EPIGRAPHE

Les sciences n'essaient pas d'expliquer; c'est tout juste si elles tentent d'interpréter; elles font essentiellement des modèles. Par modèle, on entend une construction mathématique qui, à l'aide de certaines interprétations verbales, décrit les phénomènes observés. La justification d'une telle construction mathématique réside uniquement et précisément dans le fait qu'elle est censée fonctionner.  

                                                     Ingénieur Physicien SEKE MAX 

REMERCIEMENTS

A seuil de ce travail qui marque la fin de nos études en second

cycle, nous reconnaissons avoir bénéficie au sein de l’Institut Supérieur de Techniques Appliquées (ISTA) une éducation intellectuelle.

A ce terme, nous remercions plus particulièrement notre Directeur Docteur Ingénieur TSHAONA TSHIMBADI Marcel,  pour ses sages conseils, ses directives et sa générosité qui nous ont permis d’arriver au bout du présent mémoire.

Nous remercions, le Docteur KATANGA-wa-KATANGA, l’ingénieur physicien SEKE VANGU Max, qui, malgré leurs multiples occupations, ont bien voulu accepter  d’être les encadreurs de ce mémoire.

Nous remerciements s’adressent aussi aux autorités académiques,

en particulier à Monsieur le Directeur Général  et à tout le corps professoral de l’Institut Supérieur de Techniques Appliquées (ISTA) pour nous avoir transmis les connaissances avec conscience professionnelle.

Nos remerciements s’adressent :

A mon épouse NZOLA Niclette, et  mon fils MENGA Exaudie;  

A mon  défunt père MIEZI PEDRO ; 

A ma mère : SIVI MARIE;  

A mes parrains : MWANANGULU Vicky et PINDI Nicole, et leurs

enfants;

A mes collègues de service : Alain KATAMBAY N’KITA, BENGO

MBO,

A mon Directeur de service : Hilarion MWAYESI,

A mon conseiller TANKWEY Patrick,

A mes frères et sœurs de la famille  pour leurs contributions

financières et morales, d’une façon ou d’une autre à ma réussite.

Nous n’oublions pas de remercier nos compagnons de lutte, NSIMBA BAKU Peguy, KIBORO BAMAKI, etc. pour la vie estudiantine d’ensemble, de leur collaboration et esprit de conquête.

                                                       MENGAWAKU JEAN

INTRODUCTION GENERALE

01. Motivation

Séparer les fragments provenant de roche après concassage ou broyage, éliminer les fractions les plus grosses ou fines, préparer des classes granulométriques en vue de répondre aux exigences des besoins est la moindre chose à faire.

Pour ce faire, le seul moyen le plus efficace est de séparer les fragments en les classifiant selon les  dimensions d’usage (granulométrie ou blocométrie). Eu égard à ce qui précède, il faut disponibiliser, l’outil de production en le maintenant en état de sûreté de fonctionnement optimal.

02. Objectifs et buts

A travers cette étude nous nous focalisons sur le fait :

•      de modéliser le système de criblage (masse-ressort-amortisseur), en vue de déterminer  le régime de stabilité et d’instabilité du système. 

•      d’étudier le comportement de l’amplitude des vibrations des cribles  en charge et à vide en vue de tracer les allures des amplitudes de fonctionnement des cribles.

•      de quantifier  l’amplitude de vibration en fonction de la charge et du temps de fonctionnement.

•      de dimensionner les roulements à utiliser pour le balourd et les ressorts en vibration de torsion.

        03.    Problématique

La thématique de nos recherches s’appuie sur le questionnement suivant :

•      Après combien de temps après le démarrage du crible, l’amplitude vibratoire devient-elle stable ?

•      Comment calculer la fiabilité des roulements ?

•      Quelles sont les origines ou causes des cassures du crible aux points des assemblages lors de son fonctionnement ?

•      Pourquoi trop d’élasticité du ressort au démarrage ou à l’arrêt et comment  réduire cette élasticité ?

        04.    Méthodologie

Pour arriver à réunir les données nécessaires à l’élaboration de ce mémoire, nous avons fait usage de la méthode analytique, technique documentaire qui consiste à lire les ouvrages ayant trait au sujet traité :

-        La consultation des ouvrages dans le secteur minier  

-        La consultation des livres et cours ayant trait à la vibration  

-        La consultation de sites Internet

-        La consultation de thèses publiées

-        L’interview et la méthode expérimentale sur le système à traiter.

