’ordre de ± 20%;
•   on ne doit pas utiliser de tubes à hydrogène dans les galeries souterraines en raison de la chaleur qui y règne;
•   on doit utiliser un «prétube» rempli de charbon actif pour la mesure de faibles niveaux de CO en présence de gaz d’échappement de moteurs diesel ou d’hydrocarbures supérieurs que l’on peut trouver dans la mofette;
•   avant d’être admis dans le tube indicateur, les gaz d’échappement doivent être refroidis au-dessous de 40 °C;
•   les tubes indicateurs d’oxygène et de méthane ne sont pas agréés dans les mines souterraines en raison de leur imprécision.

On utilise des grisoumètres de type catalytique dans les mines souterraines pour mesurer la concentration de méthane dans l’air. Leur capteur fonctionne suivant le principe du pont de Wheatstone, un ensemble de quatre résistances appariées, habituellement des filaments catalytiques en spirale disposés de façon symétrique. Normalement, deux filaments sont actifs et deux autres passifs. Les filaments actifs sont enduits d’un catalyseur (de l’oxyde de palladium) pour provoquer l’oxydation du gaz inflammable à une température inférieure.

Le méthane présent dans l’atmosphère parvient à la chambre d’échantillonnage soit par diffusion à travers une plaque frittée, soit par aspiration au moyen d’un aspirateur ou d’une pompe interne. Lorsqu’on presse sur le bouton du grisoumètre, le circuit est fermé et le courant circulant par le pont de Wheatstone oxyde le méthane sur les filaments catalytiques (actifs) de la chambre d’échantillonnage. La chaleur dégagée par cette réaction élève la température des filaments catalytiques, ce qui a pour effet d’accroître leur résistance électrique et de déséquilibrer le pont. Le courant électrique circulant dans le pont est proportionnel à la résistance de l’élément et, par conséquent, à la quantité de méthane présent. Cette indication peut être lue sur un cadran gradué en pour-cent de méthane. Les éléments de référence du pont de Wheatstone servent à compenser les variations des conditions environnementales telles que la température ambiante et la pression barométrique.

Le grisoumètre catalytique présente toutefois certains défauts importants:

•   l’appareil ne réagit qu’en présence simultanée de méthane et d’oxygène. Si la chambre d’échantillonnage contient moins de 10% d’oxygène, seule une partie du méthane arrivant au détecteur sera oxydée et l’appareil indiquera une valeur trop faible, c’est-à-dire erronée. Il faut donc renoncer à utiliser cet appareil pour le mesurage des concentrations de méthane après une explosion de grisou ou dans les aires condamnées à faible teneur en oxygène. Aucune indication ne sera fournie si la chambre contient du méthane pur. Par conséquent, il faut presser le bouton de mise en marche avant d’amener l’appareil dans une couche que l’on soupçonne contenir du méthane afin d’aspirer une certaine quantité d’oxygène dans la chambre. La présence de méthane sera signalée par une lecture dépassant la graduation la plus haute, suivie d’un retour dans la zone de référence après que l’oxygène a été consumé;
•   le grisoumètre catalytique peut réagir à d’autres gaz inflammables, par exemple l’hydrogène ou le monoxyde de carbone. Il se peut donc que ses indications soient ambiguës après un incendie ou une explosion de grisou;
•   les appareils avec tête de diffusion devraient être protégés contre les grandes vitesses de l’air, afin d’éviter les lectures erronées. On peut utiliser la main ou un objet pour faire écran devant la tête;

•   les appareils à filaments catalytiques peuvent ne pas réagir au méthane si le filament, durant l’étalonnage ou l’utilisation de l’appareil, entre en contact avec des vapeurs de poisons connus (par exemple, silicones contenus dans les vernis pour meubles, cires à plancher, peintures, esters phosphoriques présents dans les fluides hydrauliques et fluorocarbures servant de gaz propulsif dans les bombes aérosols);
•   les grisoumètres à pont de Wheatstone peuvent fournir des lectures erronées selon leur angle d’inclinaison. Il est recommandé de tenir l’appareil à 45° au moment de son étalonnage ou de son utilisation;
•   la lecture peut être inexacte si la température ambiante varie. Il est possible d’atténuer les erreurs en étalonnant l’appareil à une température semblable à celle de la mine.

