Les types de chevalement

Chevalement en Béton

C’est une construction en bois, en béton ou en métal qui sert à descendre et remonter les mineurs, le minerai et le matériel. Les chevalements sont surmontés d’une ou plusieurs molettes ou passent les câbles d’extractions. L’extrémité du câble est enroulée sur une machine d’extraction et l’autre extrémité est reliée à la cage d’ascenseur. De nos jours, une vingtaine de chevalements ont été conservés et inscrits monuments historiques pour symboliser l’histoire du charbon du Nord-Pas-de-Calais.

Chevalement Métallique

La forme du chevalement est déterminée par les efforts à supporter. Ceux-ci sont verticaux en ce qui concerne les câbles qui descendent dans le puits, obliques en ce qui concerne les tronçons de câbles allant des molettes à la machine.

La résultante de ces efforts est une ligne oblique, partant de l’axe des molettes et moins inclinée que la ligne reliant celui-ci à l’axe de la machine.

Il en résulte que le chevalement comprendra une tour verticale au-dessus du puits et deux contreforts robustes reposant sur des blocs de maçonnerie

Les chevalements en bois ne se rencontrent plus que sur des puits peu importants.Par contre de nombreux chevalements modernes sont construits en béton armé. Ils comportent, sauf rares exceptions, les mêmes éléments que les chevalements métalliques, c’est-à-dire une tour au-dessus du puits et deux poussards obliques.

Les molettes doivent avoir un diamètre aussi grand que possible, pour diminuer la fatigue du câble. Avec les câbles plats en aloès on admet en général que ce diamètre doit être de 30 à 50 fois l’épaisseur du câble, avec un minimum de deux mètres. Avec les câbles ronds en acier, le diamètre de la molette doit être au moins égal à 100 ou 150 fois celui du câble et au moins à 1.500 fois celui des fils élémentaires du câble (2.000 fois pour les câbles à grande résistance par mm2 de section). On arrive ainsi fréquemment à 5 ou 6m de diamètre.

Chevalement en Bois

La molette est constituée par une grande roue en acier, dont les rayons sont renforcés par des cercles concentriques également en acier. La jante est en acier ou en fonte, garnie parfois d’une fourrure en bois qu’on remplace lorsqu’elle est usée.

Le câble du chevalement

Diverses sortes de câbles : Les câbles d’extraction sont fabriqués soit avec des matériaux végétaux (chanvre ou aloès), soit en acier.Les premiers sont presque toujours plats, formés de câbles ronds (aussières) accolés et cousus côte à côte. Les seconds sont également formés de câbles ronds mais accolés côte à côte (câbles plats) ou enroulés en spirale (câbles ronds).câbles végétaux : Les câbles végétaux sont formés d’un certain nombre d‘aussières juxtaposées et cousues au moyen d’une machine spéciale, chaque aussière étant elle-même formée par l’enroulement d’un certain nombre de câbles ronds ou torons tordus en hélice. Les aussières, en nombre pair, ont des enroulements en sens contraire afin d’empêcher le mouvement de torsion dû à la torsion ou à la détorsion des hélices. Le câble a ainsi 4,6 ou 8 aussières, composées en général de 3 torons, parfois 6, chaque toron ayant lui-même 6 à 12 fils. Le pas de l’hélice est de 12 à 16 fois le diamètre du toron ou de Paussière. Au moment de la mise en service du câble, les hélices ont tendance à se redresser sous l’effet de la traction. Le câble subit un allongement très net en début, puis sa longueur ne varie plus guère jusqu’à l’époque où le câble est usé. Il s’allonge alors rapidement, ce qui montre qu’il est urgent de le remplacer. La matière la plus employée est Valoès ou chanvre de Manille, plus résistant que le chanvre. Dans les puits secs et chauds, il convient d’arroser de temps en temps les câbles d’aloès. Les câbles végétaux sont beaucoup plus lourds, à résistance égale, que les câbles métalliques, aussi leur emploi devient-il très difficile dans les puits profonds. On peut remédier à cet inconvénient en donnant au câble une section décroissante au fur et à mesure qu’on est plus près de la cage. En effet la partie inférieure du câble n’a à supporter que le poids de la cage, tandis que la partie supérieure doit supporter en plus tout le poids du câble entre le point considéré et la cage. Cette diminution de section se fait en supprimant, de distance en distance, un fil dans chaque toron, au besoin un toron dans chaque aussière. La solution parfaite consiste à diminuer ainsi progressivement la section du câble, suivant les variations de la charge à chaque hauteur. On aboutit ainsi, pour le profil du câble, à une courbe d’allure logarithmique. Une solution plus simple consiste à composer le câble de tronçons uniformes, de section progressivement décroissante. On a ainsi des câbles du type des câbles légers Vertongen.

Chevalement avec sa molette
La section du câble mesure de 8 à 10 centimètres de diamètres et pèse 12,5 Kilos au mètre.
Le câble mesure entre 500 et 1000 mètres et  il est changé tous les deux ans
Câble clos
Formé avec des fils ronds recouverts par des fils profilés, il donne l’aspect d’une barre d une barre.

