Aperçu des brise-roches hydrauliques

1.1 Aperçu des brise-roches hydrauliques

Un brise-roche hydraulique, également appelé concasseur hydraulique ou dispositif de percussion hydraulique, est une machine hydraulique à impact et à vibration. Utilisant de l'huile hydraulique à haute pression comme fluide de travail, il réalise un mouvement alternatif rapide du piston à l'intérieur d'un corps de cylindre grâce à une rétroaction entre un système de commande de valve et un système cylindre-piston, convertissant ainsi l'énergie hydraulique en énergie mécanique du piston et entraînant la masselotte pour effectuer un travail à l'extérieur.

Les fonctions principales d’un brise-roche hydraulique sont : le percement et les vibrations. En raison de ses caractéristiques de percement-vibration à haute puissance, le brise-roche hydraulique est largement utilisé dans les secteurs de la métallurgie, de l’exploitation minière, des chemins de fer, des routes, du génie civil, des travaux municipaux et de l’aménagement immobilier. Il permet d’effectuer des opérations de fouille, de fracturation, de démolition, ainsi que d’autres travaux sur des roches, du béton, des poches à acier, des scories, des sols gelés, de la glace, des chaussées en béton, des tabliers de pont et des bâtiments. En outre, en remplaçant la pointe, il peut également être utilisé pour des opérations de rivetage, de décapage de la rouille, de tassement et de battage de pieux.

Les domaines d’application courants des brise-roches hydrauliques sont :

(1) Exploitation minière — carrières, extraction de pierres, creusement de tunnels, rupture de barreaux de grille, fracturation secondaire des roches ;

(2) Industrie métallurgique — machines de démontage de fours, machines de décapage de poches à acier, machines de désassemblage, machines d’ouverture des orifices d’écoulement, destinées au nettoyage des scories des poches à acier et à la démolition du revêtement des fours ;

(3) Génie municipal — bris de chaussée dans les travaux d’eau, de gaz et d’électricité, bris de fondations rigides, fouilles, forage de trous ;

(4) Construction de bâtiments — démolition d’anciens bâtiments, bris de béton, compactage du sol ;

(5) Routes et chemins de fer — tirs de mine pour ouverture de routes, bris de chaussées en béton, réparation d’autoroutes, battage de pieux pour glissières de sécurité, démolition de ponts routiers.

En tant qu’outil hydraulique nouveau et hautement efficace, comparé aux outils pneumatiques traditionnels à percussion, les brise-roches hydrauliques présentent une série d’avantages inégalés, principalement illustrés par les points suivants :

— Énergie de percussion élevée. Un brise-roche hydraulique peut être adapté et conçu en fonction de la pression d’huile et du débit fournis par la machine porteuse, ainsi que de la force de poussée. L’énergie de percussion est généralement comprise entre 300 et 10 000 joules ; le plus grand brise-roche hydraulique au monde peut actuellement délivrer une énergie de percussion unique de 30 000 joules.

— Haute efficacité de travail. L’efficacité de travail d’un brise-roche hydraulique atteint généralement 60 % à 65 % ; les modèles haut de gamme peuvent atteindre 70 %, tandis que l’efficacité de travail d’un outil pneumatique n’est que de 20 % à 30 %.

— Économie d’énergie. Le fluide de travail d’un brise-roche hydraulique est de l’huile hydraulique haute pression recyclable, associée à un accumulateur ; le fluide de travail d’un outil pneumatique est de l’air comprimé, qui consomme non seulement une grande quantité d’énergie thermique lors du processus de compression, mais dissipe également une grande quantité d’énergie lors de l’échappement.

— Faible niveau sonore. Le niveau sonore standard d’un brise-roche hydraulique se situe entre 95 et 98 dB ; les modèles à faible niveau sonore varient de 85 à 87 dB. Les outils pneumatiques, en raison du bruit d’expansion explosive généré lors de la détente du gaz comprimé, produisent systématiquement un niveau sonore supérieur à 100 dB. Dans la société actuelle, où les exigences en matière de protection de l’environnement deviennent de plus en plus strictes, les brise-roches hydrauliques revêtent une importance capitale.

— Bonne constructibilité et coûts d'entretien faibles. Un brise-roche hydraulique fonctionne en synergie avec la machine porteuse et permet de réaliser très facilement des opérations sous divers angles spatiaux ; le brise-roche est entièrement clos, la durée de vie des composants est longue, l'entretien est simple et pratique, et les coûts d'exploitation globaux sont faibles.

