[0001] La présente invention concerne un procédé d'extraction de matériaux naturels, notamment
de roches.
[0002] Le domaine de la présente invention est ainsi notamment l'exploitation de carrières
pour obtenir des roches (granit, grès, ...) destinés par la suite à être utilisés
par exemple dans le domaine de la construction.
[0003] Dans la plupart des carrières, il est encore fréquent d'utiliser des explosifs pour
détacher des blocs de roches ou similaires du reste du gisement. Bien que la manipulation
des explosifs soit de mieux en mieux maitrisée, une certaine incertitude reste quant
à la forme et la taille des blocs obtenus après l'explosion d'une charge de poudre.
[0004] En outre, un tel procédé génère des nuisances sonores importantes et les carrières
sont de ce fait le plus souvent à l'écart des zones habitées et donc aussi des lieux
d'utilisation des roches extraites. En plus des nuisances sonores, les carrières marquent
le plus souvent esthétiquement le paysage et la zone correspondante est alors difficilement
exploitable pour recevoir des bâtiments.
[0005] Il est connu, par exemple par le document
FR2600375, d'exploiter une carrière par débitage direct de pierres ou similaires. Ce document
propose par exemple de réaliser dans la surface supérieure d'un site et entre au moins
deux bords de celui-ci une pluralité d'entailles verticales parallèles de hauteur
identique prise à partir d'un même plan horizontal et définissant entre elles des
plaque de pierre, puis d'enlever lesdites plaques de pierres de manière à obtenir
un front de taille vertical le long d'un bord du site, puis à débiter sur toute la
longueur du front de taille et de façon inclinée des blocs de pierre, de manière,
d'une part, à permettre le passage des outils de débitage et, d'autre part, à former
des appuis de référence de guidage pour obtenir un bon parallélisme d'au moins deux
faces des blocs de pierre débités, puis à progresser perpendiculairement au front
de taille au fur et à mesure du débitage en se plaçant sur les appuis de référence
de guidage et à répéter ces opération lorsque le front de taille n'est plus exploitable,
c'est-à-dire lorsque ledit front de taille n'est plus suffisant dans son épaisseur
pour fournir des blocs de pierre utilisables.
[0006] La présente invention a pour but d'optimiser encore l'exploitation d'une carrière,
et plus généralement l'extraction de matériaux naturels.
[0007] Un but de l'invention est de limiter les pertes de matériau et donc de permettre
d'utiliser au maximum le matériau extrait. Ceci permet, outre une augmentation du
rendement du site, de limiter la quantité de "déchets" à traiter et à évacuer.
[0008] Un autre but de la présente invention est aussi de limiter les nuisances, sonores
et esthétiques, lors de l'extraction de roches ou similaires. De préférence, ces nuisances
sont à ce point limitées qu'il devienne raisonnable de rapprocher le site d'extraction
du lieu d'utilisation des matériaux extraits.
[0009] Un autre but de la présente invention est de permettre la "réutilisation" du terrain
une fois l'extraction de matériaux terminée.
[0010] À cet effet, la présente invention propose un procédé d'extraction de matériaux naturels
hors d'un sol, caractérisé en ce qu'il comporte selon un ordre d'exécution variable,
les étapes suivantes :
- a) réalisation d'un réseau de trous sensiblement verticaux dans le sol selon un maillage
prédéfini, les trous présentant d'un diamètre supérieur à 1 m,
- b) réalisation de deux découpes sensiblement verticales entre deux trous voisins,
- c) réalisation d'une découpe sensiblement horizontale entre deux découpes verticales
de manière à détacher un bloc, appelé barrette, se trouvant entre deux trous voisins,
et extraction de ladite barrette,
- d) répétition des étapes b) et c) de manière à former une tranchée de forme polygonale
délimitant ainsi un bloc,
- e) réalisation d'une découpe horizontale sous le bloc de manière à le libérer du sol
et extraction dudit bloc, ledit bloc pouvant être d'un seul tenant ou en plusieurs
morceaux.
