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La science derrière I-Blast

Ce qu'il y a
sous le logiciel

Vibration au voisinage, granulométrie du tas, teneur déplacée, tenue des parements, mouvement en chantier confiné : ces effets ont une cause commune — l'énergie placée dans le massif et l'instant où chaque charge part. Ils se calculent donc dans le même modèle, et avant la mise à feu. Chaque point ci-dessous en détaille un maillon : le principe, son domaine de validité, ses entrées et ses sorties.

01 — Trou-signature et déconvolution 02 — Vibrations : prévision et optimisation 03 — Fragmentation et dilution 04 — Mouvement du tas en souterrain 05 — Publications
Modèle de vibration

Trou-signature et déconvolution

Extraire la réponse élémentaire mono-trou de l'enregistrement d'un tir de production — sans tir de calibration dédié, y compris en champ proche.
// 1.1 — Modèle direct

Le tir comme opérateur de convolution

ENREGISTREMENT D'UN TIR DE PRODUCTION SÉQUENCE D'AMORÇAGE — CONNUE PAR LE PLAN DE TIR DÉCONVOLUTION RÉPONSE ÉLÉMENTAIRE EXTRAITE une seule réponse, représentative de toutes les charges du tir
Figure 1 — Le principe, en une image. Le sismogramme du haut est la somme des réponses de toutes les charges, décalées par la séquence d'amorçage. La séquence étant connue par le plan de tir, l'inversion restitue la réponse d'une charge unique — le trou-signature — sans qu'aucun trou isolé n'ait été tiré. Les tracés sont illustratifs.

Au point de contrôle, le signal enregistré est la somme des réponses de chaque charge, décalées par la séquence d'amorçage et pondérées par le couplage de chaque trou.

(1)
v(t) = Σᵢ aᵢ · s(t − tᵢ) + n(t) = (g ⊛ s)(t) + n(t)
Le tir agit comme un filtre linéaire appliqué à la réponse élémentaire du trajet.
(2)
V(f) = G(f) · S(f) + N(f)   avec   G(f) = Σᵢ aᵢ · e^(−2πj f tᵢ)
Dans le domaine fréquentiel, la convolution devient un produit — d'où l'inversion.

Notation

v(t)signal enregistré au point de contrôle
s(t)réponse élémentaire du trajet à une charge unitaire
tᵢinstant d'amorçage du trou i
aᵢpondération de la charge i (masse, couplage, distance)
g(t)opérateur de séquence, peigne pondéré
n(t)bruit de fond et perturbations de mesure
réponse élémentaire s(t) séquence d'amorçage g(t) — plan de tir enregistrement v(t) — sismogramme ou simulation * = MODÈLE DIRECT (1) DÉCONVOLUTION INVERSION
Figure 2 — Schéma de principe. La chaîne directe produit le signal à partir de la réponse élémentaire et de la séquence d'amorçage — c'est le mode prédictif. L'inversion remonte le chemin : la séquence étant connue par le plan de tir, la réponse élémentaire s'extrait de l'enregistrement.
Module d'enregistrements sismiques d'I-Blast : traces enregistrées, paramètres d'inversion, spectres et signature extraite
Figure 3 — La même opération dans I-Blast. À gauche, les trois voies du sismogramme enregistré au point de contrôle, plus la surpression aérienne. À droite, le résultat de l'inversion : les raies de la séquence d'amorçage superposées au spectre de chaque voie, et les réponses élémentaires restituées dans le domaine temporel. La distance et la charge de référence servent à ramener la signature aux conditions du tir à prédire.
// 1.2 — Domaine de validité

Ce que la signature déconvoluée est, et ce qu'elle n'est pas

Ce n'est pas la réponse d'un trou en particulier

L'inversion restitue une réponse élémentaire moyenne, représentative de l'ensemble des charges du tir. Elle diffère par construction de la réponse d'un trou isolé donné : ce dernier a son propre couplage, sa propre distance et sa propre géométrie de trajet.

Réponses individuelles des charges n trous · couplages et trajets différents déconv. Réponse élémentaire moyenne Ŝ(t) 1 réponse · représentative de l'ensemble
Figure 4 — Schéma de principe. Les tracés sont illustratifs et ne représentent pas des données de mesure. La réponse élémentaire agrège la dispersion réelle des charges du tir : c'est ce qui la rend représentative de l'ensemble.
// 1.3 — Approches

Deux façons d'obtenir la réponse élémentaire

La superposition de trou-signature est une méthode établie, implémentée dans plusieurs logiciels du marché. L'écart ne porte pas sur la superposition : il porte sur l'acquisition de la réponse élémentaire.

Enregistrement tri-axial d'une charge unitaire : composantes longitudinale, transversale et verticale
Figure 5 — La réponse élémentaire, telle qu'elle se mesure. Enregistrement tri-axial d'une charge unitaire au point de contrôle. C'est la brique de base du modèle : un tir complet se reconstitue en superposant cette réponse autant de fois qu'il y a de charges, chacune décalée de son retard d'amorçage. La déconvolution produit la même grandeur — mais à partir du sismogramme d'un tir de production, sans immobiliser le gradin ni tirer un trou isolé.
Approche Acquisition Coût d'exploitation Fréquence de mise à jour
Tir de calibration
approche standard du marché		 Tir de trous isolés instrumentés, à plusieurs distances et charges Gradin immobilisé, tir sans production, équipe et autorisation dédiées Ponctuelle. La signature vieillit à mesure que le front avance et que la lithologie change.
Déconvolution
I-Blast		 Extraction à partir du sismogramme d'un tir de production Nul. Le tir exploité est un tir de production. À chaque tir enregistré. La caractérisation suit l'avancement de l'exploitation.

Y compris en champ proche

La superposition classique suppose un comportement linéaire, hypothèse qui cesse d'être valable à mesure qu'on se rapproche du tir. C'est la raison pour laquelle la méthode du trou-signature est habituellement réservée au champ lointain.

