Brevet FR2695339A1 — publié le 19940311

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de traitement de surface des faces tail lées de pièces massives, plus particulièrement de plaques de granit. On connaît par la demande de brevet US-A-2 655 909 un procédé pour traiter la surface de blocs de pierre qui permet de conférer à cette surface un état adouci. En effet, on sait que les outils mécaniques de débit et d'usinage provoquent des rainurages et des éclats sur les faces taillées des blocs de pierre. Ainsi le procédé décrit dans ce brevet américains prévoit l'utilisation à d'une torche oxyacétylénique pour chauffer la surface à traiter de façon à provoquer un éclatement des parties du bloc en saillie sous les effets des contraintes thermiques. Seule la surface de la pierre est chauffée, grâce notamment au fait que le chalumeau est incliné par rapport au plan de la surface à traiter. Ceci permet de ne provoquer que des contraintes superficielles sur une profondeur correspondant sensiblement à celle des défauts et des irrégularités du bloc à supprimer. L'état de surface obtenu est satisfaisant car l'aspect grossier de la surface de production est affiné et les particules après éclatement en surface donnent à la surface du bloc un aspect brillant, vue sous un certain angle. Un tel procédé est applicable au traitement de blocs de pierre d'une certaine nature car la densité calorique apportée est faible et de nombreuses pierres ont des compositions qui ne se prêtent pas à un tel traitement. D'autre part, le débit de blocs de pierre ne s'effectue plus actuellement par perçages juxtaposés mais plutôt au moyen de fils diamantés animés ce qui conduit après débit à des états de surface très lisses. Le brevet US-A-2 781 754 décrit un dispositif et un procédé pour traiter thermiquement des surfaces rugueuses de plaques de pierre qui évite toute fissuration de la plaque. Il s'agit de disposer la plaque dans un bac de façon à immerger la plaque avec recouvrement de cette plaque par une mince pellicule d'eau. Aussi, les contraintes thermiques diffusant dans la plaque sont réduites par l'absorption des calories résultant de l'immersion dans l'eau de ladite plaque. On peut conclure de ce brevet que le chauffage à l'aide d'une torche oxyacétylénique chauffe en fait la pierre sur une certaine épaisseur et provoque des dilatations différentielles entre les deux faces opposées, chauffée et froide, soit des gauchissements de la plaque. Le traitement thermique d'une plaque de pierre de faible épaisseur est donc impossible au moyen d'un chalumeau oxyacétylénique, sauf à prévoir un dispositif d'immersion et, dans ce cas, il y a de toute façon une perte du pouvoir calorifique du chalumeau ce qui diminue la puissance de l'effet thermique. Dans tous les cas, les faibles épaisseurs sont néanmoins de 20 mm minimum avec les inconvénients engendrés par la mise en oeuvre du procédé à l'aide du dispositif à bac de refroidissement. Un autre brevet US-A- 2 675 993, plus particulièrement appliqué à la coupe de roche et plus particu lièrement de granit soulève un autre inconvénient dû au chalumeau oxyacétylénique. En effet, si la roche est chauffée jusqu'à fusion de certaines zones, des poches de minéraux tels que du mica notamment, la coupe ne progresse plus car l'effet thermique conduisant à une fissuration progressive est concentré sur une même zone. Aussi, le chalumeau oxyacétylénique est combiné avec un jet d'eau haute pression dont la puissance mécanique complète l'effet thermique, brisant les liaisons des particules minérales chauffées et assurant une progression de la coupe, y compris dans les zones de fusion. Ainsi, le chauffage de certaines zones pendant des périodes de temps relativement longues présente des inconvénients et réduit les effets thermiques. La demande de brevet EP-A-471 692 décrit un procédé et un dispositif de traitement des faces d'un corps de matériau dur, notamment de la pierre. Le procédé consiste à générer un flux de plasma à haute température avec une puissance de l'ordre de 30 kW dirigé vers la face à traiter, combiné avec la projection d'un jet de fluide de refroidissement à haute vitesse immédiatement en aval du flux de plasma, plus particulièrement à une distance de l'ordre de 2 cm. L'effet combiné du chauffage du plasma et du refroidissement provoque une dégradation superficielle de la surface des pierres débitées. Ceci permet de résoudre un problème dû aux torches oxyacétyléniques, à savoir, les fissurations des plaques minces par diffusion de la chaleur sur une trop forte épaisseur de surface. En effet, la densité de chaleur apportée par les flux de plasma, comme cela est bien connu, notamment -par la demande de brevet FR-A-2 251 178, est très supérieure à celle obtenue au moyen d'un chalumeau oxyacétylénique. Il n'en demeure pas moins que le dispositif reste complexe car il faut piloter conjointement les