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La présente invention concerne un procédé et une ins- tallation de soutènement du toit des mines de charbon en combi- naison avec une haveuse à transporteur agencée pour des opéra- tions d'exploitation'en longue-taille. L'expression "haveuse" utilisée dans cette description couvre également les haveuses- chargeuses, les rabots, etc... agencés pour avancer le long d'un grand front.
Un but de l'invention est de créer une nouvelle ins- tallation de soutènement du toit d'une mine à l'arrière d'un nouveau front de taille, et de réduire le temps nécessaire à la mise en place des différents supports de soutènement dans
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cette position.
Un autre but est de -créer un mode de commande perfec- tionné de l'affaissement du toit de la mine à l'arrière des supports de soutènement, notamment de déterminer une ligne de rupture uniforme en arrière de laquelle le toit peut s'affais- ser après l'enlèvement des supports.
Selon l'invention, le procédé de soutènement du toit d'une mine de charbon, pendant les opérations d'exploitation en longue-taille, consiste à disposer alternativement le long du front de taille plusieurs supports extensibles de deux types reliés à un bâti allongé, tel que celui d'un trarsporteur, chaque support étant construit de façon à assurer un soutène- ment étendu du toit de mine en arrière et au-dessus du bâti, à desserrer et à faire avancer les supports du premier type successivement vers le nouveau front de taille après chaque passage de la haveuse le long de ce front de taille, à allonger chaque support ainsi avancé de façon à soutenir la portion de toit nouvellement formée, à faire avancer le bâti progres- sivement vers le nouveau front de taille dans le sillage de la haveuse,
à raccourcir et à faire avancer les supports du deuxième type successivement pour les aligner avec les supports du premier type qui ont été avancés lorsque la partie adjacente du bâti a été complètement avancée jusqu'à la position néces- saire pour la course suivante de la haveuse, et à allonger chaque support ainsi'avancé pour soutenir le toit entre les' supports du premier type.
L'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend plusieurs supports comportant chacun un chapeau en forme de traverse réglable en hauteur, ces supports étant prévus en deux types disposés alternativement le long du bâti, et reliés à lui, les chapeaux étant orientés transversalement par rapport au bâti et présentant vers le front de taille des
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prolongements en porte-à-faux qui sont plus longs pour les 'supports du premier type que pour ceux du deuxième type, afin 'de pouvoir être avancés vers une position dans laquelle ils soutiennent la portion de toit qui vient d'être formée au-dessus du sillage de la haveuse avant qu'il soit possible de faire avancer le bâti auquel les supports sont reliés,
un vérin d'avancement réunissant le bâti et chaque support afin d'assurer les mouvements relatifs entre le premier et les seconds.
Le bâti auquel sont reliés les supports peut être le bâti d'un transporteur disposé le long du front de taille, et ce bâti est articulé ou rendu flexible d'une autre manière afin de pouvoir avancer progressivement sur une partie de sa longueur.
Dans le cas d'un transporteur extensible se déplaçant avec la haveuse, le bâti peut porter un transporteur flexible et adaptable pour permettre aux supports de faire avancer le bâti, et d'avancer ensuite eux-mêmes par tr action sur le bâti.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée, les particula- rités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fige 1 est une vue schématique en plan d'une installation de soutènement dans un chantier de mine représentée de façon simple pour illustrer le mode de fonctionnement de l'ensemble.
La fig. 2 est une vue en perspective d'une partie d'un transporteur et des supports de.soutènement reliés à cette partie.
La fig. 3 est une vue en élévation de la partie antérieure d'un support de soutènement et de sa liaison avec le transporteur, certaines parties du support étant représentées
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en coupe pour montrer l'agencement intérieur.
La fig. 4 est une vue schématique de l'équipement hydraulique et montre le fonctionnement des organes hydrauli- ques de chaque support.
Sur la fig. 1, l'ancien front de taille est représenté en 10 sur le côté gauche, tandis que le nouveau front de taille est représenté en 11 au milieu et sur le côté droit.
