Brevet FR2685883A1 — publié le 19930709

PROCEDE DE GRAVURE SUR PIERRE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention a pour objet un procédé de gravure sur pierre et un dispositif pour sa mise en oeuvre. II serait souhaitable dans de nombreuses applications de pouvoir procéder de façon simple, qu'il s'agisse d'une technique artisanale ou d'une technique industrielle, à la gravure de blocs de pierre, ou de plaques de pierre pour leur procurer une esthétique particulière, ou encore pour leur conférer un caractère antidérapant dans la mesure où des plaques de pierre sont utilisées comme dalles de revêtement de sol. On trouve des applications de pierre gravée dans les revêtements de sol, les revêtements de façades d'immeubles, ou encore pour la décoration de pierres tombales. Actuellement, il est connu de réaliser la gravure de lettres ou de dessins de petites dimensions au moyen d'abrasifs classiques comme le corindon, le carbure de silicium ou le sable. Toutefois, ces abrasifs ne sont pas très agressifs vis-à-vis de matériaux durs comme la pierre, de telle sorte qu'une telle mise en oeuvre ne peut être qu'artisanale. II est également possible de graver un matériau dur tel que la pierre avec des pointes vibrantes en acier ou carbure, ou avec des outils diamantés, ce qui nécessite toutefois la mise en oeuvre d'un matériel coûteux, manipulé par des opérateurs très bien formés. Le but de l'invention est de fournir un procédé de mise en oeuvre simple et rapide, ne nécessitant pas l'intervention d'opérateurs très qualifiés, et permettant un travail, soit à un stade artisanal, soit à un stade industriel, avec la possibilité de varier de façon très simple les décors obtenus sur différents supports en pierre. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de gravure qui permette le ménagement d'évidements profonds ou l'ébauche de sculptures sur des pierres tendres ou dures. A cet effet, le procédé qu'elle concerne, consiste à projeter sur la surface de la pierre à graver des particules de grenaille d'acier coulé conservant une forme générale sphérique pendant toute leur durée d'utilisation, possédant une dureté de l'ordre de 460 à 550 Vickers, la projection des particules étant effectuée à une vitesse de l'ordre de 75 à 85 m-s-1, et avec un angle d'incidence compris entre 700 et 900. II est particulièrement important de tenir compte des caractéristiques de ce procédé, notamment en ce qui concerne le caractère sphérique des particules de grenaille pendant toute la durée d'utilisation. En effet, dans la mesure où seraient utilisées des particules possédant des surfaces acérées, qui sembleraient à priori plus adaptées pour graver de la pierre, ces particules risquent de venir s'inclure dans la pierre avec les risques de voir ultérieurement de la rouille apparaître sur la surface du bloc de pierre. Avantageusement, les particules de grenaille sont en un acier à structure martensitique à haute teneur en carbone, supérieure à 0,85 %. Selon une autre caractéristique de l'invention, les particules de grenaille ont un diamètre compris entre 0,3 et I mm, de préférence de l'ordre de 0,6 mm. II est possible de retenir des particules de grenaille selon la spécification SAE J444: S230. Selon une autre caractéristique de l'invention, la projection de particules de grenaille est réalisée à l'aide d'une buse disposée entre environ 400 et 800 mm de la surface à graver. Afin d'éviter toute éventuelle tache de rouille, la grenaille utilisée est avantageusement une grenaille inoxydable au chrome-nickel. Cela permet en outre de travailler en milieu humide. Dans la mesure où seulement une partie de la surface de la pierre doit être gravée, celle-ci est revêtue d'un cache comportant une ouverture laissant libre la partie à graver. Selon une première forme d'exécution, essentiellement destinée à un usage unique du cache, celui-ci est réalisé en matière synthétique et comporte une face adhésive. Un tel cache doit être détruit pour être retiré de la pierre, en raison de sa forte adhérence sur celle-ci. Pour cette raison, ce type de cache est surtout adapté à un travail artisanal. Selon une autre