déplacements simultanés de la torche à plasma et du fluide de refroidissement qui doit en être très proche. La combinaison de tous les nouveaux paramètres est très difficile à maîtriser. Quant à la présence de moyens de refroidissement, elle est rendue obligatoire pour obtenir l'effet de dégradation superficiel le recherchée. L'industrie de fabrication de pièces de parement en pierre a pour objectif de réduire les épaisseurs des plaques travaillées afin d'en diminuer le poids ce qui conduit à faciliter la pose et à réduire d'autant les dimensionnements des supports. Une autre conséquence est l'économie de matière. Quant au prix de revient, il doit être le plus bas possible afin, d'une part, de rester concurrentiel avec d'autres matériaux et, d'autre part, de permettre une plus large diffusion. La présente invention propose un procédé et un dispositif qui vont dans ce sens et qui pallient les inconvénients de l'art antérieur en permettant le traitement de nombreuses roches de différentes compositions allant notamment du granit tendre au granit dur, ainsi que des grès, qui permet de traiter des plaques de très faible épaisseur, qui supprime tout refroidissement simultané de la zone chauffée et qui simplifie le dispositif nécessaire à la mise en oeuvre du procédé. Dans ce but, la présente invention propose un procédé de traitement de surface des faces taillées de pièces massives, notamment de plaques de granit, au moyen d'un flux chauffant qui se caractérise en ce qu'on projette uniquement un jet de plasma sur la face de la pièce tout en effectuant un déplacement en translation pour couvrir la totalité de la face, de façon à provoquer l'éclatement des minéraux à la superficie de la pièce à l'exclusion de tout autre projection de fluide de refroidissement. Selon un mode préférentiel de mise en oeuvre du procédé, on génère un jet de plasma à partir d'une torche à arc soufflé dont les paramètres sont une in tensité de courant (I) comprise entre 250 et 350 A, le débit d'air plasma (D) est compris entre 250 et 350 Nl/mn, la distance entre la sortie de tuyèreanode et la surface de la plaque (h) est comprise entre 20 et 50 mm, l'angle d'inclinaison (a) entre l'axe du jet de plasma et l'horizontale est compris entre 35 et 600, la vitesse (v) de déplacement est comprise entre 10 et 25 cm/sec et le pas (d) entre deux passes adjacentes est compris entre 25 et 50 mm. Plus particulièrement, pour des granits "durs" de faible épaisseur, les paramètres du procédé sont I = 275 A D = 300 Nl/mn a = 450 h = 35 mm v = 15 cm/sec d = 35 mm et pour un granit "durs" de forte épaisseur, les paramètres sont I = 300 A D = 300 Nl/mn a = 450 h = 30 mm v = 18 cm/sec d = 45 mm Dans le cas de granits "tendres" de forte épaisseur le procédé prévoit les paramètre suivants I = 300 A D = 300 Nl/mn a = 55C h = 30 mm v = 14 cm/sec d = 25 mm. et pour les granits "tendres" de faible épaisseur I = 275 A D = 300 Nl/mn a = 500 h = 35 mm v = 15 cm/sec d = 25 mm Quant au dispositif il comprend un support de pièce, une torche à plasma à arc soufflé fonctionnant avec une puissance de l'ordre de 100 kW, une alimentation en argon/air avec un rapport 1 pour 9, des moyens de déplacement de la torche en X,Y couvrant au moins la superficie des pièces. Plus particulièrement, selon un mode préférentiel de réalisation, le dispositif se caractérise en ce que les longueurs des canaux de la tuyère-anode sont de 40 et 60 mm pour des diamètres respectifs de 8 et 12 mm. L'invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation préférentiel non limitatif en regard des dessins annexés qui représentent - la figure 1, une vue schématique du dispositif, et - la figure 2, une vue schématique d'une torche à plasma telle qu'utilisée. Sur la figure 1, on a représenté une vue schématique du dispositif selon l'invention, à savoir un bâti 10 support de plaque, des cales 12 isolantes thermiquement, et une table 14 à déplacements en X,Y qui supporte une torche à plasma 16. La torche à plasma est du type argon/air avec plus de 90 % d'air en volume et fonctionnant avec une puissance électrique de 100 kW. Le flux de plasma obtenu est d'environ 10 cm de long, 3 cm de diamètre et la température moyenne est de 4 000 OC. De façon surprenante, il a été constaté que pour de telles puissances, la surface lisse obtenue après débit par sciage peut être altérée par traitement au moyen du procédé selon l'invention qui consiste à déplacer le flux de plasma à proximité immédiate de la surface en excluant toute projection d'un fluide complémentaire de refroidissement. L'état de surface est suffisamment rugueux pour éviter tout glissement, notamment lorsque les plaques traitées sont utilisées au sol ou pour éviter tout effet de miroir lorsque les plaques sont utilisées en parement, effet de miroir vite altéré de façon non homogène par les conditions atmosphériques et la pollution. Le procédé est essentiellement