Guide complet du concassage de roches : étapes, équipements et schémas de flux

Le concassage des roches est un processus fondamental dans les carrières, l’exploitation minière, la construction et le recyclage. En réduisant les grosses roches à des granulométries contrôlées, les installations de concassage produisent des matériaux adaptés à la construction routière, au béton, à l’asphalte, à la fabrication de sable et au traitement des minerais.

Un circuit de concassage bien conçu ne consiste pas simplement à réduire la taille des roches. Il doit atteindre la capacité requise, la granulométrie, la forme des particules et la qualité souhaitées, tout en maîtrisant la consommation d’énergie, l’usure, les poussières et les coûts d’exploitation.

Ce guide explique les principales étapes du concassage des roches, les équipements utilisés à chaque étape, les configurations courantes des installations ainsi que des exemples pratiques.

1. Qu’est-ce que le concassage des roches ?

Le concassage des roches est un processus mécanique qui consiste à réduire de gros morceaux de roche en particules plus petites à l’aide de forces de compression, d’impact ou d’autres forces mécaniques. L’objectif est de produire un matériau dans une plage granulométrique spécifiée pour une application donnée.

Les roches tout-venant (ROM) provenant d’une carrière ou d’une mine peuvent mesurer plusieurs centaines de millimètres, voire davantage. Une installation de concassage réduit progressivement ce matériau jusqu’à atteindre la granulométrie requise.

Les matériaux couramment traités par concassage comprennent :

• Calcaire – largement utilisé pour les granulats, le ciment et les couches de base routières
• Granite – roche dure et abrasive utilisée pour produire des granulats de construction de haute qualité
• Basalte – roche dure et dense, couramment utilisée dans les routes et le béton
• Béton et asphalte recyclés – transformés en granulats recyclés
• Minerais – notamment le minerai de fer, le minerai de cuivre, le minerai d’or et d’autres roches contenant des minéraux

Les produits finaux peuvent comprendre du sable manufacturé de 0 à 5 mm, des granulats de 5 à 20 mm, des granulats de 20 à 40 mm ainsi que des matériaux de couche de base de plus grande taille, selon la conception de l’installation.

Principales applications

Le concassage des roches répond aux besoins de plusieurs secteurs industriels majeurs :

• Construction routière : La roche concassée est utilisée pour les couches de base, les sous-couches, les couches de drainage et les granulats destinés à l’asphalte.
• Production de béton : Les pierres concassées correctement calibrées fournissent les granulats grossiers et fins nécessaires au béton.
• Production d’asphalte : Des granulats de haute qualité et correctement façonnés sont essentiels aux mélanges bitumineux.
• Fabrication de sable : Le concassage fin et la mise en forme peuvent transformer la roche concassée en sable manufacturé adapté au béton et au mortier.
• Exploitation minière : Le concassage prépare le minerai pour le broyage, la valorisation ou d’autres étapes de traitement en aval.

Le choix du concasseur dépend fortement de la dureté de la roche, de son abrasivité, de son humidité, de la taille de l’alimentation, de la granulométrie souhaitée et de la capacité de production.

2. Les étapes du concassage des roches

La plupart des installations de concassage utilisent deux ou trois étapes. La configuration exacte dépend de la taille de l’alimentation, de la dureté et de l’abrasivité de la roche, des produits requis et de la capacité.

Concassage primaire

Le concassage primaire constitue la première étape de réduction granulométrique. Son objectif est d’accepter des matériaux tout-venant de grande taille et de forme irrégulière et de les réduire à une taille pouvant être traitée par les équipements secondaires.

La taille de l’alimentation peut généralement atteindre environ 1 à 1,5 m, bien que la limite pratique dépende du modèle de concasseur et de l’installation. Les produits issus du concassage primaire mesurent généralement environ 150 à 300 mm.

