Levages spécialisés, opérations multi-grues et levages critiques

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre les situations de levage qui sortent de l'ordinaire : les levages spécialisés, les opérations avec plusieurs grues et les levages critiques. Pour l'examen Sceau rouge, vous devez non seulement comprendre les principes physiques en jeu, mais aussi les procédures de planification, les calculs de charges et les exigences réglementaires applicables. Ce chapitre vous prépare à identifier les risques, à effectuer les calculs requis et à appliquer les bonnes pratiques conformément aux normes canadiennes.

1. Définitions et classification des levages

1.1 Levage spécialisé

Un levage spécialisé est un levage qui nécessite des précautions particulières en raison de la nature de la charge, de l'environnement de travail ou de l'équipement utilisé. Il ne s'agit pas nécessairement d'un levage lourd, mais d'un levage qui présente des défis inhabituels.

Exemples courants :

Charges de grande dimension (longueur, largeur ou hauteur excessive) ;

Charges à centre de gravité décalé ou inconnu ;

Charges fragiles ou de grande valeur (transformateurs, turbines, composants nucléaires) ;

Charges immergées ou partiellement enterrées ;

Levages dans des espaces restreints ou à proximité de lignes électriques.

1.2 Levage critique

Un levage critique est un levage où une défaillance pourrait entraîner des blessures graves, des pertes de vie, des dommages matériels majeurs ou des conséquences environnementales importantes. La classification d'un levage comme critique dépend de plusieurs facteurs :

Facteur	Exemple de seuil de criticité
Masse de la charge	Supérieure à 75 % de la capacité nominale de la grue
Risque pour le personnel	Levage au-dessus de zones occupées
Valeur de la charge	Équipement irremplaçable ou coût de remplacement très élevé
Complexité de l'opération	Multi-grues, levage en porte-à-faux, rotation de charge
Environnement	Proximité de lignes électriques, vent fort, sol instable

1.3 Opération multi-grues

Une opération multi-grues implique l'utilisation de deux grues ou plus pour soulever une même charge. Cette configuration est utilisée lorsque :

La masse de la charge dépasse la capacité d'une seule grue ;

La géométrie de la charge exige un contrôle précis de l'orientation ;

Le site ne permet pas de positionner une grue unique de capacité suffisante.

2. Planification des levages spécialisés et critiques

2.1 Étapes obligatoires de la planification

Conformément aux bonnes pratiques et aux normes CSA applicables (CSA Z150 pour les grues mobiles), tout levage critique doit faire l'objet d'un plan de levage écrit. Les étapes sont :

26.Analyse de la charge : déterminer la masse exacte, le centre de gravité, les points d'ancrage, la stabilité.

27.Analyse de la grue : vérifier la capacité à la configuration prévue (longueur de flèche, angle, rayon, contre-flèche, stabilisateurs).

28.Analyse du site : portance du sol, pentes, obstacles, lignes électriques, vent.

29.Sélection des accessoires de levage : élingues, manilles, palonniers, barres de répartition, vérins.

30.Détermination des angles et des tensions : calcul des forces dans chaque brin d'élingue.

31.Rédaction du plan de levage : document écrit détaillant toutes les étapes, les responsabilités et les procédures d'urgence.

32.Réunion pré-levage (tailgate meeting) : communication du plan à toute l'équipe.

2.2 Calcul du centre de gravité

Le centre de gravité d'une charge est le point où la masse totale est considérée comme concentrée. Pour une charge composée de plusieurs éléments, le centre de gravité global se calcule comme suit :

CG global = (Σ (mᵢ × dᵢ)) / Σ mᵢ

Où :

mᵢ = masse de chaque élément (kg)

dᵢ = distance de chaque élément par rapport à un point de référence (m)

Exemple : Une poutre de 8 m de long, composée de deux sections : la première de 3 000 kg sur 3 m, la seconde de 5 000 kg sur 5 m.