Une haveuse-chargeuse 12 à moteur se déplace vers la gauche pour achever le nouveai front de taille 11. la haveuse-chargeuse 12 est guidée par un transporteur 13, qui s'étend en ligne droite le long de l'ancien front de taille et derrière la haveuse-chargeuse 12, mais fait ensuite un coude à l'arrière de la haveuse-chargeuse pour s'étendre en ligne droite le long du nouveau front de taille 11 sur le côté droit de la figure.
Le toit au-dessus du long front de taille est soutenu par plusieurs supports de deux types disposés alternativement, orientés transversalement par rapport au front de taille, et uniformément espacés les uns des autres. Chaque support de toit du premier type 14 comporte un chapeau en forme de traverse de soutènement 15 reposant sur deux étançons hydrau- liques 16. On l'appellera ci-après "support à deux état cons".
Chaque support de toit-17 du deuxième type comporte une traverse de soutènement 18 reposant sur trois étançons hydrauliques 19. On l'appellera "support à trois étançons".
Une partie en porte-à-faux de chaque chapeau de soutènement s'étend vers l'avant au-dessus du transporteur. Le prolongement en porte-à-faux 21 de chaque support à deux étançons 14 est plus long que le prolongement 22 de chaque support à trois étançons 17. La longueur du prolongement en porte-à-aux 21 est telle que chaque support à deux étançons puisse avancer vers le nouveau front de taille immédiatement
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après le passage de la haveuse-chargeuse 12, tandis que la longueur du prolongement en porte-à-faux 22 de chaque support à trois étancons est telle que celui-ci ne puisse avancer vers le nouveau front de taille 11 que lorsque la partie adjacente du transporteur a été poussée vers le nouveau front de taille,
la limitation de la course d'avancement de chaque support à trois étançons étant imposée par la proximité de l'étançon antérieur 19 de chaque support 17 par rapport au transporteur.
Quoique chaque support à trois étançons soit mieux adapté pour soutenir le toit de mine d'un bout à l'autre de son chapeau, les supports à deux étançons 14 alternant avec les premiers permettent de soutenir dans une proportion appréciable, dans le sillage de la haveuse-chargeuse 1,2 le nouveau toit qui vient d'être formé, parce que chaque support à deux étançons 14 est avancé immédiatement après le passage de la haveuse 12.
Chaque support de toit est relié au transporteur 13 par un vérin hydraulique.. Cette liaison et certains détails de l'agencement de chaque support seront décrits ci-.,près en regard des fig. 2 et 3.
Le support à trois étançons 17, représenté au premier plan de la fig. 2, comporte un socle 23 en forme de caisson dont la face inférieure est formée par un patin 24. L'étançon postérieur 25 et l'étançon intermédiaire 26 sont encastrés dans le socle 23, tandis qu' un étançon hydraulique antérieur 27 est encastré d'une manière similaire dais un pot 28 monté au-dessus de l'extrémité antérieure du socle 23. Le pied de l'étançon 27 est légèrement convexe et présente un bossage central 29 librement engagé dans un évidement central 31 au fond du pot 28. Une manchette 32 en caoutchouc ou en matière similaire entoure le pied de l'étançon 27. Elle est maintenue à une certaine hauteur à l'intérieur du pot 28 par une douille d'espacement 33 qui repose sur le fond du pot.
L'étançon 27
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peut ainsi osciller dans une certaine mesure par rapport à la verticale, mais il est normalement centré par la manchette en caoutchouc 32. La pénétration des corps étrangers dans le pot est empêchée par un écran 34 en deux parties entourant étroitement l'étancon, et dont les bords antérieur et postérieur sont respectivement retenus par des cornières antérieure et postérieure 35 et 36. Un certain jeu est ménagé entre les/ cornières et l'écran pour permettre les déplacements de celui- ci lorsque l'étancon 27 oscille en avant,en arrière et transversalement. L'élément télescopique 37 de l'étançon porte une tête légèrement convexe 38 sur laquelle repose le chapeau de soutènement 18, qui se présente sous la forme d'un profilé. en U renversé.
