Brevet FR2554384A1 — publié le 19850510

La présente invention est relative à un procédé de découpage d'une matière solide compacte. L'invention résulte de recherches concernant l'extraction et l'équarissage de blocs de roche orne- mentale, telle que pierre de taille, granit, ardoise, marbre, mais elle peut trouver des applications dans des domaines et à des échelles très différents, par exemple la destruction de massifs importants de béton ou autres, la taille des pierres précieuses ou semi- précieuses, ou certains travaux de chirurgie et bio- logie, ou la préparation de pièces destinées a. l'électronique, du genre des cristaux d- quartz ou silicium; elle peut également être utilisée dans le travail de certains bois, matières synthétiques, etc., toutes les fois qu'on a besoin de créer dans une masse une coupure suivant un plan défini à l'avance. Actuellement, pour faire une telle coupure, la méthode la plus courante consiste dans le creusement d'une rainure dans le plan,.hoisi par enlèvement de matière à l'aide d'un outi] ',el que scie, fil, disque diamanté, haveuse. Une telle technique a l'avantage de fournir des surfaces très proches d'un plan, mais elle est lente et coûteuse, et elle entraîne une perte de matière qui constitue un désavantage' si celle- ci est de grande valeur. L'industrie de l'extraction et de la préparation des roches utilise également des méthodes plus rapides mettant en jeu des explosifb: création d'une fCissure à l'aide d'ondes explosives partant simultanéiment de trouis parallèles relativemnt rapprochés et situés dans le plan de cou- pure désiré; cette méthode exige le forage préalable de trous nômbreux sur toute la surface de la coupure a obtenir, - propagation d'une fissure dans le plan -2- choisi, préalablement affaibli par la foration de mines parallèles très rapprochées, fissure initiée sur l'un des bords libres du massif ou du bloc; cette méthodeentraîne également des frais de forage importants, et n'exclut pas le risque de voir la fissure dévier et se propager dans une direction différente de celle qui est désirée, - dans certains cas, il arrive qu'on puisse employer un procédé consistant à développer une fissure dans une diaclase ou un joint plus ou moins recimenté à partir d'un trou recoupant cette diaclase Ou ce joint, trou soigneusement bouché et dans lequel on injecte un fluide sous pression; ce procédé est d'application restreinte, car il est nécessaire que la diaclase ou le joint préexiste à l'endroit et avec l'orientation désirés pour le plan de coupure; en outre, il n'apporte pas de garantie contre une dévia- tion au cas o la diaclase ou le joint s'arrêtent. La présente invention a pour but de fournir un procédé de découpage qui scab plus économe en énergie, en investissement et en temps que les techniques employées jusqu'ici, tout en pouvant être mis en oeuvre dans une très large gamme de positions et d'orienta- tions désirées pour le plan de coupure; L'invention fournit donc un procédé de découpage d'une masse de matière solide compacte telle qu'un bloc ou un massif rocheux, ce procédé étant destiné à créer une coupure de ladite masse sensiblement selon un plan choisi à- l'avance par propagation d'une fis- sure dans ledit plan, qui présente la particularité de comprendre les étapes do: - forer un trou à travers la masse, sensib- lement dans ledit plan, ce trou rencontrant ladite fissure, - obturer la ou les extrémités libres du -3 - trou, - remplir le trou d'un fluide sous pression, - augmenter la pression du fluide au moins dans la région avoisinant l'intersection du trou et de la fissure jusqu'à ce que la fissure se propage dans le plan en étant guidée par le trou, - continuer à développer la pression jusqu'à obtention de la coupure désirée. Suivant une première modalité, onhutilise une fissure ou diaclase préexistante. On notera que, dans ce cas, on s'écarte de la technique exposée plus haut et qui utilise une diaclase ou fissure préexistante, car le trou sous pression constitue un guidage pour la propagation de la coupure même au cas o la fissure ou diaclase s'interrompt. Suivant une autre modalité, on crée la fissure à partir du trou. De préférence, on fore au moins deux trous - sensiblement dans le plan, ces trous co-pant la fissure au voisinage de l'endroit o la distance entre ces