CG = (3 000 × 3 + 5 000 × 5) / (3 000 + 5 000) = (9 000 + 25 000) / 8 000 = 34 000 / 8 000 = 4,25 m du point de référence.

Piège d'examen : Le centre de gravité doit être situé entre les points d'élingage. Si ce n'est pas le cas, la charge basculera. Vérifiez toujours que le CG est dans le polygone formé par les points d'attache.

2.3 Calcul des tensions dans les élingues

Pour une charge suspendue par deux élingues formant un angle θ avec la verticale, la tension dans chaque élingue est :

T = (m × g) / (2 × cos θ)

Où :

T = tension dans chaque élingue (N)

m = masse de la charge (kg)

g = 9,81 m/s² (accélération gravitationnelle)

θ = angle entre l'élingue et la verticale (degrés)

Tableau des facteurs de tension en fonction de l'angle inclus (angle entre les deux élingues) :

Angle inclus (α)	Angle avec la verticale (θ)	Facteur multiplicateur par brin
0°	0°	0,50
30°	15°	0,52
60°	30°	0,58
90°	45°	0,71
120°	60°	1,00
150°	75°	1,93
180°	90°	∞ (interdit)

Règle pratique : L'angle inclus entre deux brins d'élingue ne doit jamais dépasser 120°. Au-delà, la tension augmente de façon exponentielle et la stabilité de la charge diminue.

3. Opérations multi-grues : principes et procédures

3.1 Répartition de la charge entre les grues

Dans une opération multi-grues, la charge est répartie entre les grues en fonction de la position du centre de gravité et des points d'attache. La charge supportée par chaque grue est inversement proportionnelle à la distance entre le CG et le point d'attache de l'autre grue.

Formule pour deux grues :

F₁ = (m × g × d₂) / (d₁ + d₂)

F₂ = (m × g × d₁) / (d₁ + d₂)

Où :

F₁ = force supportée par la grue 1 (N)

F₂ = force supportée par la grue 2 (N)

d₁ = distance entre le CG et le point d'attache de la grue 1 (m)

d₂ = distance entre le CG et le point d'attache de la grue 2 (m)

Exemple : Une charge de 20 000 kg, CG à 2 m de la grue A et à 3 m de la grue B.

F_A = (20 000 × 9,81 × 3) / (2 + 3) = 588 600 / 5 = 117 720 N ≈ 12 000 kg

F_B = (20 000 × 9,81 × 2) / (2 + 3) = 392 400 / 5 = 78 480 N ≈ 8 000 kg

Vérification : F_A + F_B = 12 000 + 8 000 = 20 000 kg ✓

3.2 Règles d'or pour les opérations multi-grues

70.Capacité réduite : Chaque grue ne doit jamais être chargée à plus de 75 % de sa capacité nominale dans une opération multi-grues. Cette marge de sécurité compense les variations dynamiques et les imprécisions de répartition.

71.Un seul chef de levage : Une seule personne doit diriger l'opération. Les signaleurs des autres grues relaient les instructions au chef de levage.

72.Mouvements lents et coordonnés : Tous les mouvements doivent être lents, synchronisés et planifiés. Aucun mouvement indépendant n'est permis.

73.Communication constante : Utilisation de radios bidirectionnelles avec des canaux dédiés. Les commandes vocales doivent être standardisées.

74.Vérification des angles de flèche : Les angles de flèche de chaque grue doivent être surveillés en continu pour éviter les collisions entre flèches.

75.Plan de levage écrit obligatoire : Toute opération multi-grues est automatiquement classée comme levage critique.