conditionné par les paramètres suivants, l'intensité du courant d'alimentation de la torche I, le débit de gaz plasma in jecté D, l'angle d'inclinaison de la torche gaz la distance entre la sortie de tuyère-anode et la surface à traiter h, la vitesse de déplacement de la torche u, ainsi que la distance séparant deux passes successives d. Une optimisation de ces paramètres a conduit aux résultats suivants en fonction des types de granit et des épaisseurs. A granit dur, forte épaisseur (env. 4 cm) B granit dur, faible épaisseur (inférieur ou égal à 1 cm) C granit tendre, forte épaisseur (env. 4 cm) D granit tendre, faible épaisseur (inférieur ou égal à 1 cm). Les granits durs et tendres sont constitués principalement de minéraux cardinaux (quartz, feldspath) mais les granits tendres présentent des hétérogénéités de tailles importantes, et des traces d'altération. I I D a h N d (A) (Nl/mn) (O) (mm) (cm/sc) (mm) A 300 300 30 45 18 45 B 275 300 45 35 15 35 C 300 300 55 30 14 25 n 275 300 50 35 15 25 Les plaques entières ainsi traitées présentent un état de surface avec une rugosité et un relief granité tels que recherchés pour rendre les plaques anti-glissantes. Par ailleurs, les plaques ne présentent pas de fêlures, de fissures ou de déformations résiduelles, y compris pour les plaques de très faible épaisseur. Il se trouve que le présent procédé utilise uniquement une torche à plasma à l'exclusion de tout fluide de refroidissement. Aussi, le choc thermique intense surfacique est pro voqué par la densité de chauffe qui fait passer la surface de la température ambiante à une température très élevée, le flux de gaz du plasma assurant l'entraînement des particules et le balayage de la surface traitée. Ceci est parfaitement visible, notamment à l'aide d'une caméra ultra rapide. Néanmoins, un brossage complémentaire permet une parfaite finition. On peut penser que ce phénomène surprenant est dû à la vaporisation de l'eau de constitution des grains composant la roche. La torche à plasma 16 comprend une cathode 18 et une tuyère anode 20 ainsi que représenté sur la figure 2. La tuyère anode a un diamètre 01 sur une longueur L1 et un diamètre 42 sur une longueur L2. entre la tuyère et la cathode, on a interposé un diaphragme 22. Les canaux de la tuyère anode ont plus particulièrement des diamètres 41 = 8 mm et 02 = 12 mm et des longueurs L1 et L2 respectivement de 40 et 60 mm. Une telle torche permet d'obtenir les résultats précités. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de surface des faces taillées de pièces massives, notamment de plaques de granit, au moyen d'un flux chauffant caractérisé en ce qu'on projette uniquement un jet de plasma sur la face de la pièce tout en effectuant un déplacement en translation pour couvrir la totalité de la face, de façon à provoquer l'éclatement des minéraux à la superficie de la pièce à l'exclusion de tout autre projection de fluide de refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on génère un jet de plasma à partie d'une torche à arc soufflé dont les paramètres sont une intensité de courant (I) comprise entre 250 et 350 A, le débit d'air plasma (D) est compris entre 250 et 350 Nl/mn, la distance entre la sortie de tuyère-anode et la surface de la plaque (h) est comprise entre 20 et 50 mm, l'angle d'inclinaison (a) entre l'axe du jet de plasma et l'horizontale est compris entre 35 et 60 , la vitesse (v) de déplacement est comprise entre 10 et 25 cm/sec et le pas (d) entre deux passes adjacentes est de compris entre 25 et 50 mm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour un granit "dur", de faible épaisseur inférieure à lOmm les paramètres sont I = 275 A D = 300 Nl/mn a = 450 h = 35 mm v = 15 cm/sec d = 35 mm 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour un granit "dur" de forte épaisseur, de l'ordre de 5 cm, les paramètres sont I = 300 A D = 300 Nl/mn a = 450 h = 30 mm v = 18 cm/sec d = 45 mm 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour un granit "tendre" de forte épaisseur (4 cm) les paramètre sont I = 300 A D = 300 Nl/mn a = 550 h = 30 mm v = 14 cm/sec d = 25 mm. 6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour un granit "tendre de faible épaisseur, inférieure à 10 mm, les paramètres sont I = 275 A D = 300 Nl/mn a = 500 h = 35 mm v = 15 cm/sec d = 25 mm 7. Dispositif de traitement de surface de faces taillées de pièces massives, notamment de plaques de granit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un support de pièce, une torche à plasma à arc soufflé fonctionnant avec une puissance de l'ordre de 100 kW, une alimen tation en argon/air avec un rapport 1 pou 9, des moyens de déplacement de la torche en XY couvrant au moins la superficie des pièces. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les longueurs des canaux de la tuyère-anode sont de 40 et 60 mm pour des diamètres respectifs de 8 et 12 mm.