Opérations de la chargeuse et manutention des matériaux
Guide d'étude Red Seal Practice avec schémas.
Opérations de la chargeuse et manutention des matériaux
Introduction au chapitre
Ce chapitre couvre l'ensemble des compétences requises pour l'exploitation sécuritaire et efficace d'une chargeuse sur tracteur-pelleteuse (tractor-loader-backhoe). Pour l'examen Sceau rouge, vous devez maîtriser non seulement les commandes et les techniques de chargement, mais aussi les principes physiques qui régissent la stabilité, la capacité de levage et la productivité. Ce chapitre est structuré selon les blocs de compétences du profil national d'analyse de la profession (PNAP) pour les conducteurs d'équipement lourd.
2. Principes fondamentaux de la chargeuse
2.1 Définition et rôle de la chargeuse
La chargeuse est l'équipement monté à l'avant du tracteur-pelleteuse, composé de deux bras parallèles actionnés hydrauliquement, d'un godet et d'un mécanisme de levage. Elle sert à :
Charger des matériaux (terre, gravier, sable, débris) dans des camions ou des bennes
Déplacer des matériaux sur de courtes distances (moins de 100 mètres)
Niveler et étaler des matériaux
Arracher et pousser des matériaux
Charger la trémie d'une bétonnière ou d'un concasseur
2.2 Géométrie de la chargeuse et cinématique du godet
La géométrie de la chargeuse détermine sa capacité à remplir le godet et à le vider correctement. Les paramètres critiques sont :
Paramètre
Définition
Impact opérationnel
Angle de vidange
Angle maximal du godet vers l'avant
Doit être ≥ 45° pour un vidage complet
Angle de rétraction
Angle maximal du godet vers l'arrière
Doit être ≥ 40° pour retenir la charge
Hauteur de levage
Distance verticale maximale du point de pivot du godet
Détermine la hauteur de déversement
Portée à hauteur maximale
Distance horizontale du godet à hauteur maximale
Critique pour le chargement de camions
Profondeur d'excavation
Profondeur maximale sous le niveau du sol
Limite l'utilisation en excavation légère
Principe de la cinématique parallèle : Les bras de la chargeuse sont conçus pour maintenir le godet à un angle relativement constant pendant la levée. Ceci évite les déversements et permet un chargement uniforme. Le vérin de nivellement (leveling cylinder) compense automatiquement la rotation des bras.
2.3 Forces en jeu et stabilité
La stabilité de la chargeuse est régie par trois facteurs principaux :
20.Le centre de gravité (CG) : Positionné entre les essieux lorsque la chargeuse est vide. Le CG se déplace vers l'avant et vers le haut lorsque le godet est chargé et levé.
21.La ligne de basculement : Ligne imaginaire passant par les points de contact des roues avant avec le sol. Si le CG projeté verticalement dépasse cette ligne, l'équipement bascule vers l'avant.
22.Le moment de renversement : Produit de la masse de la charge par la distance horizontale entre le CG de la charge et l'axe de basculement.
Formule de stabilité :
Moment de renversement = Masse de la charge × Distance horizontale au point de bascule
Pour un calcul rapide de la capacité de levage sécuritaire :
Capacité nette = (Masse de l'équipement × Distance du CG à l'essieu arrière) ÷ Distance du godet à l'essieu avant
Règle pratique : La capacité nominale de la chargeuse (ROPS/FOPS) est indiquée sur la plaque du fabricant. Cette capacité est basée sur un matériau de densité moyenne (1 600 kg/m³). Pour des matériaux plus denses, la capacité réelle doit être réduite proportionnellement.
3. Techniques de chargement et d'opération
3.1 Cycle de chargement complet
Le cycle de chargement efficace comprend cinq phases distinctes :
32.Approche : L'équipement s'approche du tas de matériau à angle droit, en ligne droite, à vitesse réduite (1ère ou 2ème vitesse).
33.Pénétration : Le godet est positionné horizontalement, légèrement incliné vers le bas (2° à 5°), et poussé dans le matériau. La vitesse d'approche doit être constante et contrôlée.
34.Remplissage : Une fois le godet enfoncé à environ 2/3 de sa profondeur, on lève légèrement les bras (10° à 15°) et on rétracte le godet pour le remplir complètement. Cette action combinée crée un effet de "roulement" qui maximise le remplissage.
