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mouture des chaux, ciments, grappiers, klinkers, scories, phosphates, kaolin, feldspath, sulfate de baryte et de toutes matières dures DEUXIÈME PARTIE Documents divers sur la Fabrication du Ciment et des Matériaux de Construction CHAUX, PLATRE, AGGLOMÉRÉS, RÉFRACTAIRES, CÉRAMIQUE, VITRERIE. MATÉRIEL & OUTILLAGE D'USINES & DE CHANTIERS. PROCÉDÉS INDUSTRIELS D'EMPLOI. NOUVEAUTÉS. BREVETS. Considérations financières sur la fabrication du ciment Nous croyons intéressant de mettre sous les yeux de nos lecteurs une étude financière établie par l'ingénieur américain Sommtang dont le Ciment a reproduit à plusieurs reprises certaines idées sur les fours rotatifs. Les Américains aiment à traduire en dollars les innovations techniques
Les Américains aiment à traduire en dollars les innovations techniques et cette étude est un curieux exemple de leur méthode de calcul. Soit une usine définie par les caractéristiques suivantes : 1° Le four opère au taux de 1.000 barils par jour, pendant 45 semaines par an, soit 315.000 barils par an pour 315 jours de travail; 2° Le charbon revient à 5 dollars la tonne, rendu usine; la pulvérisation coûte 50 cents. Soit 5,50 dollars la tonne; 3° Le rendement du four est de 1 baril de ciment pour une consommation de 65 kgs de charbon, ce qui peut
une consommation de 65 kgs de charbon, ce qui peut s'appliquer approximativement à la plupart des usines par voie sèche ou à celles utilisant de la pierre à chaux pure et de l'argile; 4° Le prix de revient brut est de 1,30 dollars par baril et les frais généraux reviennent à 0,40, soit au total 1,70, 5° La puissance motrice requise est de 16 kilowatts par baril; 6° Le prix de vente du ciment, en vrac, pris à l'usine est de 2 dollars par baril. I. Valeur des refroidisseurs rotatifs. Les considérations qui suivent s'appliquent surtout à une usine neuve,
Les considérations qui suivent s'appliquent surtout à une usine neuve, car pour une usine existante, il est très difficile et pratiquement impossible d'installer des refroidisseurs si elle n'en a pas, ou inversement de les enlever si elle en a. Supposons : a) Qu'un refroidisseur économise 5 de combustible, grâce au retour dans le four sous forme d'air chaud d'une partie de chaleur égale à 5 du total nécessaire (c'est là une bonne moyenne, déduite de différents travaux publiés par le « Committee of Conservation », de la Portland Cement Association) ; b) Qu'un refroidisseur peut être installé, prêt à marcher,
; b) Qu'un refroidisseur peut être installé, prêt à marcher, pour 20.000 dollars; c) Que les intérêts et amortissements, taxes, etc., se montent à 20 ; d) Que les réparations, entretien, graissage, etc., coûtent 500 dollars par an ; e) Que l'appareil travaille dans les mêmes conditions que le four lui-même, soit à raison de 1.000 barils par jour; f) Que sa surveillance nécessite 4 heures de travail par jour à 35 cents; g) Qu'il consomme une puissance de 15 HP ou 12 kw., à 1,5 cents par kwh. ; h) Qu'il provoque obligatoirement des interruptions de service dont la
h) Qu'il provoque obligatoirement des interruptions de service dont la moyenne est d'une heure par semaine, soit un manque de production de 1.875 barils par an. D'où résulte une diminution de la consommation de combustible, soit : 1.875 x 65 x 0,0055 = 670,31 dollars On peut calculer que le seul fait de ces interruptions dues au refroidisseur, augmente le prix de revient, en dehors de toute autre considération de 0,8 cents par baril (1,708 au lieu de 1,70), les frais divers étant supportés par une production de 315.000-1.875=313.125 barils, au lieu de 315.000. Par contre, il faut déduire du
au lieu de 315.000. Par contre, il faut déduire du prix de revient, l'économie de 5 sur le combustible lui-même, soit 65x0,05x0,0055=0,018 dollars Les charges dues au refroidisseur se calculent ainsi pour l'année : c) Intérêts, etc., 20 de 20.000 dollars 4.000 d) Réparations. 500 e) Surveillance et manœuvre 4X315X0,35 441 g) Energie 12x24x315x0,015 1.360 h) Pertes par interruptions 2.505 Soit un total de 8.806 dollars ou 0,028 par baril. Et, finalement, une perte de 0,028–0,018=0,01 cent par baril, soit 3.130 dollars par an. Dans le calcul qui précède, on n'a pas tenu compte de: 1° L'immobilisation de capital dans