A la face intérieure du fond du chapeau, une plaque d'appui 39 pour la tête 38 est fixée par un boulon 41 à tête conique 42 engagée avec un certain jeu dans une ouverture conique 43 de la tête 38. Le boulon 41 retient ainsi le chapeau de l'étancon, mais permet un certain mouvement an- gulaire entre l'étancon 27 et le chapeau 18 lorsque les étan- çons sont allongés entre un toit et un mur non rigoureusement parallèles ou présentant d'autres inégalités.
L'étançon postérieur 25 et l'étancon intermédiaire 26 sont montés en bas et en haut d'une manière similaire, quoique les pots des pieds: soient en réalité encastrés dans le socle en caisson 23. Le pot 28 de l'étançon antérieur 27 est disposé au-dessus du socle pour permettre le logement d'un vérin d'avan- cement dans la cavité de la partie antérieure du socle 23.
Ce vérin 44, que montre la fig. 3, est à double effet et comporte un cylindre 45 dont l'extrémité antérieure est maintenue par des tourillons verticaux 46 dans une bague de cardan 47, montée à son tour sur des tourillons transversaux les parois latérales 49 du socle en caL sson 23. la tige de piston 51 sortait du cylindre 45 porte une tête formant chape
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52, reliée par un pivot transversal 53 à un bloc 54 articulé sur un pivot 55 monté verticalement sur le côté correspondant du transporteur 13. Le pivot 55 est maintenu par les extrémités dans les ailes d'un étrier 56 fixé au côté du transporteur 13.
Le cylindre 45 et la tige de piston 51 sont ainsi reliés par des articulations à cardan respectivement au socle 23 et au transporteur 13, ce qui permet un certain décalage angulaire, tandis que la longueur du pivot 55 est supérieure à la hauteur du bloc 54 pour pouvoir compenser les différences de niveau entre le transporteur et le socle 23. La tige de piston 51 est protégée par un écran extensible 57 formé par une platine en
U renversé, prolongée par des pattes à encoches 58 en prise avec des tourillons latéraux 59 de la tête 52 de la tige de piston. L'écran coulisse avec la tige de piston dns l'extrémité antérieure ouverte du socle 23, et il couvre en permanence.la tige de piston.
L'agencement de chaque support à deux étançons est en principe similaire, sauf que le socle 61 est plus court et ne porte que deux étancons. L'étançon antérieur 62 est monté dans un pot 63 placé sur le socle 61, tandis que l'étançon postérieur 64 est encastré dans la partie postérieure du socle.
La longueur du chapean de soutènement 15 est cependant égale à celle du chapeau- de"soutènement 18 de chaque support à trois étançons, et sa liaison avec les têtes des étançons 62 et 64 est celle qui a été décrite en regard de la fig. 3. Dans le socle 61 un cylindre de vérin d'avancement est relié à celui- ci par une articulation à cardan comme dans le support à trois étançons, et la tige de piston 65, qui est visible sur la fig. 2, est reliée à un pivot latéral 66 du tran -=porteur 13 par une articulation à cardan telle que celle @ a fig. 3.
Cette tige de piston 65 est également protège il -,[ un écran 67,mais celui-ci présente sur les ailes latérales une rangée de
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trous 68 dans l'un desquels peut être engagée une broche d'arrêt 69,' dont le but sera décrit plus loin.
La distance entre les étançons antérieur et postérieur 62 et 64 est égale à celle entre les étaiçons antérieur et inter- médiaire 27 et 26 du support à trois élançons, tandis que la distance entre les étançons intermédiaire et postérieur 26 et 25 de ce dernier support est sensiblement égale au maximum de la course d'avancement de chaque support, telle qu'elle est déterminée par le vérin d'avancement,
La force/motrice pour actionner les vérins d'avance- ment 45 et pour le serrage des étançons est fournie par une source de pression hydraulique non représentée, qui alimente deux conduits distributeurs 71 et 72 et reçoit l'échappement par un conduit collecteur 73. Ces trois conduits sont fixés le long du transporteur 13.