forme d'exécution, le cache est constitué par une plaque d'acier, destinée à prendre appui contre la pierre, revêtue du côté opposé à la pierre, d'une couche de gomme naturelle ou synthétique résistante à l'abrasion et possédant des propriétés d'absorption des chocs. La plaque d'acier rigidifie la couche de gomme, et la couche de gomme protège l'acier de la déformation. Cet agencement est très avantageux car permettant d'obtenir un cache possédant une durée de vie importante, suffisamment souple pour s'adapter à une pierre ne possédant pas une surface parfaitement plane, et suffisamment peu épaisse pour éviter les angles morts résultant de la projection de la grenaille sous un angle non perpendiculaire à la pierre. Une plaque d'acier seule ne permet pas d'obtenir ce résultat, car sous l'effet du grenaillage elle se déforme rapidement avec création d'une forte convexité du côté de la source de grenaille. Pour éviter cette déformation, on doit augmenter l'épaisseur de la plaque, mais celle-ci est alors très rigide donc non adaptable à des surfaces qui ne sont pas parfaitement planes, et ne convient pas à la réalisation de motifs décoratifs, compte tenu des angles morts qu'elle crée. Avantageusement, I'épaisseur de la plaque d'acier est de l'ordre de 1,5 à 2 mm et l'épaisseur de la couche de gomme est de l'ordre de 2 à 2,5 mm. Selon une autre caractéristique, la gomme possède une dureté shore de l'ordre de 60. La réalisation d'un cache se fait par collage de la couche de gomme sur une plaque d'acier découpée aux dimensions voulues, en fonction des pierres à grenailler et du dispositif de manipulation associé. On découpe ensuite le motif dans le cache, par exemple par jet d'eau à très haute pression. L'application du cache sur la pierre s'effectue par exemple au moyen d'un cadre métallique rendu solidaire du cache. Le cadre est fixé sur le côté de la voie de roulement du dispositif de grenaillage. II est amené face à la plaque de pierre à décorer, puis abaissé et maintenu sur la pierre, le temps nécessaire, par des vérins pouvant être à commande numérique. D'autres dispositions sont possibles selon le type de dispositif utilisé. L'utilisation d'un cache isolé du reste du dispositif de grenaillage, donc sans dispositif de manipulation est possible en utilisant du papier adhésif double face. En raison de la rigidité de l'acier, I'adhésion est bonne et les déplacements inexistants. Enlever le cache ne pose aucun problème. II est également possible de réaliser une fixation magnétique du cache. Dans ce cas, le cache déborde de la pierre à graver, et il repose sur des plots magnétiques de même épaisseur que la pierre, fixés par exemple sur un tapis transporteur en caoutchouc, si un tel tapis est utilisé pour déplacer la pierre et le cache à l'intérieur de l'installation. Une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un système de projection de la grenaille, un système de récupération de la grenaille après projection, et des particules de pierre qui se présentent sous forme de poudre, un système de nettoyage et de recyclage de la grenaille, ainsi qu'un système d'aspiration et de filtration des poussières préservant l'air ambiant. Dans le cas d'une application industrielle, le dispositif comprend une enceinte fermée équipée d'un système de translation des blocs ou des plaques de pierre, et de deux sas disposés en amont et en aval de l'enceinte. Dans un tel cas, la projection de grenaille peut être effectuée à partir d'une turbine centrifuge, d'axe parallèle à la direction de défilement des blocs ou plaques de pierre. Dans le cas d'une installation plus artisanale, avec actionnement manuel, le dispositif travaille en discontinu. La plaque ou le bloc est positionné à l'intérieur de l'enceinte, I'opérateur pouvant intervenir manuellement à l'intérieur de celle-ci, soit en étant muni d'un scaphandre, soit à l'aide de manchettes qui pénètrent à l'intérieur de l'enceinte, I'opérateur manipulant manuellement la buse de projection de particules de grenaille, cette projection étant assurée par un système de type sableuse à surpression fonctionnant à une pression de l'ordre de 6 bars (1 bar =105 Pa). De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé Figure 1 est une vue en perspective très schématique d'un dispositif de gravure industrielle Figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif de gravure artisanale. Le dispositif représenté à la figure 1, est un dispositif à usage industriel pouvant s'adresser essentiellement à la gravure de motifs décoratifs sur les plaques de revêtements de façades d'immeubles, ou de motifs utilitaires antidérapant sur les plaques de revêtement de sol. Ce dispositif comprend une enceinte de grenaillage, équipée d'un dispositif de transport 3 en continu, à vitesse réglable, destiné à déplacer les plaques de pierre 4 à l'intérieur de l'installation. En amont et en aval de l'enceinte 2, sont disposés deux sas 5 permettant au dispositif de travailler en continu. Comme montré au dessin, chaque plaque 4 peut être revêtue d'un cache 6, par exemple constitué par une plaque d'acier revêtue d'une couche de gomme naturelle ou synthétique, dans lequel sont ménagées des ouvertures 7 laissant apparentes les parties de la surface de la plaque sur lesquelles une gravure doit être réalisée. La partie supérieure de l'enceinte 2 est équipée d'une turbine centrifuge 8, dont l'axe est parallèle à la direction de défilement des plaques, et centrée sur le passage des plaques, à une distance d'environ 800 mm du plan de défilement. La turbine doit projeter environ 100 kg de grenaille à la minute, cette quantité pouvant varier entre 60 et 300 kg suivant le rendement demandé, à une vitesse d'environ 80 m-s-1. Pour un débit de 100 kg de grenaille par minute, et pour obtenir une profondeur de gravure de 0,5 à 1 mm, la vitesse de défilement doit être réglée entre 0,4 et 1,6 m/mn, ceci en fonction de la dureté de la pierre à graver. L'intérieur de l'enceinte est reliée à un dispositif de filtration comportant un cyclone 9, des filtres 10, et une centrale d'aspiration 12. L'extrémité inférieure de l'enceinte 2 est conformée en trémie 13, dans le fond de laquelle est disposée une vis sans fin 14, amenant les particules de grenaille et les particules de pierre à l'extrémité inférieure d'un élévateur à godets 15. En partie haute, les particules sont reprises par une vis sans fin 16 qui les amène à un dispositif de séparation à air 17, I'air aspiré à travers le rideau de grenaille déviant les particules légères vers l'arrière d'où elles retombent en partie dans le bac 18, les plus fines étant entraînées vers le cyclone 9 et le dépoussiéreur 10. A titre d'exemple, pour le débit indiqué précédemment, la consommation de grenaille est d'environ 2 kg par heure de travail, temps pendant lequel peuvent être gravées une centaine de plaques de 400 x 400 mm en pierre de dureté moyenne. La consommation de grenaille est tout à fait modérée puisqu'elle est donc de l'ordre de 20 g par plaque. La figure 2 représente un dispositif visant plus spécialement des applications artisanales, dans lequel les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Ce dispositif vise plus spécialement la gravure de motifs ou d'inscriptions personnalisées, comme tel est le cas en art funéraire, ou l'évidement de blocs divers, tels que des cendriers, ou encore l'ébauche d'objets sculptés avant finition manuelle par des procédés classiques. L'enceinte de grenaillage 22 comporte dans ce cas un hublot 23 permettant à l'opérateur de suivre l'opération de gravure, et deux manchettes 24, permettant à l'opérateur de manipuler une lance 25 dont l'extrémité libre est équipée d'une buse 26 de projection des particules de grenaille. Etant donné qu'il s'agit d'une gravure artisanale, I'installation est arrêtée à la fin de chaque opération de gravure pour réaliser le retrait de la plaque gravée, et la mise en place d'une nouvelle plaque qui, dans ce cas, est supportée par un chariot 27. La mise en pression des particules est réalisée par un appareil 28 de type sableuse à surpression fonctionnant avec une pression de l'ordre de 6 bars, de façon à avoir une pression à la buse 26 de 5 à 5,5 bars. La buse est une buse Venturi longue, d'un diamètre de l'ordre de 10 mm. Pendant l'opération de gravure, la