[0011] Avec un tel procédé, l'emprise sur la surface du sol est maitrisée car elle est limitée
au maillage des trous. De plus, après exploitation de la roche, il reste un trou de
taille limitée qu'il suffit de sécuriser. Aucune nuisance "visuelle" n'est produite
: le site n'est que très peu affecté par l'exploitation de la matière naturelle. Ce
procédé permet également un excellent rendement car il n'opère que par découpe. Il
est même possible de récupérer du matériau des trous du maillage de trous car ces
derniers sont d'un diamètre assez important.
[0012] Pour faciliter le travail d'extraction, les trous dans le sol définissent de préférence
un maillage rectangulaire et encore de préférence carré. De la sorte, il est possible
de garder des réglages d'outillages pendant de nombreuses opérations de découpes et
autres.
[0013] Dans un procédé d'extraction selon la présente invention, les trous réalisés dans
le sol sont par exemple des trous cylindriques circulaires dont le diamètre est compris
entre 2 et 3 m, de préférence entre 2,2 et 2,6 m. Cette taille de trou permet notamment
d'utiliser la matière retirée pour faire ces trous et de limiter ainsi les pertes.
Elle permet aussi de faciliter par la suite l'introduction de l'outillage pour réaliser
les découpes du matériau naturel pour la formation des barrettes. Dans cette configuration,
on peut aussi prévoir que les axes de deux trous voisins sont distants l'un de l'autre
d'une distance comprise entre 5 et 10 m, de préférence entre 6 à 8 m.
[0014] Pour limiter l'emprise sur la surface du terrain et augmenter le rendement (en m
3 par m
2) de la carrière, la profondeur des trous réalisés correspond à plusieurs fois la
hauteur d'une barrette et/ou plusieurs fois la hauteur d'un bloc, et les étapes b)
à e) sont répétées de manière à réaliser une cavité, appelée aussi puits, de plus
en plus profonde dans le sol.
[0015] Pour ne pas fragiliser le terrain environnant, notamment lorsque l'emprise au sol
devient importante, il est prévu que les étapes de réalisation et d'extraction de
barrettes et de blocs sont répétées de manière à réaliser au moins deux (ou plus encore)
puits voisins, un puits correspondant à l'extraction de plusieurs barrettes et blocs
contigus et que deux puits sont séparés au moins partiellement par une paroi sensiblement
verticale. Cette paroi verticale forme ainsi un renfort naturel (il n'est pas rajouté
mais correspond à de la matière naturelle qui n'a pas été affectée par l'extraction
et qui possède donc sa structure et ses liaisons d'origine). Il est envisageable de
créer des passages entre deux puits voisins tout en gardant des renforts. La création
de ces passages permet d'extraire une plus grande quantité de matériau naturel. Elle
permet aussi d'avoir une liaison entre les deux puits si ces derniers sont réutilisés
par la suite.
[0016] Pour augmenter encore le rendement du présent procédé d'extraction, les trous sensiblement
verticaux sont avantageusement réalisés en faisant une découpe périphérique de manière
à récupérer au moins une partie du matériau correspondant. Une telle découpe périphérique
peut être réalisée avec un outil tel celui décrit et revendiqué dans le document
WO-2013/057442.
[0017] La présente invention concerne également un procédé d'exploitation d'une carrière,
caractérisé en ce qu'il comporte la mise en oeuvre d'un procédé d'extraction tel que
décrit ci-dessus.
[0018] Un tel procédé d'exploitation comporte des étapes définies pour l'extraction de matériau
naturel hors du sol, lesdites étapes étant mises en oeuvre de manière à réaliser un
puits et ce procédé d'exploitation comporte en outre une étape d'aménagement dudit
puits, par exemple en réalisant un plancher dans ledit puits. Ce plancher peut recouvrir
le fond du puits -par exemple chape de béton (ou autre). Il peut s'agir aussi de la
réalisation à une hauteur intermédiaire (ou à plusieurs hauteurs intermédiaires) d'un
plancher. Tout matériau (béton, hourdis, poutres métalliques, bois, etc.) peut être
utilisé pour la réalisation de ce plancher.
