FR3039851A1 - Outil d'excavation par impulsions electriques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le domaine de l'excavation par impulsions électriques et plus particulièrement un outil d'excavation par impulsions électriques (1) comprenant au moins un générateur électrique (3) avec un arbre rotatif pour générer de l'électricité à partir de la rotation de l'arbre rotatif, un module d'électronique de puissance (4), connecté électriquement au générateur électrique (3) pour être alimenté par le générateur électrique (3) afin de générer des impulsions électriques d'une puissance instantanée plus élevée que une puissance instantanée du générateur électrique (3), et une pluralité d'électrodes (5a,5p), dont au moins une électrode (5a) connectée audit module électronique de puissance (4), disposées sur une face frontale de l'outil de d'excavation (1). L'invention concerne en outre un ensemble d'excavation comprenant un tel outil (1), un procédé d'excavation par impulsions électriques, ainsi qu'un procédé de remplacement d'un tel outil d'excavation par impulsions électriques (1) par un autre outil d'excavation (1') ou viceversa.

Description

Arrière-plan de l'invention

La présente invention concerne le domaine des outils d'excavation, et particulièrement celui des outils d'excavation à impulsions électriques.

On connaît, parmi les outils d'excavation existants, notamment les outils d'excavation de type à fraise dans lesquels une tête de coupe rotative, dite fraise, désagrège le sol pour permettre ensuite l'évacuation des déblais ainsi obtenus. Les outils d'excavation du type fraise sont utilisés le plus souvent pour réaliser dans le sol des tranchées de profondeur relativement importante, jusqu'à 200 mètres, et d'épaisseur relativement réduite par rapport à ladite profondeur, l'épaisseur étant typiquement comprise entre 500 mm et 1800 mm. Une largeur typique de l'outillage est 2800 mm. Un des intérêts de ces machines est de permettre la réalisation de telles tranchées de profondeur importante qui respectent des critères de verticalité rigoureux, notamment afin d'assurer une bonne continuité entre panneaux adjacents. L’ensemble de la tranchée est obtenu par creusement successif de panneaux adjacents et juxtaposés.

Un inconvénient toutefois de ces outils d'excavation est qu'ils sont peu efficaces dans l'excavation de couches de sol particulièrement dures, et notamment de couches rocheuses. Afin de résoudre ce problème, des outils d'excavation à impulsions électriques ont été proposés, par exemple dans les publications de demandes de brevet US 2003/0137182 et EP 1474 587. Ces outils d'excavation comprennent typiquement des électrodes, disposées sur une face frontale de l'outil d'excavation. Des décharges électriques de haute puissance entre ces électrodes peuvent désagréger la roche située directement sous la face frontale, de manière plus économe en énergie qu'une fraise. Néanmoins, l'alimentation électrique des électrodes pose d'autres problèmes. Même quand l'outil d'excavation à impulsions électriques comprend aussi un module électronique de puissance pour convertir en décharges de haute puissance, mais courte durée, une alimentation électrique continue à puissance nominale plus modeste, la puissance d'alimentation reste suffisamment élevée pour poser des problèmes de sécurité des équipements et des personnes en cas de rupture du câble d'alimentation à proximité de la surface.

Objet et résumé de l'invention

La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un outil d'excavation à impulsions électriques qui permette une excavation efficace de couches rocheuses dures, sans mettre en danger la sécurité des personnes et du matériel en surface. Cet outil peut être du type comprenant un module d'électronique de puissance apte à générer des impulsions électriques d'une puissance instantanée plus élevée que une puissance instantanée d'alimentation, et une pluralité d'électrodes, dont au moins une électrode connectée audit module électronique de puissance disposées sur une face frontale de l'outil de forage.

Ce but peut être atteint grâce au fait que l'outil d'excavation à impulsions électriques comprend en outre au moins un générateur électrique avec un arbre rotatif pour générer de l'électricité à partir de la rotation de l'arbre rotatif, et que le module d'électronique de puissance est connecté électriquement au générateur électrique pour être alimenté par le générateur électrique afin de générer les impulsions électriques.

Grâce à ces dispositions, l'énergie nécessaire pour le fonctionnement de l'outil d'excavation à impulsions électriques peut lui être transmise depuis la surface sous une forme différente, et plus sûre, que celle d'un courant électrique, pour être convertie ensuite en électricité par le générateur électrique de l'outil d'excavation. En particulier, cette énergie peut être transmise sous forme d'énergie mécanique par un milieu solide, liquide ou gazeux.

