Élingage, levage et signalisation de grue

Introduction au module

Ce chapitre couvre l'un des aspects les plus critiques et les plus testés du métier d'ferronnier généraliste : la manutention des charges, le choix et l'inspection des élingues, ainsi que la communication avec l'opérateur de grue. Au Canada, les normes de sécurité en matière de levage sont régies par la Loi sur la santé et la sécurité au travail de chaque province, mais les pratiques techniques s'appuient sur des normes nationales et internationales, notamment celles de la CSA (Association canadienne de normalisation) et de l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) . Le ferronnier doit maîtriser ces compétences non seulement pour réussir l'examen Sceau rouge, mais surtout pour assurer sa sécurité et celle de son équipe sur le chantier.

1. Principes fondamentaux du levage

1.1 Le centre de gravité (CG)

Le centre de gravité est le point où toute la masse d'un objet est considérée comme concentrée. Pour un levage stable, l'élingage doit être disposé de manière que le centre de gravité soit directement sous le point d'accrochage du crochet de la grue.

Si le CG est décalé, la charge pivotera ou basculera dès qu'elle quittera le sol.

Pour une charge symétrique (poutre, colonne), le CG est au centre géométrique.

Pour une charge asymétrique, il faut calculer ou estimer la position du CG en fonction des masses et des distances.

Formule du moment : Pour une charge composée de deux masses (m₁ et m₂) séparées par une distance (d), la position du CG par rapport à m₁ est :

CG = (m₂ × d) / (m₁ + m₂)

Exemple : Une poutre de 6 m avec une masse de 500 kg à une extrémité et 300 kg à l'autre. CG = (300 × 6) / (500 + 300) = 1800 / 800 = 2,25 m de l'extrémité de 500 kg.

1.2 Le poids et la masse

La masse (kg) est une propriété intrinsèque de l'objet.

Le poids (N ou lbf) est la force exercée par la gravité sur cette masse. Poids = masse × 9,81 m/s².

Sur les chantiers, on utilise souvent le terme « poids » pour désigner la masse. Les tableaux de charges des grues sont exprimés en kilogrammes (kg) ou en tonnes métriques (t) . Il est impératif de convertir les unités correctement : 1 tonne métrique = 1000 kg = 2204,6 lb.

1.3 L'angle d'élingage et la tension

L'angle d'élingage est l'angle formé entre la branche de l'élingue et l'horizontale. Plus cet angle est petit, plus la tension dans chaque brin est élevée.

Formule de tension par brin :

T = (P / n) × (1 / sin θ)

Où :

T = tension par brin (kg ou N)

P = poids total de la charge (kg ou N)

n = nombre de brins porteurs

θ = angle entre le brin et l'horizontale

Tableau des facteurs de tension (charge de 1000 kg répartie sur 2 brins) :

Angle θ (degrés)	Facteur multiplicateur par brin	Tension par brin (kg)
90°	0,50	500
60°	0,58	580
45°	0,71	710
30°	1,00	1000
15°	1,93	1930
5°	5,74	5740

Règle d'or : Ne jamais utiliser un angle d'élingage inférieur à 30°. En dessous de 30°, la tension augmente de façon exponentielle et peut provoquer la rupture de l'élingue. La norme CSA Z150 (Sécurité relative aux grues mobiles) recommande un angle minimal de 45° pour les élingues à brins multiples.

1.4 La charge nominale et la charge de travail sécuritaire (CTS)

La charge de travail sécuritaire (CTS) ou Working Load Limit (WLL) est la charge maximale qu'un équipement de levage peut supporter dans des conditions normales d'utilisation. Elle est déterminée par le fabricant et inclut un facteur de sécurité (généralement 5:1 pour les élingues en fibre, 6:1 pour les chaînes, 5:1 pour les câbles d'acier).

La charge d'épreuve est la charge appliquée lors des tests (généralement 2 fois la CTS). La charge de rupture est la charge à laquelle l'équipement se rompt.

Formule de la charge effective (CE) :

CE = P × F

Où F est le facteur de correction (angle, mode d'élingage, etc.).

2. Types d'élingues et leurs applications

2.1 Élingues en câble d'acier

Les élingues en câble d'acier sont fabriquées à partir de câbles toronnés. Elles sont robustes, résistantes à l'abrasion et à la chaleur, mais elles sont rigides et peuvent endommager les charges fragiles.