[0019] Dans une variante de réalisation de ce procédé d'exploitation, on peut également
prévoir des étapes de réalisation d'un bâtiment avec un toit couvrant au moins partiellement
le réseau de trous réalisé dans le sol, ledit bâtiment pouvant être réalisé avant
de faire les trous dans le sol. La réalisation d'un bâtiment avec un toit est indépendante
de la réalisation de puits et/ou de sol(s) dans un puits. Un tel bâtiment permet de
réaliser l'extraction de matériau naturel à couvert et donc d'améliorer grandement
les conditions de travail des ouvriers intervenant pour réaliser cette extraction.
[0020] Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux de la description
qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel :
La figure 1A est une vue en perspective illustrant une première étape d'un procédé
d'extraction,
La figure 1 B est une vue de dessus de la figure 1 A,
Les figures 2A-6A respectivement 2B-6B sont des vues correspondant à la figure 1A
respectivement 1B pour des étapes ultérieures du procédé d'extraction, et
La figure 7 est une vue en perspective d'une carrière en cours d'exploitation ou à
l'issue de son exploitation.
[0021] Le procédé décrit ci-après est donné à titre purement illustratif. L'homme du métier
comprendra notamment que l'ordre de certaines étapes peut être modifié sans changer
sensiblement le résultat obtenu tout en présentant encore des avantages par rapport
à un procédé d'extraction de l'art antérieur.
[0022] Comme illustré sur les figures 1B et 1B, il est proposé de réaliser un réseau de
trous dans le sol. On suppose ici que l'on dispose d'un sol 2 sensiblement horizontal.
Bien entendu, dans la nature il n'existe pas de sol parfaitement plan comme sur la
figure. Il est toutefois possible de réaliser le réseau de trous aussi bien sur un
terrain sensiblement plan, en plaine, que sur un terrain en pente, à flanc de coteau,
sur une colline ou une montagne. Sur les figures, on a représenté à chaque fois un
bloc parallélépipédique correspondant à un volume de sol duquel on va extraire du
matériau naturel.
[0023] Dans la plupart des cas, que le sol soit sensiblement horizontal ou sensiblement
en pente, les trous seront des trous s'étendant verticalement à partir de la surface
4 du sol. Cette orientation est naturelle et elle permettra de faciliter par la suite
certaines opérations, notamment lorsqu'il s'agira de soulever des masses importantes
pour les extraire du sol.
[0024] Les trous 6 sont de préférence des trous cylindriques circulaires. Cette forme est
la plus facile à réaliser. Les trous seront faits de préférence avec un dispositif
de forage qui réalise le trou en faisant tourner autour d'un axe de rotation un outil
de forage dans sol.
[0025] Il est proposé ici de réaliser les trous dans le sol à l'aide d'un dispositif de
forage tel celui décrit dans le document
WO-2013/057442. Le procédé de forage des trous est alors par exemple un procédé tel celui décrit
sur les pages 9 à 13 de ce document de l'art antérieur. Ce procédé permet de réaliser,
étape par étape, des trous de diamètre important et aussi de grande profondeur en
extrayant des blocs cylindriques de matériau naturel. Il est proposé ici de réaliser
des trous dont le diamètre est de l'ordre de 2 à 3 mètres (m). Sur la figure 1A, une
carotte 8 obtenue lors de la réalisation du forage d'un trou 6 du réseau en utilisant
le dispositif de forage du document
WO-2013/057442.
[0026] Les trous 6 réalisés présentent par exemple un diamètre de l'ordre de 2,4 à 2,5 m.
On obtient alors des carottes 8 qui présentent un diamètre de plus de 2 m et qui peuvent
tout à fait être exploitées après découpe, mise en forme et autres traitements.
[0027] Le réseau de trous 6 est réalisé par exemple sur la base d'un maillage rectangulaire,
ou de préférence carré. Le pas entre deux trous 6 voisins (distance par exemple de
centre à centre) est par exemple compris entre 5 et 10 m, de préférence entre 6 et
8 m. Ces dimensions sont données à titre illustratif pour donner un ordre de grandeur
associé au procédé décrit ici. Elles ne sont toutefois pas limitatives. Bien entendu,
en fonction des utilisations qui seront faites de la roche, ou autre matériau naturel,
extraite, les dimensions des trous et le maillage seront adaptés. Pour des raisons
de manipulations, il n'est en outre pas possible de découper de trop gros blocs de
roche qui ne seraient pas transportables.