Dans l'outil d'excavation à impulsions électriques, la pluralité d'électrodes peut notamment comprendre une rampe de plusieurs électrodes disposée en périphérie de la face frontale de l'outil de forage, de manière à créer ainsi un front d'excavation actif sur cette périphérie de la face frontale, et faciliter ainsi la désagrégation de la matière du sol sous la face frontale. D'autre part, la pluralité d'électrodes peut aussi comprendre au moins une électrode disposée dans une zone centrale de la face frontale, de manière à agir comme casse-redan.

Le module d'électronique de puissance peut être apte à produire des impulsions électriques d'au moins 50 kV de voltage, au moins 1 kA d'intensité, et/ou au moins 30 nanosecondes de durée, et/ou avec une fréquence de répétition d'au moins 1 Hz.

La pluralité d'électrodes peut notamment comprendre au moins deux électrodes connectées au module électronique de puissance, et le module d'électronique de puissance être configuré pour transmettre des impulsions électriques séparément à chacune d'au moins deux électrodes auxquelles le module électronique de puissance est connecté, de manière à permettre ainsi un déphasage entre les impulsions transmises à chacune des électrodes pour augmenter l'efficacité de l'excavation et/ou incliner le front d'excavation sans incliner l'outil.

Pour adapter la forme du front d'excavation, l'outil d'excavation peut toutefois aussi comprendre un dispositif d'actionnement d'un mouvement d'au moins une électrode de ladite pluralité d'électrodes. Ce mouvement peut notamment comprendre au moins une composante verticale et/ou une composante horizontale.

Afin de permettre le déblayage du matériau désagrégé sous sa face frontale, l'outil d'excavation à impulsions électriques peut comprendre en outre au moins une bouche d'évacuation de déblais.

Par ailleurs, afin de faciliter ce déblayage, l'outil d'excavation à impulsions électriques peut aussi comprendre en outre un conduit d'alimentation en fluide, débouchant sur au moins une buse d'injection de fluide disposée sur une face frontale de l'outil d'excavation. Le fluide injecté ainsi sous la face frontale de l'outil d'excavation peut de cette manière, lors de son aspiration par la bouche d'évacuation de déblais, entraîner avec lui ces déblais de manière particulièrement efficace. Pour mieux distribuer ce fluide sous la face frontale de l'outil d'excavation, le conduit d'alimentation en fluide peut déboucher sur une pluralité de buses d'injection de fluide distribuées sur la face frontale de l'outil d'excavation à impulsions électriques. Par ailleurs, le conduit d'alimentation en fluide peut en particulier être apte à alimenter l'au moins une buse d'alimentation en liquide, et notamment en boue de forage, de manière à entraîner les déblais avec ce liquide, mais il peut alternativement être apte à alimenter l'au moins une buse d'injection en gaz, notamment en air sous pression, de manière à entraîner les déblais avec ce gaz.

Parmi les outils d'excavation du type fraise de l'état de la technique, on connaît des outils à entraînement hydraulique, comprenant un moteur hydraulique pour actionner la rotation de la tête de coupe, comme par exemple dans la publication de demande de brevet EP 1 486 620. Ce même principe est également applicable à l'actionnement de l'arbre rotatif du générateur électrique de l'outil d'excavation par impulsions électriques, pour permettre une plus grande versatilité et fiabilité que l'utilisation d'organes solides de transmission, comme des arbres, chaînes ou courroies. Ainsi, l'outil d'excavation par impulsions électriques peut comprendre un moteur hydraulique couplé audit arbre rotatif pour actionner la rotation de l'arbre rotatif. Pour faciliter le démontage et le remplacement d'un tel outil d'excavation par impulsions électriques à actionnement hydraulique, celui-ci peut comprendre une interface de montage avec au moins un organe de fixation mécanique et au moins un raccord hydraulique en communication fluide avec ledit moteur hydraulique. Le raccord hydraulique peut notamment comprendre au moins un passage pour l'arrivée de liquide hydraulique au moteur hydraulique et un passage pour le retour de liquide hydraulique du moteur hydraulique, quoiqu'il serait également envisageable de se passer du passage de retour, par exemple si on utilisait comme fluide hydraulique un liquide pouvant ensuite être injecté sous la face frontale de l'outil d'excavation pour faciliter l'évacuation des déblais.

