Choix des équipements selon dureté et abrasivité de la roche

Le choix des équipements selon dureté et abrasivité de la roche est la première décision qui fixe le coût de possession d'une installation de concassage. Les deux propriétés ne se remplacent pas : une roche peut résister fortement à la rupture tout en ménageant l'acier, ou se briser aisément en consommant les pièces d'usure à un rythme inquiétant. Une mauvaise association se voit rarement en tonnage perdu ; elle se voit en facture de pièces et en arrêts.

Deux propriétés sans cesse confondues

La résistance est la contrainte que la roche supporte avant rupture ; on la mesure au laboratoire comme résistance à la compression simple. L'abrasivité est la vitesse à laquelle la roche use le métal qu'elle touche, et elle dépend surtout de la composition minéralogique, au premier chef de la teneur en quartz. Le quartz se situe à 7 sur l'échelle de Mohs et dépasse la dureté de l'acier à outils : un grès réputé tendre peut donc être très abrasif s'il est riche en quartz.

Sur le terrain, la distinction se lit ainsi : la résistance indique quel principe de concassage viendra à bout du matériau, l'abrasivité indique lequel y parviendra avec une consommation de pièces acceptable. Aucune liste d'équipements ne devrait être rédigée avant d'avoir répondu aux deux questions.

Classes de résistance

La mécanique des roches utilise une classification établie de la résistance en compression simple. Les bornes varient légèrement selon les sources, mais les plages suivantes font consensus :

Le comportement au tir ne se déduit pas de la seule résistance de la roche saine. L'espacement des discontinuités, l'altération et la stratification commandent la granulométrie du tas abattu, donc le caractère de l'alimentation du primaire.

Comment se mesure l'abrasivité

Deux indices dominent. L'indice Cerchar se déduit de la largeur du méplat d'usure laissé sur une pointe en acier trempé rayant la surface de la roche sous une charge définie ; il se lit par plages :

Le second est l'indice d'abrasion de Bond, exprimé en grammes de métal perdus par une palette d'acier normalisée lors d'un essai en tambour. En pratique, une valeur inférieure à 0,1 se lit comme faible, de 0,1 à 0,4 comme modérée, à partir de 0,4 comme élevée. Le calcaire occupe généralement la plage basse, le granite et le basalte se situent entre modéré et élevé, le quartzite en haut. Les deux indices sont propres à l'échantillon : un même nom de roche donne des valeurs différentes selon la carrière.

Compression ou percussion

Les principes de concassage forment deux familles. Les concasseurs à mâchoires et à cône brisent la matière en la comprimant entre deux surfaces, dans un contact lent et guidé. Les concasseurs à percussion la brisent par choc à grande vitesse : cela donne un produit cubique et un fort rapport de réduction en une étape, mais augmente la vitesse relative entre le métal et la roche. Sur une alimentation abrasive, cette vitesse relative fait grimper la consommation de battoirs et de blindages.

C'est précisément pour cela qu'un concasseur à cône est privilégié en secondaire et tertiaire lorsque l'abrasivité est élevée : le contact par compression perd moins de métal à tonnage égal.

Choix des équipements selon dureté et abrasivité de la roche : les données

Avant de rédiger une liste d'équipements, le dossier doit contenir des résistances en compression issues d'échantillons représentatifs, un indice d'abrasivité, la teneur en quartz ou en quartz équivalent, la granulométrie attendue après tir, l'humidité et la teneur en argile, ainsi que les fractions visées et l'exigence de forme. Argile et humidité accroissent le risque de colmatage dans les étages en compression et modifient la préparation de l'alimentation. Constituer ce dossier relève de l'ingénierie minière et forme le cœur de la consultation adressée aux fournisseurs.

Reporter les points de prélèvement sur le plan de carrière se révèle payant plus tard : lorsque la roche change, l'origine de l'écart se retrouve. En ajoutant le plan de tir et les granulométries observées au même dossier, l'ouverture d'alimentation du primaire se choisit sur des relevés et non sur une hypothèse.

Questions fréquentes

Un seul échantillon suffit-il

Non. Résistance et teneur en quartz varient latéralement et en profondeur. On évalue la moyenne de plusieurs niveaux avec la valeur la plus défavorable.

Une roche dure est-elle toujours abrasive

Non. Résistance et abrasivité sont des propriétés distinctes ; un carbonate dur sans quartz peut être bien moins abrasif qu'un grès tendre riche en quartz.

Comment comparer le coût d'usure lors du choix

À la tonne. Pour chaque variante, l'intervalle de remplacement attendu et l'arrêt par remplacement sont mis côte à côte, et l'écart de prix d'achat se juge avec ces deux chiffres.