Usure : comment optimiser les coûts ?

La réduction des coûts d’exploitation fait partie des objectifs primordiaux dans la conduite d’une installation de traitement de la roche. Les coûts variables les plus difficiles à maîtriser sont sans aucun doute ceux dus à l’usure des pièces directement en contact avec la roche, communément appelées « pièces d’usure », qu’il faut remplacer régulièrement. Il s’agit du coût des pièces elles-mêmes mais également celui de la maintenance auquel on peut ajouter les pertes financières dues à l’arrêt de production engendré. De plus, l’usure des équipements de broyeurs, de concasseurs, mais aussi celle des toiles de cribles, a un impact direct sur la production. Dans le cas d’un broyeur à cône par exemple, le choix du bon type de mâchoires est essentiel pour atteindre des performances optimales car leur régularité va dépendre de l’évolution du profil des mâchoires. Une bonne connaissance des phénomènes d’usure et du fonctionnement de son matériel est essentielle aujourd’hui si l’on veut contrôler et surtout réduire les coûts liés à l’usure. Pour bien comprendre les phénomènes d’usure, il est nécessaire d’analyser l’ensemble des éléments ayant une influence sur la vitesse et les différents modes d’usure. Selon la sollicitation des pièces, on n’observera pas les mêmes mécanismes. Ainsi dans un broyeur à percussion, on aura principalement une usure due aux impacts de la roche et dans un concasseur à mâchoires, broyeur giratoire ou à cône, on aura plutôt une usure générée par sa compression contre les mâchoires. A cela s’ajoutent aussi des phénomènes d’attrition ou d’érosion plus ou moins importants selon le type de matériel. La connaissance du matériau à broyer est indispensable. Pour déterminer la durée de vie des pièces, on a vite tendance à se limiter à « l’abrasivité » qui n’est pourtant qu’un indice donnant au mieux un ordre d’idée de la vitesse d’usure, mais c’est loin d’être suffisant. D’autres paramètres sont aussi importants pour déterminer l’agressivité réelle de la roche, comme sa broyabilité, la granulométrie des matériaux, leur forme dans le cas des roches alluvionnaires, ou encore le taux d’humidité. Le nom de la roche lui-même, qui définit son origine géologique, est aussi un facteur important ne serait-ce que pour mieux appréhender la façon dont elle va se fracturer. Il reste une question importante à se poser lors de chaque test effectué sur un matériau : « Est-ce que les résultats obtenus à partir de l’échantillon prélevé en un lieu ‘x’ à un instant ‘t’ sont représentatifs de l’usure observée sur l’ensemble de mes machines et dans la durée ? »

La nature de la pièce

L’autre élément important à considérer est la pièce d’usure elle-même. De quelle nature est-elle ? Pour les matériaux peu abrasifs, de simples tôles peuvent suffire à protéger goulottes ou machines. Mais dès que l’usure est trop importante, qu’elle génère une fréquence de remplacement trop coûteuse, il faut considérer des pièces plus résistantes. Selon la taille de la roche ou l’angle sous lequel elle entre en contact avec les pièces, on observera des mécanismes d’usure différents et on optera pour des solutions différentes. On installera alors des protections plus épaisses ou en acier plus dur, des blindages en caoutchouc, en polyuréthane ou encore en céramique, l’idéal étant d’installer des caisses à pierres car c’est la roche elle-même dans ce cas qui sert de protection anti-usure. Le choix de la nature des pièces est beaucoup plus limité pour les corps broyants (mâchoires, percuteurs…), pièces d’usure principales car les plus sollicitées. On est contraint d’utiliser des matériaux suffisamment rigides comme l’acier pour s’assurer d’une bonne efficacité de broyage. De plus, selon l’application, il faut trouver un compromis entre résistance à l’usure et résistance aux chocs. De manière générale, plus la pièce est dure, plus elle est résistante à l’usure mais plus elle est fragile donc sensible aux chocs. Dans un broyeur à percussion, on pourra installer des percuteurs en acier si la roche est peu abrasive. Pour des roches plus abrasives, on installera des percuteurs en fonte au chrome ou avec inserts céramiques mais tout en veillant à ce que l’application le permette sans risquer la casse des pièces. Pour les concasseurs à mâchoires et broyeurs à cône, l’acier austénitique au manganèse, appelé aussi « acier Hatfield », règne en maître depuis des décennies. Sa grande capacité d’écrouissage lui donne une formidable capacité à s’adapter à la sollicitation de la roche. Ainsi, plus la roche est dure et « frappe fort », plus il va durcir en surface et résister à l’usure, tout en gardant ses propriétés ductiles à cœur et donc sa résistance mécanique. Il existe différentes nuances d’acier plus ou moins sensibles à l’écrouissage que l’on choisira encore une fois en fonction de l’application. Souvent, lorsqu’on a un problème d’usure, on incrimine immédiatement la qualité de la pièce, le taux de manganèse, le travail du fondeur… Mais les variations de qualité sont de plus en plus faibles aujourd’hui et, dans 90% des cas, le problème n’est pas dû à la qualité de la pièce mais plutôt à son utilisation (changement d’application, type de mâchoires non adapté…). On rencontre ce problème notamment avec les groupes mobiles équipés pour un chantier de courte durée : dès qu’on change de roche et de granulométrie, il faut reconsidérer l’équipement.

