Le ratio de réduction est le rapport entre la taille de ce qui entre dans un concasseur et la taille de ce qui en sort. C'est le chiffre que tout le monde cite pour comparer des machines, et celui qui trompe le plus quand on ne précise pas comment il a été calculé : deux personnes qui parlent d'une « réduction de tant » ne parlent souvent pas de la même chose, l'une comparant des tailles maximales et l'autre des points de courbes granulométriques.
Cet article fixe la définition utile, montre le calcul sur un exemple explicitement fictif, explique pourquoi la réduction se répartit sur plusieurs étages, et rappelle ce que chaque type de concasseur fait typiquement — sans chiffres de catalogue, parce que la plage réelle dépend du modèle, de la chambre et de la roche, et que seul le fabricant, ou un essai sur votre matériau, peut la donner.
Définition : F80, P80 et ce que le ratio mesure
La façon la plus ancienne de définir la réduction est de diviser la taille du plus gros bloc admissible en entrée par l'ouverture de sortie. Elle a un mérite, la simplicité, et un défaut, l'imprécision : le plus gros bloc est une valeur isolée, et la sortie d'un concasseur n'est pas calibrée à son réglage — une partie du produit passe à l'ouverture maximale.
La définition utilisée aujourd'hui par les bureaux d'études et les fabricants s'appuie sur les courbes granulométriques. On appelle F80 la maille par laquelle passent quatre-vingts pour cent de la masse de l'alimentation, et P80 la maille par laquelle passent quatre-vingts pour cent de la masse du produit. Le ratio de réduction est alors :
R = F80 / P80
Ce choix est une convention : il caractérise une courbe par un seul point situé dans sa partie grossière, là où se décide l'énergie de fragmentation, en ignorant les quelques blocs extrêmes qui fausseraient un calcul sur la taille maximale. C'est aussi la base des méthodes de calcul d'énergie de concassage.
Deux précautions. D'abord, préciser laquelle des deux définitions on emploie : les deux ratios ne se comparent pas. Ensuite, le P80 d'un concasseur n'est pas son réglage : il en dépend, mais aussi de la course, de la chambre et de la roche, et c'est le fabricant qui publie la relation pour son modèle.
Comment le calculer : un exemple fictif
Les valeurs ci-dessous sont arbitraires, choisies pour illustrer la mécanique du calcul, et ne représentent aucune machine ni aucun site.
Supposons une alimentation dont le F80 vaut 600 unités et un produit de primaire dont le P80 vaut 150 unités. La réduction du primaire est 600 / 150 = 4. Ce produit alimente un secondaire qui sort un P80 de 30 unités : réduction du secondaire 150 / 30 = 5. Un tertiaire ramène ensuite le P80 à 10 unités : réduction 30 / 10 = 3.
| Étage | F80 (fictif) | P80 (fictif) | Réduction de l'étage |
|---|---|---|---|
| Primaire | 600 | 150 | 4 |
| Secondaire | 150 | 30 | 5 |
| Tertiaire | 30 | 10 | 3 |
| Circuit complet | 600 | 10 | 60 |
La réduction totale du circuit, 600 / 10 = 60, est le produit des réductions de chaque étage (4 × 5 × 3), pas leur somme. C'est ce qui explique pourquoi trois machines modestes font ce qu'aucune machine seule ne peut faire, et pourquoi ajouter un étage change l'ordre de grandeur, alors que forcer un étage existant ne gagne que quelques unités.
Sur un site réel, le F80 vient d'une analyse granulométrique de l'alimentation — analyse d'images des bennes, tamisage d'échantillons, données de tir — et le P80 d'un échantillonnage du produit ou des courbes du fabricant pour le réglage retenu. Un ratio calculé sur des valeurs supposées vaut ce que valent ces suppositions.
Pourquoi on ne demande pas tout à un seul étage
Chaque mécanisme de fragmentation ne travaille efficacement que dans une plage de tailles limitée. Dans une chambre de compression, un bloc doit être saisi entre les surfaces — l'angle de prise — puis comprimé jusqu'à la rupture, puis les fragments doivent redescendre et être repris. Plus on demande de réduction à cette chambre, plus la roche y séjourne, et trois choses se dégradent en même temps :
- La capacité chute, parce que la chambre se remplit de matériau qui n'a pas encore atteint la taille de sortie.
- La puissance par tonne augmente, et avec elle la sollicitation des paliers, de l'excentrique et de la structure.
- L'usure s'accélère, parce que chaque compression supplémentaire frotte la roche sur les pièces d'usure ; le bas de la chambre s'ouvre plus vite et le réglage dérive.
Il y a aussi une limite mécanique : la géométrie de la chambre — le rapport entre l'ouverture d'entrée et la plage de réglage possible — borne la réduction qu'une machine peut fournir sans bourrer en haut ou produire un excès de fines. Serrer le réglage en dessous de ce que la chambre admet donne un concasseur qui broie la roche sur elle-même au lieu de la laisser passer : c'est le régime de compactage, et il est coûteux.
Répartir la réduction sur des étages successifs, chacun dans sa plage confortable, donne au contraire une capacité stable, une forme de produit correcte et une usure prévisible.