Concassage secondaire

Le concassage secondaire reçoit le produit du concasseur primaire et le réduit davantage, généralement jusqu’à environ 25 à 100 mm. Cette étape peut également améliorer la forme des particules et préparer le matériau pour le calibrage final.

Concassage tertiaire

Le concassage tertiaire produit des granulats fins, une alimentation destinée à la fabrication de sable manufacturé ou des produits répondant à des spécifications élevées. Le produit final est souvent inférieur à 20–25 mm, bien que la cible dépende de la configuration des cribles et des exigences du produit.

Concassage quaternaire

Le concassage quaternaire est utilisé lorsqu’un projet nécessite un matériau très fin, des granulométries étroitement contrôlées ou une forme particulière des particules. Une quatrième étape peut faire appel à un concasseur à cône fin, un concasseur VSI, un concasseur à rouleaux ou à un criblage supplémentaire en circuit fermé.

Par exemple, une installation de fabrication de sable manufacturé peut utiliser des étapes tertiaire et quaternaire pour produire un produit contrôlé de 0 à 5 mm. Un criblage fin, une classification à l’air, un lavage ou un mélange peuvent également être nécessaires.

3. Principaux équipements utilisés pour le concassage des roches

Une installation complète de concassage comprend bien plus que les concasseurs eux-mêmes. Les alimentateurs régulent le flux de matériaux, les cribles classent les produits et les convoyeurs transfèrent les matériaux entre les différentes étapes. La gamme d’équipements de traitement des roches comprend des systèmes de concassage et de criblage destinés aux applications en carrière, dans les mines, la construction et l’excavation.

Concasseurs

• Concasseurs à mâchoires : Concassage primaire des roches dures et abrasives ainsi que des matériaux tout-venant de grande taille.
• Concasseurs giratoires : Concassage primaire continu à haute capacité dans les grandes mines et carrières.
• Concasseurs à cône : Concassage secondaire et tertiaire des matériaux durs et abrasifs.
• Concasseurs à percussion : Concassage secondaire ou tertiaire lorsque la réduction granulométrique et la forme des particules sont importantes.
• Concasseurs à rouleaux : Réduction contrôlée des matériaux relativement tendres, friables ou collants.
• Broyeurs à marteaux : Réduction fine ou moyenne des matériaux plus tendres, du calcaire et de certaines applications de recyclage.

Équipements auxiliaires

• Alimentateurs : Les alimentateurs vibrants à grille, les alimentateurs à tablier ou les alimentateurs à auge régulent le débit et éliminent les fines ou les éléments surdimensionnés avant le concasseur primaire.
• Cribles : Les cribles vibrants à plusieurs étages assurent le scalpage (élimination des fines avant le concassage) et la classification des produits. Les cribles en circuit fermé renvoient les éléments surdimensionnés.
• Convoyeurs et manutention des matériaux : Les convoyeurs à bande, les convoyeurs de mise en stock et les bacs tampons ou trémies régulent le flux entre les différentes étapes.
• Systèmes optionnels : Les installations de lavage (laveurs à palettes, épurateurs à attrition, bassins de classification) sont utilisées pour les matériaux contenant de l’argile ou contaminés ; les systèmes de suppression des poussières (pulvérisation d’eau, filtres à manches) ; les détecteurs de métaux et les aimants protègent les concasseurs ; l’automatisation permet de contrôler et d’optimiser l’alimentation.

Comparaison des concasseurs

4. Schémas de flux et configurations typiques des installations de concassage de roches

Installation classique à 2 étapes

Roche tout-venant → alimentateur/grille → concasseur primaire à mâchoires (ou giratoire) → convoyeur → concasseur secondaire à cône ou à percussion → crible à plusieurs étages. Les éléments surdimensionnés sont renvoyés vers le concasseur secondaire (circuit fermé). Les produits sont stockés par granulométrie (par exemple, couche de base, granulats de taille intermédiaire). Cette configuration convient à une production plus simple de matériaux pour couches routières ou de granulats répondant à des spécifications moins strictes.

