Concasseur à mâchoires : fonctionnement, composants et réglage

Un concasseur à mâchoires fait une seule chose : écraser un bloc de roche entre une plaque fixe et une plaque mobile jusqu'à ce que les morceaux soient assez petits pour tomber par l'ouverture du bas. C'est le concasseur primaire le plus répandu au monde, sur les mines de taille moyenne, les carrières et les installations mobiles, parce que ce principe est simple, robuste et tolérant. Mais « simple » ne veut pas dire « sans réglage » : la capacité, la forme du produit et la durée de vie des pièces dépendent de quelques paramètres qu'il faut comprendre pour exploiter la machine correctement.

Les composants, de haut en bas

Le bâti. Une structure en acier moulé ou mécanosoudé qui reprend tous les efforts de concassage. Sa rigidité conditionne la précision du réglage et la tenue dans le temps ; les grands concasseurs sont livrés en plusieurs sections boulonnées pour le transport.

La mâchoire fixe. Une plaque d'usure en acier au manganèse, fixée sur la face avant du bâti. Elle ne bouge pas ; c'est la mâchoire mobile qui vient vers elle.

La mâchoire mobile et la bielle (« pitman »). La bielle est une pièce massive suspendue en haut sur l'arbre excentrique et appuyée en bas sur la plaque d'articulation. La mâchoire mobile est boulonnée sur sa face avant. Quand l'arbre tourne, la bielle décrit un mouvement combiné — elle avance vers la mâchoire fixe et descend en même temps — puis recule et remonte.

L'arbre excentrique et les volants. L'arbre porte une partie excentrée qui transforme la rotation en mouvement alternatif de la bielle. Deux volants, un de chaque côté, stockent l'énergie : le moteur fournit une puissance moyenne, les volants restituent les pointes nécessaires quand un bloc dur résiste.

La plaque d'articulation (« toggle plate »). Une plaque relativement mince, appuyée entre le bas de la bielle et le bâti, qui transmet l'effort de concassage et guide le bas de la mâchoire mobile. Elle est aussi une pièce de sécurité : si un imbroyable — dent de godet, barre d'acier — entre dans la chambre, c'est elle qui est conçue pour céder avant que le bâti ou l'arbre ne soient endommagés. Sur les machines modernes, un dispositif hydraulique de décharge peut jouer ce rôle sans rupture.

Le système de réglage. Des cales, un vérin hydraulique ou un mécanisme à coins qui positionnent le bas de la mâchoire mobile pour fixer l'ouverture de sortie.

Les joues latérales. Des plaques d'usure qui ferment la chambre sur les côtés et protègent le bâti.

Le mouvement : comment la roche est cassée

Sur un concasseur à simple effet (« single toggle »), le type dominant aujourd'hui, la mâchoire mobile a un mouvement elliptique : à chaque tour de l'arbre, elle se rapproche de la mâchoire fixe en descendant, puis s'en éloigne en remontant. La roche est comprimée pendant la phase de rapprochement, se fracture, et les morceaux glissent vers le bas pendant la phase d'éloignement. Cette composante descendante « tire » la matière à travers la chambre, ce qui donne à ce type sa capacité, au prix d'un frottement — donc d'une usure — plus important sur les mâchoires.

Le concasseur à double effet (« double toggle »), plus ancien, a une mâchoire mobile articulée en haut qui ne fait que pivoter : pure compression, sans frottement, ce qui le rend adapté aux roches très dures et très abrasives, mais avec une capacité plus faible et une machine plus lourde et plus chère. On le rencontre encore sur certaines applications minières exigeantes.

Deux notions géométriques gouvernent le fonctionnement :

• L'angle de prise (« nip angle ») : l'angle entre les deux mâchoires. S'il est trop ouvert, le bloc n'est pas saisi et glisse vers le haut au lieu d'être écrasé ; c'est une cause classique de bourrage d'ouverture. Le fabricant fixe cet angle par la géométrie de la chambre et le profil des mâchoires.
• La course (« throw ») : la distance que parcourt le bas de la mâchoire mobile à chaque cycle. Elle est fixée par l'excentricité de l'arbre. Une course plus grande augmente la capacité et la réduction, mais aussi les efforts.

Ouverture, réglage et produit

La taille d'un concasseur à mâchoires s'exprime par les dimensions de son ouverture d'alimentation : la largeur des mâchoires et l'écartement en haut (le « gape »). C'est le gape qui fixe la taille du plus gros bloc admissible — nettement plus petit que le gape lui-même, selon la règle que le fabricant précise pour son modèle, comme l'explique notre guide dimensionner un concasseur primaire.

En bas, deux valeurs décrivent la sortie :

• CSS (« closed side setting ») : l'écartement minimal entre les mâchoires, quand la mâchoire mobile est au plus près. C'est le réglage que l'opérateur fixe.
• OSS (« open side setting ») : l'écartement maximal, égal au CSS plus la course.

