Brevet FR2255574A1 — publié le 19750718

La présente invention concerne un procédé pour briser, ou obteni l'éclatement, d'objets à forte résistance mécanique, tels que des rochers, des constructions en béton et des couches rocheuses ou analogues, dans lequel on ménage dans les objets à briser des trous qu'on remplit d'une matière susceptible de subir une expansion. I1 est connu de briser des rochers, des constructions en béton, des couches rocheuses et d'autres masses ou objets à résistance mécanique élevée, à l'aide d'explosifs tels que la dynamite. L'explosif est introduit dans les trous ménagés à cet effet dans l'objet à briser, et on provoque ensuite l'explosion ou détonation, par des moyens tels par exemple détonateurs à distance ou détonateurs temporisés. Ces détonations s'accompagnent toujours de fortes secousses de l'environnement, et des fragments de l'objet brisé risquent d'être projetés. Dans les techniques modernes de construction, on est de plus en plus conduit à effectuer des démolitionsoudégagements du genre précité, dans lesquels on doit à tout prix éviter d'infliger des secousses au voisinage. C'est ainsi qu'il n'est pas possible pour la construction de tunnels ou souterrains pour les chemins de fer ou lors de la construction de tunnels routiers, d'employer en-dessous de bâtiments, des explosifs du type classique, car les explosions risqueraient alors d'endommager ces bâtiments. Lorsque l'on opère à la surface du sol, l'utilisation des explosifs classiques n'est possible que lorsqu'on prend des mesures de sécurité exceptionnelles, notamment lorsque les chantiers intéressés se trouvent à proximité de bâtiments, de rues ou de voies de chemins de fer. La présente invention a pour but de proposer un procédé pour briser ou faire éclater des objets à forte résistance mécanique, permettant d'éviter que cela ne provoque des secousses dans le voisinage, et d'éliminer le risque de projection de fragments de l'objet brisé. Le procédé faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en ce que ladite matière susceptible de subir une expansion est de l'eau que l'on -fait geler par échange de chaleur avec un fluide de refroidissement. Le procédé selon l'invention met donc à profit l'anomalie bien connue de l'eau qui réside dans le fait que la densité de l'eau diminue lorsque l'eau passe de l'état liquide à l'état solide, ce qui entrain une augmentation du volume de l'eau. Immédiatement après la solidification des colonnes d'eau introduites dans les trous ménagés dans les objets à briser, il se produit dans ces derniers des fissures grâce auxquelles lesdits objets sont brisés sans que ne se soit produite une explosion proprement dite.Par conséquent, le procédé selon la présente invention se prête particulièrement aux applications dans lesquelles on désire briser des rochers, des constructions en béton et des couches rocheuses ou analogues dans un environnement que l'on ne peut exposer aux risques que comportent les procédés classiques utilisant des explosifs proprement dits. Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé selon la présente invention, la méthode utilisée pour amener le fluide de refroidissement provoquant la solidification de l'eau est choisie telle que les colonnes d'eau se solidifient progressivement à partir de la zone adjacente à l'orifice du trou renfermant lesdites colonnes d'eau. Ainsi, il se forme immediatement un bouchon de glace au niveau de l'orifice du trou, ce bouchon empêchant par la suite la colonne de glace obtenue de se dilater vers le haut et par conséquent que la glace formée ne sorte du trou par l'orifice supérieur. Le fluide de refroidissement est constitué de préférence par un gaz liquéfié présentant un point d'ébullition très bas, par exemple de l'azote liquide. En raison de la température extrêmement réduite d'un tel gaz liquéfié, on obtient une solidification rapide et efficace des colonnes d'eau présentes dans les trous précités, par échange de chaleur. Dans un mode de réalisation pré féré, on immerge à cet effet, dans les trous renfermant l'eau, des tubes ou des récipients dans lesquels le gaz liquide circule. Lors des opérations ayant trait à l'éclatement d'objets de dimensions relativement grandes, on dispose, le long d'une ligne d'éclatement ou ligne de brisure prédéterminée, une rangée de trous, tout comme dans le cas des procédés classiques utilisant des explosifs proprement dits; ces trous sont ensuite remplis d'eau, et on les équipe de moyens d'échange de chaleur. Etant donné que le gaz liquide est amené simultanément dans tous les tubes ou récipients associés auxdits trous, à partir d'un réservoir central, il est possible d'obtenir l'éclatement ou brisure du matériau. intéressé, sans secousses, même le long d'une ligne relativement longue. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention consiste essentiellement en un serpentin comportant un conduit de retour qui passe à l'intérieur des spires dudit serpentin, les dimensions de ce serpentin étant telles qu'il puisse être logé dans un des trous ménagés dans l'objet à briser. L'extrémité du serpentin proprement dit est branchée sur le réservoir de gaz liquide. Grâce à cet agencement, la colonne d'eau se trouvant dans le trou intéressé est très facilement solidifiée à partir de la zone adjacente à l'orifice de ce trou. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif pour la mise en oeuvre du présent procédé comporte au moins un récipient allongé pouvant être introduit dans un des trous précites, ledit récipient présentant une partie élargie au niveau de l'orifice du trou intéressé, ainsi qu'un raccord d'amenée et un raccord de sortie. La partie étroite du récipient forme la partie inferieure de ce récipient et sa partie supérieure déborde dans la partie élargie qui forme la partie supérieure du récipient, cependant que le raccord d'amenée est disposé latéralement sur le haut de la partie élargie précitée, et relié à un réservoir de gaz liquide. Lorsqu'on utilise ce mode de réalisation du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la solidification de l'eau commence également au niveau des orifices des différents trous renfermant les colonnes d'eau. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données dans un but illustratif et non limitatif. Les figures 1 et 2 montrent respectivement deux dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 3 montre un dispositif qui permet de briser des objets ou masses de dimension relativement grande. La figure 1 montre un bloc de granit 1 dans lequel on a ménagé un trou 2 rempli d'eau. Un serpentin 3 comportant un conduit de retour rectiligne 4 est disposé dans le trou 2; la longueur du serpentin correspond sensiblement à la profondeur du trou 2. La spire supérieure 5 du serpentin 3 est reliée par un conduit 6 à un réservoir 7 renfermant du gaz liquide. Lorsqu'on ouvre la vanne 8, du gaz liquide sous pression est amené, par le conduit 6, vers le serpentin 3; ce gaz liquide, partiellement vaporisé -notainment au début de l'opération- quitte ce serpentin en traversant le conduit de retour 4. EXEMPLE Dans cet vessai, on désire briser un bloc de granit 1 comportant un trou 2 d'un diamètre de 50 mm. Le serpentin 3 est constitué par un tube en acier contenant 18/8 Cr-Ni. Le fluide de refroidissement est de l'azote liquéfié. Lors de cet essai, il se forme d'abord, dans la zone adjacente à l'orifice du trou 2, un bouchon de glace, étant donné que l'azote liquide provoque d'abord la solidification de l'eau dans la partie de la colonne d'eau renfermée dans le trou 2 dans laquelle il pénètre d'abord. Quelques minutes après l'ouverture de la vanne 8', on constate qu'il se produit une fissure provoquant un bruit de "grincement", la surface de brisure ou éclatement de cette fissure étant parallèle à l'axe du trou 2. I1 suffit alors d'appliquer quelques coups légers sur le bloc de granit 1 afin d'obtenir sa brisure ou fragmentation. La figure 2 montre un autre dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. Ainsi qu'il ressort de cette figure, un récipient allongé 13 est disposé dans un trou 12 ménagé dans un bloc de béton 11 et rempli d'eau. Ce récipient comporte, au niveau de l'orifice du trou 12, une partie élargie 14. La partie la plus étroite forme la partie inférieure du récipient et la partie supérieure de cette partie plus étroite pénètre dans la partie élargie 14 du récipient. Le récipient 13 comporte, à sa partie supérieure, un raccord d'amenée 15 et un raccord de sortie 16.Le raccord d'amenée 15 est disposé