Brevet FR2790417A1 — publié le 20000908

La présente invention concerne un procédé et une installation de refente de blocs de schiste ardoisier pour former des ardoises. Il est connu de refendre les blocs de schiste pour former les ardoises, de façon manuelle, selon la méthode traditionnelle avec ou sans assistance d'une cliveuse ou ap- pareil de ce type. Il est également connu de refendre les blocs par de l'air comprimé. Pour cela il faut réaliser l'étanchéité autour du bloc à refendre et frapper la tranche du bloc pour former une amorce de rupture puis injecter de l'air sous pression à travers le couteau pour faire ouvrir le bloc. Cette refente avec de l'air comprimé est relativement délicate car il faut que les blocs soient préparés pour per- mettre de réaliser une étanchéité suffisante à la périphérie du bloc en cours de refente et éviter que l'air ne s'échappe sans faire éclater le bloc. Cela implique donc que les blocs sont sciés de façon régulière et que les faces sciées soient bien perpendiculaires entre elles et au plan de fissilité. Ce découpage en parallélépipèdes rectangles (appelés repartons) fait perdre beaucoup de matière sur la périphérie des blocs. Les chutes par découpage des bordures peuvent atteindre 50 %. Cela suppose aussi que les plans de fissilité soient des plans, ce qui est rarement le cas. Ce sont souvent des surfa- ces gauches. Enfin ce procédé ne permet que la refente des blocs d'une certaine dimension préalablement découpés en re- partons. En général on refend le bloc au voisinage de son mi- lieu pour obtenir deux parties sensiblement égales et qui résistent de façon sensiblement égale à l'effort de clivage. Par contre ce procédé ne permet que très difficilement et avec beaucoup de chutes, de refendre des petits blocs (lorsqu'il ne reste plus assez de matière au centre du bloc pour y découper un reparton). Une telle refente ne peut se faire qu'à la main. Cela réduit considérablement l'intérêt du procé- dé, à cause de la faible récupération de matière. La présente invention a pour but de développer un procédé et une installation de refente automatique, permet- tant une mécanisation très poussée de la refente allant jus- qu'à la refente des ardoises une à une. Ce procédé de refente est particulièrement intéressant parce qu'il s'applique à des blocs même très petits et de forme quelconque. Il permet de5 se passer de l'opération de découpage en repartons. A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu' - on fixe le bloc à refendre, - on applique un jet de liquide, impulsionnel, très fin et à haute pression à l'emplacement du plan de refente choisi. Le procédé selon l'invention permet de séparer les ardoises une à une d'un bloc de forme même très irrégu- lière. Les ardoises seront ensuite " rondies " au format ap- proprié. L'invention permet de traiter des petits blocs qui sont souvent abandonnés dans les stériles des carrières ou le rebut des coupes de blocs de grandes dimensions. Cette refente ne nécessite pas de précaution par- ticulière pour réaliser une quelconque étanchéité puisque la quantité de liquide qui est de préférence de l'eau, projetée dans le plan de clivage pour séparer une ardoise, est extrê- mement faible. Il s'agit d'une goutte d'eau, projetée avec une énergie cinétique considérable puisqu'elle est fournie à une pression de l'ordre de 1 500 à 3 000 bars. Cette goutte creuse une amorce de trou à la manière d'un foret, sur une25 faible profondeur sur le côté du bloc puis le liquide s'étale dans le plan de clivage et progresse à l'intérieur de celui- ci en soulevant au fur et à mesure l'ardoise. Ce très faible soulèvement ne risque en aucun cas de casser l'ardoise puis- que contrairement au soulèvement créé par l'injection d'air comprimé, seul le front de liquide constitué par la goutte étalée forme un coin de très faible épaisseur qui progresse le long du plan de clivage. Après avoir séparé ainsi une ardoise que l'on évacue à l'aide d'une ventouse, on déplace la tête d'injection de l'épaisseur d'une ardoise et on effectue un nouveau tir. Suivant une caractéristique avantageuse, le li- quide utilisé pour l'impulsion de pression est de l'eau. Cette eau est de préférence nettoyée et filtrée pour ne pas contenir d'impuretés. La pression du liquide formant le jet impulsion- nel est comprise entre 1500 et 3000 bars. La refente selon