Cette divulgation concerne également un ensemble d'excavation comprenant un châssis de support et un tel outil d'excavation à impulsions électriques avec interface de montage dans lequel l'interface de montage de l'outil d'excavation est montée de manière libérable sous le châssis de support, de manière à faciliter le démontage de l'outil d'excavation par impulsions électriques, ainsi que son éventuel remplacement par un outil d'excavation pouvant être d'un type différent, comme par exemple un outil d'excavation du type fraise.

Par ailleurs, afin de permettre l'inclinaison du front d'excavation, le châssis de support peut comprendre un dispositif d'inclinaison de l'outil d'excavation autour d'au moins un axe. Pour faciliter le déblayage sous la face frontale de l'outil d'excavation, cet ensemble d'excavation peut comprendre en outre une pompe d'aspiration de déblais, pouvant être située, par exemple, dans l'outil d'excavation ou dans le châssis de support. Si l'outil d'excavation présente une bouche d'évacuation de déblais, cette pompe d'aspiration de déblais peut être disposée en communication fluide de la bouche d'évacuation de déblais, en aval de celle-ci, de manière à aspirer les déblais à travers la bouche d'évacuation de déblais. En outre, cette pompe d'aspiration de déblais peut être, par exemple, à actionnement hydraulique. Ainsi, si la transmission de puissance au générateur électrique se fait aussi par voie hydraulique, un même circuit hydraulique pourrait être utilisé pour actionner le générateur électrique et la pompe d'aspiration de déblais.

Pour faciliter la descente de l'outil d'excavation dans un puits ou tranchée en cours d'excavation, l'ensemble d'excavation peut comprendre une potence à laquelle le châssis de support et l'outil d'excavation sont suspendus par au moins un câble. L'ensemble d'excavation peut en outre comprendre un circuit hydraulique avec une pompe, apte à être connecté audit moteur hydraulique de l'outil d'excavation à travers ledit raccord hydraulique pour l'actionnement du moteur hydraulique de l'outil d'excavation.

Cette divulgation concerne également un procédé d'excavation par impulsions électriques dans lequel un arbre rotatif d'un générateur électrique d'un outil d'excavation par impulsions électriques est actionné pour générer de l'électricité, un module d'électronique de puissance, connecté électriquement au générateur électrique, est alimenté en énergie électrique par le générateur électrique de manière à générer des impulsions électriques d'une puissance instantanée plus élevée qu'une puissance instantanée de l'électricité générée par le générateur électrique, les impulsions électriques générées par le module d'électronique de puissance produisent des décharges entre électrodes d'une pluralité d'électrodes, dont au moins une électrode connectée audit module électronique de puissance, disposées sur une face frontale de l'outil d'excavation, pour désagréger une matière rocheuse située sous la face frontale de l'outil d'excavation, et la matière rocheuse désagrégée est évacuée, par exemple mais pas nécessairement à travers une bouche d'évacuation de déblais.

Afin de faciliter l'évacuation des déblais, un fluide peut être injecté sous la face frontale de l'outil d'excavation à travers un conduit d'alimentation en liquide débouchant sur au moins une buse d'injection disposée sur la face frontale de l'outil d'excavation, et entraîne la matière rocheuse désagrégée lors de son évacuation. L'arbre rotatif peut notamment être actionné par un moteur hydraulique, quoique d'autres moyens de transmission de puissance, par exemple mécaniques ou pneumatiques, soient également envisageables.

Cette divulgation concerne également un procédé de remplacement, sur un ensemble d'excavation comprenant un châssis de support, d'un premier outil d'excavation, comprenant une interface de montage, avec au moins un organe de fixation mécanique et au moins un dispositif de transmission de puissance, montée sous le châssis de support, par un deuxième outil de d'excavation comprenant une interface de montage avec aussi au moins un organe de fixation mécanique et au moins un dispositif de transmission de puissance, l'un du premier et du deuxième outils de d'excavation étant un outil d'excavation par impulsions électriques tel que décrit dans cette divulgation, configuré de manière à permettre l'actionnement de l'arbre rotatif du générateur électrique à travers le dispositif de transmission de puissance, et l'autre du premier et du deuxième outils d'excavation étant un outil d'excavation comprenant un organe de fraisage configuré de manière à permettre l'actionnement de l'organe de fraisage à travers le dispositif de transmission de puissance. Le procédé de remplacement comprend la déconnexion de l'interface de montage du premier outil de d'excavation du châssis de support, et la connexion de l'interface de montage du deuxième outil de d'excavation au châssis de support. Le dispositif de transmission de puissance du premier outil d'excavation et le dispositif de transmission de puissance du deuxième outil d'excavation peuvent comprendre chacun au moins un moteur hydraulique et au moins un raccord hydraulique connecté audit moteur hydraulique pour son actionnement.

Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble d'excavation pendant l'excavation d'une tranchée ; - la figure 2 est une vue schématique d'un outil d'excavation par impulsions électriques de l'ensemble de la figure 1 ; - les figures 3A à 3D illustrent schématiquement plusieurs variantes envisageables dans la configuration des électrodes de l'outil d'excavation par impulsions électriques de la figure 2 ; - la figure 4 illustre encore une autre variante envisageable dans la configuration des électrodes ; - les figures 5A et 5B illustrent schématiquement un déplacement vertical d'électrodes d'un outil d'excavation par impulsions électriques suivant une autre variante ; et - la figure 6 est une vue en perspective de l'outil d'excavation par impulsions électriques de la figure 2, avec un outil d'excavation de type fraise, et un châssis de support adapté à recevoir l'un ou l'autre.

Description détaillée de l'invention

La figure 1 illustre un ensemble d'excavation 100 suivant un mode de réalisation pendant l'excavation d'une tranchée 200 de profondeur P. Cet ensemble 100 comprend une potence 10, pouvant être installée sur une base mobile 101 sur la surface du terrain à creuser, un châssis de support 34, suspendu de cette potence 10 par au moins un câble, de manière à pouvoir être descendu dans la tranchée et relevé de celle-ci en actionnant le câble, et un outil d'excavation à impulsions électriques 1 suspendu sous le châssis de support 34. L'ensemble 100 comprend par ailleurs une pompe hydraulique (non illustrée), qui peut être installée sur la même base mobile 101 soutenant la potence 10, et est connectée au châssis de support 34 et à l'outil d'excavation à impulsions électriques 1 par un circuit hydraulique (non illustré), ainsi qu'un circuit d'alimentation en fluide de déblayage (non illustré) et un circuit d'évacuation des déblais 150. Le circuit d'alimentation en fluide de déblayage est configuré pour fournir un fluide servant à entraîner les déblais solides résultant de la désagrégation de matière rocheuse sous l'outil 1, afin de faciliter leur évacuation par le circuit d'évacuation des déblais. Ce fluide peut être un liquide, tel qu'une boue de forage, ou alternativement un gaz, et notamment de l'air comprimé.

Par ailleurs, le châssis de support 34, qui est configuré de manière à se guider sur les parois latérales de la tranchée 200, présente une hauteur H relativement importante dans la direction, verticale, d'excavation, comparée à la largeur L et à l'épaisseur E du châssis de support 34 et de l'outil 1 dans des directions perpendiculaires à cette hauteur. Le châssis de support 34 sert ainsi à assurer un guidage mécanique de l'outil au fur et à mesure de la réalisation de la tranchée 200, pour obtenir une bonne verticalité de celle-ci, même quand sa profondeur P est importante. Cette profondeur P peut en effet atteindre, par exemple, jusqu'à 200 m. L'outil d'excavation par impulsions électriques 1 est illustré schématiquement sur la figure 2. Dans le mode de réalisation illustré, il comprend deux moteurs hydrauliques 2, deux générateurs électriques 3, un module d'électronique de puissance 4 et une pluralité d'électrodes 5a,5p. Par ailleurs, il comprend aussi une interface de montage 14 avec deux organes de fixation mécanique 22, ayant la forme d'ergots, et deux raccords hydrauliques 20 comprenant chacun au moins un passage d'arrivée du fluide hydraulique aux moteurs hydrauliques 2 et un passage de retour du fluide hydraulique depuis les moteurs hydrauliques 2 pour établir une connexion fluide entre le circuit hydraulique de l'ensemble d'excavation 100 et les moteurs hydrauliques 2. Chaque moteur hydraulique 2 peut avoir une puissance continue de sortie Ph de, par exemple, jusqu'à 115 kW, et est couplé mécaniquement à un arbre rotatif d'un générateur électrique 3 respectif pour générer une puissance électrique Pe=k-Ph, où k est un coefficient d'efficience des générateurs électriques inférieur à 1. Ainsi, par exemple, avec une puissance mécanique Ph de jusqu'à 115 kW pour chaque moteur hydraulique 2, on pourrait obtenir une puissance électrique Pe de jusqu'à 100 kVA de chaque générateur électrique 3. Les deux générateurs électriques sont connectés électriquement au module d'électronique de puissance 4, de manière à assurer son alimentation avec une puissance électrique continue Pc=n- Pe, où n est le nombre de générateurs électriques 3 (n est donc 2 dans le mode de réalisation illustré).