n'a pas tenu compte de: 1° L'immobilisation de capital dans le refroidisseur correspond à une perte annuelle de 15 par exemple, soit 3.000 dollars; 2° La diminution de production par interruption provoque un manque à gagner de 30 cents par baril sur 1.875 barils, soit en tout 562,50 dollars. La perte annuelle totale est donc de l'ordre de 6.750 dollars. ALIMENTATION EN AIR DES FOURS. La bonne cuisson du ciment exige l'admission d'une quantité d'air déterminée, en dehors de la question du mode d'ammission lui-même, par tirage naturel ou forcé. Dans le tirage naturel, les conditions de la cheminée déterminent
Dans le tirage naturel, les conditions de la cheminée déterminent le poids de gaz qui circule, et par suite le taux de consommation de combustible pour que la combustion soit parfaite et qu'il n'y ait pas production d'oxyde de carbone. Si le charbon pulvérisé est soufflé avec juste la quantité d'air nécessaire pour lui imprimer ce mouvement, soit de 20 à 25 % de la quantité totale requise pour la combustion complète, le reste doit être aspiré par le tirage. On peut considérer le travail de la cheminée comme formé de trois parties : 1° La production du flot d'air
de trois parties : 1° La production du flot d'air à travers le four et la cheminée, considérés comme un tuyau (perte de charge) ; 2° Le frottement de l'air directement aspiré à travers le tube de descente des clinkers ; 3° La force vive des gaz dans la cheminée. Les deux dernières parties du travail peuvent être en grande partie produites par le ventilateur envoyant un grand volume d'air mélangé au charbon, ce qui nécessite de grands ventilateurs, avec grande puisance et de grandes tubulures d'air et de charbon. La circulation d'air augmente la production. Admettons les conditions suivantes
La circulation d'air augmente la production. Admettons les conditions suivantes : Pourcentage d'air soufflé. 25 % 50 % 65 % Production journalière (barils) 500 900 1.000 Consommation de charbon par baril (kg.) 52.5 57.5 60 Puissance du ventilateur (kw.) 12 20 28 Capital investi dans l'installation du ventilateur (dollars) 550 950 1.300 Comme nous supposons un tirage naturel, la puissance doit être fournie par des chaudières à foyer direct, et le prix du kWh. peut être estimé à 1,5 cent. Naturellement, les chiffres ci-dessus sont des moyennes; pour une usine donnée, la production est fonction du four lui-même. Si la
donnée, la production est fonction du four lui-même. Si la production est augmentée par le moyen ci-dessus du soufflage d'air, le coût des réparations du matériel de broyage augmente proportionnellement, mais non celui du matériel de levage et des transporteurs. La main-d'œuvre n'augmente pas proportionnellement. Admettons, comme ci-dessus, une dépense de frais généraux de 40 cents par baril pour l'usine normale à 1.000 barils par jour pendant 315 jours par an, soit 126.000 dollars. Ce total est à peu près indépendant de la production pour une usine donnée. La dépense d'énergie reste à peu près fixée à 16 kWh. par
d'énergie reste à peu près fixée à 16 kWh. par baril ; mais le prix par kWh. augmente si la production diminue, car l'installation de la centrale est faite une loi pour toutes. Si l'on estime le kWh. normal à 1,5 cent, la partie de ce prix qui correspond à la dépense de charbon est d'environ moitié (1,5 kg. par kWh. à 5 dollars la tonne), soit 0,75. Le reste correspond aux frais généraux, soit, pour l'usine de 1.000 barils : 315.000 x 16 x 0,0075 = 37.800 dollars La dépense totale d'énergie comprend donc 37.800 dollars, quelle que soit
dépense totale d'énergie comprend donc 37.800 dollars, quelle que soit la dépense en kWh, plus une partie proportionnelle à cette dépense en kWh. correspondant au charbon consommé. Soit pour 1.000 barils : 37.800 + 37.800 x 0,75 = 75.600 900 71.820, etc. Le prix du kWh. revient donc à : 1,50 cents pour la production de 1.000 barils. 1,583 900 1,75 750 Ainsi, la dépense de l'usine comporte : 1° Des charges fixes; 2° La dépense d'énergie; 3° La dépense de charbon pour le four. Pour l'usine-type, on a admis le total à 1,70 x 315.000 = 409.500 dollars. La