Construction : 6×19 (6 torons de 19 fils) ou 6×37 (6 torons de 37 fils) — plus le nombre de fils est élevé, plus le câble est flexible.

Terminaisons : Épissures (œil épissé), manchons sertis, crochets.

Coefficient de sécurité : 5:1 minimum selon la CSA G4 (Câbles d'acier).

Inspection : Vérifier le nombre de fils cassés sur une longueur de 6 diamètres (6d). Si 6 fils cassés sont visibles sur 6d ou 12 fils sur 30d, l'élingue doit être retirée du service. La corrosion, la déformation (oiseau, boucle) et l'usure sont aussi des motifs de rejet.

2.2 Élingues en chaîne

Les élingues en chaîne (Grade 80 ou Grade 100) sont utilisées pour les charges très lourdes, les arêtes vives et les températures élevées. Elles sont flexibles et peuvent être raccourcies ou allongées.

Grade 80 : Limite de charge de travail de 80 kg/mm².

Grade 100 : Limite de charge de travail de 100 kg/mm² (plus résistant, plus léger).

Inspection : Mesurer le diamètre de la maille à l'aide d'un pied à coulisse. Si l'usure dépasse 10 % du diamètre nominal, la chaîne doit être retirée. Rechercher les fissures, les déformations, les maillons allongés et les traces de soudure.

2.3 Élingues en fibre synthétique (sangles)

Les sangles sont légères, flexibles et n'endommagent pas les surfaces finies. Elles sont idéales pour les charges préfabriquées, les coffrages et les pièces d'acier peintes.

Polyester : Résistant aux acides, mais sensible aux alcalis.

Nylon : Résistant aux alcalis, mais sensible aux acides.

Polypropylène : Léger, mais faible résistance à la chaleur.

Inspection : Rechercher les coupures, les déchirures, les coutures endommagées, les brûlures, les taches de produits chimiques et les étiquettes illisibles. Une sangle avec une coupure de plus de 10 % de la largeur doit être retirée.

2.4 Élingues en fibre naturelle (manille, chanvre)

Rarement utilisées dans l'industrie moderne, elles sont réservées à des applications légères et temporaires. Elles sont sensibles à l'humidité et à la moisissure.

2.5 Tableau comparatif des élingues

Type	Avantages	Inconvénients	Utilisation typique
Câble d'acier	Robuste, résiste à la chaleur	Rigide, peut endommager la charge	Levage de poutres, colonnes, pièces lourdes
Chaîne	Très résistante, flexible	Lourde, peut endommager la charge	Levage de charges très lourdes, arêtes vives
Sangle polyester	Légère, protège la surface	Sensible aux coupures et à la chaleur	Levage de pièces finies, préfabriqué
Sangle nylon	Résiste aux alcalis	Sensible aux acides	Environnements alcalins
Fibre naturelle	Économique	Faible résistance, se détériore	Travaux légers et temporaires

3. Modes d'élingage et facteurs de correction

3.1 Modes d'élingage

Le mode d'élingage détermine la capacité de levage de l'élingue. Les modes courants sont :

Élingue simple (1 brin) : La charge est directement suspendue à un brin. Capacité = CTS de l'élingue.

Élingue en berceau (2 brins) : La charge est posée dans le creux de l'élingue. La capacité est de 2 fois la CTS (si l'angle est de 90°).

Élingue en étrangleur (choker) : L'élingue fait un tour complet autour de la charge et est attachée à elle-même. La capacité est réduite à 75 % de la CTS (facteur 0,75).

Élingue en panier (basket) : L'élingue passe sous la charge et les deux extrémités sont accrochées au crochet. La capacité est de 2 fois la CTS (facteur 2,0) si l'angle est de 90°.

3.2 Facteurs de correction pour les modes d'élingage

Mode d'élingage	Facteur de correction
Simple (vertical)	1,0
Berceau (2 brins)	2,0
Étrangleur	0,75
Panier (2 brins)	2,0
Panier (4 brins)	2,1 (si les 4 brins sont chargés)

Attention : Pour un panier à 4 brins, la capacité n'est pas de 4 fois la CTS. En raison de la répartition inégale de la charge, on utilise un facteur de 2,1 (ou 2,0 selon la norme).

3.3 Facteurs de correction pour l'angle

L'angle d'élingage affecte directement la tension dans chaque brin. Le tableau suivant donne les facteurs de réduction de capacité en fonction de l'angle :

Angle θ (degrés)	Facteur de réduction
90°	1,0
60°	0,87
45°	0,71
30°	0,50
15°	0,26

Formule de calcul de la capacité effective :

Capacité effective = CTS × Facteur de mode × Facteur d'angle

Exemple : Une élingue en câble d'acier de 10 mm avec une CTS de 1500 kg, utilisée en panier à 2 brins avec un angle de 60°.