l'invention se fait par pelage, c'est-à-dire en enlevant un fendi après l'autre, ce qui est particulièrement intéressant pour réduire le nombre de mani- pulations des blocs ou parties de blocs. Le pelage permet d'appliquer la ventouse de pré- hension sur le dessus du bloc et de " tirer " le fendi, ce qui participe à l'opération de fente par l'eau. Les " fendis " (ardoises avant retaille aux cotes de finition) sont enlevés au fur et à mesure. L'invention concerne également une installation de refente de blocs de schiste ardoisier pour la mise en oeu- vre du procédé, cette installation étant caractérisé en ce qu'elle comprend - un support pour recevoir à plat le bloc à refendre, - une source de liquide à haute pression, - un injecteur avec une buse à jet, alimenté par la source de liquide à haute pression piloté par un automatisme pour émettre un jet impulsionnel, - un actionneur de l'injecteur pour positionner la buse à proximité immédiate du plan de fissilité choisi pour la re- fente, - un circuit de commande. Suivant une caractéristique avantageuse, l'actionneur comprend une tête de détection du bord du bloc. Ce moyen permet de traiter de manière très avan- tageuse des blocs irréguliers et de positionner automatique- ment la buse à proximité immédiate de l'endroit o doit se faire la refente. La buse à jet de l'injecteur est de préférence une buse à saphir, à rubis ou à diamant. Suivant une caractéristique avantageuse, le moyen de support du bloc se compose d'un plateau à quatre axes (XYZ et p) équipé d'un système de maintien du bloc par sa face in- férieure. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est un schéma d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 2 est une vue en plan schématique montrant la progression du clivage dans le plan de fissilité d'un bloc, - la figure 3 est une vue schématique en plan du poste de refente avec son alimentation, - la figure 4A montre en vue en plan un mode de réalisation d'un touret constituant le support d'un bloc à refendre, - la figure 4B est une vue de côté partiellement coupée du touret de la figure 4A. Selon la figure 1, l'invention concerne un procé- dé et une installation de refente de blocs de schiste ardoi- sier pour former des ardoises. Selon le procédé on fixe un bloc 100 pour le tenir d'une manière qui sera décrite ulté- rieurement et dans le plan de refente choisi on applique un jet de liquide, bref, à haute pression, pour injecter une très faible quantité de liquide avec une très forte énergie. Selon la figure 2, cette impulsion de liquide creuse d'abord un trou 101 à l'endroit de l'impact puis le front du liquide progresse selon les lignes courbes 102 dans le plan de clivage (représenté par le plan de la feuille) pour séparer les deux parties du bloc. Du fait de la direc- tion du jet, le front de liquide n'arrive pas dans les coins supérieurs 103, 104 dans lesquels la séparation se fera par arrachage. La faible quantité de liquide injectée dans le plan de refente développe dans celui-ci un coin de liquide de très faible épaisseur, suffisant pour séparer les deux par- ties du bloc sans soulever réellement une partie du bloc par rapport à l'autre et risquer de se casser. Cela permet une refente par pelage jusqu'à une épaisseur de 5 mm (variable selon les schistes traités) sans être obligé d'effectuer une refente par dichotomie. Le liquide utilisé pour former le jet est de pré- férence de l'eau non chargée pour éviter toute trace sur les surfaces de clivage et assurer la longévité des buses. Selon la figure 1, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus se compose d'un support recevant le bloc 100 à refendre, d'un injecteur 300 avec une buse pour créer le jet de refente, un dispositif de manu- tention 400 pour prendre les fendis et les évacuer et un cir- cuit de commande 500 gérant l'ensemble de l'installation.10 Le support 200 est formé d'un plateau 201 muni d'un revêtement relativement souple 202 sur lequel repose le bloc 100 pour qu'il soit bien tenu et surtout pour éviter qu'il ne glisse sous l'effet de la réaction au jet émis par l'injecteur. Dans sa partie centrale, le plateau comporte une15 cavité 203 équipée d'une ventouse dans laquelle on crée une dépression pour compléter la tenue du bloc 100 pendant les opérations de refente. Le plateau est porté par un actionneur 204 qui peut commander différents