3.3 Techniques de transfert de charge

Le transfert de charge entre deux grues est une manœuvre délicate qui s'effectue selon trois méthodes :

Méthode	Description	Avantage	Risque
Transfert vertical	La grue A soulève la charge, la grue B s'attache, puis la grue A relâche lentement	Simple, contrôle précis	Nécessite une coordination parfaite
Transfert horizontal	Les deux grues se déplacent horizontalement pour transférer la charge	Permet de déplacer la charge sur une grande distance	Risque de balancement
Transfert par rotation	La charge est pivotée autour d'un axe vertical, chaque grue supportant une extrémité	Idéal pour changer l'orientation	Nécessite des grues de capacités différentes

4. Levages spécialisés : techniques et équipements

4.1 Levage de charges à centre de gravité décalé

Lorsque le CG n'est pas au centre géométrique de la charge, des palonniers réglables ou des barres de répartition sont utilisés. Le palonnier permet de positionner les points d'attache de manière à ce que le CG soit directement sous le crochet.

Calcul de la position du point d'attache sur le palonnier :

x = (L × m₂) / (m₁ + m₂)

Où :

x = distance du point d'attache par rapport à l'extrémité du palonnier (m)

L = longueur totale du palonnier (m)

m₁ = masse de la charge côté 1 (kg)

m₂ = masse de la charge côté 2 (kg)

4.2 Levage de charges longues et flexibles

Pour les charges longues (poutres, tuyaux, pieux), le risque principal est le flambage ou la déformation sous l'effet de la flexion. Les règles sont :

Utiliser un palonnier ou une poutre d'écartement pour maintenir les élingues verticales ;

Espacer les points d'attache à environ 1/4 et 3/4 de la longueur de la charge ;

Si la charge est flexible, ajouter des points de support intermédiaires ;

Calculer la flèche maximale admissible : δ_max = (5 × w × L⁴) / (384 × E × I) où w = charge linéique, L = longueur, E = module d'élasticité, I = moment d'inertie.

4.3 Levage de charges immergées ou enterrées

Ces levages présentent un risque majeur : la force d'adhérence ou d'aspiration qui s'ajoute à la masse de la charge. La force totale à soulever est :

F_totale = m × g + F_adhérence

La force d'adhérence peut atteindre 30 à 50 % de la masse de la charge. Règle de sécurité : Si la charge ne se détache pas après une tentative à 100 % de la capacité de la grue, arrêter immédiatement. Ne jamais dépasser la capacité nominale pour tenter d'arracher une charge.

4.4 Levage dans des conditions de vent

Le vent affecte la stabilité de la charge et de la grue. Les limites typiques sont :

Vitesse du vent	Effet	Action requise
0 – 30 km/h	Effet négligeable	Aucune
30 – 45 km/h	Balancement perceptible	Réduire la charge de 10 %
45 – 60 km/h	Balancement important	Réduire la charge de 25 % ; arrêter les charges à grande surface
> 60 km/h	Risque de perte de contrôle	Arrêt complet des opérations

Calcul de la force du vent sur une charge :

F_vent = 0,5 × ρ × V² × A × Cd

Où :

ρ = densité de l'air (≈ 1,2 kg/m³)

V = vitesse du vent (m/s)

A = surface projetée de la charge (m²)

Cd = coefficient de traînée (0,8 à 1,2 pour les formes plates)

5. Exigences réglementaires et normes canadiennes

5.1 CSA Z150-18 — Code de sécurité des grues mobiles

Cette norme est la référence principale au Canada pour les grues mobiles. Les articles pertinents pour ce chapitre :

Article 4.3 : Plan de levage — tout levage critique doit avoir un plan écrit approuvé par une personne compétente.

Article 4.4 : Réunion pré-levage obligatoire avant tout levage critique.

Article 5.2 : Vérification de la capacité de la grue à la configuration prévue.

Article 7.1 : Inspection des accessoires de levage avant chaque utilisation.

Article 9.2 : Limites de charge pour les opérations multi-grues (75 % de la capacité).

5.2 CSA B167-16 — Ponts roulants et portiques

Bien que cette norme s'applique principalement aux ponts roulants, elle contient des exigences sur les élingues et les accessoires de levage qui s'appliquent également aux grues mobiles.