35.Retrait et transport : Le godet chargé est rétracté complètement, les bras sont levés à une hauteur de transport (30 à 50 cm du sol), et l'équipement recule ou avance vers le point de déversement.
36.Déversement : Le godet est levé à la hauteur requise, puis vidé par inclinaison vers l'avant. Pour un camion, le déversement doit se faire à environ 15 cm au-dessus de la paroi de la caisse.
3.2 Techniques de remplissage du godet
Méthode du godet plein (full bucket method) :
Pénétrer le tas avec le godet à plat
Lever les bras et rétracter le godet simultanément
Utiliser l'élan de la machine pour pousser à travers le matériau
Ne jamais soulever les roues arrière du sol
Méthode du godet partiel (partial bucket method) :
Pénétrer le tas avec le godet incliné vers le bas
Rétracter le godet progressivement
Utiliser pour les matériaux très denses ou cohésifs (argile, terre humide)
Facteurs affectant le remplissage :
Facteur
Effet
Correction
Matériau sec et meuble
Remplissage facile mais déversement possible
Réduire la vitesse de pénétration
Matériau humide et collant
Adhérence au godet, vidage difficile
Utiliser un godet à parois lisses, réduire la charge
Matériau gelé ou compacté
Pénétration difficile
Utiliser la technique de "cisaillage" (pénétrer par couches successives)
Roches de grande taille
Risque de surcharge et de dommages
Pré-sélectionner les roches, utiliser un godet à dents
3.3 Chargement de camions
Positionnement optimal : Le camion doit être positionné à un angle de 45° par rapport au tas de matériau. La chargeuse travaille entre le tas et le camion, minimisant les distances de déplacement.
Hauteur de déversement : La hauteur de déversement de la chargeuse doit être supérieure d'au moins 30 cm à la hauteur de la paroi du camion. Vérifiez les spécifications du fabricant pour la hauteur maximale de déversement à pleine levée.
Procédure de chargement :
53.Approcher le camion avec le godet chargé à hauteur de transport
54.Lever le godet à la hauteur de déversement avant d'arriver au camion
55.Positionner le godet au centre de la caisse
56.Incliner le godet pour vider le matériau
57.Secouer légèrement le godet (2-3 oscillations) pour vider complètement
58.Reculer et abaisser le godet à hauteur de transport
Répartition de la charge : Pour un camion à trois essieux, la charge doit être répartie comme suit : 25% sur l'essieu avant, 50% sur le tandem arrière, 25% au centre. Pour un camion à deux essieux : 50% avant, 50% arrière.
3.4 Nivellement et étalement
Technique de nivellement :
Utiliser le godet légèrement incliné vers l'arrière (angle de coupe de 5° à 10°)
Travailler en marche arrière pour un nivellement précis
Effectuer des passes successives avec chevauchement de 1/3 de la largeur du godet
Maintenir une vitesse constante et lente (2 à 4 km/h)
Étalement de matériaux :
Déverser le matériau en couches de 15 à 20 cm d'épaisseur
Utiliser le fond du godet pour lisser la surface
Compacter chaque couche avant d'ajouter la suivante (si requis par le cahier des charges)
4. Calculs et capacités
4.1 Calcul de la production horaire
La production horaire d'une chargeuse se calcule comme suit :
Production (m³/h) = (Capacité du godet × Facteur de remplissage × 60) ÷ Temps de cycle (minutes)
Efficacité réelle : Multiplier par le facteur d'efficacité (50 min/h = 0,83 ; 45 min/h = 0,75). Pour un travail continu avec pauses : 0,83 × 122,7 = 101,8 m³/h.
4.2 Conversion de volumes et masses
Formules essentielles :
Masse (kg) = Volume (m³) × Densité (kg/m³)
Volume en banque (VB) : volume dans l'état naturel
Volume en vrac (VV) : volume après excavation (gonflement)
Volume compacté (VC) : volume après compactage
Facteurs de gonflement et de compactage :
Matériau
Densité en banque (kg/m³)
Gonflement (%)
Densité en vrac (kg/m³)
Sable
1 800
10 – 15
1 600
Gravier
2 000
12 – 18
1 700
Argile
2 000
25 – 35
1 500
Terre végétale
1 600
20 – 30
1 250
Roches (calcaire)
2 600
40 – 60
1 700
Exemple : Excavation de 100 m³ d'argile en banque. Le volume en vrac sera de 100 × 1,30 = 130 m³. Le nombre de voyages de camion (capacité 10 m³) = 130 ÷ 10 = 13 voyages.