mouvements et en particu- lier des mouvements de translation suivant deux axes perpen- diculaires ainsi qu'un mouvement de rotation. Enfin, une source de dépression 205 est reliée de manière commandée à la cavité 203 pour y créer la dépression servant à tenir le bloc 100. L'injecteur 300 comporte une buse à jet 301 pour créer un jet soit cylindrique, soit plat, en éventail, sui- vant la nature des travaux à effectuer. Le jet cylindrique est un jet polyvalent, conve- nant pour tout type de bloc de schiste à refendre, c'est-à- dire permettant de refendre des blocs dont les plans de cli- vage ne sont pas plans mais gauches. Le jet plat a l'avantage d'une plus grande effi- cacité mais son plan doit correspondre parfaitement au plan de clivage. Il ne doit pas être sécant à ce plan car sinon le fluide sous pression est réparti entre plusieurs plans de clivage avec un effet antagoniste et perturbateur, ne permet- tant pas une bonne refente. Un tel jet plat ne convient pas pour des plans de clivage gauches puisque le plan du jet coupe alors plusieurs plans de clivage. La buse 301, qui forme le jet, est une buse en saphir, en rubis ou en diamant industriel. Le mouvement de l'injecteur 300 est commandé par un actionneur 302. Ce mouvement se fait dans la direction verticale, par exemple par incrément, pour passer d'un plan de clivage au plan suivant. Cette direction est parallèle à la figure. Le mouvement peut également être horizontal, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la figure, pour posi- tionner l'injecteur et sa buse 301 dans la meilleure position10 par rapport au bloc 100 forcément irrégulier dans son con- tour. Dans ce dernier cas, le bloc est animé d'un mouvement vertical. Enfin, l'injecteur 300 peut être déplacé dans la direction horizontale pour rapprocher la buse 301 aussi près que possible de la paroi du bloc 100. Le mouvement de l'actionneur, et par suite de la buse 300, est commandé par une tête de détection 303, soli- daire de l'actionneur 302, ou du moins en relation géométri- que déterminée avec l'injecteur 300. Cette tête de capteur20 303 permet de positionner la buse 301 aussi près que possible de la surface irrégulière du bloc à refendre. L'injecteur 300 est relié à une source de liquide (eau) à haute pression 304 qui fournit des impulsions de fluide à haute pression, à des pressions de l'ordre de 1 500 à 3 000 bars. Le bloc 100 est disposé à plat sur le plateau 201, c'est-à-dire que les plans de clivage du bloc 100 sont horizontaux lorsque le bloc 100 a des plans de clivage régu- liers. Lorsque les plans de clivage du bloc 100 sont gauches, la direction principale sera néanmoins la direction horizon- tale. Cela signifie que la refente du bloc 100 sera faite dans des plans horizontaux ou voisins de l'horizontale, en commençant par la partie supérieure pour en séparer un premier fendi 150. Le dispositif de manutention 400 se compose d'un actionneur 401 portant schématiquement un bras 402 terminé par une ventouse 403. L'ensemble, formé par l'actionneur 401 et le bras 402, peut également être constitué par un robot. La ventouse 403 est reliée à une source de dé- pression non représentée. Selon l'invention, la ventouse 403 est appliquée sur le dessus du bloc 100 à refendre. Après la refente, le bras 402 soulève le fendi 150 pour le placer à un endroit ap- proprié pour la suite des travaux sur le fendi. En fonction- nement normal, avant une nouvelle refente, lorsque le fendi séparé a été enlevé par le dispositif de manutention 400, le dispositif revient sur le dessus du bloc 100; la ventouse 403 est collée contre la surface supérieure du bloc puis on exerce une légère traction sur la ventouse 403 par l'intermédiaire du bras 402. Après cette préparation, l'injecteur 300 peut effectuer un tir. Pendant ce tir, la traction exercée par la ventouse sur le dessus du bloc, qui deviendra le nouveau fendi, participe au décollement du fen- di. Les différentes opérations de refente et de manu- tention sont commandées par un circuit de commande 500. Ce circuit de commande synchronise les mouvements et déroule les différentes opérations. Ce dispositif de commande agit sur la source de fluide sous pression 304 pour alimenter de manière impulsionnelle l'injecteur 300. Le circuit 500 commande éga- lement l'actionneur 302 pour positionner l'injecteur 300 et sa buse 301 en fonction