Notre traitement intègre la non-linéarité du champ proche. Le domaine d'emploi couvre donc aussi les configurations où le point de contrôle est proche du tir — ouvrage en crête, installation de traitement, structure en pied de gradin.

Formulation publiée en 2012 — correction directionnelle en domaine temporel et traitement en domaine fréquentiel. Voir publications.

Un cas où le tir de calibration était impossible

Carrière de l'est des États-Unis, tir à moins de 45 m d'une ligne haute tension, seuil à tenir sur le pylône. L'exploitant interdisait le tir d'un trou isolé, et la volée devait être chargée en colonne pleine sur un front de 22 m, sans deck.

La réponse élémentaire a été extraite par déconvolution d'un enregistrement de tir vieux de deux ans, disponible au même point de contrôle. La séquence optimisée sur cette base a produit une réduction de 50 % de la vitesse particulaire, avec un doublement de la fréquence dominante — le déplacement fréquentiel comptant ici autant que la baisse d'amplitude.

Cas publié — Bernard, T. (2012), The Truth About Signature Hole Method, ISEE.

// 1.4 — Spécifications

Entrées, sorties, interopérabilité

Entrées

  • Sismogramme tri-axial du tir de production
  • Plan de tir : positions, charges, retards
  • Coordonnées du point de contrôle
  • Formats sismographes : Nomis, Instantel, White Seismology, Sigicom, Syscom, Vibracord, Idetec, ainsi que .csv et .seg2 — autres formats sur demande

Sorties

  • Réponse élémentaire Ŝ(t) et son spectre
  • PPV et fréquence prédites, par point de contrôle
  • Cartes d'iso-vibration projetées sur nuage de points

Chaîne

  • Acquisition temps réel via DNA-Connect
  • Alimente l'optimisation multi-points (point 02)
  • Disponible dans l'édition I-Blast ULT
  • Accessible par API
// 1.5 — Antériorité

Ce que la littérature établissait déjà

La superposition de trou-signature est une méthode publique, décrite dès les années 1980. Son exploitation à partir de l'enregistrement d'un tir de production — donc sans tir isolé — a été proposée dans la littérature avant d'être industrialisée. Nous citons cette antériorité, puis renvoyons à nos propres travaux.

  • 2008 Anderson, D. A. — Signature Hole Blast Vibration Control: Twenty Years Hence and Beyond. Propose l'exploitation de l'enregistrement d'un tir de production pour restituer la contribution individuelle des charges.
  • 2012 Bernard, T. — The Truth About Signature Hole Method. ISEE, 11 p. Superposition en champ proche, déconvolution de la trace, et analyse statistique de 574 tirs.

Liste complète des travaux publiés : point 05 — Publications.

Vibration & sismique

Vibrations : prévision et optimisation multi-points

Calculer la vitesse particulaire en tout point du site avant le tir, puis optimiser charges et retards sur plusieurs points de contrôle à la fois — et pas seulement sur la valeur crête d'un seul.
// 2.1 — Ce que coûte l'absence de prévision

Le tir non maîtrisé se paie en arrêts et en reprises

Fosse en cours de tir, avec le maillage sismique projeté sur le relief environnant
7 %

des arrêts non planifiés en mine à ciel ouvert sont attribués à des ruptures locales de talus.

Australian Centre for Geomechanics, Newsletter 48 (2021)
3 M USD / an

de reprise de parement, banquettes perdues, réparations et coûts d'assurance sur un site concerné.

IJSTR (2021) ; ACG Risk (2019), Jele & Dunn
M USD / incident

pour un dépassement de vibration en limite de site : réclamations pour dommages structurels, arrêt de production, exposition juridique.

ISEE, Blasting Guidelines (2020)
// 2.2 — Trois postures

Tirer et espérer, surveiller et réagir,
ou prédire et prévenir

Les trois se pratiquent, souvent sur le même site. Elles ne diffèrent pas par le niveau de vigilance mais par l'instant où l'information arrive : après le tir, pendant, ou avant.

Posture Information disponible Ce qui reste à la charge du site Effet sur le parement final
Tirer et espérer Aucune. Le plan de tir n'intègre pas la vibration. Reprise, banquettes perdues, réclamations, arrêts d'urgence. Subi. Les ruptures se découvrent après coup.
Surveiller et réagir Alertes quelques heures avant la rupture. Les équipes sont évacuées à temps. Perte de minerai, reprofilage, arrêts de production : le dommage a déjà eu lieu. Anticipé, pas évité. Les délais de réparation demeurent.
Prédire et prévenir Vitesse particulaire calculée avant le tir, sur l'ensemble du site. Un ajustement de charges et de retards, dans le temps du plan de tir. Piloté. Le seuil devient une contrainte de conception, pas un constat.

Prédire ne remplace pas surveiller. Les enregistrements post-tir restent indispensables : ce sont eux qui alimentent le modèle et qui recalent la prédiction d'un tir sur l'autre. La démarche prédictive s'ajoute à la surveillance, elle ne la supprime pas.

// 2.3 — Pourquoi plusieurs points

Un site n'a jamais
une seule contrainte

L'optimisation de séquence par superposition est une pratique courante. Elle est généralement conduite sur un point de contrôle unique — la structure la plus exposée — et sur un seul critère, la vitesse particulaire crête.

Or un tir doit satisfaire simultanément le parement final, le voisinage, une installation de traitement, parfois un ouvrage souterrain. Ces cibles ne sont ni à la même distance, ni dans la même direction, ni sensibles aux mêmes fréquences : une séquence qui protège l'une peut charger l'autre. Et la réglementation, en pratique, contraint le couple vitesse-fréquence, pas la seule vitesse.