[0028] Il est proposé ici de réaliser des trous 6 de grande profondeur, d'une dizaine à
plusieurs dizaines de mètres, les uns après les autres, avant de continuer le procédé
d'extraction.
[0029] Une deuxième étape est illustrée sur la figure 2 (figures 2A et 2B). Il s'agit ici
d'extraire de la roche (on supposera dans la suite de la description que le matériau
naturel exploité ici est de la roche, par exemple du granit, sans pour autant que
le procédé d'extraction soit limité exclusivement à ce matériau).
[0030] Au cours de cette deuxième étape, un morceau de roche, appelé barrette 10, est extrait
du sol. Pour extraire ladite barrette 10, on réalise une première découpe verticale
12 entre deux trous voisins jusqu'à une profondeur donnée, puis, toujours entre les
deux mêmes trous 6, une seconde découpe verticale 14 est réalisée parallèlement et
à distance de la première découpe verticale 12. Les deux découpes verticales sont
réalisées jusqu'à une même profondeur. Elles peuvent être réalisées avec un fil de
découpe tel celui décrit dans le document précité ou bien aussi avec un système de
découpe du type de celui décrit dans le document
FR2725931 ou bien encore
WO-89/08525. Le dispositif de découpe peut pénétrer dans le sol au niveau des deux trous 6 se
trouvant aux extrémités de la barrette 10. On définit de la sorte une portion de roche
rattachée au reste du sol uniquement par une face inférieure. Pour détacher la barrette
10 du sol 2, il suffit qu'à la fin de la seconde découpe verticale 14, le système
de découpe change de direction de découpe pour venir découper à l'horizontale et venir
ainsi rejoindre le fond de la première découpe verticale 12.
[0031] Des moyens de levage non décrits ici peuvent être alors utilisés pour venir sortir
la barrette 10 du sol. Ces moyens de levage peuvent être des moyens de levage classiques,
connus de l'homme du métier, habituellement utilisés pour soulever de lourdes charges
(blocs de roche) dans une carrière. À titre purement illustratif, si les trous 6 ont
un diamètre de 2,5 m et que la distance entre deux trous voisins est de 7,5 m, alors
une barrette 10 présentera une longueur de l'ordre de 5 m, une largeur de l'ordre
de 2 m et une hauteur déterminée en fonction de l'utilisation qui sera faite de la
roche de la barrette 10 et aussi bien entendu des possibilités de levage des moyens
de levage utilisés. En fonction de ces derniers, les dimensions du maillage de trous
dans le sol auront déjà été adaptées.
[0032] Les figures 2A et 2B suggèrent de retirer successivement des barrettes 10 du sol
jusqu'à arriver au fond de deux trous 6 voisins. Ainsi, le dispositif de découpe reste
en place au niveau de deux trous 6 voisins jusqu'à ce que toutes les barrettes 10
pouvant être découpées entre ces deux trous soient retirées du sol.
[0033] Sur les figures jointes, un nombre limité de trous 6 a été représentés. Ces trous
6 sont disposés, dans la forme de réalisation purement illustrative du dessin, selon
un maillage à maille carrée, sur trois lignes L1, L2 et L3 et huit colonnes C1 à C8.
[0034] Sur la figure 3, il est proposé dans une étape suivante de retirer des barrettes
10 entre d'autres trous 6. Ainsi, il est proposé ici de retirer des barrettes 10 orientées
selon les lignes L1-L3 entre les colonnes Ci, Ci+1 sauf entre les colonnes C4 et C5.
[0035] Dans les étapes suivantes, comme illustré sur la figure 4, des barrettes 10 orientées
selon la direction des colonnes Ci sont extraites du sol. Le procédé ici peut être
tout à fait le même que pour la première barrette 10 comme proposé plus haut. Sur
la figure 4, les barrettes 10 sont extraites du sol sur la colonne C1 entre les lignes
L1 et L2.
