Étude exploratoire des risques en santé et sécurité du travail liés à l'utilisation des véhicules autonomes en mines souterraines et proposition d'une démarche de prévention

L’introduction des véhicules autonomes dans les mines souterraines marque une étape majeure dans la transformation numérique et opérationnelle de l’industrie minière. Ces technologies promettent des gains significatifs en sécurité, productivité et efficacité, mais elles apportent proba-blement de nouveaux risques physiques, technologiques, humains et organisationnels encore peu étudiés. Dans un contexte où les travaux scientifiques sur la sécurité des systèmes autonomes en milieu souterrain demeurent rares, et où une certaine réticence persiste parmi les acteurs du secteur face à cette technologie de pointe, plusieurs questions majeures sont soulevées : ▪ Quels sont les risques émergents SST liés à l’exploitation des véhicules autonomes en milieu souterrain ? ▪ Quels sont les avantages et les défis associés à leur introduction dans les opérations minières souterraines ? ▪ Quelle démarche d’intégration permet d’assurer une mise en œuvre sécuritaire de ces technologies ? ▪ Et enfin, quelle méthode d’évaluation des risques est la mieux adaptée à ces systèmes complexes ? Toutes ces interrogations ont permis de ressortir une question centrale de recherche : comment introduire et utiliser de façon sécuritaire des véhicules autonomes dans une mine souterraine ? Ainsi, l’objectif général de notre étude est de réaliser une analyse exploratoire des risques liés à l’utilisation des véhicules autonomes dans les mines souterraines et de proposer une démarche de prévention préliminaire, fondée sur les connaissances scientifiques et normatives existantes. Pour répondre à cet objectif, nous avons défini une méthodologie composée de deux grandes parties. La première partie a consisté à réaliser une revue documentaire comprenant deux niveaux. Le premier niveau a consisté à effectuer une recherche documentaire approfondie enrichie par une analyse critique sur les travaux scientifiques qui ont abordé la sécurité liée aux véhicules autonomes exploités dans les mines souterraines. Quant au second niveau, il a consisté à faire une analyse croisée entre les directives du Global Mining Guidelines Group (GMG) sur la mise en œuvre des systèmes autonomes dans l’exploitation minière et les travaux de Burgess-Limerick sur les facteurs humains. La deuxième partie de notre méthodologie a consisté à faire une combinaison des normes ISO 12100 : 2010 et ISO 17757 : 2019. Cette combinaison a permis de mettre en évidence les complémentarités et les spécificités de chacune : ▪ l’ISO 12100 fournit le cadre général de la gestion des risques pour les machines industrielles, fondé sur l’identification des dangers, l’estimation et la réduction du risque ; ▪ l’ISO 17757, quant à elle, introduit les exigences particulières liées aux systèmes autonomes et semi-autonomes, notamment la sécurité fonctionnelle, la communication homme-système, la détection d’obstacles et la gestion des modes de fonctionnement. Cette méthodologie a permis d’obtenir plusieurs résultats. La revue documentaire a permis de ressortir les avantages et défis liés à l’intégration de ces véhicules en milieu souterrain sur le plan de la sécurité, des coûts, de l’efficacité et la production, et des ressources humaines. Ensuite, nous avons identifié et catégorisé les nouveaux risques liés à ces véhicules en quatre types : ▪ Risques physiques : collision due à l’interaction entre les véhicules autonomes, les véhicules manuels et les personnes, l’instabilité du véhicule autonome due à des sols irréguliers, des pentes et des virages, les troubles musculosquelettiques dus à des interfaces utilisateur inadaptées en salle de commande, etc. ▪ Risques technologiques : défaillances des capteurs de perception, perte de communication, attaques cybernétiques, etc. ▪ Risques cognitifs : fatigue mentale (due à une vigilance prolongée), le travail assis sur un fauteuil (pouvant entrainer des problèmes ergonomiques et du sommeil car l’opérateur est déconnecté de l’environnement de travail réel), la supervision des opérations à distance (entraîne une surcharge cognitive liée à la surveillance simultanée de plusieurs interfaces ou véhicules autonomes), les erreurs de mode ou de saisie, etc. ▪ Risques psychosociaux : l’isolement croissant dans les salles de commande affecte l’opérateur sur plusieurs points tels que la motivation, le sentiment d’exclusion du collectif de travail traditionnel, ce qui peut générer du stress. Nous avons également présenté les retours d’expérience des cas d’implantation de véhicules autonomes documentés dans la littérature. Par ailleurs, la revue documentaire a également permis de proposer une démarche d’intégration sécuritaire des véhicules autonomes dans une mine souterraine. Cette démarche couvre six dimensions essentielles pour une bonne mise en œuvre ▪ La réglementation : les acteurs de l’intégration devraient s’appuyer dès le début de la démarche sur les normes internationales telles que l’ISO 12100 : 2010 sur la sécurité des machines, l’ISO 17757 : 2019 sur la sécurité des systèmes autonomes et semi-autonomes dans l’exploitation minière, la partie 1 de la norme 13849 sur les principes généraux de conception des systèmes de commande relatifs à la sécurité des machines, etc. Toutefois, les acteurs devraient également prendre en compte les exigences réglementaires locales du pays ou de la région où la mine est exploitée ; ▪ La gestion du changement ; ▪ La définition des rôles et des responsabilités des parties prenantes lors de l’intégration ; ▪ La gestion des zones de fonctionnement autonome et des accès ; ▪ La gestion des données ; ▪ La mise en service. La combinaison des référentiels ISO 12100 : 2010 et ISO 17757 : 2019 a permis de proposer une méthodologie d’évaluation des risques adaptée aux véhicules autonomes, et d’introduire le critère de détectabilité/maîtrise de la défaillance pour les opérations autonomes ne nécessitant pas de présence humaine. Trois niveaux de détectabilité ont été définis allant de la détection inexistante à la détection rapide. De plus, nous avons définis une matrice de criticité à cinq niveaux allant du risque négligeable au risque inacceptable majeur. Ensuite, la méthode a été appliquée à deux scénarios réels survenus dans des mines à ciel ouvert (collision entre un camion de transport autonome et une chargeuse manuelle lors d’une opération de chargement de minerai, erreur de mode par l’opérateur à bord d’un camion de transport autonome) et documentés dans la littérature afin de tester sa pertinence. Au-delà des aspects techniques, ce travail met également en lumière l’importance des dimensions humaines, organisationnelles et psychosociales dans la réussite d’une intégration sécuritaire. En somme, ce mémoire pose les bases conceptuelles et méthodologiques d’une démarche de prévention pouvant être approfondie et validée dans des travaux ultérieurs afin de rendre les mines souterraines autonomes plus sûres, plus fiables et plus durables.