Optimisation courante du marché I-Blast
Points de contrôle Un point, généralement la structure la plus exposée Plusieurs points simultanément, jusqu'au nuage de points complet du site
Critère optimisé La vitesse particulaire crête Vitesse crête et contenu fréquentiel
Résultat Une séquence favorable en un point, sans garantie ailleurs Une séquence qui tient l'ensemble des contraintes retenues
Coût de la recherche Exploration limitée, souvent manuelle Algorithme génétique : 10 000 séquences évaluées en moins de 10 s
// 2.4 — Le point de contrôle

Pourquoi deux points à la même distance ne répondent pas pareil

Une loi de propagation ne connaît que la distance et la charge. Elle attribue donc le même niveau à deux capteurs équidistants du tir. Sur le terrain, l'écart entre ces deux capteurs atteint couramment un facteur plusieurs — et l'explication n'est ni dans le tir ni dans la distance : elle est sous le capteur.

Une colonne de sol meuble sur substratum se comporte comme un résonateur. Elle amplifie les fréquences voisines de sa fréquence propre et laisse passer les autres. Le rapport spectral H/V — méthode HVSR — met cette bande en évidence en divisant, en un même point, le spectre de chaque composante horizontale par celui de la composante verticale : ce qui est commun aux trois voies s'élimine, il ne reste que ce que le site fait au mouvement horizontal. Le calcul se fait sur un enregistrement déjà disponible — bruit de fond ou tir — sans forage, sans source active et sans immobiliser quoi que ce soit.

RAPPORT SPECTRAL H/V — DEUX POINTS À LA MÊME DISTANCE DU TIR 246 125102050100150 f₀ ≈ 18 Hz FRÉQUENCE (Hz) H/V Point A — recouvrement meuble sur substratum : amplification d'un facteur 6 autour de 18 Hz Point B — rocher affleurant : réponse quasi plate, pas de bande amplifiée
Figure 6 — Schéma de principe. Les courbes sont illustratives et ne représentent pas des données de mesure. Un pic marqué signale une couche résonante : sa position donne la bande de fréquence dans laquelle le site amplifie, son amplitude donne le contraste d'impédance entre la couche et le substratum. Un point assis sur le rocher donne une courbe plate.
Module d'analyse sismique d'I-Blast, onglet HVSR : rapports spectraux L/V et T/V au point de contrôle
Figure 7 — Le calcul dans I-Blast. Onglet HVSR du module d'analyse sismique. En haut, la composante longitudinale rapportée à la verticale ; en bas, la transversale rapportée à la verticale, jusqu'à 150 Hz. Les bandes qui ressortent sont celles où le point de contrôle amplifie le mouvement horizontal — celles qu'une séquence d'amorçage a intérêt à ne pas exciter. Le calcul est fait sur un enregistrement déjà acquis.

Ce que cela change sur un tir

Un point chaud s'explique

Un capteur systématiquement plus haut que les autres n'implique pas une anomalie du massif ni une erreur de chargement. Si sa bande d'amplification tombe dans le contenu fréquentiel du tir, l'écart est un effet de site, et il se traite comme tel.

Un second levier pour la séquence

L'optimisation ne joue pas seulement sur l'amplitude : elle déplace aussi le contenu fréquentiel du signal. Connaître la bande amplifiée du récepteur permet de chercher une séquence qui l'évite — c'est le mécanisme du cas publié en 01, où le doublement de la fréquence dominante comptait autant que la baisse d'amplitude.

Où cela se place dans la chaîne

La caractérisation du point de contrôle est indépendante du tir à prédire et antérieure à celui-ci. Elle qualifie le récepteur, là où la réponse élémentaire du point 01 qualifie le trajet et la source. Les deux se combinent dans le même calcul de superposition.

// 2.5 — Ce que disent les mesures

Prévision et mesure

Un tir, deux signaux : celui que le modèle calcule avant la mise à feu, et celui que le sismographe enregistre.

Composante longitudinale du même tir : signal calculé avant la mise à feu, et signal enregistré
Figure 8 — Le même tir, prévu puis mesuré. Composante longitudinale, celle qui porte la propagation dans l'axe du tir. En haut, le signal calculé avant la mise à feu à partir de la réponse élémentaire et de la séquence d'amorçage ; en bas, l'enregistrement au même point de contrôle, ramené à la même échelle verticale. La chronologie est retrouvée : même succession de trains d'ondes, maximum au même instant, même décroissance. Le pic est prédit à 5,22 mm/s pour 4,03 mm/s mesuré — la prévision majore, ce qui est le sens attendu pour un calcul de dimensionnement. Sur la composante transversale, qui gouverne ici le niveau, l'écart revient à 9 % (6,67 contre 6,11 mm/s). La prévision n'utilise aucune donnée postérieure au tir.

Résultats publiés

La méthode n'est pas évaluée sur un tir de démonstration. Les chiffres ci-dessous proviennent de campagnes publiées en congrès ISEE, sur des bases de plusieurs centaines de tirs enregistrés en plusieurs points.

574tirs sur 35 sites, détonateurs électroniques, vibrations enregistrées en plusieurs points
50 %des tirs prédits à moins de 10 % d'écart avec la mesure
69 %des tirs à séquence optimisée : vibration réduite d'au moins 30 %
13 %des tirs : réduction atteignant 70 %

Source : Bernard, T. (2012), The Truth About Signature Hole Method, ISEE — campagne conduite aux États-Unis avec South Technical Services. Niveaux absolus non divulgués (confidentialité client).

Réduire la vibration sans toucher à la charge par retard

Carrière du sud de la France, village à 850 m, niveau moyen 0,9 mm/s — bas, mais suffisant pour générer des plaintes. Optimisation de la séquence sur trou-signature, à chargement inchangé : 0,45 mm/s, soit 40 % de moins. Le front progressant vers le village, le niveau est remonté à 0,7 mm/s ; une seconde optimisation, portant cette fois sur le délai inter-deck, l'a ramené à 0,5 mm/s.

C'est le point à retenir : le levier n'est pas la quantité d'explosif, c'est l'instant où chaque charge part.

Sur la règle des 8 ms

La règle des 8 ms — séparer les charges d'au moins 8 ms pour qu'elles soient comptées séparément — est un héritage des méthodes fondées sur la charge par retard. Elle suppose que au-delà de ce seuil le niveau ne dépend plus du délai, ce que la superposition contredit directement : à chaque délai correspond un niveau différent.