Le module d'électronique de puissance 4 est configuré pour générer, à partir de la puissance électrique continue Pc fournie par les générateurs électriques 3, des impulsions électriques de puissance instantanée P, sensiblement plus élevée, mais de courte durée. Ainsi, les impulsions électriques générées par le module d'électronique de puissance 4 peuvent avoir un voltage V de, par exemple, 50 à 500 kV, une intensité I de, par exemple, 1 à 100 kA, et une durée d de, par exemple, 30 ns à 100 ps, pour se répéter avec une fréquence de répétition f de, par exemple, 1 à 100 Hz.

Dans le mode de réalisation illustré, le module d'électronique de puissance 4 est connecté électriquement à deux électrodes actives 5a parmi les trois électrodes illustrées, de manière à leur transmettre ces impulsions électriques. La troisième électrode 5p, illustrée au milieu, est mise à terre, de telle manière que lorsque les impulsions électriques soient transmises aux deux autres électrodes 5a, des décharges électriques puissent se produire entre ces électrodes actives 5a et l'électrode passive 5p située entre elles. Ces électrodes 5a, 5p sont situées sur une face frontale de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1, de manière à faire contact avec la face rocheuse, pour que les décharges électriques entre les électrodes 5, traversant la roche, la désagrègent. On entend bien sûr par « face frontale » celle qui est opposée à la surface rocheuse dans la direction d'excavation, c'est-à-dire normalement orientée vers le bas.

Bien que la figure 2 n'illustre que deux électrodes actives 5a et une électrode passive 5p entre les deux électrodes actives 5a, le nombre et arrangement des électrodes sur la face frontale de l'outil d'excavation par impulsions électriques peut varier suivant les circonstances, avec un espacement entre, par exemple, 2 à 10 cm entre électrodes adjacentes. Ainsi, dans la variante illustré sur la figure 3A, deux rampes d'électrodes actives 5a et passives 5p alternées sont situées sur des côtés opposés de la périphérie de la face frontale de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1, tandis que la variante illustrée sur la figure 3B comprend aussi une troisième rampe d'électrodes actives 5a et passives 5p alternées, orientée parallèlement aux deux autres rampes et située dans une zone centrale de la face frontale de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1, de manière à servir de casse-redan. On entend par « redan », dans ce contexte, la crête rocheuse qui peut se former, par exemple, entre deux tambours rotatifs d'un outil de fraisage comme celui divulgué dans EP 1 486 620. Dans une troisième variante, illustrée sur la figure 3C, les électrodes actives et passives sont distribuées en quinconce sur toute la face frontale de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1, tandis que dans une quatrième variante illustrée sur la figure 3D, l'outil d'excavation par impulsions électriques 1 comprend aussi un dispositif d'actionnement d'un mouvement horizontal des électrodes 5a, 5p, permettant ainsi de couvrir toute la surface de la a face frontale de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1 par déplacement d'une seule rampe linéaire d'électrodes 5a, 5p.

Les électrodes 5a,5p peuvent ne pas être disposées dans un même plan horizontal, mais étagées sur plusieurs hauteurs différentes, comme illustré sur la figure 4, notamment afin d'adapter le profil d'excavation de l'outil 1 à celui d'un outil précédent. Par ailleurs, le mouvement des électrodes 5a, 5p peut non seulement être horizontal, mais aussi vertical, en complément ou alternativement à un mouvement horizontal. Les figures 5A et 5B illustrent ainsi une autre variante avec plusieurs rampes d'électrodes 5a, 5p équipées de dispositifs d'actionnement de mouvement vertical, servant à adapter l'arrangement des rampes à une surface rocheuse irrégulière.

Par ailleurs, le module d'électronique de puissance 4 peut être configuré pour transmettre les impulsions électriques à toutes les électrodes actives 5a simultanément, ou bien séquentiellement.

Comme illustré sur la figure 2, l'outil d'excavation par impulsions électriques 1 comprend aussi une bouche 8 d'évacuation de déblais connectée à un passage 32 d'évacuation des déblais, et un conduit 6 d'alimentation en fluide débouchant sur une pluralité de buses 7 d'injection de fluide distribuées sur la face frontale de l'outil d'excavation. Ce fluide peut être un liquide, comme par exemple de la boue de forage, ou un gaz, notamment de l'air comprimé et sert notamment à entraîner les déblais lors de leur évacuation, à travers la bouche 8 et le passage 32.