Le conduit distributeur 71 alimente en fluide hydraulique les supports à trois étançons, tandis que le conduit distributeur 72 alimente les supports à deux étalons. Cependant, un seul conduit distributeur peut égale- ment alimenter tous les supports si on le désire. Pour chaque vérin d'avancement 44, l'admission et le retour du fluide hy- draulique ont lieu par l'intermédiaire d'un distributeur sé- lecteur 74 monté sur un côté du transporteur 13. Ce distribu- teur sélecteur 74 peut être commandé par un arbre 75, dans lequel on peut insérer une broche pour le faire tourner. Chaque support est muni d'une soupape de mise sous pression et d'une soupape d'échappement placés derrière le pot 28 de l'étançon antérieur.
La soupape de mise sous pression peut être commandée par un arbre 76 et la soupape d'échappement par un arbre 77 (fig. 2).
La constitution et l'agencement du distributeur et des soupapes sont représentés schématiquement sur le schéma hydraulique de la fig. 4. Le distributeur sélecteur 74 comporte
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deux tiroirs 78 et 79, qui sont actionnés par un balancier
81 -solidaire de l'arbre de commande 75, et poussés respective- .ment .cantre ce ,balancier par des ressorts 82 et 83. Dans la position médiane -du balancier 81, les tiroirs 78 et 79 obtu- rent un canal d'admission-84 qui communique par un autre canal
85 avec le conduit distributeur 71. Un canal de départ 86 débouche dans un espace annulaire entourant une tige centre- le
88 du tiroir 78, tandis qu'un canal de départ 87 débouche dans un espace annulaire similaire entourant la tige centrale
89 du tiroir 79.
Ces deux espaces annulaires communiquent entre eux 'par un canal de retour 91, qui communique par un autre canal 92 avec le conduit collecteur 73.
La tige de piston creuse 51 du vérin d'avancement 44 contient un tube central 93, qui la divise en un canal central
94 relié par un conduit 95 au canal de départ 86, et @n un canal annulaire 96 relié par un conduit 97 au canal de départ
87. Le canal central 94 passe à travers le piston 98 pour déboucher dans la chambre @9 du cylindre, tandis que le canal annulaire 96 communique par un orifice latéral 101 de .La tige . 51 avec la chambre 102 du cylindre autour de la tige.
Lorsque l'arbre de commande 75 fait basculer le balancier 81 pour pousser le tiroir 78, de façon qu'il obture le canal de retour
91 et découvre le canal d'admission 84, le liquide @2 conduit distributeur 71 passe par le canal 85, le canal le canal de départ 86, le conduit 95 et le canal central 94 dans la chambre 99 du vérin, tandis que le liquide que contient la chambre annulaire 102 passe par l'orifice 101, le canal an u- laire 96, le conduit 97, le canal de départ 87, le canal de retour 91 et le canal 92 dans le conduit collecteur 73.
Il en résulte donc un allongement du vérin d'avancement 44, tandis qu'un mouvement de rotation de l'arbre 75 dans le sens opposé
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entraîne une contraction du-vérin 44. 'Lorsque le balancier ?l'occupe sa position médiane, représentée sur la figure, il est évident que les deux chambres 99 et 102 du vérin commu- niquent librement entre elles et avec le conduit collecteur 73 par l'intermédiaire du distributeur 74.
A côté du véit 44 est montée une boîte 103 contenant un clapet de retenue 104 permettant le passage du fluide de la chambre annulaire 102 du vérin par un conduit 105 et un autre conduit 106 aboutissant au canal d'admission 107 de la soupape de mise sous pression 108. Cette soupape 108 comprend un tiroir à ressort 109, qui peut être poussé à l'encontre de l'action du ressort par une came 111 solidaire de l'arbre de commande 76, pour découvrir le canal d'admission 107 et un canal de départ 112. Ce canal de départ 112 est relié par un conduit ramifié 113 à trois clapets de retenue 114, 115, 116, permettant le passage du fluide par des conduits 117, 118, 119 respectivement vers les vérins hydrauliques 27, 26, 25.