Capacité effective = 1500 × 2,0 × 0,87 = 2610 kg.

4. Accessoires de levage

4.1 Les crochets

Les crochets sont équipés d'un cliquet de sécurité (ou linguet) qui empêche l'élingue de glisser. Le cliquet doit être en bon état et fonctionnel.

Inspection : Vérifier l'ouverture du crochet. Si l'ouverture est augmentée de plus de 15 % par rapport à la dimension d'origine, le crochet est déformé et doit être remplacé.

Vérifier les fissures, la corrosion, l'usure et la déformation de la pointe.

4.2 Les manilles

Les manilles sont utilisées pour relier les élingues au crochet ou à la charge. Il existe deux types principaux :

Manille à broche vissée : La broche est filetée et se visse dans le corps de la manille.

Manille à goupille : La broche est maintenue par une goupille fendue.

Règle : La broche d'une manille doit toujours être en place et serrée. Ne jamais remplacer la broche par un boulon ordinaire. La charge doit être appliquée dans l'axe de la manille, jamais sur le côté.

4.3 Les anneaux et les crochets de levage

Les anneaux (ou œils) sont soudés ou boulonnés sur les pièces à lever. Les crochets de levage sont des dispositifs de préhension utilisés pour soulever des tôles, des poutres ou des dalles.

4.4 Les élingues à crochet et les palonniers

Un palonnier (ou spreader bar) est une poutre rigide qui répartit la charge sur plusieurs points d'attache. Il est utilisé pour lever des charges longues ou larges sans les déformer.

5. Inspection et entretien des équipements de levage

5.1 Fréquence d'inspection

Selon la CSA Z150 et la CSA Z248 (grues à tour), les inspections doivent être effectuées :

Avant chaque utilisation : Inspection visuelle rapide (élingues, crochets, manilles).

Mensuelle : Inspection détaillée des élingues et accessoires.

Annuelle : Inspection complète par une personne qualifiée, avec registre écrit.

5.2 Critères de rejet des élingues en câble d'acier

Nombre de fils cassés dépassant les limites (6 fils sur 6d, 12 fils sur 30d).

Corrosion excessive (piqûres visibles).

Déformation (nœuds, boucles, écrasement).

Usure de plus de 1/3 du diamètre d'origine.

Épissures endommagées ou manchons desserrés.

5.3 Critères de rejet des élingues en chaîne

Usure de plus de 10 % du diamètre de la maille.

Allongement des maillons (plus de 5 %).

Fissures, criques ou traces de soudure.

Déformation des maillons.

5.4 Critères de rejet des sangles

Coupures ou déchirures de plus de 10 % de la largeur.

Coutures endommagées ou ouvertes.

Brûlures ou fusion du matériau.

Taches de produits chimiques.

Étiquette de capacité illisible ou manquante.

6. Signalisation et communication avec l'opérateur de grue

6.1 Le rôle du signaleur

Le signaleur (ou élingueur) est la personne responsable de guider l'opérateur de grue. Il doit être formé, compétent et visible en tout temps. Il doit utiliser des signaux normalisés et connus de l'opérateur.

6.2 Les signaux manuels normalisés

Les signaux manuels sont définis par la norme ASME B30.5 et la CSA Z150. Voici les signaux les plus courants :

Signal	Description	Signification
Levez la charge	Avant-bras vertical, index pointé vers le haut, mouvement circulaire	Lever la charge
Descendez la charge	Avant-bras horizontal, index pointé vers le bas, mouvement circulaire	Descendre la charge
Arrêt	Bras horizontal, main ouverte, paume vers le bas	Arrêter immédiatement
Arrêt d'urgence	Bras levés, mains ouvertes, mouvements rapides de haut en bas	Arrêt immédiat
Déplacer la flèche (vers la gauche)	Bras horizontal, main ouverte, poussée vers la gauche	Déplacer la flèche vers la gauche
Déplacer la flèche (vers la droite)	Bras horizontal, main ouverte, poussée vers la droite	Déplacer la flèche vers la droite
Lever la flèche	Bras plié, main fermée, pouce vers le haut	Lever la flèche
Descendre la flèche	Bras plié, main fermée, pouce vers le bas	Descendre la flèche
Déplacer la charge (horizontalement)	Bras plié, main ouverte, poussée dans la direction du mouvement	Déplacer la charge horizontalement

6.3 Les signaux par radio

Lorsque les signaux manuels ne sont pas possibles (distance, visibilité), on utilise la radio bidirectionnelle. Le signaleur doit :

Utiliser un langage clair et normalisé (« Levez », « Descendez », « Arrêtez »).