1.2 Bref historique du développement des brise-roches hydrauliques

Au début du XXe siècle, les gens ont étudié systématiquement la transmission pneumatique et hydraulique, explorant activement des dispositifs hydrauliques capables de transmettre une puissance élevée et d’assurer une commande précise. En 1963, la société allemande Krupp a déposé le premier brevet mondial pour un dispositif hydraulique de vibration ; en 1967, elle a présenté à l’Exposition de Hanovre le premier brise-roche hydraulique monté sur porteur ayant une réelle valeur pratique, le HM400. Celui-ci a été utilisé initialement dans les travaux de fondations, tels que le broyage de chaussées en béton, la réparation de fondations, le creusement de tranchées dans des sols durs ou encore l’exploitation de blocs rocheux de grande taille… La société française Montabert a, quant à elle, déposé en 1964 le premier brevet mondial pour un brise-roche hydraulique portable (série BBH) et conçu en 1969 la série de brise-roches hydrauliques BRH. En raison de leurs performances remarquables et de leurs perspectives d’application très étendues, les brise-roches hydrauliques ont rapidement suscité un grand intérêt en Europe, au Japon et dans d’autres pays, connaissant ainsi un développement rapide. De nombreuses entreprises ont consacré des investissements importants à la recherche, à la conception et aux essais d’équipements hydrauliques vibrants, ce qui a conduit à l’apparition successive de brise-roches hydrauliques de toutes tailles, de tous types et aux fonctions les plus variées. Leurs domaines d’application se sont continuellement élargis, leurs performances techniques se sont constamment améliorées, et leurs produits se sont régulièrement renouvelés et remplacés. Krupp a lancé en 1985 sa technologie hydraulique de réduction des vibrations, amélioré son système d’amortissement des vibrations en 1995, introduit en 1998 la technologie de protection contre l’usure « Marathon », puis lancé en 2000 les séries de produits « ECO » et « Marathon ». La société Montabert a présenté en 1987 la série BRV dotée d’une énergie autoréglable, puis, en réponse à une demande croissante sur le marché, a lancé en 1992 la série de petits brise-roches BRP. La société Rammer, fondée en 1978 en Finlande, bien que jeune, est devenue un acteur majeur dans le domaine des brise-roches hydrauliques : dès ses débuts, elle a lancé le brise-roche S600, alors le plus volumineux au monde ; le S2000, lancé en 1981, pesait 3 tonnes ; les produits de la série 1986 étaient basés sur le principe de « Constant Blow Energy (CBE) » ; la gamme ultra-silencieuse « City » a été lancée en 1991 ; le système « City Pro », développé en 1995, permettait aux opérateurs de sélectionner les performances du brise-roche hydraulique en fonction du matériau frappé, ainsi qu’un système de suppression des poussières par jet d’eau. La société japonaise Konan a intégré en 1973 la technologie Krupp pour produire ses brise-roches hydrauliques MKB ; par la suite, les entreprises japonaises Furukawa, Teisaku et Toku ont entrepris le développement de brise-roches hydrauliques à partir de dispositifs de percussion pneumatiques ; NPK a été créée en 1985. La société coréenne Soosan, fondée en 1984, a accéléré le développement des brise-roches hydrauliques coréens. La société italienne INDECO, fondée en 1976, a présenté en 1986 le développement d’un « brise-roche hydraulique intelligent » capable d’ajuster automatiquement la fréquence et l’énergie des chocs en fonction de la dureté de la roche…