le total à 1,70 x 315.000 = 409.500 dollars. La 28ème partie est de 75.600 La 3ème est de 315.000 x 65 x 0,0055 = 112.612,50. Il reste pour la première, qui est indépendante de la production une somme de 221.287,50 dollars, qu'on peut considérer comme une constante de base. De là résulte la comparaison financière des différents régimes de marche. Au régime de 900 barils Constante de base 221.287,50 Frais généraux fixes 126.000 Energie. 71.820 Four (57,5 kg. de charbon par baril) 89.656,88 Total. 508.764,38 D'autre part, on a économisé : 8 kWh. au ventilateur, soit 8 x 24
économisé : 8 kWh. au ventilateur, soit 8 x 24 x 315 x 0,01583 = 957,60 20 de charges annuelles sur la différence de capital investi au ventilateur : (1.300–950) x 0,20 = 70 Reste une dépense nette de 507-736,78 doll. Le prix de vente étant de 2 dollars par baril, soit pour 283.500 barils produits : 567.000 dollars, il reste un bénéfice de 59.263,22 dollars au lieu de 94.500 pour le régime à 1.000 barils. Au régime de 750 barils : Les mêmes calculs donnent une dépense nette de 479.413,89 dollars. La recette n'est plus que de 472.500. Il
479.413,89 dollars. La recette n'est plus que de 472.500. Il y a perte de près de 7.000 dollars. Les calculs qui précèdent ne sont pas d'une rigueur absolue; par exemple, on n'a pas tenu compte du prix des matières premières, qui est constant par baril, quelle que soit la production, etc. Mais l'ordre de grandeur des résultats n'est pas changé. Le problème se présente d'ailleurs de deux façons différentes : 1° On possède un four pouvant travailler au taux de 1.000 barils par jour, avec toutes les installations, accessoires nécessaires pour le broyage des clinkers, par exemple. On n'a pas
pour le broyage des clinkers, par exemple. On n'a pas intérêt à diminuer la production en économisant sur la soufflerie et sur la consommation de charbon ; 2° On possède un four donnant 750 ou 900 barils, et on veut le forcer à 1.000 barils. Le problème financier n'est pas aussi simple, car il faut, le cas échéant, accroître les installations de broyage pour matières premières ou pour clinkers, et l'installation de force motrice. Mais en général, l'investissement de capitaux dans ces machineries nouvelles sera un bon placement. L'avantage financier du forcement des fours, dans une petite usine, n'est, au
du forcement des fours, dans une petite usine, n'est, au surplus, pas seulement une question de théorie. Il résulte de l'expérience de l'auteur lui-même. Un des moyens d'augmentation de la capacité d'un four consiste à fermer le four à son extrémité, côté alimentation. Cette considération n'avait que peu d'importance avant l'emploi des chaudières récupératrices. Les larges ouvertures ont pour effet de faire aspirer par la cheminée une grande quantité d'air froid, ce qui diminue l'énergie de celle-ci. Si les ouvertures sont fermées, la vitesse des gaz augmente dans le four, et par suite la consommation de charbon et la production
et par suite la consommation de charbon et la production de clinkers. Mais la fermeture a des inconvénients au sujet de la conduite du four; elle ne permet plus de contrôler la bonne combustion par l'examen direct de la couleur des flammes qui permet de savoir s'il y a de l'oxyde de carbone. Il faut adopter des méthodes d'analyse des gaz ou de contrôle pyrométrique. L'augmentation de la puissance des souffleries nécessite aussi la révision des tubulures et des injecteurs de charbon ; une certaine expérience est utile à ce point de vue; il ne faut pas que le mélange