Les appareils à cellules électrochimiques sont utilisés dans les mines souterraines pour mesurer les concentrations d’oxygène et de monoxyde de carbone. Les appareils sont de deux types: à cellule composée, réagissant seulement au changement de concentration d’oxygène, et à cellule à pression partielle, réagissant au changement de pression partielle de l’oxygène dans l’atmosphère et, par conséquent, au nombre de molécules d’oxygène par unité de volume.

La cellule composée utilise une barrière à diffusion capillaire qui ralentit la diffusion de l’oxygène, de sorte que la vitesse à laquelle celui-ci atteint l’électrode est uniquement fonction de la teneur en oxygène de l’échantillon. Cette cellule est insensible aux variations d’altitude (pression barométrique), de température et d’humidité relative. Or, la présence de CO2 dans le mélange gazeux analysé a pour effet d’accroître la vitesse de diffusion de l’oxygène et fournit une valeur erronée, car trop élevée. Ainsi, une concentration de 1% de CO2 augmente d’au moins 0,1% la valeur indiquée d’oxygène. Bien que minime, cette augmentation inévitable n’en est pas moins importante. Il faut être conscient de cette restriction si l’on prévoit d’utiliser l’appareil après une explosion de grisou ou dans d’autres atmosphères que l’on sait contenir du CO2.

La cellule à pression partielle fonctionne suivant le même principe d’électrochimie, mais ne comporte pas de barrière de diffusion. Elle réagit uniquement au nombre de molécules d’oxygène par unité de volume; elle est par conséquent sensible à la pression. En concentrations inférieures à 10%, le CO2 n’a pas de répercussions à court terme sur la valeur affichée, mais, à plus long terme, il détruit l’électrolyte et raccourcit la durée de vie de la cellule.

La fiabilité des valeurs d’oxygène fournies par les appareils à cellule à pression partielle dépend des facteurs ci-après:

D’autres appareils portatifs sont fondés sur la conduction thermique et l’indice de réfraction, mais leur usage dans les houillères demeure limité.

La fiabilité des détecteurs de gaz portatifs est limitée par certains facteurs:

•   ces appareils nécessitent un étalonnage, opération qui comprend normalement un contrôle quotidien du zéro et de la tension, une vérification hebdomadaire de la sensibilité et, tous les six mois, un contrôle de l’étalonnage effectué par une autorité agréée indépendante;
•   le capteur a une durée de vie définie. On prendra soin d’inscrire la date d’acquisition d’un capteur si celle-ci n’a pas été indiquée par le fabricant;
•   le capteur peut être pollué;
•   le capteur peut être affecté par une sensibilité croisée;
•   le capteur peut être saturé par suite d’une surexposition, ce qui retardera le retour à un fonctionnement normal;
•   le fait d’utiliser le détecteur en position inclinée peut influer sur la valeur affichée;
•   les batteries doivent être soumises à des cycles réguliers de charge-décharge.

Les analyses et les contrôles effectués à l’aide d’appareils manuels permettent souvent de détecter des échauffements mineurs avec production limitée de CO avant que le gaz ne soit dispersé par le système d’aérage ou qu’il atteigne une concentration dépassant les limites réglementaires. Ces moyens ne sont toutefois pas suffisants lorsqu’il existe un risque significatif de combustion, que les niveaux de méthane dans les voies de retour d’air dépassent 1% ou que l’on soupçonne l’existence d’un risque potentiel. Dans ces circonstances, il faut exercer une surveillance continue des endroits stratégiques. Il existe à cette fin différents systèmes centralisés de monitorage en continu.

C’est en Allemagne, dans les années soixante, que l’on a mis au point ces appareils pour détecter une combustion spontanée et surveiller sa progression. Un appareil peut comporter jusqu’à 20 tubes de plastique (en général du nylon ou du polyéthylène), de 6 ou 9 mm de diamètre, raccordés à une extrémité à une batterie d’analyseurs à la surface et, à l’autre extrémité, à des points sélectionnés du fond. Ces tubes sont équipés de filtres, de purgeurs et de pare-flammes; les analyseurs utilisent habituellement l’infrarouge pour la détection du CO, du CO2 et du méthane, et le paramagnétisme pour la détection de l’oxygène. Une pompe aspire un échantillon dans chaque tube simultanément, et un programmateur séquentiel dirige successivement les échantillons de chaque tube vers les analyseurs correspondants. Un enregistreur de données note la concentration de chaque gaz en chaque point et déclenche automatiquement une alarme lorsque cette concentration dépasse une valeur plafond fixée d’avance.