Les clapets de retenue 114, 115 , 116 sont montés dans une boîte 121, qui contient trois autres clapets de retenue 122, 123, 124 permettant le passage du fluide des étançons 27, 26, 25 par les conduits 117,118, 119 dans un conduit ramifié 125.
Ce conduit ramifié 125 est raccordé au canal d'admission 126 d'une soupape de décharge 127, comportant un tiroir à ressort 129 actionné par une came 128 que porte l'arbre de commande 77, et qui fonctionne également comme soupape de sûreté. L'extrémité du tiroir 129 opposée à la came contient un clapet à ressort 131, qui s'ouvre sous la poussée d'une pression excessive régnant dans le conduit ramifié 125 et provenant de l'un des étançons 27,26 ou 25, pour permettre au liquide de s'échapper par le canal de départ 132 de la
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soupape 127. On peut également réduire'la pression simultané- ment dans les trois étançons en faisant tourner l'arbre de commande 77 et la came 1-2-8 pour pousser le tiroir 129 vers Intérieur.
Le canai de départ 132 est relié par un conduit
133 à deux autres clapets de retenue 134 et 135 montés dans la boite 103. Le clapet 134 permet le passage du fluide dans le conduit 105 aboutissant à la chambre annulaire 102 du cylindre de vérin 45, tandis que le clapet 135 laisse passer le fluide dais un conduit 136 qui aboutit à la, chambre 99 du vérin.Les clapets de retenue 134 et 135 permettent donc toujours le passage- du fluide, depuis la soupape de décharge, vers celle des chambres 99 ou 102 du vérin dans laquelle règne une basse pression, ensuite par le conduit 95 ou 97 et le distributeur sélecteur 74 dans le conduit collecteur 73.
D'autre part, le clapet de retenue 104 que contient la boite 103 laisse passer le liquide sous pression de la chambre annulaire 102 vers la soupape de mise sous pression 108.
Lorsque celle-ci est actionnée, le liquide peut passer de la manière décrite dans les trois vérins 27, 26, 25, de sorte que le chapeau de soutènement porté par ces trois vérins est ser- ré contre le toit de la galerie.
Chaque support à deux étançons comprend un vérin d'avancement, une soupape de mise sous pression et une soupape de décharge montés dans un circuit hydraulique tel que: celui décrit en regard de la fig. 4, saufque les trois vérins représentés sont alors remplacés par deux vérins.Pour les besoins de la description du fonctionnement de l'installa- tion de soutènement, il faut préciser que le vérin d'avance- ment d u support à deux élançons représenté à la figure 2 est commandé par un arbre 75a qu'on voit en partie, qu'un arbre
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76a commande le soupape de mise sous pression, et qu'un arbre 77e commande la soupape de décharge.
On voit sur la fige 1 que les supports à deux et à trois élançons, placés devant le front de taille à abattre, sont alignés avec leurs prolongements en porte-à-faux 21 et 22 au-dessus du transporteur, qui s'étend dans cette zone le long de l'ancien front de taille. Ires vérins d'avancement 44 des supports à deux étançons sont en extension complète, tandis que les vérins d'avancement des supports à trois étançons sont complètement contractés. Dès que la haveuse- chargeuse 12 a dépassé chacun des supports à deux étançons, pour lui permettre d'avancer sans heurter la nageuse, l'opé- rateur fait tourner l'arbre de commande 77a de la soupape de décharge pour faire descendre le chapeau de soutènement 15.
En faisant ensuite tourner l'arbre de commande 75a du dis- tributeur sélecteur, l'opérateur peut faire passer du fluide hydraulique dans la chambre annulaire 102 du vérin d'avan- cement 44 afin de raccourcir ce vérin et lui permettre de faire avancer le support à deux étançons en tirant sur le transporteur 13.Si l'avancement complet n'est.pas nécessaire, l'opérateur peut en limiter la course en insérant la barre d'arrêt 69 dans un trou 68 approprié de l'écran 67, la course d'avancement est alors déterminée par la butée de l'ex- trémité antérieure du socle 61 contre la barre d'arrêt 69.