En fonctionnement, l'arbre rotatif de chaque générateur électrique 3 est donc actionné par le moteur hydraulique 2 correspondant pour générer de l'électricité. Le module d'électronique de puissance 4 est ainsi alimenté en énergie électrique par les générateurs électriques 3 de manière à générer les impulsions électriques qui produisent des décharges entre les électrodes 5a,5p pour désagréger une matière rocheuse située sous la face frontale de l'outil d'excavation à impulsions électrique 1. Le fluide injecté par le conduit 6 et les buses 7 entraîne la matière rocheuse désagrégée lors de son évacuation à travers la bouche 8 et le passage 32 vers la surface.

La figure 6 illustre l'outil d'excavation par impulsions électriques 1, à côté d'une partie inférieure du châssis de support 34, et d'un outil d'excavation 1' du type fraise, configuré pour être monté sous le même châssis de support 34, de manière interchangeable avec l'outil d'excavation par impulsions électriques 1. Comme on peut voir sur cette figure, l'outil d'excavation par impulsions électriques peut présenter une section horizontale sensiblement rectangulaire, avec une largeur L de, par exemple, 1 à 4 mètres, et plus particulièrement environ 2,8 mètres, et une épaisseur E de, par exemple, 0,5 à 1,5 mètres.

Comme illustré aussi sur la figure 6, les organes de fixation mécanique 22 dans ce mode de réalisation sont constitués de deux axes se présentant sous la forme d'ergots cylindriques métalliques fixés rigidement sur l'interface 14 symétriquement par rapport au centre de l'interface 14 et orthogonalement à cette interface. Chaque organe de fixation mécanique 22 comporte en outre un perçage intérieur 24 qui le traverse horizontalement de part en part et a une partie supérieure 26 conique afin de faciliter le montage qui sera détaillé ci-après. A l'extrémité inférieure du châssis 34 est fixée une plaque 36 inclinable par rapport audit châssis ayant sensiblement les mêmes dimensions que l'interface 14 associée à l'outil d'excavation par impulsions électriques 1. L’inclinaison de la plaque 36 est commandée par les vérins hydrauliques 38 fixés sur ladite plaque 36, qui forment ainsi un dispositif d'inclinaison de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1 autour de deux axes horizontaux quand cet outil d'excavation 1 est monté sous la plaque 36.

Le long du châssis 34 est fixé en outre un conduit 30 du circuit d'évacuation de déblais 150, destiné à évacuer la matière rocheuse désagrégée aspirée à travers la bouche 8 et le passage 32 vers la surface, ainsi qu'un conduit 50 du circuit d'alimentation en fluide de déblayage, destiné à alimenter le conduit 6 et les buses 7 en fluide de déblayage. Les extrémités inférieures de ces conduits 30,50 traversent la plaque 36. Le châssis 34 peut par ailleurs comprendre aussi une pompe d'aspiration de déblais 151, disposée de manière à être mise en communication fluide avec la bouche 8 d'évacuation de déblais à travers le passage 32 et le conduit 30 quand l'outil d'excavation 1 est monté sous la plaque 36, et un moteur hydraulique (non illustré) connecté au circuit hydraulique de l'ensemble d'excavation 100, pour actionner la pompe d'aspiration de déblais 151. D'autres dispositifs d'aspiration de déblais, avec d'autres moyens d'actionnement (par exemple électriques) sont néanmoins également envisageables.