Ce système présente les avantages ci-après:

•   l’appareil n’a pas besoin d’être antidéflagrant;
•   son entretien est relativement facile;
•   il n’est pas nécessaire de disposer d’une alimentation électrique au fond;
•   il est possible d’analyser un grand nombre de gaz;
•   les analyseurs à infrarouge sont habituellement assez stables et fiables; ils peuvent maintenir leur spécificité dans un environnement changeant de gaz d’incendie et d’atmosphères pauvres en oxygène (des concentrations élevées de méthane ou de dioxyde de carbone peuvent présenter une sensibilité croisée aux faibles valeurs (en ppm) de monoxyde de carbone);
•   l’appareil peut être étalonné en surface, même s’il faut introduire des échantillons calibrés de gaz dans les tubes en vue de vérifier l’intégrité du captage. Il faut aussi s’assurer que le point de collecte de chaque échantillon a été correctement noté.

Le système comporte toutefois des inconvénients:

•   les résultats ne sont pas fournis en temps réel;
•   les fuites ne sont pas immédiatement apparentes;
•   de la condensation peut s’accumuler dans les tubes;
•   les défaillances de l’appareil ne sont pas toujours immédiatement apparentes et peuvent être difficiles à repérer;
•   le tir de mines, un incendie ou une explosion peuvent endommager les tubes.

Le système de télémesure utilisé pour le monitorage automatique des gaz comporte des têtes de détection à sécurité intrinsèque disposées en des endroits stratégiques du fond et reliées par des lignes téléphoniques ou des câbles à fibre optique à un module de contrôle installé en surface. Selon les besoins, le système peut être équipé de capteurs conçus pour la mesure du méthane, du CO et de la vitesse de l’air. Le capteur de mesure du CO est semblable aux capteurs électrochimiques des appareils portatifs et est assujetti aux mêmes limites. Le fonctionnement du capteur de méthane fait appel à la combustion catalytique de ce gaz sur les éléments actifs d’un circuit à pont de Wheatstone. Il convient de relever que ces éléments peuvent être pollués par des composés de soufre, des esters phosphoriques et des composés de silicium, et que le capteur est inopérant en présence de faibles concentrations d’oxygène.

Ce système présente les avantages ci-après:

•   les résultats sont affichés en temps réel (l’appareil fournit une indication rapide d’incendie ou d’accumulation de méthane, par exemple);
•   la distance qui sépare les têtes de détection du module de contrôle ne joue pas de rôle;
•   les défaillances des capteurs sont immédiatement signalées.

Le système comporte des inconvénients:

•   il exige une maintenance poussée;
•   la plage de mesure des capteurs de CO est faible (0,4%);
•   le choix de capteurs est limité (il n’existe aucun capteur pour le CO2 et pour le H2);
•   le capteur de méthane peut être pollué;
•   un étalonnage in situ est nécessaire;
•   il existe un risque de sensibilité croisée;
•   il peut y avoir une perte (par exemple, plus de 1,25% dans le cas du méthane);
•   la durée du capteur est limitée à un ou deux ans;
•   l’appareil ne se prête pas aux atmosphères pauvres en oxygène (derrière les arrêts-barrages, par exemple).

Le chromatographe en phase gazeuse est un appareil sophistiqué pour l’analyse d’échantillons avec un degré de précision élevé; il ne pouvait, jusqu’à une date récente, être pleinement exploité que par des chimistes ou des personnes spécialement qualifiées et formées. Des échantillons de gaz en tubes sont injectés automatiquement dans l’appareil ou peuvent y être introduits manuellement à partir d’échantillons en sachets prélevés dans la mine. La séparation s’effectue dans une colonne spécialement garnie, chaque gaz éluant de la colonne étant analysé par un détecteur approprié, habituellement à conductivité thermique ou à ionisation de flamme. Ce procédé de séparation assure un degré élevé de spécificité.

Le chromatographe en phase gazeuse présente des avantages particuliers:

•   il n’a aucune sensibilité croisée aux autres gaz;
•   il peut analyser l’hydrogène;
•   il peut mesurer l’éthylène et les hydrocarbures supérieurs;
•   il peut reconnaître de manière précise des concentrations de la plupart des autres gaz présents dans les mines souterraines ou dégagés par un échauffement ou un incendie, et cela dans une très large plage de concentration;
•   il est reconnu que l’efficacité des méthodes modernes de lutte contre les feux et incendies et les échauffements dans les mines de charbon repose sur l’interprétation des analyses de prélèvements de gaz effectués en des points stratégiques. Si l’on veut obtenir des résultats précis, fiables et complets, il faut utiliser un chromatographe en phase gazeuse; les données fournies par l’appareil doivent évidemment être interprétées par des personnes dûment qualifiées, formées et expérimentées.