latéralement sur la partie élargie 14 du récipient de façon telle que le gaz liquéfié provenant d'un réservoir 17 et traversant la vanne 18 et le conduit d'amenée 19 pénètre d'abord dans la partie élargie 14 du récipient et ne pénètre qu'ensuite dans la partie étroite dudit récipient 13. Grâce à cet agencement, il se forme, lors de la mise en oeuvre du dispositif considéré, d'abord un bouchon de glace au niveau de l'orifice du trou 12, ce bouchon empêchant, par la suite, la colonne de glace obtenue par la solidification de l'eau présente dans le trou 12, de sortie de ce dernier. Les dispositifs représentés sur les figures 1 et 2 peuvent également être utilisés lorsque les trous décrits ci-dessus ne sont pas disposés selon un axe vertical. Dans ce cas, les trous 2 ou 12 sont pourvus d'un joint d'étanchéité qui empêche l'eau de sortir du trou intéressé. Ces joints entourent les tubes à travers lesquels l'eau est amenée sous pression dans les trous 2 ou 12. Par ailleurs, les joints sont pourvus de perçages appelés à recevoir les conduits d'amenée et de départ du fluide de refroidissement. Sur la figure 3, on voit un bloc ou rocher 21,de dimension relativement grande,qu'on désire briser selon une ligne de brisure prédéterminée 22. A cet effet, on ménage une pluralité de trous 23 disposés en rangées dans le bloc 21, puis on remplit ces trous d'eau et on y introduit des dispositifs permettant la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, par exemple des serpentins du type représenté sur la figure 1. Les conduits 24 pour l'amenée du gaz liquide sont branchés sur un conduit principal 25 qui est relié à un réservoir de gaz liquide 26. Une vanne 27 permet de solidifier l'eau dans tous les trous 23, simultanément, et de provoquer par conséquent une brisure ou éclatement du bloc 21 le long de la ligne 22. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à l'exemple et aux modes de mise en oeuvre mentionnés ci-dessus, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour briser ou faire éclater des objets à forte résistance mécanique, tels que des rochers, des constructions en béton et des couches rocheuses ou analogues, dans lequel on ménage, dans lesdits objets à briser, des trous qu'on remplit d'une matière susceptible de subir une expansion, ce procédé étant caractérisé en ce que ladite matière susceptible de subir une expansion est de l'eau et en ce que l'on solidifie cette eau par échange de chaleur avec un fluide de refroidissement. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les colonnes d'eau formées dans lesdits trous, sont solidifiées progressivement à partir du niveau des orifices respectifs desdits trous. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement précité est un gaz liquéfié, de préférence de l'azote liquide, et en ce que ce gaz liquéfié est introduit dans lesdits trous remplis d'eau, au moyen de tubes ou de récipients disposés dans les trous précités. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on prévoit une pluralité de trous disposés en rangées selon une ligne de brisure prédéterminée, en ce qu'on introduit de l'eau dans lesdits trous, en ce qu'on dispose dans lesdits trous des tubes ou récipients et en ce que ledit gaz liquéfié provenant d'un reservoir de gaz liquide, est amené simultanément vers lesdits tubes ou récipients associés auxdits trous. 5.- Dispositif de la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun desdits trous, un serpentin appelé à être introduit dans un des trous précités, ledit serpentin comprenant un conduit de retour s'étendant à l'intérieur des spires formant ledit serpentin, l'extrémité de la dernière spire dudit serpentin étant reliée à un réservoir renfermant des gaz liquéfiés. 6.- Dispositif de la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun desdits trous, un récipient allongé appelé à être introduit dans un desdits trous, ce récipient comportant au niveau de l'orifice du trou intéressé une partie élargie et un raccord d'amenée ainsi qu'un raccord de sortie, la paroi de la partie étroite dudit récipient s'entendant jusque dans la partie élargie précitée, et le raccord d'amenée étant disposé latéralement sur le haut de ladite partie élargie du récipient et relié à un réservoir renfermant du gaz liquéfié.