Installation classique à 3 étapes en circuit fermé

Concasseur primaire (à mâchoires/giratoire) → concasseur secondaire à cône → concasseur tertiaire à cône ou VSI → criblage final à plusieurs étages avec retour en circuit fermé des éléments surdimensionnés vers l’étape tertiaire. Un criblage intermédiaire après le concassage primaire ou secondaire élimine les fines et extrait plus tôt les produits finis, améliorant ainsi l’efficacité. Les flux de produits courants comprennent 0–5 mm (sable ou fines), 5–20 mm, 20–40 mm ainsi que des fractions plus grossières destinées aux couches de base ou au ballast. Cette configuration constitue la solution de référence pour produire des granulats de haute qualité destinés au béton et à l’asphalte à partir de roches dures.

Installation de carrière à haute capacité

Elle comprend souvent un grand concasseur giratoire primaire alimenté directement par des camions ou par des alimentateurs à tablier, plusieurs concasseurs à cône secondaires/tertiaires fonctionnant en parallèle, de vastes systèmes de criblage et de mise en stock ainsi qu’une capacité tampon importante. Dans les grandes exploitations de roches dures, les capacités peuvent dépasser plusieurs milliers de tonnes par heure.

Installations mobiles / portables

Il s’agit d’unités de concassage à mâchoires, à cône/percussion et de criblage montées sur chenilles ou sur roues et pouvant être déplacées. Elles sont idéales pour les carrières temporaires, la production spécifique à un projet ou les sites de recyclage. Les configurations sont similaires à celles des installations fixes, mais privilégient une mise en service rapide, une alimentation diesel ou hybride et des convoyeurs modulaires.

Configurations spécialisées

• Sable manufacturé : Met l’accent sur les circuits tertiaires/quaternaires avec concasseur VSI ou sur des circuits spécialisés de fabrication de sable, avec classification à l’air ou lavage pour contrôler les fines et la forme des particules.
• Installations de recyclage : Utilisent souvent des concasseurs à percussion ou des concasseurs à mâchoires spécialisés pour le béton et l’asphalte, avec des aimants, des classificateurs à air et des systèmes de lavage pour éliminer les contaminants.
• Roche dure vs roche tendre : Les roches dures et abrasives favorisent les concasseurs par compression (à mâchoires/giratoires/à cône) afin de prolonger la durée de vie des pièces d’usure ; les roches plus tendres peuvent utiliser des machines à percussion pour obtenir une réduction plus importante et une meilleure forme en moins d’étapes.
• Applications minières : Le concassage primaire est suivi d’étapes secondaires/tertiaires préparant l’alimentation des broyeurs à boulets ; les circuits fermés garantissent une granulométrie d’alimentation constante du broyeur.
• Les circuits fermés sont fondamentaux : les cribles définissent la granulométrie maximale du produit et les éléments surdimensionnés sont recirculés jusqu’à ce qu’ils puissent passer. Un lavage optionnel élimine l’argile et les poussières pour les produits haut de gamme ; les systèmes de contrôle des poussières (pulvérisation, enceintes, filtres à manches) sont généralement utilisés pour respecter les exigences environnementales.

5. Exemples de cas et applications réelles

Carrière de granite à haute capacité

Une carrière de granite produisant des granulats de haute qualité peut utiliser un concasseur à mâchoires pour le concassage primaire, suivi de plusieurs concasseurs à cône et de cribles vibrants.

Comme le granite est dur et abrasif, des blindages résistants à l’usure sont importants. Une étape secondaire ou tertiaire en circuit fermé peut contribuer à maintenir des granulométries constantes.

Les produits finaux peuvent comprendre des granulats de 5–20 mm et de 20–40 mm, ainsi que du sable manufacturé après une mise en forme supplémentaire par VSI.

Installation de granulats calcaires

Une installation de traitement du calcaire peut utiliser un alimentateur et un concasseur à mâchoires ou à percussion pour la réduction primaire, suivis d’un concasseur à percussion ou à cône et d’un criblage à plusieurs étages.