Le chromatographe en phase gazeuse comporte toutefois des inconvénients:

•   les analyses sont relativement lentes;
•   l’appareil exige une maintenance poussée;
•   le matériel est complexe;
•   il faut avoir recours de temps à autre à un expert;
•   l’étalonnage de l’appareil doit être effectué à intervalles fréquents;
•   des concentrations élevées de méthane interfèrent avec les mesures de faibles niveaux de CO.

Les appareils à faisceau tubulaire ont la préférence lorsqu’on n’est pas exposé à des changements rapides de concentrations de gaz ou que l’on ne se trouve pas en présence d’atmosphères pauvres en oxygène, dans le cas, par exemple, d’un quartier barré.

Les systèmes de télémesure sont indiqués pour les voies desservies par des bandes transporteuses et les fronts de taille, où les changements rapides de concentrations de gaz peuvent être révélateurs.

La chromatographie en phase gazeuse ne remplace pas les systèmes de monitorage existants, mais elle permet des mesures plus précises et plus fiables, et cela sur une plage élargie. C’est particulièrement important lorsqu’il s’agit de déterminer s’il existe un risque d’explosion ou lorsqu’un échauffement a atteint un degré avancé.

Il est important que les prélèvements soient effectués en des points stratégiques de la mine. Un seul point de prélèvement à une certaine distance de la source de gaz ne fournira que des données vagues; si celles-ci ne sont pas étayées par des données provenant d’autres points, on court le risque de surestimer ou de sous-estimer la gravité de la situation. Par conséquent, pour détecter la naissance d’une combustion spontanée, les points de prélèvement doivent être situés là où les échauffements sont les plus susceptibles de se produire. La dilution du courant d’air doit être faible entre la source d’échauffement et le détecteur. Il ne faut pas négliger non plus la possibilité de stratification du méthane et des gaz de combustion chauds qui peut se produire dans un pendage situé dans une zone rendue impraticable. Idéalement, les points de prélèvement devraient être situés derrière les arrêts-barrages et dans le courant d’air principal du circuit d’aérage. On respectera les principes ci-après lors du prélèvement d’échantillons:

•   tout point de prélèvement devrait se trouver à 5 m au moins en amont de la face des arrêts-barrages, étant donné que ceux-ci «inspirent» de l’air lorsque la pression atmosphérique augmente;
•   un prélèvement ne devrait être effectué dans un trou foré que si le trou «expire» et que l’on peut être sûr qu’il n’y a pas d’infiltration;
•   les échantillons seront prélevés à plus de 50 m en aval d’un incendie pour assurer un brassage satisfaisant (Mitchell et Burns, 1979);
•   dans le cas d’un feu près du toit et d’une voie en pente, le prélèvement s’effectuera vers le haut, les gaz chauds ayant tendance à s’élever;
•   les échantillons devraient être pris en avant d’une porte d’aérage afin d’éviter les fuites;
•   tous les points de prélèvement devraient être repérés de façon précise sur des plans du réseau d’aérage de la mine. On évitera de prélever des échantillons au fond de la mine ou à partir de trous en surface et de les faire analyser en un autre endroit en raison du risque d’erreur que cela comporte. Tout échantillon prélevé doit représenter fidèlement l’atmosphère régnant au point de prélèvement.

Les sacs en plastique sont d’utilisation courante pour le prélèvement d’échantillons à la mine; ils sont étanches et permettent de conserver un échantillon pendant cinq jours. Un échantillon d’hydrogène contenu dans un sachet subira toutefois une dégradation et sa concentration initiale diminuera d’environ 1,5% par jour. Si l’échantillon est placé dans une vessie de ballon de football, la concentration changera toutes les trente minutes. Les sachets sont faciles à remplir et on peut expulser l’échantillon par simple pression ou par aspiration à l’aide d’une pompe directement dans l’appareil d’analyse.