        05.     Subdivision du Travail

Hormis l’Introduction et la conclusion générale, notre travail se

subdivise en quatre chapitres dont :

-      Chapitre 1 : Revue critique de la littérature 

-      Chapitre 2 : Matériel, outils et approche méthodologique

-      Chapitre 3 : présentation et analyses des résultats

-      Chapitre 4 : interprétation et discussion des résultats.

        06.    Difficultés rencontrées

Il s’avère important de souligner d’abord la situation particulière que

connaît notre pays, une situation qui n’épargne aucun domaine de la vie nationale.

Nous avons été confronté au problème de transport pour atteindre 

les différents centres de lecture de la ville, des frais pour la navigation sur le web et le temps pour expérimentation du crible vibrant se faisaient dans des conditions très difficiles.

CHAPITRE  I : REVUE CRITIQUE DE LA LITTERATURE 

1.1. Généralités sur les granulats

Les granulats un ensemble de grains minéraux, de dimensions

comprises entre 0 et 125 mm, de provenance naturelle ou artificielle, destinés à la confection :

•      des mortiers, des bétons,

•      des couches de fondation, des couches de base et de roulement des chaussées,

•      et des assises et des ballasts de voies ferrées.

Les granulats sont appelés fillers ou fines, sablons, sables,

gravillons, graves ou ballast suivant leurs dimensions.

Figure 1.1. Dimension des granulats

La norme XP P 18-545 définit les règles générales permettant

d’effectuer les contrôles des granulats. Elle précise les critères de régularité et de conformité et fournit les Fiches Techniques Produit.

La norme NF EN 12620 définit pour chaque caractéristique physique

ou mécanique spécifiant des granulats, des catégories de valeurs maximales.

1.1.1. Dimensions des granulats

La granulométrie permet de déterminer l’échelonnement des

dimensions des grains contenus dans un granulat.

Un granulat est caractérisé du point de vue granulaire par sa classe

d/D.

•      Le premier désigne le diamètre minimum des grains d et le deuxième le diamètre maximum D.

•      Lorsque d est inférieur à 0.5 mm, le granulat est désigné 0/D.

•      Si un seul chiffre est donné, c'est celui du diamètre maximum D exprimé en mm.

•      L'analyse granulométrique consiste à déterminer la distribution dimensionnelle des grains constituant un granulat dont les dimensions sont comprises entre 0,063 et 125 mm. On appelle :

•      REFUS sur un tamis : la quantité de matériau qui est retenue sur le tamis.

•      TAMISAT (ou passant) : la quantité de matériau qui passe à travers le tamis.

1.1.2. Classes granulaires

Il existe cinq classes granulaires principales caractérisées par les

dimensions extrêmes d et D des granulats rencontrées (Norme NFP18-101):

•      Les fines (fillers)  : 0/D  avec D ≤ 0.08 mm

•      Les sables  : 0/D  avec D ≤ 6.3 mm

•      Les gravillons       : d/D  avec d ≥ 2mm et D ≤ 31.5 mm

•      Les cailloux          : d/D  avec d ≥ 20mm et D ≤ 80 mm

•      Les graves           : d/D  avec d ≥ 6.3 mm et D ≤ 80 mm

Le granulat est dit de classe d/D lorsqu’il satisfait aux conditions

suivantes :

Le refus sur le tamis D est compris entre :

•      1 et 15% si D> 1.56 d,

•      1 et 20% si D ≤1.56 d

1.1.3. Module de finesse

Les sables doivent présenter une granulométrie telle que les

éléments fins ne soient ni en excès, ni en trop faible proportion.

•      Le caractère plus ou moins fin d'un sable peut être quantifié par le calcul du module de finesse (MF).

•      Le module de finesse est d'autant plus petit que le granulat est riche en éléments fins. Norme Française NFP 18-540.

Le module de finesse est égal au 1/100^e de la somme des refus cumulés exprimée en pourcentages sur les tamis de la série suivante : 0,16 - 0,315 - 0,63 - 1,25 - 2,5 – 5 mm.

MF refus cumuléeen % des tamis 0.16 0.3150.631.252.505     (1.1)

 Norme Européenne EN 12620

MF refus cumuléeen % destamis0.1250.250.501 2  4          (1.2)

Lorsque le module de finesse est compris entre :

•      1.8 et 2.2 : le sable est à majorité de grains fins,

•      2.2 et 2.8 : on est en présence d’un sable préférentiel,

•      2.8 et 3.3 : le sable est un peu grossier. Il donnera des bétons résistants mais moins maniables.