deux trous est minimale ou nulle. La présence de deux trous de guidage s'oppose efficacement à toute déformation en hélice de la fissure pendant se propagation. Avantageusement, le fluide sous pression se trou- vant dans chaque trou exerce une pression sur la matière environnante tout en étant isolé de celle-ci par un gainage sauf dans une zone d'au moins uil des trous qui avoisine la fissure, le fluide pouvant pénétrer dans la fissure à partir de cette zone. Suivant un mode de mise en oeuvre simple, la pression exercée par le fluide sur la matière environ- nante en dehors de la zone avoisinnant la fissur3 est sensiblement uniforme dans toutes les directions perpendiculaires au trou. 2554384- -4 - Suivant un mode de mise en oeuvre un peu plus compliqué, mais plus efficace-notamment lorsque la masse est peu homogène, la pression exercée par le fluide sur la matière environnante en dehors de la zone avoisinnant la fissure est dirigée dans deux directions opposées, se trouvant de part et d'autre du plan. Suivant une méthode qui peut trouver son appli- cation dans un grand nombre de domaines techniques, on établit la pression par injection du fluide à l'aide de conduits traversant l'obturation d'une extrémité Suivant une autre méthode, moins coûteuse mais qui est plus spécifique de l'industrie de l'extraction et de la préparation des roches, ou d'industries ana- logues, on établit la pression par déflagration d'un explosif lent ou d'un autre phénomène physique ou chimique entrainant l'augmentation du volume d'un fluide. L'invention va maintenant être exposée plus en détail à l'aide d'exemples -on limitatifs, illustrés par les dessins parmi lesquels: fig. 1 est une coupe schématique selon le plan P dans lequel on désire faire la coupure et mon- trant la mise en oeuvre du procédé avec un seul trou. Fig. 2, 3 et 4 sont des coupes analogues a celle de la fig. 1 mais avec deux trous ou avec une pluralité de trous dans deux dispositions différentes. Fig. 5 et 6 sont des coupes transversales d'un trou, montrant des modes d'application d'une pression dirigée. A ta figure 1, comme aux fig. 2 à 4, un quadri- latère curviligne ABCD représente le contour de la zone du plan P dans laquelle on désire développer une coupure comme représenté dans la fid.1, représentée dans le plan P, on fore un trou 1 dans le plan désiré -5- on crée une fissure initiale 2, de faible dimension, dans le plan P, par un procédé qu'on dira plus loin, avant ou pendant que l'on met sous pression un fluide ou des fluides à l'intérieur du trou 1 soigneusement bouché à sa ou ses extrémitées libres par un bouchon 3. Sous l'effet de cette pression la fissure initiale se développera en étant énergiquement guidée le long du trou grêce à la pression exercée sur les parois du trou par le ou les fluides qui y sont enfermés. Les lignes en tirets 21, 22 représentent schématique- ment des étapes de la progression de la fissure 2 vers la ligne ABCD. Le guidage dans le sens perpendi- culaire à l'axe du trou 1 sera légèrement assuré d'une part par la direction initiale de la fissure2, d'au- tre part éventuellement par la plus faible résistance de la roche dans cette direction. La foration du trou dans le plan désiré ne pose pas de problème. La fissure initiale peut être céée par un pro- cédé mécanique ou générée par un explosif, en très légère quantité, auquel on aura donné un effet direc- tif: charge creuse allongée, écran disposé derrière la charge, etc... Elle peut aussi être créée par la pression du fluide dans le trou 1 dans le cas o P est effectivement un plan de moindre résistance. La pression agissant sur les parois du trou peut s'exercer soit uniformément sur tout le périmètre du trou, soit seulement sur deux secteurs opposés de ce périmètre, secteurs disposés de part et d'autre du plan P. Dans le premier cas cette pression peut être égale à la pression d'insufflation sur toute la lon- gueur du trou mais le fluide d'insufflation peut être isolé de la fissure se développant 'J long du trou par un gainage 4 de fagon à ce que l'insufflation - 6 - ne se fasse que dans la zone de fissuration initiale et 6ventuellement dans certaines zones que l'on désire privilégier. En dehors de la zone de fissuration ini- tiale qui se trouve obligatoirement soumise à la pression, variable dans le