Conditions d’utilisation

 Ceci nous amène au troisième point important : les conditions d’utilisation du matériel. Les paramètres de fonctionnement des concasseurs ou broyeurs ainsi que le type d’équipements installés sont définis en fonction de la granulométrie de la roche alimentant les machines et de la taille et forme des matériaux que l’on veut produire. Mais pour une même roche et un même équipement, le réglage de ces machines va aussi influencer l’usure des pièces. Dans le cas des broyeurs à cône, on cherche souvent à « serrer » le broyeur en espérant améliorer le débit et la forme des produits obtenus. Mais ce qui était vrai il y a plusieurs années ne l’est plus, notamment avec les dernières générations de machines qui ont plus d’amplitude de broyage et qui sont conçues pour favoriser l’auto-concassage. On obtient non seulement de meilleurs résultats sur les produits finis en ne serrant pas trop le broyeur, mais on évite aussi une usure exagérée, inutile et localisée, qui nous conduit parfois à devoir retirer les pièces prématurément car leur profil ne permet plus de broyer correctement la roche ! Il est donc difficile de définir le coût d’usure d’une installation. Un jeu de mâchoires de broyeur à cône peut être remplacé une fois par an ou au bout de 2 000 heures de fonctionnement si la roche est peu abrasive, alors que dans les cas d’usure extrême, on les change toutes les deux à trois semaines soit toutes les 100 heures ! On peut éventuellement synthétiser en disant que globalement pour une carrière de taille moyenne dont le coût de traitement des granulats est de l’ordre de 1 euro la tonne produite, la part des coûts d’usure est d’environ 15% dans le cas d’une roche massive relativement abrasive. Mais chaque installation est unique et ce n’est qu’une analyse approfondie de ces coûts qui permettra de savoir comment les réduire de façon significative. Les meilleures armes pour lutter contre des coûts d’exploitation excessifs sont l’observation et la bonne connaissance de son matériel. Il faut être capable de prévoir et donc de planifier le remplacement de chaque pièce sur une période donnée. Pour cela, il ne faut pas hésiter à solliciter son fournisseur qui sera à même de proposer des solutions limitant ces coûts : formations, inspections, contrats de maintenance… Dans un métier aussi technique que le nôtre, où les machines évoluent sans cesse et pour lequel il est de plus en plus difficile de garder du personnel au même poste plus de deux ou trois ans, la formation est un atout indispensable pour s’assurer du bon fonctionnement de son installation et sensibiliser son personnel à la problématique de l’usure. J’irais même plus loin en disant qu’il est possible aujourd’hui de travailler en partenariat avec son fournisseur pour optimiser les coûts à la tonne d’une machine ou de son installation complète. Déjà bien développés pour le matériel roulant ou les appareils de levage, on peut opter pour des contrats de maintenance spécifiques au matériel fixe allant de la simple inspection annuelle au contrat de maintenance complète au cours duquel le fournisseur s’assure de la maîtrise des coûts liés à l’usure, de la disponibilité des pièces ou encore de l’atteinte des performances garanties. Metso propose toutes ces solutions à sa clientèle. Pièces d’usure, pièces de rechange, inspection, expertise, formations, contrats de maintenance...