1.1.4. Type des granulats

Figure 1.2. Origines des granulats naturels

Les granulats d’origine minérale sont utilisés dans tous les domaines

de l’industrie de la Construction lors de la production d’enrobés bitumineux, de béton, de mortier et pour des ouvrages hydrauliques, en tant que matériaux de remblais, ballast de chemin de fer, etc. Une attention particulière est donc portée aux méthodes d’essais des granulats. 

1.1.5. Normes des granulats

Les nouvelles Normes EN pour granulats ont été regroupées en cinq

thèmes principaux : 

-      Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats  (de EN 932-1 à EN 932-6)

-      Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats (de EN 933-1 à EN 933-10)

-      Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats (de EN 1097-1 à EN 1097-10)

-      Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats (de EN 1367-1 à EN 1367-5)

-      Essais pour déterminer les propriétés chimiques des granulats. (de EN 1744-1 à EN 1744-3)

En général, les nouvelles normes EN correspondent aux Normes

Nationales en vigueur et les spécifications des appareils d’essais ne subissent que peu de modifications.

Légende

EN = Norme Européenne 

BS=Norme Anglaise, 

ASTM=Norme Américaine, 

NF=Norme Française, 

DIN = Norme Allemande, 

UNE = Norme Espagnole, 

NLT = Norme Espagnole «Norma de Laboratorio Transporte», 

UNI = Norme Italienne, 

CNR = Norme Routière Italienne, 

ISO = Norme Internationale ISO 

Note. L’astérisque * placé après la Norme Nationale signifie que le matériel d’essai ne correspond pas strictement à celui décrit dans la Norme EN.

Tableau 1 : Différent normes de granulats (EN-EN930…) 

1.2. Techniques de production de granulats

Figure 1.3. Chaine de production des granulats (G.FOUAD, 2012)

1.2.1. Extraction de la matière première 

 La découverte

La roche saine d’un site d’extraction n’est accessible qu’après décapage de la couche de terre végétale et de la roche altérée dont l’épaisseur variable peut atteindre une dizaine de mètres.

Il y a deux phases :

•      Décapage de la terre végétale. Cette terre servira à la construction de merlons de ceinture.

•      Extraction des roches altérées qui seront intégrées dans les réaménagements du site ou commercialisées comme remblais.

•      L’abattage :

L’abattage consiste à détacher du massif rocheux par tir de mine un volume de matériaux fragmentés avec une blocométrie adaptée à

l’exploitation, les plus gros blocs de taille variable pouvant dépasser 1 mètre dans leur plus grande dimension.

Il y a trois opérations :

•      Implantation des trous de foration : selon le profil du front de taille, les trous à foret sont positionnés en 3D (3 dimensions) après un relevé précis pour optimiser le positionnement des charges explosives.

•      Foration : c’est la réalisation des trous suivant les paramètres définis en foration et dans un diamètre choisi en fonction des volumes à abattre et de la blocométrie voulue.

•      Tir : après chargement des explosifs par pompage et déversement dans les forages, amorçage méthodique défini dans un plan de tir étudié, le tir permet de réduire la roche en fragments. Il est exécuté de façon à limiter les nuisances (vibrations) aux abords de l’exploitation.

1.2.2. Concassage

En règle générale, la roche ou le minerai détermine le type de

concasseur, tandis que la capacité de l’usine détermine la taille de l’appareil.

Le concassage comprend un enchaînement d’opérations qui

délivrent des particules de dimensions inférieures au centimètre.

Pour chaque opération, l’appareil correspondant peut être défini à

partir de cinq paramètres principaux :

•      la capacité d’admission qui fixe les dimensions des plus gros blocs admissibles, caractérisées par la longueur, la largeur et l’épaisseur du parallélépipède exinscrit au bloc considéré ;

•      le rapport optimal de réduction, établi à partir du rapport des dimensions de la maille carrée des cribles à travers lesquels passent 85 ou 80 % des produits à l’entrée de l’appareil et 85 ou 80 % des produits de sortie de l’appareil ;

 la distribution granulaire des produits à la sortie ;

•      le coefficient de forme moyen des fragments obtenus, c’est-à-dire le pourcentage de fragments en forme d’écailles ou d’esquilles, par rapport aux fragments se rapprochant de la forme cuboïde ;

•      le coût de la maintenance, qui est fonction de la robustesse, de l’efficacité des dispositifs de sécurité, de la facilité d’entretien et de la durée de vie des pièces d’usure.

Figure 1. 4. Types de concasseurs (Internet J3052-4,2013)

 Choix des appareils des concassages

Ø  Pour des produits durs et abrasifs tels que les roches, on choisit des appareils agissant par compression lente, car la résistance d’une roche à l’écrasement augmente très vite avec la vitesse de mise en charge. 