[0036] Par la suite, comme illustré sur la figure 5, toutes les barrettes 10 orientées selon
des colonnes Ci sont extraites. Une fois toutes les barrettes 10 retirées, il reste
douze piliers 16 qui s'étendent chacun verticalement depuis un fond 18 d'un puits
20. De par les découpes des barrettes 10, en omettant de découper et retirer les barrettes
sur les lignes Li entre les colonnes C4 et C5, on a réalisé deux puits 20 voisins.
[0037] Par des découpes horizontales, les piliers 16 sont "tranchés" pour former des blocs
de roche. Dans l'exemple numérique donné précédemment, chaque bloc présente en vue
de dessus une forme sensiblement carrée d'environ 5 m de côté. La hauteur du bloc
de roche est adaptée ici aussi en fonction de l'utilisation prévue de la roche et
des possibilités de levage des moyens de levage disponibles. Comme suggéré sur la
figure 6, si un bloc de grande hauteur est souhaitée (par exemple avec une dimension
supérieure à 5 m dans l'exemple numérique précédent), alors une découpe horizontale
est faite à la hauteur souhaitée et, afin de pouvoir lever extraire la roche du sol
avec les moyens de levage disponibles, des découpes verticales supplémentaires sont
prévues. La figure 6 propose de couper un bloc en six "sous-blocs". On a ainsi par
exemple des "sous-blocs" présentant des dimensions de 6,0 x 2,5 x 1,7 m.
[0038] La figure 7 illustre le sol 2 une fois l'exploitation terminée. Pour optimiser la
quantité de roche extraite, ou bien pour relier entre eux les deux puits 20, ou pour
d'autres raisons, il est proposé de retirer de la roche encore entre les deux puits
20. En fonction des dimensions des puits 20, il est préférable, comme illustré sur
la figure 7, de laisser des renforts entre les puits 20. Le terrain alentour n'est
de ce fait pas fragilisé par l'exploitation du sol qui a été faite. Les dimensions
de chaque puits dépendront de la nature du terrain et de sa stabilité et/ou également
de l'utilisation ultérieure éventuelle qui sera faite du puits. Une originalité du
procédé proposé est en effet la possibilité de réhabilitation du site d'exploitation
qu'il propose. Ainsi l'extraction est réalisée non seulement en fonction des contraintes
liées à l'extraction mais également en fonction des prévisions d'utilisation du site
par la suite, une fois l'extraction de roche ou similaire terminée.
[0039] Le procédé décrit ci-dessus permet de parfaitement maitriser l'emprise à la surface
du sol pour l'exploitation de la carrière. Dans l'exemple illustré au dessin, une
emprise de 55 x 17,5 m, soit moins de 1.000 m
2, permet en creusant à 25 m d'extraire environ 20.000 m
3 de roche. Une telle carrière présente donc un très bon rendement.
[0040] L'emprise sur la surface du sol étant parfaitement maitrisée, il est possible de
recouvrir la carrière avec un toit. En effet, il suffit de construire un hangar au-dessus
du réseau de trous -avant ou après la réalisation de ce réseau de trous- pour travailler
au sec.
[0041] Les nuisances sont limitées avec le procédé décrit ci-dessus. Bien entendu, il y
a des nuisances sonores dues au fonctionnement des engins utilisés, aux moyens de
transport et aux dispositifs de forage et découpage de la roche. Elles sont cependant
limitées par rapport aux nuisances constatées habituellement par une carrière d'extraction
de roche. Ce sont surtout les nuisances esthétiques qui sont le plus réduites. Après
exploitation du sol et extraction de la roche, il reste des trous dans le sol qui
ne viennent pas dénaturer le paysage environnant.
[0042] De plus, le site peut être par la suite réhabilité. Une dalle peut être réalisée
au fond ou à une hauteur intermédiaire dans un puits de manière à former un ou plusieurs
plancher(s) dans le puits. Il est possible ainsi de réaliser un bâtiment semi enterré.