Sur la campagne citée, 71,7 % des tirs optimisés avaient un délai inter-trous minimal inférieur à 8 ms, pour des résultats vibratoires meilleurs que la séquence standard. Une étude antérieure conduite avec l'INERIS sur près de 900 tirs concluait déjà que la charge par retard seule ne suffit pas à expliquer les niveaux observés, et que cette règle devait être reconsidérée.

Vuillaume, P., Bernard, T., Kiszlo, M. (1996), Blasting Vibrations Control: The Shortcomings of Traditional Methods, INERIS / ISEE. Voir publications.

// 2.6 — Chaîne de traitement

De l'enregistrement au plan de tir

Le point d'entrée n'est ni un abaque ni une loi de site générique : ce sont les enregistrements du site lui-même. La réponse élémentaire en est extraite par déconvolution — c'est le point 01 — puis propagée sur la géométrie réelle du gisement.

01 ENREGISTREMENTS sismographes et géophones triaxiaux plan de tir associé 02 RÉPONSE ÉLÉMENTAIRE trou-signature obtenu par déconvolution 03 PROPAGATION superposition sur les points de contrôle et le nuage de points 04 OPTIMISATION charges et retards algorithme génétique 10 000 scénarios < 10 s 05 PLAN DE TIR VALIDÉ carte de PPV prédite avant mise à feu rapport de conformité TIR SUIVANT — RECALAGE DU MODÈLE SUR LES MESURES POST-TIR
Figure 9 — Chaîne de traitement. Les enregistrements d'un tir de production suffisent à obtenir la réponse élémentaire ; aucun tir de calibration dédié n'est requis. La boucle de recalage referme le cycle : chaque tir mesuré affine la prédiction du suivant.
// 2.7 — Ce que voit l'ingénieur de tir

La même volée, deux séquences

Même implantation, même chargement, même massif. Seule la séquence d'amorçage change. À droite, le plan de tir tel qu'il était prévu ; à gauche, le même tir après optimisation. L'échelle est en mm/s : le rouge marque le dépassement du seuil retenu pour le parement final.

Comparaison de deux cartes de vitesse particulaire sur le nuage de points d'une mine, avec et sans optimisation de la séquence par I-Blast AVEC I-BLAST OPTIMIZER SANS — SÉQUENCE PRÉVUE
Figure 10 — Vitesse particulaire prédite, projetée sur le nuage de points du site. C'est ici que le caractère multi-points prend son sens : la contrainte n'est pas vérifiée en un capteur, mais sur toute la surface. Sans optimisation, la sollicitation se concentre le long du parement final sur toute sa longueur ; après optimisation, la zone au-dessus du seuil se referme sur l'emprise de la volée. Mine de fer, Europe de l'Est, 2023 — client confidentiel.
// 2.8 — Spécifications

Entrées, moteur, sorties

Entrées

  • Enregistrements de vibration — sismographes et géophones triaxiaux
  • Plan de tir : implantation, chargement, séquence d'amorçage
  • Nuage de points ou MNT du site, parements et cibles
  • Modèle de blocs (optionnel)
  • Données de foration MWD (optionnel)

Moteur

  • Réponse élémentaire extraite par déconvolution
  • Rapport spectral H/V au point de contrôle (module HVSR)
  • Superposition sur points de contrôle multiples
  • Optimisation sous contrainte fréquentielle
  • Algorithme génétique : 10 000 scénarios en moins de 10 s
  • Temps de calcul aligné sur le temps de production

Sorties

  • Cartes iso-vibration sur nuage de points
  • Séquence d'amorçage optimisée, prête à appliquer
  • Courbe d'énergie cumulée et courbe de dommage
  • Seuils et alertes paramétrables
  • Rapports de conformité et piste d'audit

Le même moteur sert plusieurs domaines. La vibration n'est qu'un des modules du jumeau numérique : endommagement, hors-profil arrière, fragmentation, vibration et dilution partagent la même géométrie et le même modèle de tir.

// 2.9 — Résultats terrain

Reprendre les tirs dans un contexte contraint

Après la rupture du barrage de résidus de Brumadinho (Minas Gerais, Brésil, 25 janvier 2019), les opérations de tir ont été interdites. La reprise supposait de démontrer, tir après tir, que la vibration resterait sous un seuil très bas — sans sacrifier la fragmentation ni la productivité. Trois mines ont été autorisées à reprendre à ce jour.

+450tirs réalisés sous contrôle de vibration
100 %sous la limite prescrite de 1 mm/s
>95 %des KPI de fragmentation tenus
(P80 < 610 mm à P80 < 650 mm)
3mines autorisées à reprendre les tirs

Sur les parements

Sur le cas de la figure 10 (mine de fer, Europe de l'Est), le pilotage de la séquence sous contrainte de vitesse particulaire a réduit le hors-profil arrière de l'ordre de 30 %, pour un retour sur investissement constaté entre 3 et 4 mois — l'essentiel du gain venant de la reprise de parement évitée et du minerai récupéré, plutôt que du poste explosif.

// 2.10 — Intégration au site

Sans changer vos logiciels

I-Blast ne remplace ni votre logiciel de planification, ni votre chaîne de foration, ni votre dispositif de surveillance. Il s'y branche par plug-ins : l'extraction des données est automatisée, sans ressaisie, et le résultat revient dans les outils déjà en service.

Chaque déploiement passe par un audit préalable du workflow du site, qui détermine quels plug-ins sont pertinents et où ils s'insèrent.

Plug-in Vibration Plug-in Plan de tir Plug-in MWD — optionnel Plug-in QA/QC — optionnel

Chaîne couverte

  • Logiciel de planification minière → plan de tir
  • Foreuse instrumentée → données MWD
  • Chargement : charges et retards
  • Tablettes terrain et camion de chargement
  • Surveillance post-tir → enregistrements de vibration
  • Retour vers l'optimiseur et les rapports
ÉTAPE 01

Audit initial

Analyse du workflow réel du site : quelles données existent, sous quel format, à quel moment de la préparation du tir.