L’utilisation d’appareils à percussion conduit donc à des taux d’usure

prohibitifs. On peut alors utiliser :

•        pour le préconcassage et le concassage primaire, des concasseurs à mâchoires ou des concasseurs giratoires ;

•        pour le concassage secondaire, des concasseurs à mâchoires ou, de préférence, des concasseurs giratoires ou à cône tête standard ;

•        pour le concassage tertiaire, des concasseurs à cylindres lisses ou cannelés ou, de préférence, des concasseurs giratoires à disque ou des concasseurs à cône tête courte ;

•        pour le concassage quaternaire, qui se confond souvent dans la littérature avec le broyage grossier, des hydrocônes, des concasseurs giratoires à disque (type Gyradisc), des concasseurs à cylindres pour produits fins ou des broyeurs à barres.

Ø  Pour des produits moyennement abrasifs tels que les roches tendres ou des produits divers, durs ou semi-durs, on fait appel à deux types de matériels :

•        les concasseurs à cylindres dentés ou à cylindre unique et mâchoire courbe (type Pennsylvania) qui peuvent accepter des roches humides et des matériaux collants ;

•        les concasseurs à percussion à battoirs ou à marteaux, malgré leur faible résistance à l’usure et leurs coûts d’entretien élevés.

Ø  Pour les matériaux rocheux, après réduction des roches en gros blocs abattus à l’explosif, les opérations suivantes peuvent se relayer jusqu’au moment ou l’on obtient un produit de dimension requise :

•        le préconcassage ou débitage ou concassage primaire assure la réduction des gros blocs en produits de dimensions inférieures à 120 ou 250 mm ;

•        le concassage proprement dit ou concassage secondaire délivre des produits de dimensions inférieures à 40 ou 80 mm à partir des précédents ;

•        le concassage tertiaire assure la réduction des produits du concassage secondaire jusqu’à des calibres inférieurs à 15 ou 25 mm;

•        le broyage grossier délivre des sables calibrés entre 0 et 3 mm ou 0 et 5 mm ;

•        les broyages fin et ultrafin consistent, pour le premier, à obtenir des produits inférieurs à 500 μm et, pour le second, inférieurs à quelques dizaines de micromètres.

Parmi les critères pouvant guider le choix d’une technologie, on peut citer :

•        la consommation énergétique spécifique (en kWh/t) ;

•        la capacité d’admission, fonction des dimensions des plus gros blocs ;

•        le rapport de réduction optimal, établi entre la dimension correspondant à 85 ou 80 % en masse des produits à l’entrée (D85 ou D80) et celle correspondant au même pourcentage des produits à la sortie (d85 ou d80) ;

•        l’étalement des granularités à la sortie ;

•        le coefficient de forme moyen des fragments obtenus, c’est-à dire le pourcentage de fragments en forme d’écailles ou d’esquilles par rapport aux fragments de forme cuboïde ;

1.2.3. Le Criblage

Le criblage est une étape du processus que l'on rencontre dans le traitement de tous les gisements (roches massives et roches meubles) destinés à la production de granulats.

Le criblage (ou tamisage) est l'opération qui permet de sélectionner les grains et de séparer un ensemble de grains en au moins deux sousensembles de granulométries différentes, le crible ne laissant passer dans ses mailles que les éléments inférieurs à une certaine taille.

Le criblage a deux vocations dans la chaîne de production :

-      une vocation technique : orienter les granulats, en fonction de leur taille, soit vers des unités de broyage, soit vers un poste de criblage final,

-      une vocation dite de classement : trier les granulats suivant des spécifications dimensionnelles données (criblage final). Ainsi, par une succession de criblages, on peut trier les grains et obtenir des granulats de tous les calibres souhaités.

Le criblage est une opération mécanique réalisée à partir d'appareils communément appelés cribles. Ils sont équipés de grilles perforées avec des ouvertures de taille déterminée en fonction de la dimension des grains recherchée.

Le criblage peut être utilisé en criblage primaire, secondaire ou tertiaire. Nous soulignons que ce point sera exploité aux chapitres suivants. 

1.2.4. Le stockage

En fin de traitement, on obtient des produits de qualités qui

répondent à des critères de qualité bien précis.

L'exploitant peut aussi réaliser des mélanges avec des proportions précises pour chaque composant, ceci en vue d'utilisations particulières ou pour économiser les gisements.

Une fois réduits, traités et classés, les granulats sont acheminés vers les aires de stockage, soit sous forme de tas individualisés, soit en trémies ou silos.