Confirmer chaque commande avec l'opérateur.

Ne jamais utiliser la radio pour des conversations personnelles.

6.4 Règles de communication

Un seul signaleur à la fois.

Si le signaleur n'est pas visible, l'opérateur doit arrêter la grue.

En cas de doute, l'opérateur doit arrêter immédiatement.

Le signaleur doit porter un gilet haute visibilité et un casque.

7. Calculs de levage et exemples pratiques

7.1 Calcul de la charge effective

Exemple 1 : Une poutre d'acier de 2,5 tonnes doit être levée avec une élingue en panier à 2 brins. L'angle d'élingage est de 45°. Quelle est la tension dans chaque brin ?

T = (P / n) × (1 / sin θ) = (2500 / 2) × (1 / sin 45°) = 1250 × 1,414 = 1767,5 kg par brin.

Exemple 2 : Une élingue en chaîne Grade 80 de 10 mm a une CTS de 3200 kg. Elle est utilisée en étrangleur avec un angle de 60°. Quelle est la capacité effective ?

Capacité effective = CTS × Facteur de mode × Facteur d'angle = 3200 × 0,75 × 0,87 = 2088 kg.

7.2 Calcul du nombre de brins nécessaires

Exemple 3 : Une charge de 6 tonnes doit être levée avec des élingues en câble d'acier de 16 mm (CTS = 4000 kg). L'angle d'élingage sera de 60°. Combien de brins sont nécessaires ?

Capacité par brin = 4000 × 0,87 = 3480 kg.

Nombre de brins = 6000 / 3480 = 1,72 → Arrondir à 2 brins.

7.3 Calcul du centre de gravité

Exemple 4 : Une poutre de 8 m avec une masse de 800 kg à 2 m de l'extrémité A et une masse de 400 kg à 6 m de l'extrémité A. Où se trouve le CG ?

CG = (m₁ × d₁ + m₂ × d₂) / (m₁ + m₂) = (800 × 2 + 400 × 6) / (800 + 400) = (1600 + 2400) / 1200 = 4000 / 1200 = 3,33 m de l'extrémité A.

Le point d'accrochage doit être à 3,33 m de l'extrémité A.

8. Règles de sécurité et normes applicables

8.1 La norme CSA Z150

La CSA Z150 (Sécurité relative aux grues mobiles) est la norme de référence au Canada pour les grues mobiles. Elle couvre :

L'inspection et l'entretien des grues.

Les exigences de formation des opérateurs et des signaleurs.

Les procédures de levage.

Les facteurs de charge et les marges de sécurité.

8.2 La norme CSA Z248

La CSA Z248 (Grues à tour) s'applique aux grues à tour utilisées sur les chantiers de construction. Elle exige des inspections régulières et des essais de charge.

8.3 La norme CSA G4

La CSA G4 (Câbles d'acier) spécifie les exigences pour la fabrication et l'utilisation des câbles d'acier, y compris les critères de rejet.

8.4 Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V

Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (C22.1-21) s'applique aux installations électriques, mais il est pertinent pour les ferronniers lorsqu'ils travaillent à proximité de lignes électriques. La règle 8-200 (dégagements) exige une distance minimale de 3 m entre la grue et les lignes électriques de moins de 75 kV, et de 6 m pour les lignes de plus de 75 kV.

8.5 Règles générales de sécurité

Ne jamais se tenir sous une charge suspendue.

Ne jamais laisser une charge suspendue sans surveillance.

Utiliser des gants de protection lors de la manipulation des câbles et des chaînes.

Vérifier la zone de travail pour les obstacles et les lignes électriques.

Respecter les limites de charge de la grue et des élingues.

Signaler immédiatement tout défaut à un superviseur.

Pièges à éviter

172.Confondre la masse et le poids : Sur l'examen, les questions utilisent souvent des unités différentes (kg, lb, tonnes). Convertissez toujours correctement.

173.Oublier le facteur d'angle : Beaucoup de candidats calculent la capacité d'une élingue sans appliquer le facteur de réduction pour l'angle. Vérifiez toujours l'angle d'élingage.