Sur la plaque 36 associée au châssis 34, sont présents deux orifices cylindriques 40 ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre des organes de fixation 22 fixés sur l'interface 14 associée à la tête de coupe 10. Ces trous 40 sont disposés symétriquement par rapport au centre de la plaque 36 de manière à recevoir les ergots 22 lorsque l'interface 14 de montage de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1 est positionné sous la plaque 36. A proximité de ces trous 40 sont fixés des vérins hydrauliques 42 sur la partie supérieure de la plaque 36 associée au châssis 34. A l’extrémité des tiges des vérins est fixée une clavette métallique 44 dont la largeur est sensiblement inférieure à la largeur du trou 24 des ergots 22 mentionnés ci-dessus et dont la longueur s'étend selon l'axe XX'. La position des vérins 42 est telle que l'on peut déplacer les clavettes 44 selon l'axe XX' et, en position actionnée, les clavettes 44 se situent exactement au-dessus des trous 24 de la plaque 36. La fixation de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1 est ainsi libérable grâce aux vérins hydrauliques 42. On comprend que dans cette configuration, la disposition relative de l’extrémité du châssis 34, de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1, des moyens d’alimentation en fluide hydraulique et des moyens d'évacuation fournit un dispositif apte à offrir les mêmes fonctionnalités qu'un outil non-démontable. Néanmoins, le démontage global de la de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1 permet un changement d’outil très rapide. De plus, dans le mode de réalisation décrit, le démontage est obtenu en actionnant des vérins, ce qui facilite grandement cette opération. L'outil d'excavation 1' du type fraise illustré aussi sur la figure 6 est compatible avec le châssis de support 34, et donc interchangeable avec l'outil d'excavation par impulsions électriques 1. Pour cela, il comprend également une interface de montage 14 avec deux organes de fixation mécanique 22 et un raccord hydraulique 20 de forme et dimensions équivalentes à celles de l'outil d'excavation par impulsions électriques 1. Par ailleurs, cet outil d'excavation 50 comprend un ensemble moteur 12 avec deux moteurs hydrauliques (non représentés) solidarisés de manière rigide sur la partie inférieure de l'interface de montage 14. Quatre tambours cylindriques 16 constitués par des viroles sont entraînés en rotation par les moteurs grâce à des moyens de liaison mécanique non représentés ici. En périphérie des tambours sont fixés rigidement les organes de fraisage 18 que Ton nomme également dents de fraisage. Les moteurs hydrauliques sont reliés par des flexibles hydrauliques aux raccords hydrauliques 20 fixés sur la partie supérieure de l'interface de montage 14, symétriquement par rapport au centre de l'interface de montage 14. Ces flexibles et les raccords hydrauliques 20 servent donc aussi à fournir de l'énergie à l'ensemble moteur 12 de l'outil d'excavation 1'. L'outil d'excavation par impulsion électriques 1 et l'outil d'excavation 1' du type fraise sont donc rapidement interchangeables, en fonction des couches de terrain à excaver, par déconnexion de l'interface de montage 14 de l'un des deux outils d'excavation 1, 1' du châssis de support 34, et connexion subséquente de l'interface de montage 14 de l'autre des deux outils d'excavation 1,1' au châssis de support 34.

Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (20)