point de vue; il ne faut pas que le mélange d'air et de charbon entre à trop grande vitesse, sinon la flamme ne serait pas régulière et irait trop loin. Inversement si la vitesse est trop petite, la flamme est trop concentrée et il peut en résulter des dommages pour l'enveloppe de briques. En somme, l'analyse de l'opération du four soulève les points suivants : a) Le prix de revient brut croît rapidement quand la production décroît, bien que la consommation de charbon par baril soit moindre; b) La part de frais généraux par baril augmente si la production décroît;
de frais généraux par baril augmente si la production décroît; c) La diminution de la production provoque en outre un manque à gagner. Le nombre des fours. Il y a, aux États-Unis et au Canada, environ 49 cimenteries ayant 3 fours ou moins, et 94 ayant 4 fours ou plus. La seule méthode par laquelle les premières peuvent augmenter la production avec leur équipement actuel, est de forcer les fours; les secondes, au contraire, peuvent ou forcer les fours ou en augmenter le nombre pour marcher avec une faible consommation de charbon par baril. Ici, il n'y a pas de
de charbon par baril. Ici, il n'y a pas de question de manque à gagner sur le ciment non produit, ni d'augmentation de la part de frais généraux dans le prix de revient. Il n'y a à considérer que l'accroissement de charges dû à l'investissement de nouveaux capitaux. Si le nouveau four était déjà prêt, les frais généraux qui le concernent étaient déjà compris dans les frais généraux de l'usine pour l'ancienne production. Supposons qu'un four en ordre de marche revienne à 35.000 dollars. Les charges annuelles de 20 se montent à 7.000 dollars. L'énergie nécessaire pour le four, sa
montent à 7.000 dollars. L'énergie nécessaire pour le four, sa soufflerie de charbon et autres accessoires est d'environ 35 kW., soit par an : 35x24x365x0,015 = 3.969 dollars. Posons arbitrairement les frais annuels de revêtement et de réparations à 1.000 dollars. Enfin, la main-d'œuvre supplémentaire s'estime à 50 cents à l'heure, soit : 24 x 365 x 0,50 = 3.780. En tout : 15.749 dollars. Nous pouvons fabriquer 3.000 barils par jour en 3 fours avec 65 kilos de charbon par baril, ou la même quantité en 4 fours avec 52,5 kilos. L'économie de charbon est ainsi de : 3.000x12,5x0,0055x365
52,5 kilos. L'économie de charbon est ainsi de : 3.000x12,5x0,0055x365 = 64.968,75 dollars. Il y a donc une grande économie à employer 4 fours au lieu de 3. On n'a pas prévu d'équipement récupérateur pour le 4e four. Si les chaudières sont indépendantes on devra en installer une quatrième; mais alors elles pourraient être toutes plus petites que si les fours travaillaient à 1.000 barils. Si les chaudières sont branchées sur une alimentation commune de gaz chauds, la quatrième est au contraire inutile, et les trois premières équipées pour le travail de 3 fours à 1.000 barils seront suffisantes pour
travail de 3 fours à 1.000 barils seront suffisantes pour le travail de 4 fours, puisqu'il y aura moins de charbon brûlé. L'intérêt du quatrième four ne dépend pas d'ailleurs de l'existence de récupérateurs; il est valable pour le tirage naturel. La cheminée des 3 fours peut alors être trop grande pour le fonctionnement à 4 fours; on pourra réduire le tirage par l'établissement d'un mur dans la chambre de base. L'intérêt des chaudières récupérateurs. L'introduction de ce nouvel élément modifie le calcul précédent relatif à la valeur du forcement des fours. Tout d'abord, il amène à supprimer les ouvertures
des fours. Tout d'abord, il amène à supprimer les ouvertures entre le four et la cheminée, par lesquelles de l'air froid était aspiré, ce qui était une source de pertes. Celles-ci ne sont pas si grandes qu'on le suppose d'ordinaire. Si 30 de l'air ou gaz traversant la chaudière provient desdites ouvertures, on peut calculer que le gain en chaleur utile qui résulte de leur fermeture ne dépasse pas 5 %, si les conditions de fonctionnement du four ne sont pas modifiées. La raison en est que, sans excès d'air aspiré, le gaz traversant la chaudière est plus chaud, mais