4.3 Capacité de levage et moment de charge
Formule de capacité nette :
Capacité nette = (Masse de l'équipement × Distance du CG à l'essieu avant) ÷ (Distance du godet à l'essieu avant)
Exemple :
Masse de l'équipement : 8 000 kg
Distance CG à essieu avant : 1,2 m
Distance godet à essieu avant : 2,5 m
Capacité nette = (8 000 × 1,2) ÷ 2,5 = 3 840 kg
Vérification avec le matériau : Pour du gravier (1 700 kg/m³), le volume maximal dans un godet de 1,0 m³ est de 3 840 ÷ 1 700 = 2,26 m³. Le godet de 1,0 m³ peut donc être rempli à pleine capacité sans risque de basculement.
Règle de sécurité : Ne jamais dépasser 75% de la capacité de basculement (tipping load) pour les opérations de levage. Pour les opérations de chargement normal, ne jamais dépasser 50% de la capacité de basculement.
5. Sécurité et réglementation
5.1 Normes canadiennes applicables
Les opérations de chargeuse sont régies par plusieurs normes nationales :
Norme
Application
CSA B352.0
Rôles et responsabilités des conducteurs d'équipement mobile
CSA B354.1
Exigences de sécurité pour les nacelles élévatrices
CSA Z96
Vêtements de sécurité à haute visibilité
CSA Z462
Sécurité électrique (lignes aériennes)
Code canadien du travail, Partie II
Santé et sécurité au travail (juridiction fédérale)
Règle 8-200 du Code canadien de l'électricité, Chapitre V : Cette règle exige une distance minimale de 3 mètres entre tout équipement mobile et les lignes électriques aériennes de moins de 75 kV, et de 5 mètres pour les lignes de plus de 75 kV. Pour les lignes de 250 kV et plus, la distance doit être calculée selon la formule : Distance (m) = 0,3 + 0,01 × Tension (kV).
5.2 Vérifications pré-opérationnelles
Inspection quotidienne obligatoire :
110.Niveaux de fluides : Huile moteur, liquide de refroidissement, huile hydraulique, carburant
111.Système hydraulique : Vérifier les flexibles, les raccords, les fuites éventuelles
112.Godet et dents : Usure, fissures, dents manquantes ou desserrées
113.Pneumatiques : Pression (selon spécifications du fabricant), usure de la bande de roulement, dommages aux flancs
114.Freins : Test de fonctionnement avant utilisation
115.Direction : Jeu excessif, réponse correcte
116.Dispositifs de sécurité : Alarme de recul, gyrophare, rétroviseurs, essuie-glaces
117.Structure ROPS/FOPS : Absence de fissures, de déformations, de corrosion
Procédure d'inspection du système hydraulique :
Vérifier la pression du système avec le manomètre (pression typique : 150 à 200 bars)
Contrôler la température de l'huile (température de fonctionnement : 50°C à 80°C)
Inspecter les filtres hydrauliques (remplacement selon l'intervalle du fabricant)
Vérifier l'absence de bulles d'air dans le réservoir (indication d'une aspiration d'air)
5.3 Zones de danger et communication
Zone de danger de la chargeuse : Rayon de 3 mètres autour de l'équipement, étendu à 5 mètres lors des opérations de chargement. Cette zone doit être délimitée par des cônes ou des barrières.