ÉTAPE 02

Développement du plug-in

Solution technique et intégration au workflow, jusqu'au fonctionnement en un clic depuis les outils déjà utilisés par les équipes.

ÉTAPE 03

Suivi annuel

Maintenance, formation et adaptation du package à l'évolution du site et de la réglementation applicable.

Matière, teneur & roche

Fragmentation et dilution

Prédire, avant le tir, la granulométrie du tas et l'endroit où le minerai aura été déplacé — à partir du seul plan de tir et de la topographie d'avant tir.
// 3.1 — L'enjeu

Ce que la surface ne montre pas

Coupe du tas abattu montrant la teneur en fer au cœur de la matière déplacée
Figure 11 — Le minerai, à l'intérieur du tas. Teneur en fer portée par la matière après simulation, vue à travers la surface du tas. Du sol, on ne voit qu'un tas gris.

Un tir déplace la matière. Le minerai ne reste pas là où le géologue l'avait dessiné : il part, se mélange au stérile, et le contour tracé sur le modèle d'avant tir ne correspond plus à rien. Ce qui est chargé comme du stérile alors que c'était du minerai est perdu ; ce qui est chargé comme du minerai alors que c'était du stérile dilue l'alimentation de l'usine.

Le même tir décide aussi de la granulométrie : trop grossier, il coûte au concassage et au broyage ; trop fin, il détruit de la valeur. Ces deux effets ont la même cause — la façon dont l'énergie a été placée et séquencée — et se traitent donc dans le même modèle.

Une décision qui se prend avant, pas après. Constater le déplacement après le tir permet de corriger le chargement. Le prédire avant permet de corriger le plan de tir — l'implantation, les charges, la séquence. C'est le parti pris d'I-Blast, et il détermine toute l'architecture décrite ci-dessous.

// 3.2 — Le modèle

Ce qui entre, et ce que ça produit

Quatre entrées suffisent. Toutes sont disponibles avant le tir :

Plan de tir : implantation des trous, chargement, séquence ENTRÉE 01

Plan de tir — implantation, chargement, séquence d'amorçage

Surface du terrain avant tir levée par drone ou scanner ENTRÉE 02

Surface du terrain avant tir, levée au drone ou au scanner

Modèle voxel construit à partir de la surface et des propriétés de roche ENTRÉE 03

Propriétés de roche et d'explosif, portées par le modèle voxel

Modèle de blocs géologique et attribut de teneur chargé dans les voxels ENTRÉE 04

Modèle de blocs et attribut à suivre — ici le pourcentage de fer

La simulation d'un tir n'utilise aucune donnée acquise après ce tir. Le calcul est intégralement achevé avant la mise à feu.

La chaîne de calcul

Le massif est discrétisé en voxels cubiques portant les caractéristiques de la roche et les attributs à suivre. Chaque voxel reçoit une vitesse initiale calculée à partir du champ de pression des charges déjà détonées et de la face libre telle qu'elle existe à cet instant. Les voxels sont ensuite mis en mouvement sur trajectoire balistique, avec calcul des chocs à chaque pas de temps.

Champ de vitesse initiale des voxels sur la face libre ÉTAPE 01

Vitesse initiale de chaque voxel, calculée sur la face libre dynamique

Voxels en mouvement pendant la simulation balistique ÉTAPE 02

Mise en mouvement : trajectoire balistique et chocs entre voxels

Tas abattu simulé, position finale des voxels ÉTAPE 03

Position finale des voxels — la forme du tas et ce qu'il contient

L'attribut voyage avec la matière : c'est le mouvement des voxels qui déplace la teneur, sans traitement séparé.

// 3.3 — Caractériser la roche

La foreuse comme capteur

Le modèle a besoin de savoir où la roche est dure et où elle ne l'est pas. Cette information existe déjà : elle est produite par la foreuse elle-même, trou par trou, à chaque volée. L'enregistrement en cours de forage — vitesse d'avancement, poussée sur l'outil, couple de rotation — est converti en un indice combiné, puis en résistance à la compression le long du trou.

Enregistrements de forage : vitesse d'avancement, poussée et couple le long du trou TROIS PARAMÈTRES ENREGISTRÉS
Profil de résistance à la compression le long du trou dans I-Blast UN PROFIL DE RÉSISTANCE
Figure 12 — Du log de forage au profil de résistance. Les trois paramètres enregistrés pendant le forage sont combinés en un indice proportionnel à la résistance à la compression, restitué trou par trou dans I-Blast. La relation est calibrée pour chaque machine : deux foreuses différentes sur le même massif ne produisent pas les mêmes enregistrements bruts.
Alternance de bancs durs et tendres révélée par le profil de résistance issu du forage
Figure 13 — Ce que le forage révèle du massif. L'alternance de bancs durs et tendres apparaît sur le profil, trou par trou, avant tout chargement. Le modèle peut alors placer l'énergie là où elle est nécessaire — moins dans les bancs tendres, plus dans les bancs durs — au lieu de charger uniformément une colonne qui ne l'est pas.

C'est une entrée, pas une option marketing. La résistance dérivée du forage alimente directement le calcul de fragmentation et celui du mouvement. Sans elle, le modèle travaille sur une roche moyenne ; avec elle, il travaille sur la roche réelle de ce gradin.

// 3.4 — Fragmentation

Ce que nous publions, et depuis quand

Simulation de fragmentation sur le gradin avant tir dans I-Blast
Figure 14 — Simulation de fragmentation. Distribution calculée sur l'emprise de la volée, avant le tir. Elle est produite par le même modèle que le mouvement, à partir des mêmes entrées.

Les chiffres ci-dessous sont publiés dans une revue indexée depuis 2014, avec leurs conditions d'obtention. Ils ne sont pas des ordres de grandeur commerciaux.