Tout en maintenant la pression dans la chambre annulaire 102 du vérin 44-, l'opérateur fait ensuite tourner l'arbre de com- mande 76a de la soupape de mise sous pression, pour faire pénétrer le fluide hydraulique dans les étançons hydrauli- ques 62 et 64, c'est-à-dire pour resserrer le chapeau de soutènement 15 contre le. toit. Les supports à deux étançons, que la fige 1 montre dans le sillage de la haveuse-chargeuse
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12, occupent tous cette position avancée jusqu'au support indiqué en 14a.
Lorsque l'opérateur a fait avancer de cette manière les supports à deux étançons-, et après le serrage de leurs chapeaux de soutènement 15, il fait tourner l'arbre de commande 75a du distributeur sélecteur pour le ramener à la position médiane, de façon que les deux chambres du vérin
44 soient en communication avec le conduit collecteur de retour.
En regard du nouveau front de taille 11, où les supports à deux et à trois étançons sont décalés les uns par rapport aux autres, les étançons postérieurs 64 des supports à deux étançons sont alignés entre eux et avec les étamçons intermédiaires 26 des supports à trois étançons. Quoique le toit soit sensiblement soutenu par les supports à trois étançons à l'arrière des étançons 64, la poussée de ces derniers a tendance à amorcer une rupture du toit le long de leur ligne. Au moment de l'avancement de chaque support à trois étançons, le toit a donc tendance à s'affaisser uniformément en arrière de la ligne prédéterminée de rupture initiale du toit.
L'opération suivante consiste à faire avancer progres- sivemen t la partie du transporteur.13 à l'arrière de la haveuse- chargeuse par un mouvement de reptation. A cet effet, l'opé- rateur fait tourner l'arbre de commande 75 du distributeur sé- lecteur pour faire passer le fluide hydraulique dans la chambre 99 du vérin 44 de chaque support à trois étançons 17 qui doit avancer. Etant donné que les supports à trois étançons 17 sont coincés entre le toit et le sol, leurs vérins d'avan- cement 44 exercent une poussée d'avancement modérée sur le transporteur, à laquelle ne s'oppose que 1 'élasticité, naturel- le du transporteur, et qui n'entraîne aucune déformation por-
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manente.
Chaque fois qu'une section du.. transporteur a été amenée à proximité du nouveau front de ta@@@e, c'est-à-dire à la position indiquée en regard du suppora@@ trois étançons
17a, l'opérateur peut faire avancer ce support 17a séparé- ment pour l'amener dans l'alignement des supports à deux étancons déjà avancés. A cet effet, il fait d'abord tourner l'arbre de commande 77 de la soupape de décharge pour faire - descendre les étançons 25,26, 27 portant le chapeau/de soutènement 18. Il fait ensuite tourner l'arbre de commande
75 du distributeur sélecteur 74 pour faire passer le fluide hydraulique dans la chambre annulaire 102 du vérin d'avancement
44,de sorte que ce dernier se contracte.
Le support à trois étançons 17a est ainsi tiré vers le transporteur 13, jusqu'à ce que la tige du vérin 44 soit complètement rentrée, le support 17a étant alors aligné avec les supports à deux étan- çons situés en avait. L'opérateur fait alors tourner l'arbre de commande 76 de la soupape de mise sous pression pour faire passer le fluide hydraulique dams les étançons 25, 26, 27, afin qu'ils s'allongent et réappliquent le chapeau de soutène- ment 18 contre le toit. Après ce serrage du chapeau, l'opéra- teur peut ramener l'arbre de commande 75 du distributeur sélecteur 74 à sa position médiane de façon que les deux cham- bres du vérin d'avancement 44 soient en communication avec le conduit collecteur de retour.
Lorsque la hâveuse-chargeuse atteint la fin de sa course, elle repart dans le sens opposé pour abattre le nouveau front de taille. La suite des opérations décrite pour la course de droite à gauche est alors la même pour la course de gauche à droite.