Communication avec les travailleurs au sol :
Utiliser un signaleur (flagman) pour les opérations de recul
Établir un code de signaux manuels avant le début du travail
Ne jamais déplacer l'équipement si le signaleur n'est pas visible
Utiliser un système radio si la distance dépasse 50 mètres
Signaux manuels standardisés :
Signal
Signification
Bras levé, paume ouverte
Arrêt
Bras levé, index pointé vers le haut
Lever le godet
Bras levé, index pointé vers le bas
Baisser le godet
Mouvement circulaire du poing
Avancer
Mouvement circulaire du poing vers l'arrière
Reculer
Deux mains sur la tête
Opération terminée
6. Entretien et dépannage
6.1 Entretien préventif de la chargeuse
Intervalles d'entretien typiques :
Intervalle
Opération
Chaque quart de travail
Vérification des niveaux, graissage des points de pivot
50 heures
Graissage complet, inspection des flexibles
250 heures
Remplacement du filtre hydraulique, inspection des dents du godet
500 heures
Remplacement de l'huile hydraulique, inspection des roulements
1 000 heures
Remplacement des filtres à carburant et à air, inspection complète
Points de graissage de la chargeuse :
Articulations des bras (4 points)
Vérins de levage (2 points)
Vérin de nivellement (2 points)
Pivot du godet (2 points)
Articulations du mécanisme de nivellement (4 points)
Type de graisse : Graisse au lithium NLGI #2 pour applications générales. Pour les climats froids (température inférieure à -20°C), utiliser une graisse NLGI #0 ou #00.
6.2 Dépannage courant
Symptôme
Cause probable
Solution
Le godet ne lève pas
Niveau d'huile hydraulique bas
Vérifier et compléter le niveau
Le godet ne lève pas
Filtre hydraulique obstrué
Remplacer le filtre
Le godet ne lève pas
Pompe hydraulique défectueuse
Tester la pression, remplacer la pompe
Le godet descend tout seul
Vérin de levage qui fuit
Remplacer les joints du vérin
Le godet ne se vide pas complètement
Angle de vidange insuffisant
Vérifier la géométrie, ajuster les butées
Vibrations dans le système hydraulique
Air dans le circuit
Purger le circuit hydraulique
Surchauffe du système hydraulique
Huile contaminée ou niveau bas
Vidanger et remplacer l'huile
Procédure de purge du circuit hydraulique :
147.Démarrer le moteur et laisser tourner au ralenti
148.Actionner chaque fonction hydraulique (levage, inclinaison, accessoires) 5 à 10 fois
149.Vérifier le niveau d'huile et compléter si nécessaire
150.Répéter l'opération jusqu'à ce que le mouvement soit régulier et sans à-coups
6.3 Usure des composants
Critères de remplacement des dents du godet :
Usure de plus de 50% de la longueur d'origine
Fissures ou déformations visibles
Jeu excessif dans le système de fixation
Dents manquantes (remplacement immédiat)
Critères de remplacement des godets :
Épaisseur de la tôle réduite de plus de 30%
Fissures dans la zone de soudure
Déformation de la lame de coupe
Usure du fond du godet (perforation)
7. Considérations environnementales et économiques
7.1 Efficacité énergétique
Facteurs affectant la consommation de carburant :
Régime moteur (travailler à bas régime lorsque possible)
Technique de chargement (pénétration agressive = consommation accrue)
Pression des pneus (pneus sous-gonflés = résistance au roulement accrue)
Poids de l'équipement (accessoires inutiles = consommation accrue)
Estimation de consommation : Un tracteur-pelleteuse typique consomme 8 à 15 litres de carburant diesel par heure, selon les conditions. La consommation spécifique est d'environ 0,25 L/kWh.
7.2 Protection de l'environnement
Gestion des déversements :
Avoir un kit de déversement à bord (absorbants, barrières)
Signaler tout déversement de carburant ou d'huile au superviseur
Ne jamais laver l'équipement près d'un cours d'eau ou d'un égout pluvial
Contrôle de la poussière :
Arroser les chemins de circulation
Réduire la vitesse de déplacement
Utiliser des bâches sur les chargements de camions
8. Pièges à éviter
182.Confondre capacité du godet et capacité réelle : La capacité nominale du godet est basée sur un matériau de densité standard. Pour les matériaux denses (roches, minerais), la charge réelle peut dépasser la capacité de levage de la machine.
183.Négliger le facteur de gonflement : Calculer le nombre de voyages de camion sur la base du volume en banque au lieu du volume en vrac. Un volume de 100 m³ en banque peut représenter 130 m³ en vrac pour l'argile.