84–90 %de précision sur la distribution granulométrique complète, calibré ou non — mines à ciel ouvert, 300 à 400 trous
100 %des tirs d'une série à moins de 10 % d'écart sur le passant 800 mm — dont 88 % à moins de 5 %
≤ 15 %d'écart sur la distance de projection maximale, en carrière, sur des tirs de 16 à 18 000 t

Source : Bernard, T. & Dozolme, P. (2014), The Digital Simulation of Blasts: A Major Challenge for Mines in the 21st Century, Procedia Engineering 83, p. 100-110, DOI 10.1016/j.proeng.2014.09.019 — actes du SYMPHOS 2013.

Courbe de distribution granulométrique : passant cumulé simulé et mesuré, de 0 à 1000 mm
Figure 15 — Distribution granulométrique, simulée et mesurée. Passant cumulé en fonction de la maille, sur un tir instrumenté. Trait plein : distribution simulée. Tirets : distribution mesurée sur le tas abattu. Publié dans Bernard, T. (2010), New blasting simulation approach, Fragblast 9 — figure 6.
// 3.5 — Dilution

Le minerai a bougé, le contour aussi

L'attribut de teneur est chargé dans les voxels avant le tir, puis transporté par le mouvement. À la fin de la simulation, on lit où se trouve la matière à haute teneur dans le tas — y compris en profondeur, là où aucun levé de surface ne la verra.

Contour de minerai avant tir, porté par les voxels AVANT TIR — CONTOUR EN PLACE
Contour de minerai après simulation du mouvement, déformé en trois dimensions APRÈS TIR — CONTOUR DÉPLACÉ
Figure 16 — Le déplacement du contour, en trois dimensions. Attribut « % de fer » porté par les voxels, avant et après simulation. Le contour n'est pas translaté sur un plan : chaque voxel porteur de teneur suit sa propre trajectoire, et le volume de minerai se déforme en profondeur autant qu'en surface. La dilution se lit directement — elle est le mélange que le mouvement a produit, pas une estimation faite après coup.

La sortie exploitable est un modèle de blocs post-tir et un contour d'extraction remis à jour, exportables vers les outils de planification et de guidage d'engins déjà en service sur le site.

// 3.6 — Après le tir

Vérifier, et régler le modèle

Un levé post-tir sert à deux choses, et à deux choses seulement : vérifier ce que la simulation avait annoncé, et régler les paramètres du modèle pour le site. Ce réglage est distinct et antérieur — il ne participe pas au calcul du tir simulé, qui est achevé avant la mise à feu.

Polygones d'extraction avant tir, tracés sur le gradin AVANT TIR — POLYGONES EN PLACE
Polygones d'extraction après simulation du mouvement, déformés en trois dimensions APRÈS TIR — POLYGONES DÉPLACÉS
Figure 17 — Le polygone d'extraction, avant et après. Le tracé de terrain suit le déplacement de la matière qu'il délimite. Ce n'est pas une translation en plan : le contour est recalculé en trois dimensions à partir de la trajectoire de chaque voxel, de sorte qu'il se déforme aussi en profondeur. Un seul jeu de polygones est produit, celui du tir simulé.
Comparaison entre déplacement mesuré et déplacement simulé

Lecture

  • Bleu — déplacement constaté entre la position initiale et la position finale
  • Rouge — écart résiduel entre la position finale constatée et la position simulée

La flèche rouge est ce que le modèle n'a pas vu. C'est la mesure de sa qualité sur ce site, et le point d'entrée du réglage.

Figure 18 — Vérification après tir. Comparaison entre déplacement constaté et déplacement simulé. La simulation a été produite avant le tir ; cette comparaison la contrôle, elle ne l'alimente pas.
// 3.7 — Publications

Un moteur publié depuis 2010

Le moteur de mouvement d'I-Blast — vitesse d'éjection, trajectoire balistique, forme du tas fonction de la séquence d'amorçage — est décrit dans une publication à comité de lecture en 2010, puis chiffré en 2014 dans une revue indexée, puis décrit dans le détail à l'ISEE en 2020. Les travaux dont il procède remontent à 1995.

  • 2010 Bernard, T. — New blasting simulation approach. In Rock Fragmentation by Blasting, Sanchidrián (éd.), Taylor & Francis, p. 437-446. ISBN 978-0-415-48296-7.
    Architecture par « gènes », mécanisme complet de la détonation à la trajectoire balistique, forme du tas en fonction de la séquence.
  • 2014 Bernard, T. & Dozolme, P. — The Digital Simulation of Blasts: A Major Challenge for Mines in the 21st Century. Procedia Engineering 83, p. 100-110. DOI 10.1016/j.proeng.2014.09.019.
    Simulation tridimensionnelle du phénomène physique et chiffres de précision publiés.
  • 2020 Bernard, T. — New Model for Realistic 3D Blast Simulation. ISEE, 11 p.
    Description détaillée du modèle voxel, des gènes, et du transport d'un attribut de teneur par le mouvement.

Liste complète : point 05 — Publications.

// 3.8 — Spécifications

Entrées, moteur, sorties

Entrées

  • Plan de tir : implantation, chargement, séquence
  • Nuage de points de la surface avant tir (drone ou scanner)
  • Propriétés de roche et d'explosif
  • Modèle de blocs géologique et ses attributs (optionnel)
  • Vitesse de face mesurée au radar (optionnel, réglage)

Moteur

  • Discrétisation en voxels porteurs d'attributs
  • Vitesse initiale par face libre dynamique
  • Trajectoire balistique et chocs entre voxels
  • Foisonnement calibré sur le site
  • Calcul intégralement antérieur à la mise à feu

Sorties

  • Distribution granulométrique du tas
  • Forme du tas et distance de projection
  • Modèle de blocs post-tir
  • Contour d'extraction remis à jour
  • Export vers planification et guidage d'engins
Confinement & récupération

Mouvement du tas en souterrain

Simuler le déplacement de la matière là où elle n'a nulle part où aller : chantier confiné, foisonnement borné par les épontes, et aucune reprise possible.
// 4.1 — L'enjeu

Une seule chance, et personne ne voit rien

Éventail de trous chargés tiré depuis une galerie, sur un bloc situé au-dessus du niveau de forage
Figure 19 — Un tir conçu depuis une galerie. Les trous partent en éventail depuis la galerie de forage vers un bloc que personne n'observera jamais autrement que par un scanner. Le chargement se décide sur cette géométrie, avant que quoi que ce soit ne bouge.