Il existe actuellement plus de 30 grands fabricants mondiaux de brise-roches hydrauliques. Classés selon leur origine, ils se répartissent en marques européennes, japonaises, coréennes et chinoises domestiques, parmi lesquelles seules quelques marques sont commercialisées à l’échelle mondiale. Les fabricants européens de brise-roches hydrauliques se caractérisent par une intégration verticale combinant fabrication, marque et service ; leurs usines de production disposent à la fois de solides capacités techniques en recherche et développement, ainsi que de propres réseaux commerciaux et de services après-vente. Chaque fabricant de brise-roches hydrauliques met l’accent sur le développement de sa propre marque, la concentration sectorielle est élevée, et ces dernières années, trois importantes fusions et restructurations industrielles ont été menées à bien, donnant naissance aux trois grandes marques suivantes : Rammer (y compris Toyo), Atlas Copco (y compris Krupp) et Montabert, filiale de Doosan. Les fabricants japonais de brise-roches hydrauliques présentent des similitudes avec leurs homologues européens : ils possèdent généralement également leurs propres réseaux commerciaux et assurent simultanément un service client. Chaque fabricant de brise-roches hydrauliques insiste sur le développement de sa propre marque, la concentration sectorielle étant relativement élevée. Seules sept entreprises — Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (déjà rachetée par Rammer) et Okada — opèrent à l’échelle nationale. Les fabricants coréens de brise-roches hydrauliques se distinguent par une séparation stricte entre fabrication, marque et service ; la division du travail industrielle globale est relativement fine, avec de nombreuses petites usines spécialisées dans la fabrication de pièces détachées ; on compte près d’une centaine de distributeurs de brise-roches hydrauliques, mais seuls Soosan, Hanwoo, Daemo, MSB et quelques autres sont des fabricants de taille significative. Le tableau 1-1 fournit un aperçu de la production annuelle des principaux fabricants mondiaux de brise-roches hydrauliques en 2010.

Tableau 1-1 Aperçu annuel de la production des principaux fabricants mondiaux de brise-roches hydrauliques en 2010 (hors Chine)

Les recherches menées en Chine sur les broyeurs hydrauliques ont débuté relativement tôt. Dès le milieu des années 1970, des instituts nationaux de recherche scientifique et des universités s’étaient déjà engagés dans ce domaine, notamment le Collège de métallurgie et d’acier de Pékin, le Collège minier de Zhongnan, l’Institut de recherche minière de Changsha, ainsi que l’Institut de recherche minière de Changsha. Les chercheurs chinois ont mené des études approfondies sur la technologie des vibrations hydrauliques et obtenu de nombreux résultats de recherche ; toutefois, en raison du développement global lent de la technologie hydraulique nationale à cette époque et des niveaux de fabrication relativement faibles, aucun progrès substantiel n’a été réalisé dans le développement de produits. À partir des années 1980, les chercheurs chinois, tout en poursuivant leurs propres travaux de recherche, ont également procédé à des transferts technologiques et pris l’initiative de développer, dans le domaine minier, des perforatrices rocheuses hydrauliques et des broyeurs de pierre hydrauliques aux caractéristiques propres. Certains fabricants nationaux d’outils pneumatiques et de machines de construction se sont également joints à ces efforts de recherche, parmi lesquels l’Usine d’outils pneumatiques de Tonghua (Jilin), l’Usine de machines de construction de Shanghai, l’Usine d’outils pneumatiques de Shenyang, etc., qui ont toutes mobilisé des équipes pour mener des recherches et des essais sur ces produits ; cependant, en raison d’une technologie de production peu avancée et d’une qualité de produit instable, le développement des brise-roches hydrauliques est resté limité. En 1988, la société allemande Krupp s’est rendue en Chine avec ses produits afin d’organiser une « Exposition des produits de brise-roches hydrauliques », à laquelle ont participé plus de 200 personnes issues d’instituts nationaux de recherche scientifique et d’entreprises ; les performances remarquables de ces produits ont suscité un vif intérêt chez les participants, et les produits Krupp ont commencé à être commercialisés en Chine. Profitant de cette opportunité, l’Institut de recherche sur les machines de génie civil de Tianjin et l’Université des sciences et technologies de Harbin ont entrepris une analyse et une étude approfondies des produits Krupp ; quant à l’Usine de pièces hydrauliques de Changzhi et à l’Usine de machines de construction de Shanghai, elles ont entamé la production expérimentale de leurs propres modèles.

Au milieu des années 1990, avec le développement économique rapide de la Chine, la transformation urbaine accélérée et l’augmentation des investissements dans les infrastructures, le degré de mécanisation des travaux de génie civil a continué de progresser. Le marché chinois des brise-roches hydrauliques a connu la meilleure période de développement de son histoire ; plusieurs entreprises étrangères réputées ont commencé à pénétrer le marché chinois les unes après les autres. Les entreprises nationales se sont également relevées pour faire face à cette concurrence, et, après plus d’une décennie d’efforts, ont progressivement constitué plusieurs marques nationales renommées, telles qu’Anhui Jingye (Jingye), Yantai Aide, Jiangsu Libosite et Changzhi Hydraulic.