184.Oublier la vérification des lignes électriques : La distance minimale de 3 mètres s'applique aux lignes de moins de 75 kV. Pour les lignes à haute tension, la distance augmente considérablement.
185.Surcharger le godet pour "gagner du temps" : Cette pratique augmente le risque de basculement et réduit la durée de vie des composants hydrauliques.
186.Utiliser la chargeuse comme excavatrice : La chargeuse n'est pas conçue pour creuser en profondeur. L'utilisation de la chargeuse pour l'excavation en dessous du niveau du sol endommage les bras et le châssis.
187.Ignorer les signes d'usure des flexibles hydrauliques : Un flexible endommagé peut éclater sous pression, projetant de l'huile chaude et causant des blessures graves.
188.Travailler avec le godet levé : Le transport avec le godet en position haute réduit la stabilité et la visibilité. Toujours transporter avec le godet à 30-50 cm du sol.
189.Ne pas vérifier la pression des pneus : Des pneus sous-gonflés réduisent la capacité de levage et augmentent la consommation de carburant.
190.Confondre les signaux manuels : Un signal mal interprété peut causer un accident. Toujours confirmer les signaux avant de commencer le travail.
191.Oublier le frein de stationnement : Sur une pente, un équipement sans frein de stationnement peut se déplacer et causer des dommages ou des blessures.
9. Résumé
La chargeuse est un équipement polyvalent utilisé pour le chargement, le déplacement, le nivellement et l'étalement de matériaux.
La stabilité dépend du centre de gravité, de la ligne de basculement et du moment de renversement. Ne jamais dépasser 50% de la capacité de basculement pour les opérations normales.
Le cycle de chargement comprend cinq phases : approche, pénétration, remplissage, retrait et déversement.
La production horaire se calcule avec la formule : (Capacité du godet × Facteur de remplissage × 60) ÷ Temps de cycle.
Les facteurs de gonflement varient de 10% (sable) à 60% (roches). Toujours utiliser le volume en vrac pour calculer les besoins de transport.
Les normes CSA B352.0 et le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (règle 8-200) définissent les exigences de sécurité.
L'inspection quotidienne est obligatoire et doit couvrir les fluides, le système hydraulique, le godet, les pneus, les freins et les dispositifs de sécurité.
L'entretien préventif suit des intervalles fixes (50, 250, 500, 1 000 heures) et comprend le graissage, le remplacement des filtres et l'inspection des composants.
La zone de danger autour de la chargeuse est de 3 mètres (5 mètres en chargement). La communication avec les travailleurs au sol doit être établie avant le début du travail.
L'efficacité énergétique dépend du régime moteur, de la technique de chargement et de la pression des pneus.
10. Questions de révision
206.Calculez la production horaire d'une chargeuse avec un godet de 1,2 m³ chargeant du sable sec (facteur 0,95) avec un temps de cycle de 0,5 minute et une efficacité de 50 min/h.
207.Un camion de 10 m³ doit transporter 150 m³ de terre végétale en banque (gonflement 25%). Combien de voyages sont nécessaires ?
208.Quelle est la distance minimale à respecter entre la chargeuse et une ligne électrique de 120 kV ?
209.Quels sont les cinq points de graissage principaux de la chargeuse et à quel intervalle doivent-ils être graissés ?
210.Décrivez la procédure de purge du circuit hydraulique.
211.Un godet de 1,0 m³ est rempli de roches concassées (densité en vrac 1 700 kg/m³). La capacité nette de levage est de 3 500 kg. Le godet peut-il être rempli à pleine capacité ?
215.Pour 120 kV : Distance = 0,3 + (0,01 × 120) = 1,5 m. Mais la règle exige un minimum de 5 m pour les lignes de plus de 75 kV. Donc 5 mètres.
216.Points de graissage : articulations des bras (4), vérins de levage (2), vérin de nivellement (2), pivot du godet (2), mécanisme de nivellement (4). Intervalle : chaque quart de travail ou toutes les 50 heures.
217.Voir section 6.2 : démarrer le moteur, actionner chaque fonction 5-10 fois, vérifier le niveau, répéter jusqu'à mouvement régulier.
218.Masse de la charge = 1,0 × 1 700 = 1 700 kg. 1 700 kg < 3 500 kg. Le godet peut être rempli à pleine capacité.