En ciel ouvert, un tir raté se voit et se corrige : on reprend le tas, on ajuste le chargement du suivant. En souterrain, rien de tout cela. La matière tombe dans un volume fermé, elle se mélange sur place, et ce qui part au soutirage part définitivement.

Les conséquences sont directement économiques. Le stérile arraché à l'éponte dilue l'alimentation du concentrateur ; le minerai resté au toit ou piégé dans un angle mort est perdu. Sur un corps minéralisé étroit, quelques dizaines de centimètres d'écart entre le contour prévu et le contour réel suffisent à changer la teneur soutirée.

// 4.2 — Ce que le confinement change

Le souterrain n'est pas du ciel ouvert en plus petit

Trois différences physiques, et elles suffisent à disqualifier un modèle conçu pour la surface.

CIEL OUVERT — FACE LIBRE ÉTENDUE SOUTERRAIN — VOLUME FERMÉ emprise de la volée pied de gradin le tas s'étale Le foisonnement se traduit par un étalement. éponte éponte toit chocs contre les épontes, retombée sur place Le volume borne le foisonnement : le tas se tasse et se mélange sur place.
Figure 20 — Schéma de principe. À gauche, la face libre est grande et le tas s'étale au-delà de l'emprise de la volée. À droite, le volume disponible est fermé : la matière heurte les épontes, retombe sur elle-même, et le foisonnement ne peut plus se traduire par un étalement. Les tracés sont illustratifs.

Face libre

  • Réduite à une saignée, un trou de départ ou le front d'avancement
  • Elle évolue très vite pendant le tir
  • Sa géométrie initiale vient du relevé du chantier, pas d'un plan théorique

Foisonnement

  • Borné par le volume réellement disponible
  • Il conditionne la place que la matière peut occuper
  • C'est le paramètre le plus délicat à régler, en surface comme en souterrain

Trajectoires

  • Chocs contre les épontes et le toit, pas seulement entre fragments
  • Composante verticale dominante dans les chambres
  • Une balistique libre donnerait des distances de projection absurdes
// 4.3 — Le modèle en chantier confiné

Le même moteur, trois adaptations

La discrétisation en voxels, le calcul des vitesses initiales et la trajectoire balistique sont ceux décrits au point 03. Ce qui change tient en trois points : la face libre est celle du chantier relevé, les chocs incluent les parois, et le foisonnement est borné par le volume disponible.

Nuage de points d'une chambre souterraine et implantation des trous ÉTAPE 01

Relevé du chantier et implantation des trous

Modèle voxel de la chambre avec zones de fragmentation et d'endommagement ÉTAPE 02

Voxels, fragmentation et endommagement du massif

Simulation du mouvement de la matière dans la chambre confinée ÉTAPE 03

Mise en mouvement dans le volume fermé

État final de la matière après simulation dans la chambre ÉTAPE 04

État final — où la matière s'est réellement arrêtée

Exemple publié : chambre creusée autour d'un puits. Source : Bernard, T. (2020), New Model for Realistic 3D Blast Simulation, ISEE.

Figure 21 — La simulation, en mouvement. Chantier souterrain, calcul complet. Les colonnes rouges sont les trous chargés ; les surfaces claires, les parois relevées du chantier ; le bloc magenta, la zone minéralisée. À la mise à feu, la matière est libérée charge par charge selon la séquence d'amorçage, et chaque voxel est suivi en trois dimensions jusqu'à son point d'arrêt. La couleur portée par les voxels est leur classe granulométrique — bleu et vert pour le fin, jaune vers 300 mm, rouge au-delà de 400 mm : on lit d'un même coup d'œil où la matière s'est déposée et comment le tas est calibré. Calcul achevé avant la mise à feu ; sans le son.

La simulation d'un tir n'utilise aucune donnée acquise après ce tir. Le relevé du chantier est antérieur à la mise à feu ; le calcul est achevé avant.

// 4.4 — Éventails et avancement

Deux géométries, un seul modèle

En abattage, les trous partent en éventail depuis la galerie de forage : longueurs inégales, directions convergentes, charges qui ne voient pas la même face libre. En développement, la question n'est plus la dilution mais l'avancement et le hors-profil — combien de mètres gagnés par volée, et à quel prix en surprofil.

Galerie relevée au scanner avec les trous chargés au front GALERIE RELEVÉE, TROUS AU FRONT
Modèle voxel du front de galerie au début du tir VOXELS, DÉBUT DU TIR
Figure 22 — En développement. Le profil réel de la galerie sert de géométrie de départ : la face libre est le front, et le surprofil se lit par comparaison au profil théorique.

Le cas des tunnels du projet Chavimochic, au Pérou — 13 km d'ouvrages, plus de 600 tirs sur les trois premiers kilomètres — a fait l'objet d'une communication à l'ISEE en 2017.

// 4.5 — Dilution et soutirage

Où le minerai se retrouve

Le mécanisme est celui du point 03 : l'attribut de teneur est chargé dans les voxels avant le tir et transporté par le mouvement. Ce qui change en chantier confiné, c'est la question posée. En ciel ouvert on demande où le minerai s'est étalé ; en souterrain on demande ce qui se présentera au point de soutirage, et dans quel ordre.

La sortie exploitable est la même : un modèle de blocs post-tir et un contour remis à jour, exportables vers les outils de planification déjà en service. Un seul jeu de contours est produit, celui du tir simulé.

// 4.6 — Ce que le souterrain a de singulier

Mesurer après, ou calculer avant

Le mouvement du tas est un sujet traité par plusieurs acteurs, mais presque toujours en surface et presque toujours après le tir. Le tableau ci-dessous résume les approches, sans nommer personne.