Câbles métalliques plats : Les câbles métalliques plats sont composés de 4 à 10 aussières, réunies par une forte couture faite avec un fil moins dur que le câble. Chaque aussière, à l’hélice très allongée, ne comporte en général que 4 torons, de 6 à 8 fils entourés le plus souvent autour d’une âme en chanvre, qui donne plus de souplesse au câble. Les fils sont en acier, d’une résistance de 130 à 150kg par mm2. 180 à 200kg si l’on emploie des aciers durs au creuset. Câbles métalliques ronds : Les câbles métalliques ronds sont formés de torons (6 à 8) entourés autour d’une âme en chanvre, chaque toron étant formé lui-même de 6 à 12 fils autour d’une âme en chanvre ou en acier Le diamètre des fils est habituellement de In»n8 à 2nnn. Des fils plus fins augmentent la souplesse du câble mais s’oxydent plus vite.

. On peut croiser les enroulements des   divers torons, ce qui améliore la liaison des divers éléments et augmente la résistance ; mais la surface extérieure étant plus irrégulière, l’usure des tambours de la machine d’extraction est plus rapide. Les câbles sont parfois plus compliqués que celui que représente la fig. 149. Lorsqu’on veut obtenir une résistance plus forte, on n’augmente pas le nombre de torons au delà de 8 ou 9 ; on préfère augmenter le nombre de fils dans les torons, en les portant par exemple à 25, 30 ou 35 disposés en plusieurs couches concentriques Les câbles métalliques ronds peuvent être également calculés à section décroissante, d après une des solutions indiquées plus haut. Toutefois la suppression  d’un fil dans le toron est plus délicate, lorsque le nombre de fils est faible. Il existe des câbles métalliques  de section spéciale. Tels sont les câbles enclavés composés de couches concentriques de fils enroulés en hélice, les fils des couches extérieures ayant une forme trapézoïdale ou une forme spéciale en S, de façon à obtenir une surface extérieure parfaitement lisse. La couche   de  fils  trapézoïdaux  est souvent remplacée par une couche   de fils en X alternant avec des fils ronds. Ces câble lisses trouvent notamment leur emploi pour les câbles guides ou pour les câbles porteurs des transports aériens, mais  on en rencontre  aussi comme câbles d’extraction.

Comparaison des divers types de câbles : Nous ne donnerons pas les calculs qui permettent de déterminer la section et la composition du câble suivant le poids à enlever et la profondeur du puits, mais nous donnerons quelques indications sur les avantages et les inconvénients des divers types de câbles. Les câbles en aloès sont flexibles, d’un bon emploi dans les puits humides, et se prêtent mieux à une diminution progressive de la section. Lorsqu’ils sont usés, un allongement rapide prévient du danger que présente leur maintien en service. Leur section plate convient à l’emploi de bobines (voir paragraphes suivants), moins encombrantes que les tambours.

Par contre ils sont plus lourds, à résistance égale, que les câbles métalliques, et d’un prix élevé.

Les câbles métalliques plats présentent le même avantage que les câbles en aloès au point de vue de l’emploi des bobines. Ils sont plus légers, mais plus sensibles à la fatigue par les secousses à l’enlevage (c’est-à-dire au démarrage de la cage), et par le pliage. Ils ont tendance à se déformer et la couture à se rompre si elle n’est pas très soignée.

Les câbles métalliques ronds sont moins souples que les câbles en aloès, plus sensibles à l’humidité et nécessitent l’emploi de tambours encombrants,

à moins qu’on n’adopte le système Kœpe, qui ne comporte qu’une grande poulie, avec câble continu.

Par contre ces câbles sont moins lourds, moins coûteux et permettent l’extraction à grande profondeur. Leur emploi se développe de plus en plus.

Entretien des câbles : La rupture d’un câble entraîne des conséquences graves : chute des cages au fond, avaries au guidage, accidents au personnel qui circule dans les cages. On doit donc veiller avec grand soin à leur entretien et les remplacer avant qu’ils ne soient trop usés.

On doit d’abord calculer largement la force du câble choisi, avec un grand coefficient de sécurité (8 ou 10 fois la charge prévue). Les organes d’enroulement de la machine d’extraction, les molettes doivent être disposés de façon à fatiguer le câble le moins possible. On évite les secousses au démarrage. La surveillance doit être constante ; avant chaque poste des ouvriers spéciaux procèdent à l’examen du câble qu’on fait descendre lentement dans le puits. Cet examen est renouvelé après chaque incident qui fait craindre que le câble n’ait subi un effort anormal. Tous les trois mois on coupe, sur deux ou trois mètres, la partie voisine de la cage (la patte) qui supporte les chocs au démarrage et on refait l’attelage. On profite de cette coupure de la patte pour examiner avec soin le tronçon enlevé. Les essais des câbles sont pratiqués soit avant la mise en service, soit sur les tronçons coupés. On recherche la limite de rupture à la traction au moyen d’une machine spéciale, au besoin sur la moitié de la largeur ou sur les torons si l’on ne dispose pas d’une machine assez puissante.  On essaie également les fils métalliques isolément à la rupture et au nombre de flexions ou de torsions avant rupture. Les câbles, ainsi surveillés et utilisés dans de bonnes conditions, peuvent durer environ deux ans pour les câbles ronds en acier ou les câbles en aloès, parfois davantage ; les câbles plats métalliques ont généralement une durée moindre.