temps, d'insufflation, on peut avoir int6rêt à exercer sur les parois une pres- sion fixe et bien déterminée. Pour ce faire on intro- duira dans le trou 1 un ou plusieurs éléments de tuyauterie 5, élastiques transversalement, bien fermés à leurs extrémités et contenant un fluide que l'on mettra à la pression désir6e. Si cette dernière pres- sion est inférieure à la pression d'insufflation or. s6parera ces deux zones o -règnent des pressions différentes par un bouchon interm6diaire étanche.6. Dans le cas o la pression ne s'exerce que sur deux secteurs opposés du trou, dans tout ou partie de la longueur du trou, on peut entre autres avoir les dispositifs repris dans les figures 5 et 6 représern- tant les coupes du trou dans les zones o sont installés de tels dispositifs. Dans la figure 5, on a représenté deux pièces d'appui rigides 7 de la longueur désirée, exerçant sur des secteurs 8 opposés l'effort que leur transmet un é6lément de tuyauterie gonflable 9. Les secteurs 8 sont, évidemment, de part et d'autre du plan P. Dans la figure 6, on a une seule pièce rigide 10, et deux éléments de tuyauterie gonflable 11 s'ap- puient d'un côt6 sur cette pièce rigide lo, d'autre part sur les secteurs opposés 8. Le fluide d'insufflation, sous pression, soit peut être amen6 de l'extérieur en traversant le ou les bouchons 3, 6, soit être fourni par le úluide initia- lement disposé dans le trou et par les gaz provenant de la d6flagration d'un explosif lent cu d'une poudre. On pourra être amena à ce que cette d6flagration se -7- produise en plus d'un temps de façon à ne produire audébut qu'une faible quantité de gaz, puis dans une ou des séquences ultérieures, au moment o une partie des gaz s'échappent à l'extérieur, une plus forte quantité de gaz. De même le fluide se trouvant dans le ou les éléments de tuyauterie gonflable 5, 9, 11 peut être mis sous pression soit par un fluide sous pression amené de l'extérieur, soit par un autre procédé tel que déflagration, l'essentiel étant que la pression s'exerce sur les parois du trou avant que ne se développe la fissure le long de ces pai-ois. Mais c'est dans le cas o on veut développer une fissure à l'intérieur du contour A B C D quel- conque, situé dans un plan quelconque d'une masse de matière solide telle qu'un massif ou un bloc de roche quelconque que le procédé révèle tout son intérêt. Dans l'application la plus simple de ce cas, on forera deux trous lol,.,2 (fig. 2), dans le plan P, ou sensiblement dans ce plan. On les reliera par une fissure initiale 2 et On procèdera comme indiqué dans le cas o on ne fore qu'un seul trou. L'injec- tion pourra se faire éventuellement par un seul trou. Chaque trou sera équipé de tout ou partie des éléments pouvant équiper le trou unique 1 décrit plus haut. La fissure se développera alors en étant fortement guidée le long des trous 101 et 102; du fait de la pression existant dans ces trous, elle se développera plus vite le long de ces derniers que dans la zone se trouvant entre eux et de cG fait aura toujours ten- dance à rester dans le plan P même lorsque les trous 101 et 102 seron; relativerent éloignés l'un de l'autre. Un certain guidage, mais moins important existera également dans la zone du plan P située à l'extérieur de celle limitée par les trous 101 et 102. Si dcr.c la surface A B C D est très grande cr. pourra, ccm.e représenté dans la figure 3, toujours tracée dans le plan P, forer plusieurs trous tels que 103, 104, 105, et 106, dans le plan P. Pour faciliter la création de la fissure initiale, onr. peut faire en sorte que les trous, au moins deux à deux, se trouvent très proches l'une de l'autre cu même 'se recoupent er. un point de leur parcours, et c'est justement dans cette zone que l'on créera la fissure initiale 2par un des procé- dés indiqués plus haut; le rapprochement des deux trous permettra également de créer une fissure soit par la pression du fluide dans les deux trous, soit en faisant exploser une faible longueur de ccrdeau détonnant disposée dans chacun des trous ou par tout autre procédé. Dans le cas de la figure 3, on amcrce deux fissures initiales 2 chacune étant à l'intersec- tion cu au point de distance minimale de deux des trous 103 et 104, 105 et 106. La propagation des fissures sera fortement guidée dans pratiquement toute l'éten-' due