5.3 Code canadien du travail — Règlement sur les grues mobiles (DORS/88-69)

Ce règlement fédéral s'applique aux grues mobiles dans les entreprises sous juridiction fédérale. Les articles clés :

Article 14 : Formation et certification des opérateurs.

Article 17 : Inspection quotidienne avant utilisation.

Article 21 : Limites de charge — ne jamais dépasser la capacité nominale.

Article 24 : Opérations multi-grues — exigence d'un superviseur désigné.

5.4 Règlement canadien sur la santé et la sécurité au travail (RCSST)

Article 12.10 : Distance minimale de 3 m entre toute partie de la grue et une ligne électrique de moins de 75 kV.

Article 12.11 : Distance minimale de 5 m pour les lignes de 75 kV à 250 kV.

Article 12.12 : Distance minimale de 10 m pour les lignes de plus de 250 kV.

Tableau des distances minimales des lignes électriques :

Tension de la ligne	Distance minimale
≤ 75 kV	3 m
75 kV – 250 kV	5 m
> 250 kV	10 m

6. Calculs avancés pour les levages critiques

6.1 Facteur de charge dynamique

Pendant le levage, la charge subit des forces dynamiques dues à l'accélération, au freinage et aux mouvements de la grue. Le facteur de charge dynamique (ou facteur d'impact) est :

F_dynamique = F_statique × (1 + v² / (g × δ))

Où :

v = vitesse de levage (m/s)

g = 9,81 m/s²

δ = déflexion élastique du système (m)

En pratique, un facteur de 1,1 à 1,25 est couramment utilisé pour les levages normaux. Pour les levages critiques, un facteur de 1,5 est recommandé.

6.2 Calcul de la capacité effective d'une grue en multi-grues

La capacité effective de chaque grue dans une opération multi-grues est :

C_effective = 0,75 × C_nominale

Où C_nominale est la capacité de la grue à la configuration et au rayon prévus.

Exemple : Une grue a une capacité de 50 000 kg à un rayon de 10 m. Dans une opération multi-grues, sa capacité effective est de 0,75 × 50 000 = 37 500 kg.

6.3 Vérification de la stabilité du sol

La pression exercée par les stabilisateurs sur le sol doit être inférieure à la capacité portante du sol.

Pression = F / A

Où :

F = force exercée par le stabilisateur (N)

A = surface de contact effective (m²)

Capacités portantes typiques :

Type de sol	Capacité portante (kPa)
Roche compacte	2 000 – 5 000
Gravier compacté	300 – 500
Sable compacté	200 – 300
Argile ferme	150 – 250
Argile molle	50 – 100
Tourbe / remblai	< 50

Si la pression dépasse la capacité portante, utiliser des plaques de répartition (dalles de contreplaqué ou d'acier) pour augmenter la surface de contact.

7. Procédures d'urgence et gestion des risques

7.1 Plan d'urgence pour levage critique

Tout plan de levage critique doit inclure :

Les procédures d'évacuation de la zone de levage ;

Les coordonnées des services d'urgence ;

Les procédures de sauvetage en hauteur ;

Les procédures de dépose d'urgence de la charge ;

Les responsabilités de chaque membre de l'équipe en cas d'incident.

7.2 Analyse des risques (AMDEC)

L'Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets (AMDEC) est un outil systématique pour identifier les risques potentiels. Pour chaque étape du levage, évaluer :

168.Gravité (G) : de 1 (mineur) à 10 (catastrophique)

169.Occurrence (O) : de 1 (improbable) à 10 (fréquent)

170.Détection (D) : de 1 (certaine) à 10 (impossible)

Indice de criticité (IC) = G × O × D

Un IC > 200 exige une action corrective immédiate. Un IC > 100 exige une révision du plan.

7.3 Facteurs humains

Les erreurs humaines sont la cause principale des accidents de levage. Pour les réduire :

Vérifier que l'opérateur est certifié et reposé ;

S'assurer que les signaleurs sont formés et visibles ;

Établir un code de communication clair avant le levage ;

Interdire toute consommation d'alcool ou de drogues ;

Appliquer une gestion de la fatigue : pauses régulières, rotation des tâches.