Ce que chaque type fait typiquement
Le tableau ci-dessous décrit le rôle de chaque type et les facteurs qui bornent sa réduction. Les plages chiffrées n'y figurent pas volontairement : elles varient d'un modèle, d'une chambre et d'une roche à l'autre, et le fabricant les précise pour son modèle et son profil de chambre.
| Type | Étage habituel | Ce qui borne la réduction | Remarque |
|---|---|---|---|
| Mâchoires | Primaire | Angle de prise, course, plage de CSS de la chambre | Produit étalé, une partie passe à l'OSS |
| Giratoire | Primaire | Géométrie de la chambre, OSS, alimentation en chambre pleine | Réduction proche de celle de la mâchoire, débit bien plus élevé |
| Cône standard | Secondaire | Profil de chambre, taille d'alimentation admissible | Zone parallèle courte, accepte une alimentation grossière |
| Cône tête courte | Tertiaire | Profil fin, sensibilité à l'alimentation surdimensionnée | Produit régulier, réduction unitaire modeste |
| Percussion (HSI) | Primaire ou secondaire, roche tendre à mi-dure | Vitesse du rotor, abrasivité de la roche | Réduction unitaire élevée, usure rapide sur roche abrasive |
Règle générale : les concasseurs à compression — mâchoires, giratoire, cône — donnent chacun une réduction unitaire modérée et se combinent en étages ; le concasseur à percussion donne une réduction unitaire plus forte, au prix d'une usure qui le réserve aux roches peu abrasives. Le choix entre ces familles est traité dans quel concasseur pour votre roche et votre débit, et l'étage secondaire dans concasseur à cône : fonctionnement.
Réduction, capacité, forme et usure : quatre variables liées
Sur une machine donnée, le levier de la réduction est le réglage — le CSS. Le serrer augmente la réduction et diminue la capacité ; le desserrer fait l'inverse. Mais le réglage agit aussi sur la forme du produit et sur l'usure.
Un concasseur à cône alimenté en chambre pleine produit des grains plus cubiques parce que la roche se comprime en partie sur elle-même ; ce même régime augmente la réduction effective sans changer le réglage. À l'inverse, une chambre sous-alimentée laisse passer des grains plats et allongés, réduit moins et use le bas de la chambre de façon irrégulière. La réduction obtenue est donc autant une question d'alimentation que de réglage.
Enfin, la réduction demandée détermine l'énergie de fragmentation, donc la puissance installée. Les méthodes de calcul d'énergie utilisent précisément le F80 et le P80 comme variables d'entrée — une raison supplémentaire de calculer le ratio sur cette base.
Les erreurs classiques
La première est de dimensionner le primaire sur le plus gros bloc du tir sans regarder la courbe : l'ouverture est choisie pour le bloc extrême, et le réglage nécessaire pour atteindre le P80 visé tombe hors de la plage de la chambre. La méthode correcte est décrite dans dimensionner un concasseur primaire.
La deuxième est de comparer des ratios calculés sur des bases différentes, ou de prendre la réduction « maximale » d'une fiche pour la réduction de fonctionnement continu.
La troisième est d'ignorer que le F80 change avec le tir, la zone exploitée et la saison : un primaire qui reçoit des blocs plus gros que prévu bourre en haut de chambre. Là où ces bourrages deviennent fréquents, un bras de déblocage fixe comme l'IC Boom System évite d'y envoyer du personnel, mais il traite le symptôme ; la cause se trouve dans la courbe d'alimentation.
Pour aller plus loin
Le ratio de réduction est un outil de conception de circuit avant d'être une caractéristique de machine : on part du F80 réel et du P80 exigé en aval, on répartit la réduction en étages, puis on choisit les machines dont la plage de réglage couvre chaque étage avec de la marge. Cette démarche fait partie de nos études de faisabilité ; pour un circuit précis — nouvelle installation, ajout d'étage, changement de roche — la demande de proposition.
Questions fréquentes
Peut-on calculer le ratio de réduction à partir du réglage du concasseur ? Seulement de façon approchée : le P80 dépend du réglage, mais aussi de la course, de la chambre et de la roche. Un échantillonnage du produit réel reste la seule mesure fiable.
Pourquoi la réduction totale est-elle le produit des réductions et non leur somme ? Parce que chaque étage divise la taille caractéristique par son propre ratio : le P80 du primaire devient le F80 du secondaire, et ainsi de suite. Diviser successivement par 4, par 5 et par 3 revient à diviser par 60, avec les valeurs fictives de l'exemple.
Un ratio de réduction élevé est-il toujours souhaitable ? Non. Sur un étage donné, demander plus de réduction que la chambre ne l'admet fait chuter la capacité, augmente la puissance par tonne et accélère l'usure. On préfère ajouter un étage plutôt que forcer une machine hors de sa plage.
Hicham Marouazi, ing., PMP
Ingénieur et chef de projet (PMP) chez Induscoat Solutions. Plus de 16 ans d'expérience sur des sites miniers, énergétiques et pétrochimiques au Canada et à l'international — sélection, installation et mise en service d'équipements industriels.