Les puits peuvent aussi être utilisés pour le stockage de matériaux, ou comme réserve
d'eau, ou comme cuve de méthanisation, ....
[0043] Le procédé proposé est aussi bien adapté à des exploitations de petites dimensions
(par exemple limitée à deux puits comme illustré sur le dessin annexé) qu'à des exploitations
de grande taille : il suffit en effet d'adapter le réseau de trous, la profondeur
d'exploitation. Des puits peuvent être réalisés ou non, etc...
[0044] Grâce à la limitation des nuisances et/ou à la possibilité d'avoir une carrière de
petites dimensions, le procédé -et donc le lieu d'exploitation- peut être mis en oeuvre
à proximité d'une ville ou d'un site d'utilisation des roches extraites.
[0045] Le procédé proposé peut s'adapter à tout type de terrain (plan, en pente, ...). Il
est extrêmement modulable et peut ainsi s'adapter à toute configuration.
[0046] La présente invention ne se limite pas au procédé décrit ci-dessus et aux variantes
envisagées. Elle concerne également toutes les variantes évoquées et les variantes
à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.
1. Procédé d'extraction de matériaux naturels hors d'un sol (2),
caractérisé en ce qu'il comporte selon un ordre d'exécution variable, les étapes suivantes :
a) réalisation d'un réseau de trous (6) sensiblement verticaux dans le sol (2) selon
un maillage prédéfini, les trous (6) présentant d'un diamètre supérieur à 1 m,
b) réalisation de deux découpes (12, 14) sensiblement verticales entre deux trous
(6) voisins,
c) réalisation d'une découpe sensiblement horizontale entre deux découpes verticales
(12, 14) de manière à détacher un bloc, appelé barrette, se trouvant entre deux trous
(6) voisins, et extraction de ladite barrette (10),
d) répétition des étapes b) et c) de manière à former une tranchée de forme polygonale
délimitant ainsi un bloc,
e) réalisation d'une découpe horizontale sous le bloc de manière à le libérer du sol
et extraction dudit bloc, ledit bloc pouvant être d'un seul tenant ou en plusieurs
morceaux.
2. Procédé d'extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous (6) dans le sol (2) définissent un maillage rectangulaire.
3. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les trous (6) réalisés dans le sol (2) sont des trous cylindriques circulaires dont
le diamètre est compris entre 2 et 3 m, de préférence entre 2,2 et 2,6 m.
4. Procédé d'extraction selon la revendication 3, caractérisé en ce que les axes de deux trous (6) voisins sont distants l'un de l'autre d'une distance comprise
entre 5 et 10 m, de préférence entre 6 à 8 m.
5. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la profondeur des trous (6) réalisés correspond à plusieurs fois la hauteur d'une
barrette (10) et/ou plusieurs fois la hauteur d'un bloc, et en ce que les étapes b) à e) sont répétées de manière à réaliser une cavité, appelée aussi
puits (20), de plus en plus profonde dans le sol.
6. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les étapes de réalisation et d'extraction de barrettes (10) et de blocs sont répétées
de manière à réaliser au moins deux puits (20) voisins, un puits (20) correspondant
à l'extraction de plusieurs barrettes (10) et blocs contigus et les deux puits (20)
étant séparés au moins partiellement par une paroi sensiblement verticale.
7. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les trous (6) sensiblement verticaux sont réalisés en faisant une découpe périphérique
de manière à récupérer au moins une partie du matériau correspondant.
8. Procédé d'exploitation d'une carrière, caractérisé en ce qu'il comporte la mise en oeuvre d'un procédé d'extraction selon l'une des revendications
1 à 7.
9. Procédé d'exploitation selon la revendication 8, caractérisé en ce que les étapes définies à la revendication 1 sont mises en oeuvre de manière à réaliser
un puits (20) et en ce que le procédé d'exploitation comporte alors une étape d'aménagement dudit puits afin
de réaliser un plancher dans ledit puits.
10. Procédé d'exploitation selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réalisation d'un bâtiment avec un toit couvrant au moins
partiellement le réseau de trous réalisé dans le sol, ledit bâtiment pouvant être
réalisé avant de faire les trous dans le sol.