de la surface à fissurer incluse dans le contour A BC r. L'équipement des trous et les mcyens utilisés pour y maintenir une pression seront ceux décrits plus haut; éventuellement un seul des trous dar:s chacun des couples 103, 104 d'une part, 105, 106 d'autre part comportera une zone d'insufflation. Dans la figure 4 on a supposé que l'on ne créait qu'une seule fissure initiale 2 à l'endroit o deux trous 107 et 110 se recoupent ou se trouvent très pro2hes l'un de l'autre, le trou 110 se prolongeant au-delà de cet endroit.. -a fissure se développera alors le long du trou 107 et de part et d'autre, le long du trou 110. A l'endroit o deux autres-trous 108 et 109, également maintenDs sous pression, reccupent : ou seetrouer.t très rapprochés du trou 110 la fissure se _9_ trouvera guidée par ces trous 108 et 109 et finale- ment on guidera fortement la fissure le.long'de tous les trous et dans l'espace ccmpris entre ces trous,. -la progression étant indiquée par les lignes en tirets 21 à 24. La fissure se trouvera donc guidée sur une très grande surface avec un très faible nomtre-de trous. Chacun des trbus ccmportera l'un des mcyens décrits- plus haut pour exercer une pression sur ses parois;un seul des trous pourra ccmporter des moyensd'insuf- flation dans la fissure initiale 2 mais tout ou partie des trous pourront ccmporter des zones diinsuf- flation qui ne deviendront activec qu'après le passage de la fissure dans ces zones. E-nfin des schémas identiques a ceux des figures pourront être créés dans des plans P se recoupant a l'intérieur du massif ou du'bloc, déterminant ainsi des blocs plus petits, tous limités par des parois sensiblement planes. - 10 - R:VENrICATIONS 1/ Procédé de découpage d'une masse de matière solide ccmpacte telle qu'un bloc ou un massif rocheux, ce procédé étant destiné à créer une ccupure de ladite masse sensiblement selon un plan (P) choisi à l'avance, par propagation d'une fissure (2) dans ledit plan ( P), caractérisé en ce qu'il ccmprend les étapes de: - forer un trou ( 1, 101 à 110) à travers la masse, sensiblement dans ledit plan ( P), ce trou rencontrant ladite fissure ( 2). ' - obturer la eu les extrêmitAs libres du trou ( 1, 101 à 110) -remplir le trou d'un fluide sous pression augmenter la pression du fluide au mcins dans la région avoisinant l'intersection du trou ( 1, 103 à 107, 110) et de la fissure ( 2) jusquà ce due la fissure se propage dqus le plan ( P) en étant guidée par le trou - continuer à déVelopper la pression jus- qu'à obtention de la coupure désirée. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé er. ce qu'on utilise une fissure (2) ou diaclase préexis- tante. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on crée la fissure (2) à'partir du trou 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce qu'on fore au mLins deux trous (101 à 110) sensibleu;ent dans le plan ( PR) ces trous ccupant la fissure ( 2) au voisinage ue l'endroit oi' la distance entre ces deux trous est minimale ou nulle. - 11 - / Procédé selon Jlune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide sous pression se trou- vant dans chaque trou exerce une pression sur la ma- toere environnante tout en 6étant isolé de celle-ci par un gainage ( 5, 9, 11) sauf dansune zone d'au mcins un des trous qui avoisinent la fissure, le fluide pou- vant pénétrer dans la fissure à partir de cette zone. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé er. ce que la pression exercée par le fluide sur la matière environnante en dehors de la zone avoisinant la fissure est sensiblement uniforme dans.toutes les directions perpendiculaires au trou. 7/ Procédé selon la rever.dication5 caractérisé en ce que la pression exercée par le fluide sur la matière environnante en dehors de la zone avoisinant la fissure est dirigée dans deux directions opposées ( 8) se trouvant de part at d'autre du plan ( P). 8/ Procédé selon!'une des revendications 1 à 7. carac- térisé en ce qu'on étatblit la pression par injection de fluide à l'aide de conduits traversarit l'obturation (3) d'une extrémité du trou. 9/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, carac- terisé en ce qu'on établit la pression par déflagration d'un explosif lest ou.un autre phénomène physique ou chimique er.trainantl'augmentati6n du volume d'un fluide.