Les tubes métalliques remplis sous pression à l’aide d’une pompe peuvent conserver des échantillons pendant une durée prolongée, mais la taille de l’échantillon est limitée et les fuites ne sont pas rares. Les récipients de verre sont en revanche inertes et n’ont aucun effet sur les gaz qu’ils contiennent; toutefois, il faut tenir compte de leur fragilité et de la difficulté d’extraire l’échantillon sans qu’il ne soit dilué.

Avant de procéder à un prélèvement, il faut rincer le récipient trois fois au moins afin d’éliminer toute trace de l’échantillon précédent. Chaque récipient devrait porter une étiquette indiquant la date et l’heure de l’échantillonnage, son emplacement exact, le nom de l’opérateur et toute autre information utile.

L’interprétation des résultats d’analyse est une science difficile; elle ne devrait être confiée qu’à des personnes possédant une formation et une expérience appropriées. Ces données sont vitales dans beaucoup de situations d’urgence; elles fournissent sur l’état de la mine souterraine les informations nécessaires pour planifier et mettre en œuvre les mesures qui s’imposent. Il importe de déterminer en temps réel tous les paramètres utiles de l’atmosphère d’une mine souterraine durant un échauffement, un feu, un incendie ou une explosion, ou immédiatement après, afin que les responsables puissent évaluer correctement la situation et son évolution et déclencher sans délai les actions de sauvetage indispensables.

Les analyses de l’atmosphère devraient satisfaire aux critères ci-après:

•   la précision : les appareils devraient être correctement étalonnés;
•   la fiabilité : les sensibilités croisées devraient être connues;
•   le champ d’application : l’analyse devrait viser tous les gaz, y compris l’hydrogène et l’azote;
•   la rapidité: à défaut d’analyse en temps réel, on devrait tenter d’établir une tendance;
•   la validité : les points de prélèvement devraient se trouver à l’intérieur et à proximité du périmètre du lieu de l’incident.

L’interprétation des résultats des analyses de gaz devrait se faire conformément aux principes ci-après:

•   un petit nombre de points de prélèvement choisis avec soin devraient être consignés sur plan. Cette méthode est plus efficace pour établir une tendance que la multiplication des points de prélèvement;
•   lorsqu’un résultat s’écarte nettement de la valeur moyenne, il devrait être confirmé par l’analyse d’un nouvel échantillon. L’étalonnage de l’appareil devrait être contrôlé avant que des mesures correctives ne soient prises. Des écarts peuvent être causés par des variations de facteurs extérieurs comme l’aérage, la pression barométrique ou la température, ou encore par la marche d’un moteur diesel se trouvant à proximité;
•   les calculs devraient prendre en compte la composition du gaz ou du mélange de gaz dans des conditions normales, c’est-à-dire à l’extérieur de la mine;
•   aucun résultat d’analyse ne devrait être accepté sans avoir été validé;
•   un résultat isolé ne devrait pas conduire à penser que la situation s’est modifiée. Il est plus fiable d’interpréter une tendance.

Pour obtenir des résultats corrects (sans air), il faut retrancher des valeurs mesurées la part de l’air atmosphérique contenu dans l’échantillon (Mackenzie-Wood et Strang, 1990). Cette manière de procéder permet de comparer des échantillons provenant de milieux similaires, après élimination de l’effet de dilution causé par l’infiltration d’air.

Le résultat net est donné par la formule:

En effet:

Les résultats nets sont utiles pour établir une tendance lorsqu’on soupçonne une possibilité de dilution entre le point de prélèvement et la source, lorsqu’il y a une fuite dans le circuit d’échantillonnage ou que les sachets d’échantillons ne sont pas étanches. Si l’on veut par exemple suivre l’évolution de la concentration de monoxyde de carbone provoquée par un échauffement, toute dilution causée par une augmentation du débit d’aérage pourrait être assimilée à tort à une diminution de la concentration de monoxyde de carbone à la source. Ce n’est qu’en déterminant les concentrations nettes (sans air) que l’on obtiendra des résultats corrects.

Des calculs similaires seront effectués s’il y a dégagement de méthane dans la zone de prélèvement: une augmentation de la concentration de méthane aura pour effet de diluer les autres gaz présents, et une élévation de la concentration de monoxyde de carbone pourrait être interprétée comme une diminution.