Le produit d'un concasseur à mâchoires n'est pas calibré au CSS : une partie des morceaux passe à l'ouverture maximale, ce qui explique que la courbe granulométrique de sortie s'étale bien au-delà du réglage. Le fabricant publie des courbes de produit typiques par CSS ; elles servent à prévoir ce que recevra l'étage suivant, généralement un concasseur à cône.

Le réglage se mesure directement — une boule de plomb ou un bloc d'aluminium passé dans la chambre à l'arrêt, puis mesuré — et se corrige au fur et à mesure que les mâchoires s'usent, puisque l'usure ouvre la chambre. Ce suivi de la dérive du réglage est le premier indicateur pour décider quand changer les mâchoires.

Ce qui fixe la capacité

La capacité tabulée par le fabricant dépend du CSS, de la course, de la vitesse de rotation et de la géométrie de la chambre, pour une roche de référence. Sur site, quatre facteurs la modifient :

1. La roche : densité apparente, dureté, humidité et teneur en argile. Un matériau humide et collant se compacte dans le bas de la chambre et bloque l'écoulement.
2. L'alimentation : un concasseur à mâchoires s'alimente par un alimentateur (tablier ou vibrant) qui régule le débit et, souvent, par une grille de scalpage qui dérive les fines. Une alimentation en surcharge remplit la chambre au-dessus de la zone utile et fait chuter le rendement ; une alimentation par à-coups sous-utilise la machine.
3. La répartition : la roche doit arriver sur toute la largeur des mâchoires, sinon une partie de la chambre travaille et l'autre s'use sans produire.
4. L'état des mâchoires : un profil usé modifie l'angle de prise et la course effective.

Les bourrages et comment les gérer

Le concasseur à mâchoires bloque de deux façons. En haut, quand un bloc plat ou allongé se pose en travers de l'ouverture au lieu de s'engager — ou quand deux blocs s'arc-boutent l'un contre l'autre. En bas, quand un imbroyable ou un matériau compacté se coince au niveau du réglage.

Le dégagement manuel — barre, crochet de grue, pelle — expose le personnel à un espace où la roche peut bouger d'un coup, et abîme les mâchoires. C'est pourquoi les installations où le bourrage d'ouverture est fréquent intègrent un bras de déblocage adapté à la géométrie rectangulaire de l'ouverture, commandé depuis un poste protégé : voir ce qui change d'un type de concasseur à l'autre et la fiche IC Boom System. Pour les bourrages du bas, la machine moderne dispose d'un système hydraulique qui ouvre le réglage et libère l'imbroyable.

Entretien : ce qui compte vraiment

Quatre points reviennent sur presque toutes les machines :

• Le graissage des paliers de l'arbre excentrique et de la bielle, aux intervalles et avec la graisse prescrits — c'est là que se jouent les avaries coûteuses.
• Le serrage des mâchoires et des joues : une mâchoire qui bouge sur son siège se fissure et abîme le bâti.
• La plaque d'articulation et son siège : à inspecter à chaque arrêt ; un siège usé fausse le réglage.
• Le suivi de l'usure par mesure du CSS et relevé de profil, pour planifier les changements et le retournement des mâchoires réversibles au bon moment.

En résumé

Le concasseur à mâchoires tient sa place par sa simplicité : peu de pièces, une chambre ouverte, un réglage accessible. Ses limites viennent de la même simplicité — capacité modérée, produit étalé, sensibilité aux bourrages d'ouverture. Bien choisi pour la roche et le débit, bien alimenté et suivi par la mesure du réglage, il fonctionne des décennies. Pour situer ce type par rapport aux autres, voir quel concasseur pour votre roche et votre débit ; pour un projet précis — sélection, fourniture, installation, pièces — notre service de vente et fourniture d'équipements et la demande de proposition.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre un concasseur à mâchoires à simple et à double effet ? Le simple effet a une mâchoire mobile suspendue directement sur l'arbre excentrique : mouvement elliptique, forte capacité, usure par frottement. Le double effet a une mâchoire qui pivote seulement : pure compression, moins d'usure sur roche très abrasive, capacité plus faible et machine plus lourde.

Pourquoi le produit contient-il des morceaux plus gros que le CSS ? Parce que la mâchoire s'ouvre jusqu'à l'OSS à chaque cycle, et que des morceaux passent à ce moment-là. Le CSS fixe la fraction fine, l'OSS la fraction grossière.

Un concasseur à mâchoires peut-il servir en secondaire ? Sur de petites installations, oui, avec un modèle à ouverture réduite. Sur les circuits de production, le secondaire est presque toujours un concasseur à cône, qui donne un produit plus régulier et mieux formé.