174.Utiliser le facteur de mode incorrect : Le facteur pour un étrangleur est de 0,75, pas de 1,0. Le facteur pour un panier à 4 brins est de 2,1, pas de 4,0.

175.Négliger l'inspection des élingues : Les questions d'examen portent souvent sur les critères de rejet. Mémorisez les limites (6 fils sur 6d, 10 % d'usure pour la chaîne, etc.).

176.Ignorer les signaux d'arrêt d'urgence : Le signal d'arrêt d'urgence est différent du signal d'arrêt normal. Apprenez à les distinguer.

177.Ne pas vérifier le centre de gravité : Un levage avec un CG décalé provoque un basculement. Les questions d'examen incluent souvent des calculs de CG.

178.Confondre les normes : La CSA Z150 est pour les grues mobiles, la CSA Z248 pour les grues à tour. Ne les mélangez pas.

179.Oublier la règle des 3 m : La distance minimale par rapport aux lignes électriques est de 3 m pour les lignes de moins de 75 kV. Cette règle est fréquemment testée.

180.Ne pas arrondir correctement : Dans les calculs de levage, arrondissez toujours au nombre de brins supérieur, jamais inférieur.

181.Négliger le cliquet de sécurité : Un crochet sans cliquet fonctionnel est un motif de rejet immédiat.

Résumé

Le centre de gravité doit être sous le point d'accrochage pour un levage stable.

La tension dans les brins augmente lorsque l'angle d'élingage diminue. Ne jamais utiliser un angle inférieur à 30°.

Les élingues sont classées en câble d'acier, chaîne, sangle et fibre naturelle. Chaque type a ses avantages et ses critères d'inspection.

Les facteurs de correction (mode et angle) sont essentiels pour calculer la capacité effective d'une élingue.

Les accessoires de levage (crochets, manilles) doivent être inspectés régulièrement et remplacés en cas de déformation.

La signalisation avec l'opérateur de grue doit être claire, normalisée et sans ambiguïté.

Les normes CSA Z150, Z248 et G4 sont les références principales au Canada.

La règle 8-200 du Code canadien de l'électricité impose des distances minimales par rapport aux lignes électriques.

La sécurité est primordiale : ne jamais se tenir sous une charge, toujours porter les EPI, et signaler tout défaut.

Questions de révision (pour s'auto-évaluer)

195.Quelle est la tension dans chaque brin si une charge de 4 tonnes est levée avec 2 brins à un angle de 45° ?

196.Une élingue en câble d'acier de 12 mm a une CTS de 2500 kg. Quelle est sa capacité en étrangleur à un angle de 60° ?

197.Quels sont les critères de rejet pour une élingue en chaîne Grade 80 ?

198.Quel est le signal manuel pour « arrêt d'urgence » ?

199.Quelle est la distance minimale entre une grue et une ligne électrique de 120 kV ?

200.Une poutre de 10 m a une masse de 600 kg à 3 m de l'extrémité A et une masse de 900 kg à 7 m de l'extrémité A. Où se trouve le CG ?

201.Quelle est la différence entre la CTS et la charge de rupture ?

202.Quels sont les trois types d'élingues les plus courants et leurs utilisations typiques ?

Réponses aux questions de révision

205.T = (4000 / 2) × (1 / sin 45°) = 2000 × 1,414 = 2828 kg.

206.Capacité effective = 2500 × 0,75 × 0,87 = 1631 kg.

207.Usure > 10 % du diamètre, allongement > 5 %, fissures, déformation, traces de soudure.

208.Bras levés, mains ouvertes, mouvements rapides de haut en bas.

209.6 m (ligne de plus de 75 kV).

210.CG = (600 × 3 + 900 × 7) / (600 + 900) = (1800 + 6300) / 1500 = 8100 / 1500 = 5,4 m de l'extrémité A.

211.La CTS est la charge maximale sécuritaire (avec facteur de sécurité), la charge de rupture est la charge qui provoque la rupture.

212.Câble d'acier (charges lourdes), chaîne (arêtes vives, températures élevées), sangle (surfaces finies, charges légères).

Ce chapitre vous a fourni les connaissances essentielles sur l'élingage, le levage et la signalisation de grue. Maîtrisez ces concepts, pratiquez les calculs et mémorisez les normes. Bonne préparation pour l'examen Sceau rouge !

Élingage, levage et signalisation de grue