La concentration nette (sans méthane) est donnée par la formule:

Un corps s’enflamme spontanément lorsque la quantité de chaleur produite par réaction interne est supérieure à la quantité de chaleur dissipée et que la température élevée qui en résulte atteint le point d’inflammation de ce corps. L’échauffement spontané du charbon — on parle dans ce cas d’un feu et non d’un incendie — est généralement lent jusqu’à ce que sa température atteigne environ 70 °C. Au-delà de cette température «critique», la réaction s’accélère d’ordinaire. Au-dessus de 300 °C, il y a dégagement de matières volatiles («gaz de houille» ou «gaz de craquage»). Ces gaz (hydrogène, méthane et monoxyde de carbone) s’enflamment spontanément à environ 650 °C (il a été signalé que la présence de radicaux libres peut faire apparaître une flamme dans le charbon à une température d’environ 400 °C). Le tableau 74.4 illustre les différentes étapes d’un processus classique de combustion spontanée (l’évolution sera différente selon le type de charbon).

Le dégagement de monoxyde de carbone se produit généralement à 50 °C environ au-dessous de l’apparition de l’odeur caractéristique de la combustion. La plupart des appareils conçus pour indiquer l’amorce d’une combustion spontanée sont donc basés sur la détection de monoxyde de carbone en concentrations supérieures aux valeurs normales de référence pour une zone donnée de la mine.

Une fois l’échauffement décelé, il importe de le surveiller afin de connaître ses caractéristiques (par exemple, sa température et son étendue), la vitesse de montée en température, les émissions toxiques éventuelles et l’explosibilité de l’atmosphère.

Un certain nombre d’indices et de paramètres permettent de déterminer l’importance, la température et la progression d’un échauffement. Ces données sont habituellement fondées sur les changements qui s’opèrent dans la composition de l’air circulant dans une zone suspecte. Avec les années, de nombreux appareils indicateurs ont été mis au point; la plupart n’ont qu’une plage d’utilisation très restreinte et sont sans grand intérêt. Ils sont tous limités à des sites particuliers et diffèrent selon le type de charbon et les conditions ambiantes. Les méthodes les plus courantes sont basées sur l’observation de l’évolution de la concentration de monoxyde de carbone, le dégagement de monoxyde de carbone (Funkemeyer et Kock, 1989), le rapport de Graham (Graham, 1921), les gaz traceurs (Chamberlain, 1970), le rapport de Morris (Morris, 1988) et le rapport monoxyde de carbone/dioxyde de carbone. Leur utilisation peut se révéler difficile après isolement ou barrage d’un quartier en raison de l’absence d’un débit d’air défini.

Aucun appareil ne permet de suivre de manière à la fois sûre et précise l’évolution d’un échauffement. Les décisions à prendre doivent être fondées sur la collecte, l’analyse, la comparaison et l’interprétation de toutes les données disponibles en tenant compte des connaissances et de l’expérience acquises en la matière.

L’explosion est le risque isolé le plus important dans une mine de charbon. En deux ou trois secondes, une explosion peut tuer toutes les personnes se trouvant dans la mine, réduire à néant les installations et le matériel et mettre un terme définitif à l’exploitation.

Le monitorage de l’explosibilité de l’atmosphère d’une mine est donc une tâche essentielle et continue. Elle revêt un caractère particulièrement urgent lors d’opérations de sauvetage dans une mine grisouteuse.

Comme dans le cas des échauffements, un certain nombre de méthodes permettent de déterminer l’explosibilité d’une atmosphère souterraine; on peut citer le triangle de Coward (Greuer, 1974), le triangle de Hughes et Raybold (1960), le diagramme d’Ellicott (1981) et le rapport de Trickett (Jones et Trickett, 1955). En raison de la complexité et de la fluctuation des conditions régnant dans une mine, il n’existe aucune formule ou méthode qui permette d’affirmer avec certitude qu’il ne se produira pas d’explosion dans telle ou telle exploitation à un moment donné. La prévention des explosions exige par conséquent une vigilance extrême de tous les instants, un niveau élevé de suspicion et la capacité de déclencher sans hésiter les mesures appropriées au moindre signe susceptible d’évoquer l’imminence d’une explosion. Il faut souligner à ce propos qu’une interruption temporaire de l’exploitation est un prix relativement minime à payer pour empêcher qu’une explosion ne se produise.

Le présent article a fourni une brève synthèse des méthodes de détection des gaz dans les mines souterraines. Les autres considérations de sécurité et de santé liées à l’atmosphère des mines (par exemple, affections causées par les poussières, risques d’asphyxie ou d’intoxication) sont traitées dans des articles distincts du présent chapitre et ailleurs dans l’Encyclopédie.