Approches courantes du marché I-Blast
Mesure du mouvement Transpondeurs enfouis, relevés post-tir — en ciel ouvert Aucun marqueur consommable ; le relevé sert au contrôle et au réglage
Simulation en surface Disponible chez plusieurs éditeurs, dont un module qualifié d'expérimental par son auteur Modèle publié en 2010, chiffré en 2014
Simulation en souterrain Aucune identifiée à ce jour Chantiers confinés, éventails et fronts de galerie

Mesurer, c'est constater. Simuler, c'est décider. Un relevé post-tir dit ce qui s'est passé, une fois que plus rien n'est modifiable. Une simulation dit ce qui va se passer, pendant que le plan de tir peut encore changer. En souterrain, où il n'y a pas de reprise, cette différence est l'essentiel.

// 4.7 — Publications

Les travaux souterrains

  • 2020 Bernard, T. — New Model for Realistic 3D Blast Simulation. ISEE, 11 p.
    Contient deux exemples confinés : une chambre creusée autour d'un puits, et un front de galerie.
  • 2017 Bernard, T. & Díaz Butrón, A. — How to Achieve 100 % of Advance in Tunnel. ISEE, 11 p.
    Projet Chavimochic, Pérou : 13 km de tunnels, sections de 25 à 41 m², plus de 600 tirs en amorçage conventionnel.

Liste complète : point 05 — Publications.

// 4.8 — Spécifications

Entrées, moteur, sorties

Entrées

  • Relevé du chantier : nuage de points ou maillage de la chambre, de la galerie ou du front
  • Plan de tir en éventail : longueurs, directions, chargement, séquence
  • Profil théorique de l'ouvrage, pour le calcul du hors-profil
  • Propriétés de roche et d'explosif
  • Modèle de blocs et attribut de teneur (optionnel)

Moteur

  • Voxels porteurs d'attributs, comme en surface
  • Face libre réelle et évolutive
  • Chocs entre voxels et contre les parois
  • Foisonnement borné par le volume disponible
  • Calcul intégralement antérieur à la mise à feu

Sorties

  • État final de la matière dans le volume
  • Granulométrie et endommagement du massif
  • Hors-profil par rapport au profil théorique
  • Modèle de blocs post-tir et contour remis à jour
  • Export vers les outils de planification
Travaux publiés

Publications

Trente ans de travaux publiés en congrès et en revue : modélisation des vibrations, superposition de trou-signature, et chantiers documentés.
// 5.1 — Modélisation et contrôle des vibrations

Les travaux de fond

Ces publications établissent les modèles utilisés dans I-Blast : loi d'atténuation, superposition de trou-signature en champ lointain puis en champ proche, déconvolution de la trace, et approche globale du mécanisme vibratoire.

  • 2012 Bernard, T. — The Truth About Signature Hole Method. Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, ISEE, 11 p.
    Superposition en champ lointain et en champ proche, déconvolution de la trace pour obtenir une signature moyenne, analyse statistique de 574 tirs sur 35 sites.
  • 2009 Bernard, T. — A "Holistic" Approach of Blast Vibration Modeling and Prediction. Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, ISEE, 10 p.
    Modèle fondé sur les équations physiques de chaque mécanisme élémentaire — détonique, mécanique des roches, endommagement, balistique — reliés entre eux plutôt que traités isolément.
  • 1996 Vuillaume, P., Bernard, T., Kiszlo, M. — Blasting Vibrations Control: The Shortcomings of Traditional Methods. INERIS / ISEE, 11 p.
    Analyse statistique de près de 900 tirs sur deux carrières et trois mines à ciel ouvert. Montre les limites de la charge par retard comme paramètre de contrôle, et remet en cause la règle des 8 ms.
  • 1995 Bernard, T. — Radio-Controlled Detonators and Sequential Real Time Blasting Applications. 11ᵉ Symposium on Explosives and Blasting Research, ISEE, Nashville.
  • 1994 Bernard, T. — Les vibrations dues aux tirs de mines : méthode générale pour prévoir les niveaux et calculer les plans de tir. Mines et Carrières, avril 1994.
// 5.2 — Chantiers documentés

Études de cas publiées

Chacune de ces communications décrit un chantier réel, ses contraintes et ses résultats mesurés — pas une démonstration de principe.

  • 2017 Bernard, T. & Díaz Butrón, A. — How to Achieve 100 % of Advance in Tunnel. ISEE, 11 p.
    Projet Chavimochic, Pérou : 13 km de tunnels, sections de 25 à 41 m². Plus de 600 tirs sur les trois premiers kilomètres, en amorçage conventionnel — avancement maximal et hors-profil minimal.
  • 2015 Bernard, T. — 479 Charges, 13 Decks… 120 Meters Above a Crushing Plant. ISEE, 10 p.
    Arche calcaire naturelle instable sur une falaise karstique de 120 m, surplombant une installation de concassage neuve, avec des habitations à 70 m. Conception, chargement et tir d'une volée particulièrement contrainte.
  • 2014 Bernard, T. & Gagnon, G. (Osisko Mining) — Blasting 1 Million Tons, 205 Meters from a Town. ISEE, 14 p.
    Canadian Malartic, Québec : tirs de très grande taille au-dessus d'une ancienne mine souterraine, à 205 m d'une ville. Conciliation entre maîtrise de la subsidence et contrôle des nuisances.
  • 2001 Bernard, T. & Dozolme, P. — Blasting 1.5 T of Dynamite, Hung Up on a Cliff, 125 m Above a Hydroelectric Power Plant. ISEE, 11 p.
    Arrière-pays niçois : purge par tir d'un bloc de plusieurs milliers de m³ en surplomb, 125 m au-dessus d'une route nationale, d'un viaduc et d'une centrale hydroélectrique.
// 5.3 — Accès

Où les consulter

Les communications ISEE sont publiées dans les Proceedings of the Annual Conference on Explosives and Blasting Technique et accessibles via la bibliothèque de la société. Pour un tiré à part sur un sujet précis, écrivez-nous.

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