L'exploitation d'une carrière requiert l'extraction de volumes importants de roche massive, une étape cruciale pour la production de granulats. Parmi les méthodes utilisées, le tir de mine se distingue comme une technique efficace pour abattre des pans de roche à l'aide d'explosifs, facilitant ainsi la réduction de la taille des matériaux et leur préparation pour le broyage initial.
Définition du Plan de Tir
Le concept de base du mécanisme d'abattage à l'explosif dans les exploitations à ciel ouvert est basé la réalisation d'un « plan de tir ». Plusieurs approches existent pour la conception des plans de tir. Le plan de tir est une stratégie d'abattage à l'explosif qui consiste à réaliser des trous de foration (« trous de mine ») sub-verticaux parallèles à une surface libre (définis par la configuration des gradins/les fronts de tailles). Il s'agit d'une planification méticuleuse qui prend en compte divers facteurs pour optimiser l'efficacité de l'extraction tout en minimisant les impacts environnementaux et en assurant la sécurité.
Objectifs et Contraintes du Plan de Tir
Un plan de tir bien conçu vise à atteindre plusieurs objectifs clés :
- Fragmentation optimale de la roche: Faciliter le chargement, le transport et le broyage ultérieur des matériaux.
- Minimisation des vibrations et des ondes de choc: Protéger les structures environnantes et réduire les nuisances pour les riverains.
- Sécurité: Assurer la sécurité des travailleurs et du public pendant et après le tir.
- Optimisation des coûts: Utiliser la quantité minimale d'explosifs nécessaire pour atteindre les objectifs de fragmentation.
Le plan de tir doit également tenir compte de plusieurs contraintes :
- Caractéristiques géologiques: Type de roche, présence de failles ou de fractures, dureté et résistance à la traction. Le plan de tir doit tenir compte également des caractéristiques mécaniques des roches et des structures/discontinuités géologiques.
- Environnement: Proximité de zones habitées, de cours d'eau, de routes ou d'autres infrastructures sensibles.
- Réglementation: Respect des normes et réglementations en vigueur concernant l'utilisation d'explosifs, les niveaux de vibration autorisés et les mesures de sécurité. Lors des tirs de mine les carrières doivent respecter un arrêté préfectoral avec des normes plus ou moins différentes pour chacune d’entre elles, en fonction de leur emplacement et de l’environnement voisin. Les tailles usuelles de taillants varient entre 1,5" (38 mm) et 15" (380 mm). La hauteur de front est souvent limitée à 15 mètres (imposée par la réglementation, dans un souci de sécurité pour les engins travaillant au pied des fronts.
Étapes de Conception d'un Plan de Tir
La conception d'un plan de tir est un processus itératif qui comprend généralement les étapes suivantes :
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Collecte de données: Analyse géologique du site, évaluation des risques environnementaux, identification des contraintes réglementaires.
Détermination des paramètres de foration: Définition du diamètre, de la profondeur, de l'espacement et de l'inclinaison des trous de mine. Plusieurs approches existent pour la conception des plans de tir. Des règles plus ou moins empiriques issus de l'expérience permettent l'implantation et la géométrie de la foration.
Calcul simple : banquette tire d'abattage = 40 x diamètre de foration
Calcul simple : l'espacement (intervalles entre les trous de mines) = 1 x banquette < espacement < 1,3 x banquette
Calcul de la charge explosive: Estimation de la quantité d'explosifs nécessaire pour chaque trou de mine en fonction des paramètres de foration et des caractéristiques de la roche. Il est limité en fonction des contraintes telles que la charge unitaire (par trou de mine) et du niveau de vibration à respecter.
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Définition du séquencement de tir: Détermination de l'ordre dans lequel les trous de mine seront déclenchés pour optimiser la fragmentation et minimiser les vibrations.
Modélisation et simulation: Utilisation de logiciels de simulation pour prédire les résultats du tir et ajuster les paramètres si nécessaire.
Essais et ajustements: Réalisation de tirs pilotes pour valider le plan et apporter les modifications nécessaires en fonction des résultats obtenus.
Exécution d'un Tir de Mine
L'exécution d'un tir de mine est une opération délicate qui nécessite une planification rigoureuse et le respect de procédures de sécurité strictes. Voici les étapes clés de l'exécution d'un tir de mine :
- Forage des trous de mine: Un foreur réalise à l’aide d’une foreuse des trous à des endroits bien spécifiques, avec un espacement à respecter entre chacun d’entre eux. La première étape pour un tir de mine est le trou où l’explosif va être inséré. L'inclinaison et la profondeur de forage est fonction de la hauteur du front et des conditions de stabilité de la roche :
- si hauteur faible (inférieure à 10 m) : inclinaison entre 0 et 5 degrés
- si hauteur élevée (de 10 m à 35 m) : inclinaison entre 5 à 30 degrés
- Chargement des explosifs: Il faut procéder ensuite au remplissage des trous en explosifs. Certains trous peuvent être plus ou moins chargés en explosif en fonction de la dureté du sol. Il est possible que la roche soit plus friable à certains endroits d’où l’importance qu’il y ait plus ou moins d’énergie lors de l’extraction de la roche. Un raccordement électrique est effectué entre chaque charge explosive. Le résultat de calculs bien précis est ensuite remis aux mineurs pour la préparation de l’explosif.
- Mise en sécurité du site: Une mise en sécurité des lieux est réalisée ainsi que la pose de sismographes dans les environs du tir de mine.
- Déclenchement du tir: Le tir est déclenché à distance par un artificier qualifié.
- Analyse des résultats: Une fois le tir de mine réalisé, les roches sont extraites à l’aide de chargeurs puis chargées et transférées par dumpers vers l’installation fixe. Les blocs de roche y sont concassés pour obtenir des granulats de différentes granulométries.
Impact Environnemental et Mesures de Mitigation
Les tirs de mine peuvent avoir des impacts environnementaux significatifs, notamment :
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- Vibrations et ondes de choc: Peuvent causer des dommages aux bâtiments et des nuisances pour les riverains.
- Poussières: Peuvent affecter la qualité de l'air et la santé des populations.
- Bruit: Peut perturber la faune et la tranquillité des riverains.
- Projection de fragments de roche: Peut présenter un danger pour les personnes et les biens.
Pour minimiser ces impacts, il est essentiel de mettre en œuvre des mesures de mitigation appropriées, telles que :
- Conception de plans de tir optimisés: Utilisation de techniques de tir à faible vibration, adaptation de la charge explosive aux conditions géologiques locales.
- Surveillance des vibrations: Installation de sismographes pour mesurer les niveaux de vibration et s'assurer qu'ils respectent les limites réglementaires.
- Contrôle des poussières: Arrosage des zones de travail, utilisation de canons à brouillard, confinement des sources de poussières.
- Gestion du bruit: Utilisation de silencieux sur les équipements, limitation des tirs aux heures de faible affluence, information des riverains.
- Mise en place de périmètres de sécurité: Évacuation des personnes et des biens situés à proximité du site de tir.
Réglementation et Normes
En France, les tirs de mine sont soumis à une réglementation stricte qui vise à protéger la sécurité des travailleurs, du public et de l'environnement. Les principales réglementations applicables sont :
- Le Code de l'environnement: Définit les règles générales relatives aux installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE), y compris les carrières.
- L'arrêté du 22 septembre 1994: Fixe les prescriptions applicables aux exploitations de carrières, notamment en matière de tirs de mine.
- Les normes AFNOR: Définissent les bonnes pratiques en matière de conception et d'exécution des tirs de mine.
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