buse est maintenue aussi perpendiculaire que possible à la surface de la pierre, à une distance de l'ordre de 40 à 80 cm, et est animée d'un mouvement de balayage rapide et croisé pour obtenir une bonne régularité de la gravure. A titre indicatif, une gravure d'une profondeur de 1 mm d'une surface totale de 200 cm2 sur une plaque de 400 x 400 mm, demande moins de 2 mn avec une consommation de particules de grenaille de l'ordre de 20 g. Ces valeurs sont données à titre indicatif puisque l'attaque d'une surface polie est plus lente que celle d'une surface brute. En travail d'évidement, il est possible d'enlever plusieurs décimètres cubes par heure. Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un procédé et un dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci, de conception simple, assurant d'excellents résultats même lorsque la mise en oeuvre est effectuée par un personnel peu expérimenté. REVENDICATIONS 1. Procédé de gravure sur pierre, caractérisé en ce qu'il consiste à projeter sur la surface de la pierre à graver (4) des particules de grenaille d'acier coulé conservant une forme générale sphérique pendant toute leur durée d'utilisation, possédant une dureté de l'ordre de 460 à 550 Vickers, la projection des particules étant effectuée à une vitesse de l'ordre de 75 à 85 m-s-1, et avec un angle d'incidence compris entre 700 et 900. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de grenaille sont en un acier à structure martensitique à haute teneur en carbone, supérieure à 0,85 %. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les particules de grenaille ont un diamètre compris entre 0,3 et 1 mm. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les particules de grenaille ont un diamètre de l'ordre de 0,6 mm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la projection des particules de grenaille à l'aide d'une bu se disposée entre environ 400 et 800 mm de la surface à graver. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules de grenaille sont en acier inoxydable au chrome-nickel. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans la mesure où seulement une partie de la surface de la pierre doit être gravée, celle-ci est revêtue d'un cache comportant une ouverture laissant libre la partie à graver. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un cache constitué par une plaque d'acier, destinée à prendre appui contre la pierre, revêtue du côté opposé à la pierre, d'une couche de gomme naturelle ou synthétique résistante à l'abrasion et possédant des propriétés d'absorption des chocs. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaque d'acier est de l'ordre de 1,5 à 2 mm et l'épaisseur de la couche de gomme est de l'ordre de 2 à 2,5 mm. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la gomme possède une dureté shore de l'ordre de 60. 11. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte fermée (2, 22) équipée d'un support (3, 27) pour la pierre (4) à graver, d'une buse de projection de particules de grenaille d'acier sous pression, d'un système (14-16) de récupération de la grenaille, après projection sur la pierre, et des particules de pierre, et d'un système (17) de filtration des poussières et de séparation des particules de pierre se présentant sous forme de poudre et des particules de grenaille avec recyclage de ces dernières. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que, dans le cas d'une installation industrielle, L'enceinte (2) est équipée d'un système (3) de translation des blocs ou plaques de pierre, et de deux sas (5) disposés en amont et en aval de l'enceinte. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le système de projection de particules de grenaille comprend une turbine centrifuge (8) d'axe parallèle à la direction de défilement des blocs ou plaques de pierre (4). 14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que, dans le cas d'une installation plus simple, le bloc ou la plaque de pierre est fixe à l'intérieur de l'enceinte, la buse de projection (25, 26) est mobile, et la projection des particules est réalisée à l'aide d'un dispositif (28) de type sableuse à surpression.