8. Pièges à éviter

Voici les erreurs les plus fréquentes à l'examen Sceau rouge sur ce sujet :

183.Oublier le facteur 0,75 dans les opérations multi-grues. La capacité effective est toujours 75 % de la capacité nominale, jamais 100 %.

184.Confondre angle inclus et angle avec la verticale. Le tableau des facteurs de tension utilise l'angle inclus (entre les deux élingues), pas l'angle avec la verticale.

185.Négliger la force d'adhérence pour les charges enterrées ou immergées. Elle peut représenter 30 à 50 % de la masse.

186.Utiliser le poids (lb) au lieu de la masse (kg) dans les calculs. Au Canada, les charges sont exprimées en masse (kg) et les forces en newtons (N).

187.Oublier que le centre de gravité doit être sous le crochet. Si le CG n'est pas aligné avec le crochet, la charge basculera.

188.Ignorer les distances minimales des lignes électriques. Les valeurs de 3 m, 5 m et 10 m sont des minimums absolus.

189.Ne pas vérifier la portance du sol. Un sol non compacté peut céder sous les stabilisateurs, même avec une charge légère.

190.Confondre les normes. La CSA Z150 s'applique aux grues mobiles, la CSA B167 aux ponts roulants. Ne pas les mélanger.

191.Oublier le plan de levage écrit pour les levages critiques. C'est une exigence obligatoire, pas une recommandation.

192.Calculer la tension des élingues sans tenir compte du poids des accessoires (manilles, palonniers, crochets). Leur masse s'ajoute à la charge.

9. Résumé

Un levage critique est classé ainsi en fonction de la masse relative, du risque pour le personnel, de la valeur de la charge, de la complexité et de l'environnement.

Toute opération multi-grues est automatiquement un levage critique et exige un plan de levage écrit.

La capacité effective de chaque grue en multi-grues est de 75 % de sa capacité nominale.

La répartition de la charge entre deux grues est inversement proportionnelle à la distance entre le CG et le point d'attache de l'autre grue.

L'angle inclus entre deux élingues ne doit jamais dépasser 120°.

Les distances minimales des lignes électriques sont de 3 m (≤ 75 kV), 5 m (75–250 kV) et 10 m (> 250 kV).

Les normes de référence sont la CSA Z150 (grues mobiles) et le Règlement sur les grues mobiles (DORS/88-69).

Le vent, la portance du sol et les forces dynamiques doivent être intégrés dans les calculs de capacité.

Un chef de levage unique doit diriger toute opération multi-grues.

Les charges immergées ou enterrées présentent un risque d'adhérence pouvant atteindre 50 % de la masse.

Le plan d'urgence et l'analyse des risques (AMDEC) sont des éléments obligatoires de la planification.

10. Questions d'auto-évaluation

208.Une charge de 15 000 kg est soulevée par deux élingues formant un angle inclus de 90°. Quelle est la tension dans chaque élingue ?

209.Deux grues soulèvent une charge de 30 000 kg. Le CG est à 1,5 m de la grue A et à 2,5 m de la grue B. Quelle charge supporte chaque grue ?

210.Une grue a une capacité de 40 000 kg à un rayon de 8 m. Dans une opération multi-grues, quelle est sa capacité effective ?

211.Un stabilisateur exerce une force de 250 kN sur un sol argileux ferme (capacité portante 200 kPa). La plaque de répartition a une surface de 1,5 m². La pression est-elle acceptable ?

212.Quelle est la distance minimale à respecter par rapport à une ligne électrique de 138 kV ?

Réponses : 1) 10 605 kg ; 2) F_A = 18 750 kg, F_B = 11 250 kg ; 3) 30 000 kg ; 4) Pression = 166,7 kPa < 200 kPa, acceptable ; 5) 5 m.

Levages spécialisés, opérations multi-grues et levages critiques