Comme le calcaire est généralement moins abrasif que le granite ou le basalte, le concassage à percussion peut constituer une option économique lorsque la forme du produit et le rapport de réduction requis sont adaptés.

Les produits peuvent comprendre des matériaux pour couches de base routières, des granulats pour béton, des granulats pour asphalte et du sable manufacturé.

Opération de recyclage du béton

Une installation de recyclage peut traiter du béton démoli à l’aide de :

Grille/Alimentateur → Concasseur à percussion → Séparateur magnétique → Crible vibrant

Le séparateur magnétique élimine les armatures en acier et autres métaux ferreux. Le criblage sépare ensuite les granulats recyclés en différentes fractions granulométriques utilisables.

Le matériau obtenu peut être utilisé pour les couches de base routières, les sous-couches, les remblais et certaines applications de construction, selon les normes locales et le niveau de contamination.

6. FAQ

1. Quelles sont les principales étapes du concassage des roches ?

Les principales étapes sont le concassage primaire, secondaire et tertiaire. Certaines opérations utilisent également un concassage quaternaire lorsqu’elles nécessitent un matériau plus fin ou un contrôle plus précis du produit.

2. Quel concasseur est le mieux adapté au concassage primaire ?

Les concasseurs à mâchoires sont largement utilisés pour les roches dures et les applications de petite à moyenne capacité. Les concasseurs giratoires conviennent aux très grandes tailles d’alimentation et aux opérations à haute capacité, tandis que les concasseurs à percussion primaires peuvent être efficaces pour les matériaux plus tendres ou moins abrasifs.

3. Quel est le meilleur concasseur pour produire du sable manufacturé ?

Un concasseur VSI est souvent utilisé pour façonner les particules et produire du sable manufacturé, généralement après une réduction du matériau par concassage primaire et secondaire. Des cribles, des classificateurs et parfois des équipements de lavage peuvent également être nécessaires.

4. Qu’est-ce qu’un schéma de flux d’une installation de concassage de roches ?

Un schéma de flux d’une installation de concassage de roches est un diagramme montrant la succession des alimentateurs, concasseurs, cribles, convoyeurs, stocks et boucles de recirculation dans une installation de traitement.

5. Combien d’étapes de concassage une carrière nécessite-t-elle ?

Le nombre d’étapes nécessaires dépend du type de roche, de la taille de l’alimentation, de la capacité cible, des granulométries finales et des spécifications de qualité. Un produit simple peut nécessiter une ou deux étapes, tandis que plusieurs granulométries de granulats ou du sable manufacturé peuvent nécessiter trois étapes ou plus.

Conclusion

Le concassage des roches est un processus réalisé en plusieurs étapes, conçu pour transformer de gros matériaux tout-venant en produits réguliers et commercialisables. Le concassage primaire traite les matériaux d’alimentation les plus volumineux, le concassage secondaire assure une réduction supplémentaire et le concassage tertiaire ou quaternaire permet d’obtenir des granulométries plus fines et une meilleure forme des particules lorsque cela est nécessaire.

Une installation de concassage efficace associe les bons concasseurs à des alimentateurs, des cribles, des convoyeurs et des équipements auxiliaires. Pour les roches dures telles que le granite et le basalte, les concasseurs à mâchoires et à cône sont des choix courants, tandis que les concasseurs à percussion peuvent être particulièrement efficaces pour le calcaire, le recyclage et les applications nécessitant une forme cubique.

En définitive, le choix de l’installation doit être basé sur les propriétés de la roche, la taille de l’alimentation, la capacité requise, les granulométries cibles, les exigences relatives à la forme des particules et les conditions d’exploitation. Une installation de concassage en circuit fermé correctement conçue peut fournir une qualité constante des granulats tout en réduisant au minimum le concassage inutile, l’usure et la consommation d’énergie.