aspiré, le gaz traversant la chaudière est plus chaud, mais de volume moindre; la perte de chaleur due à l'aspiration ne correspond en somme qu'au chauffage de l'air en excès depuis l'ambiance jusqu'à sa température de sortie du récupérateur. Mais les conditions de fonctionnement du four ne peuvent rester les mêmes si l'on emploie l'anneau étanche destiné à fermer les ouvertures. Si le tirage permet l'aspiration de 30 d'air froid, il peut aussi permettre une aspiration analogue dans le four lui-même, c'est-à-dire forcer le passage d'air, donc la consommation de charbon et la production de clinker. C'est la cause principale
charbon et la production de clinker. C'est la cause principale de l'augmentation de rendement due à l'usage de chaudières récupérateurs. Si la consommation de charbon augmente, la production de vapeur augmente aussi, et l'on peut régler la production de clinkers de façon que les chaudières donnent précisément toute la puissance nécessaire à l'usine totale. Il y a alors certainement avantage, malgré la dépense supplémentaire de charbon par baril, car une chaudière auxiliaire à foyer direct travaille la plupart du temps au-dessous de sa puissance, donc avec rendement mauvais, et nécessite en outre, des arrêts pour réparations. On a dit aussi
en outre, des arrêts pour réparations. On a dit aussi que les usines pourvues de récupérateurs peuvent broyer les clinkers aussi vite qu'ils sont produits, et par suite, économisent sur les installations de magasinage. Mais cela ne paraît pas être le cas pour les usines moyennes. Le magasinage des clinkers a son intérêt propre pour deux raisons : 1° Beaucoup de fabricants pensent que le broyage est plus facile après un certain repos en magasin que pour les clinkers frais sortis du four. 2° Le magasinage sert de volant. Si le broyage suit, il s'arrête en même temps que lui.
le broyage suit, il s'arrête en même temps que lui. Il y a des exemples donnés à titre d'illustrations; pour chaque usine donnée, ils se présenteraient de façon particulière. Il y a en outre un entrepôt de ciment, pour la fournée spéciale. Mais il faut retenir de ce qui précède que les réserves d'hiver, ce qui coûte cher, car celui-ci doit être problématisé de la marche d'une cimenterie avec fermeté. La régulation de l'usine est plus facile. Le maximum de profits sont nombreux, varient suivant les circonstances et méritent toujours d'être posés. J.J. Le pont-courbe de Pacheco Pass (Californie) Ce
d'être posés. J.J. Le pont-courbe de Pacheco Pass (Californie) Ce pont récemment terminé est un magnifique exemple de la souplesse de construction que l'on peut obtenir avec le béton armé. Il est tracé avec un rayon de 60 m. avec rampe de 3 %, ce qui paraît être le record de la petitesse de courbure. C'est un ouvrage de route nationale en montagne; il franchit la passe dite de Pacheco, à environ 21 milles à l'est de Gilroy (Californie). La route suit les deux bords du ravin sur une assez grande longueur, avec une forte rampe et le traverse en
grande longueur, avec une forte rampe et le traverse en amont par le pont-courbe. L'ouvrage à 70 mètres de longueur et 8 mètres de largeur; la route est surélevée du côté de la convexité d'environ 60 cm. Le pont est en béton armé, du type à chevalets. Les poutres ont alternativement 18 m. de longueur entre chevalets et 10 m. environ entre les piliers de ceux-ci. Elles sont au nombre de 4 sur la largeur, entretoisées fortement au sommet des piliers. Les poutres de 18 mètres sont fixées sur les poutres d'entretoise par l'intermédiaire de joints en acier fondu. La
poutres d'entretoise par l'intermédiaire de joints en acier fondu. La hauteur maximale des colonnes de chevalets est de 10 m. environ, la cote de la chaussée au-dessus du point le plus profond du ravin étant de 12 m. Elles ont une section de 25 cm. x 0 m. 70. Les accès du pont ont été spécialement conçus pour être faciles aux automobilistes, même avec une certaine vitesse; le relèvement de la chaussée du côté extérieur est remarquable à ce sujet. Les surcharges prévues sont de 2 essieux de 15 tonnes pour les charges roulantes et de 350 à 450 kg