des opérations à effectuer et notam- ment de la détection du bord du bloc par la tête de détection 303. Le circuit de commande commande également la mise en dé- pression de la cavité 203 par la source de dépression 205 ainsi que les différentes opérations de rotation et de soulè- vement par l'actionneur 204 du plateau 201 et des opérations similaires du dispositif de manutention 400. La figure 3 est une vue en plan, schématique, du support 200 et de l'équipement accessoire. Le support 200 est représenté par son plateau 201 monté sur un touret n'apparaissant pas. Le bloc 100 est posé sur un plateau auxi- liaire 210 qui a été transféré sur le plateau 201 une fois chargé du bloc 100 à partir des rails 211 de droite. Pendant que l'injecteur 300 effectue les opéra- tions de refente décrites ci-dessus, on peut placer un autre bloc sur le plateau auxiliaire 212 en attente sur les rails 213 du côté gauche du plateau 201. Par un mouvement alterné de plateaux chargés et de plateaux vides, on peut ainsi alimenter le plateau 201 sans perte de temps puisque le chargement des plateaux auxi- liaires 210, 212, se fait en temps caché par rapport au temps de travail de l'injecteur 300.10 Les figures 4A et 4B montrent un exemple de réa- lisation de supports constitués par un touret. Ce touret com- porte un piétement 220 muni d'organes de levage et de rotation 221, sous le plateau 222. L'ensemble est entouré par une jupe 223 qui protège ses organes contre la poussière et le ruissellement de l'eau. La vue de dessus de la figure 4A montre le pla- teau circulaire 222 et les flèches indiquent les différents mouvements de translation dans des directions perpendiculai- res. Ces mouvements sont nécessaires pour positionner le bloc à refendre dans les meilleures conditions vis-à-vis de l'injecteur 300, si le bras manipulateur (402) a une lon- gueur fixe. Dans le cas o l'ensemble 401-402 est un robot, le plateau n'a plus besoin des mouvements qui sont déjà assu- rés par le robot. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de refente de blocs de schiste ardoisier pour former des ardoises, caractérisé en ce qu' - on fixe le bloc à refendre, - on applique un jet de liquide, impulsionnel, très fin et à haute pression à l'emplacement du plan de refente choisi. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on applique un jet impulsionnel très fin, cylindrique ou plat. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide est de l'eau. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression du jet est de 1500 à 3000 bars. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on refend le bloc par pelage. 6 ) Procédé de refente selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on place le bloc à refendre, à plat, les plans de clivage étant sensiblement horizontaux et on refend le bloc par pe- lage en commençant par la partie supérieure pour séparer un fendi sur le dessus, on enlève le fendi et on poursuit pour séparer le fendi directement situé en dessous de celui qui vient d'être séparé et on procède jusqu'à épuisement du bloc. 70) Installation de refente de blocs de schiste ardoisier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend - un support (200) pour recevoir à plat le bloc à refendre (100), -une source de liquide à haute pression (304), - un injecteur avec une buse à jet (300), alimenté de manière commandée par la source de liquide à haute pression pour émettre un jet impulsionnel, - un actionneur (302) de l'injecteur pour positionner la buse 301) à proximité immédiate du plan de fissilité choisi pour la refente, - un circuit de commande (500). ) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'actionneur (302) comprend une tête de détection (303) du bord du bloc. 9 ) Installation de refente selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support (200) du bloc (100) se compose d'un plateau (201) muni d'un revêtement souple (202) et d'une cavité à dépres- sion (203), le plateau étant porté par un actionneur (204) qui assure son réglage en hauteur, en translation et en rota- tion. 10 ) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le dispositif de manutention (400) comprend un actionneur (401) avec un bras (402) muni d'une ventouse (403) pour venir sur le dessus du bloc (101) à refendre, tenir celui-ci pen- dant la refente et, après celle-ci, enlever le fendi (150).