Abstract

The introduction of autonomous vehicles in underground mines marks a major step in the digital and operational transformation of the mining industry. These technologies promise significant gains in safety, productivity, and efficiency, but they likely introduce new, understudied physical, technological, human, and organizational risks. In a context where scientific research on the safety of autonomous systems in underground environments remains scarce, and where industry stakeholders remain reluctant to embrace this cutting-edge technology, several major questions arise: ▪ What is the emerging OHS risks associated with the operation of autonomous vehicles in underground environments? ▪ What are the benefits and challenges associated with their introduction into underground mining operations? ▪ What integration approach can ensure the safe implementation of these technologies? ▪ And finally, what risk assessment method is best suited to these complex systems? All these questions led to the emergence of central research question: how can autonomous vehicles be safely introduced and operated in an underground mine? Thus, the overall aim of our study is to manage the health and safety risks associated with the use of autonomous vehicles in underground mines. To achieve this objective, we have defined a methodology consisting of two main parts. The first part consisted of conducting a literature review comprising two levels. The first level involved carrying out in-depth documentary research enriched by a critical analysis of the scientific studies that addressed safety related to autonomous vehicles operated in underground mines. As for the second level, it consisted of performing a cross-analysis between the Global Mining Guidelines Group (GMG) directives on the implementation of autonomous systems in mining and the work of Burgess-Limerick on human factors. The second part of our methodology involved combining ISO 12100:2010 and ISO 17757:2019 standards. This combination highlighted the complementarities and specificities of each: ▪ ISO 12100 provides the general framework for risk management for industrial machines, based on hazard identification, risk estimation, and risk reduction. ▪ ISO 17757, on the other hand, introduces specific requirements related to autonomous and semi-autonomous systems, including functional safety, human-system communication, obstacle detection, and operating mode management. This methodology made it possible to obtain several results. The literature review highlighted the advantages and challenges related to the integration of these vehicles in underground environments in terms of safety, costs, efficiency, production, and human resources. Next, we identified and categorized the new risks related to these vehicles into four types: ▪ Physical risks: collisions due to interactions between autonomous vehicles, manual vehicles, and people; instability of the autonomous vehicle due to uneven surfaces, slopes, and turns; musculoskeletal disorders caused by inappropriate user interfaces in the control room, etc. ▪ Technological risks: failures of perception sensors, communication loss, yberattacks, etc. ▪ Cognitive risks: mental fatigue (due to prolonged vigilance), chair-based work (which can lead to ergonomic problems and sleep issues because the operator is disconnected from the real work environment), remote supervision of operations (leads to cognitive overload related to simultaneous monitoring of multiple interfaces or autonomous vehicles), mode or input errors, etc. ▪ Psychosocial risks: increasing isolation in control rooms affects operators in several ways, such as motivation and feelings of exclusion from the traditional work community, which can cause stress. We also presented the feedback from documented cases of autonomous vehicle deployments in the literature. Furthermore, the literature review also allowed us to propose an approach for the safe integration of autonomous vehicles in an underground mine. This approach covers six essential dimensions for successful implementation, namely: Regulations: Integration stakeholders should rely from the beginning of the process on international standards such as ISO 12100:2010 on the safety of machinery, ISO 17757:2019 on the safety of autonomous and semi-autonomous systems in mining operations, Part 1 of ISO 13849 on general principles for the design of safety-related control systems for machinery, etc. However, stakeholders should also consider local regulatory requirements of the country or region where the mine is operated; ▪ Change management; ▪ Defining the roles and responsibilities of integration stakeholders; ▪ Management of autonomous operating zones and access; ▪ Data management; ▪ Commissioning. The combination of the ISO 12100:2010 and ISO 17757:2019 standards has made it possible to propose a risk assessment methodology adapted to autonomous vehicles and to introduce the criterion of fault detectability/control for autonomous operations that do not require human presence. Three levels of detectability have been defined, ranging from non-existent detection to rapid detection. In addition, we have defined a five-level criticality matrix ranging from negligible risk to major unacceptable risk. Then, the method was applied to two real-world scenarios (a collision between an autonomous transport truck and a manually operated loader during a ore loading operation, a mode error by the operator aboard an autonomous transport truck) documented in the literature in order to test its relevance. Beyond the technical aspects, this work also highlights the importance of human, organizational, and psychosocial dimensions in the successful implementation of safe integration. In short, this thesis lays the foundations for a systemic, normative, and pragmatic approach in favor of a transition to safer, more reliable, and more sustainable underground mines.