pour les charges roulantes et de 350 à 450 kg par mètre carré pour les charges permanentes. La construction du pont a demandé 675 m. de béton à 1-2-4, et les prix unitaires étaient de 25 dollars par mètre de béton sans acier, plus 14 cents par kilogramme d'acier mis en place, soit environ 530 francs et 2 ir. 80. Le prix total fut d'environ 28.000 dollars. C. Méthode photométrique pour l'analyse de la magnésie dans le Ciment Portland (D'après M. W. E. HASKELL dans Concrete) Dans les méthodes d'analyse habituelles, il est impossible de déterminer le jour même, avec
habituelles, il est impossible de déterminer le jour même, avec approximation suffisante, la quantité de magnésie contenue dans un ciment. La magnésie est précipitée l'après-midi et est conservée toute la nuit. Avec une méthode photométrique analogue à celle utilisée pour la détermination de l'anhydride sulfurique dans les laboratoires de cimenteries, on peut terminer l'analyse le même soir. L'appareil expérimenté est un photomètre de Jackson, dont le tube a 27 mm. de diamètre intérieur, gradué en millimètres jusqu'à 25 cm. PARTIE EXPÉRIMENTALE. Différentes méthodes de précipitation furent essayées telles que : Secouer dans un flacon avec excès de réactif, ou conserver
Secouer dans un flacon avec excès de réactif, ou conserver la liqueur un temps donné en l'agitant avec un agitateur. La suivante fut finalement adoptée : On fait une solution de chlorure de magnésium à 2,2 mg. de magnésie par cm. cube. On en prend dans un flacon volumétrique; on y ajoute 10 cm. de HCl et on neutralise par l'ammoniaque. On ajoute alors 10 cm. de solution saturée d'oxalate d'ammonium, on refroidit à 150 et on dilue jusqu'à 250 cm. La solution étant versée dans une coupe de 600 cm., on y ajoute 40 cm. de solution saturée froide
cm., on y ajoute 40 cm. de solution saturée froide de phosphate acide de soude et d'ammoniac, puis le produit de rinçage du premier flacon volumétrique à l'aide de 25 cm. d'ammoniaque concentrée. Le tout est alors agité pendant 2 minutes, très vigoureusement à l'aide d'un agitateur mécanique tournant. Un précipité granulé fin est ainsi formé, et sans qu'il soit nécessaire de laisser la solution se reposer, on la verse dans le tube photométrique jusqu'à ce que la flamme de la bougie soit juste obscurcie. La lecture correspond au poids d'oxyde de magnésie et l'on établit ainsi un graphique, donné
d'oxyde de magnésie et l'on établit ainsi un graphique, donné ci-contre, dans lequel l'abscisse indique le poids de magnésie et l'ordonnée la lecture directe sur le tube. DÉTERMINATION. On conduit l'analyse du ciment suivant la méthode usuelle; jusque et y compris la précipitation de la chaux. Le produit filtré est légèrement acidifié, puis évaporé jusqu'à 200 cm. environ, neutralisé par l'ammoniaque, refroidi à 150 et dilué jusqu'à 250 cm. La solution est versée dans le vase de 600 cm. qui a servi à faire l'évaporation, puis traitée par 40 cm. de solution saturée de phosphate acide de sodium, ammonium, le
de solution saturée de phosphate acide de sodium, ammonium, le flacon volumétrique de 250 cm. étant rincé avec 25 cm. d'ammoniaque, et le produit versé dans le vase. On agite vigoureusement avec l'appareil mécanique et on lit l'indication du photomètre : On répète cette dernière opération plusieurs fois, en reversant dans le vase la petite quantité de solution du tube photométrique et en agitant à nouveau. La lecture finale donne, grâce au graphique, la teneur en magnésie. Voici des résultats comparatifs obtenus par la méthode photométrique et la méthode gravimétrique : Ciment Méth. Ph. Méth. Grav. N° 1 1,14 1,12
: Ciment Méth. Ph. Méth. Grav. N° 1 1,14 1,12 2 1,44 1,45 3 1,46 4 1,66 1,59 5 1,36 1,43 6 2,00 1,95 Grâce à des corrections appropriées, on arrive ainsi à obtenir une approximation excellente pour des taux variant de 0,6 à 4,5 BREVETS D'INVENTION Appareil pour charger automatiquement de charbon les fours de briqueterie On connaît déjà des appareils pour charger automatiquement de charbon les fours de briqueteries, appareils qu'on amène au-dessus des cheminées de chargement de divers compartiments de four, en pleine activité, et d'où le charbon est conduit périodiquement et automatiquement aux cheminées de chargement