1. REVENDICATIONS

   1. Outil (1) d'excavation par impulsions électriques comprenant au moins : un générateur électrique (3) avec un arbre rotatif pour générer de l'électricité à partir de la rotation de l'arbre rotatif ; un module d'électronique de puissance (4), connecté électriquement au générateur électrique (3) pour être alimenté par le générateur électrique (3) afin de générer des impulsions électriques d'une puissance instantanée plus élevée que une puissance instantanée du générateur électrique (3) ; et une pluralité d'électrodes (5a,5p), dont au moins une électrode (5a) connectée audit module électronique de puissance (4), disposées sur une face frontale de l'outil d'excavation (1).
2. 2. Outil d'excavation (1) suivant la revendication 1, dans lequel ladite pluralité d'électrodes (5a,5p) comprend au moins une rampe de plusieurs électrodes (5a,5p) disposée en périphérie de ladite face frontale.
3. 3. Outil d'excavation (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite pluralité d'électrodes (5a,5p) comprend au moins une électrode (5a,5p) disposée dans une zone centrale de ladite face frontale.
4. 4. Outil d'excavation (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite pluralité d'électrodes (5a,5p) comprend au moins deux électrodes (5a) connectées au module électronique de puissance (4), et le module électronique de puissance (4) est configuré pour transmettre des impulsions électriques séparément à chacune d'au moins deux électrodes (5a) auxquelles le module électronique de puissance (4) est connecté.
5. 5. Outil d'excavation (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif d'actionnement d'un mouvement d'au moins une électrode (5a,5p) de ladite pluralité d'électrodes (5a,5p), en particulier d'un mouvement présentant au moins une composante verticale et/ou une composante horizontale.
6. 6. Outil d'excavation (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une bouche (8) d'évacuation de déblais.
7. 7. Outil d'excavation (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un conduit (6) d'alimentation en fluide, débouchant sur au moins une buse (7) d'injection de fluide disposée sur une face frontale de l'outil d'excavation (1).
8. 8. Outil d'excavation (1) suivant la revendication 7, dans lequel ledit conduit (6) d'alimentation en fluide débouche sur une pluralité de buses d'injection de fluide (7) distribuées sur la face frontale de l'outil d'excavation (1).
9. 9. Outil d'excavation (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un moteur hydraulique couplé audit arbre rotatif pour actionner la rotation de l'arbre rotatif.
10. 10. Outil d'excavation (1) suivant la revendication 9, comprenant une interface de montage (14) avec au moins un organe (22) de fixation mécanique et au moins un raccord hydraulique (20) en communication fluide avec ledit moteur hydraulique (2).
11. 11. Ensemble d'excavation (100) comprenant un châssis de support (34) et un outil d'excavation (1) suivant la revendication 10, dans lequel l'interface de montage de l'outil d'excavation (1) est montée de manière libérable sous le châssis de support (34).
12. 12. Ensemble d'excavation (100) suivant la revendication 11, dans lequel le châssis de support comprend un dispositif d'inclinaison de l'outil d'excavation (1) autour d'au moins un axe.
13. 13. Ensemble d'excavation (100) suivant l'une quelconque des revendications 11 ou 12, comprenant en outre une pompe d'aspiration de déblais.
14. 14. Ensemble d'excavation (100) suivant l'une quelconque des revendications 11 à 13, comprenant une potence (10) de laquelle le châssis de support (34) et l'outil d'excavation (1) sont suspendus par au moins un câble.
15. 15. Ensemble d'excavation (100) suivant l'une quelconque des revendications 11 à 14, comprenant en outre un circuit hydraulique avec une pompe, apte à être connecté audit moteur hydraulique (2) de l'outil d'excavation (1) à travers ledit raccord hydraulique (20) pour l'actionnement du moteur hydraulique (2) de l'outil d'excavation (1).
16. 16. Procédé d'excavation par impulsions électriques dans lequel : un arbre rotatif d'un générateur électrique (3) d'un outil d'excavation (1) par impulsions électriques est actionné pour générer de l'électricité ; un module d'électronique de puissance (4), connecté électriquement au générateur électrique (3), est alimenté en énergie électrique par le générateur électrique (3) de manière à générer des impulsions électriques d'une puissance instantanée plus élevée qu'une puissance instantanée de l'électricité générée par le générateur électrique (3); les impulsions électriques générées par le module d'électronique de puissance (4) produisent des décharges entre électrodes (5a,5p) d'une pluralité d'électrodes (5a,5p), dont au moins une électrode (5a) connectée audit module électronique de puissance (4), disposées sur une face frontale de l'outil d'excavation (1), pour désagréger une matière rocheuse située sous la face frontale de l'outil d'excavation (1) ; et la matière rocheuse désagrégée est évacuée, par exemple à travers une bouche (8) d'évacuation de déblais.
17. 17. Procédé d'excavation suivant la revendication 16, dans lequel un fluide est injecté sous la face frontale de l'outil d'excavation à travers un conduit d'alimentation (6) en liquide débouchant sur au moins une buse d'injection (7) disposée sur la face frontale de l'outil d'excavation (1), et entraîne la matière rocheuse désagrégée lors de son évacuation.
18. 18. Procédé d'excavation suivant l'une quelconque des revendications 16 ou 17, dans lequel l'arbre rotatif est actionné par un moteur hydraulique.
19. 19. Procédé de remplacement, sur un ensemble d'excavation comprenant un châssis de support (34), d'un premier outil d'excavation, comprenant une interface de montage, avec au moins un organe de fixation mécanique (22) et au moins un dispositif de transmission de puissance, montée sous le châssis de support (34), par un deuxième outil d'excavation comprenant une interface de montage avec aussi au moins un organe de fixation mécanique (22) et au moins un dispositif de transmission de puissance, l'un du premier et du deuxième outils d'excavation étant un outil d'excavation (1) par impulsions électriques suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, configuré de manière à permettre l'actionnement de l'arbre rotatif du générateur électrique à travers le dispositif de transmission de puissance, et l'autre du premier et du deuxième outils d'excavation étant un outil d'excavation comprenant un organe de fraisage configuré de manière à permettre l'actionnement de l'organe de fraisage à travers le dispositif de transmission de puissance, le procédé comprenant : la déconnexion de l'interface de montage du premier outil d'excavation du châssis de support (34), et la connexion de l'interface de montage du deuxième outil d'excavation au châssis de support (34).
20. 20. Procédé de remplacement suivant la revendication 19, dans lequel le dispositif de transmission de puissance du premier outil d'excavation et le dispositif de transmission de puissance du deuxième outil d'excavation comprennent chacun au moins un moteur hydraulique et au moins un raccord hydraulique connecté audit moteur hydraulique pour son actionnement.