Câble de traction

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Câble du treuil de la mine de charbon de Zeche Zollern en Allemagne (nord–ouest de Dortmund).
Éléments constitutifs d’un câble en acier

Un câble de traction est un câble qui sert à tirer une charge, à soutenir ou une structure.

Les câbles de traction sont composés de fibres végétales, de fils d'acier très fins ou de fibres synthétiques, tressés en torons de plusieurs fils. Ces torons peuvent eux-mêmes être tressés ensemble pour former des câbles encore plus épais et donc plus résistants. Bien que la grande majorité des câbles de traction soient de section ronde, il en existe de section aplatie.

Histoire[modifier | modifier le code]

L'ancêtre du câble est la corde (ou un gros cordage), employée de temps immémoriaux, et mise à profit dans les engins et machines depuis l'antiquité. En termes de maçonnerie, câble désignait un cordage très-gros et très-fort dont on se servait pour enlever les pierres avec une grue, une chèvre, etc.[1]. Le terme cableau (ou chableau), inusité maintenant, désignant lui un cordage de moindre section[2].

C'est donc comme la corde, un corps long, flexible, résistant, généralement rond, composé de fils tortillés et/ou tressés ensemble appelés toron. Techniquement, le câble pourrait être aussi la réunion de plusieurs cordes ou aussières[3]. Les câbles sont d'abord constitués de fibres végétales (Coco, chanvre, chanvre de Manilleetc.)

Pour les câbles en acier, l'unité n'est plus le fil de chanvre mais un fil d'acier. Si les câbles à fils parallèles en acier sont connus depuis l'utilisation qu'en fit Marc Seguin pour un pont suspendu, la passerelle de Saint-Antoine, en 1823, c'est à l'Inspecteur des Mines allemand Wilhelm Albert (Clausthal, 1834) que l'on doit le câble toronné moderne.

De nos jours, on parle plus volontiers de câble métallique, par opposition à la corde textile. L'usine ou l'endroit où on le fabrique s’appelle câblerie.

Dans la marine et dans les ponts[modifier | modifier le code]

L'officier de marine Samuel Brown (Royal Navy) (en) (1776-1852) innove sur le HMS Penelope en 1806 en substituant aux câbles (aussières) des vaisseaux, des chaînes en fer. La société qu'il fonde par la suite fournira toute les chaînes de la Royal Navy jusqu'en 1916 et il fait les chaînes pour le SS Great Eastern de Isambard Kingdom Brunel. Brown dépose un brevet pour la fabrication de chaînes en 1816 et des maillons brevetés en fer forgé pour un ponts suspendus en 1817. Cette espèce de pont soutenu par des chaînes se développe début XIXe siècle. Les chaînes dans les ponts sont par la suite remplacés par des câbles en acier.

Dans les mines[modifier | modifier le code]

Exemple de câbles de mine en acier, Allemagne

Dans les mines, les câbles d'extraction se faisaient en aloès ou chanvre de Manille[3]. Ils étaient à section rectangulaire plate. Les fibres étaient réunies entre elles par torsion, constituant le fil de caret, qui réunis eux-mêmes par torsion constituaient un toron. Plusieurs torons réunis formaient une corde ronde ou aussière. Plusieurs aussières juxtaposées, aplaties, réunies entre elles par une couture transversale, formaient un câble plat. Les câbles plats ne sont pas sujets à se détordre en charge comme cela se passe pour les câbles ronds, ensuite ils présentent plus de surface de contact avec la poulie ou à l'arbre du treuil sur lesquels ils adhèrent plus fortement. Les câbles d'extraction étant longs de 100 à 1 000 mètres, on les fabrique d'une seule pièce de section décroissante, ou en section de 100 mètres de long.

Les chaînes sont employées pour le levage dans les mines du Haut-Hartz mais se déforment rapidement au fil des cycles et nécessitent des réparations fréquentes, leur rupture accidentelle entraînant parfois des conséquences dramatiques. Pour remédier à la rupture localisée des chaînes, l'ingénieur Wilhelm Albert entreprend ses expériences sur un câble toronné pour l'exploitation minière de Caroline à Clausthal-Zellerfeld[4]. Ce premier câble comportait trois torons faits chacun de de quatre fils en fer puddlé de 3,5 mm de diamètre. Le câble d’Albert reste cependant toronné à la main[5]. Ce câble équipa d'abord en 1834 la Fosse Elisabeth de Clausthal. La machine à toronner est inventée par l'Autrichien Wurm en 1837 et développée à une échelle industrielle dès la décennie suivante par Felten & Guilleaume[5].

En 1910, la tension d'un câble sous charge maximum d'extraction ne doit pas dépasser le sixième de la charge de rupture pour les câbles végétaux et le huitième pour les câbles métalliques[6].

Dans le transport[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Transport par câble.

Améliorations successives[modifier | modifier le code]

En 1963, l'ingénieur britannique Kit Scruton eut l'idée d'entourer les câbles de retenue d'une petite ailette en spirale, ce qui a pour effet de diminuer considérablement les vibrations dues au vent ; plus généralement, entourer d'une hélice toute construction permet de réduire les oscillations dues au vent[7] [8].

Emploi[modifier | modifier le code]

Leurs utilisations sont très variées et très courantes dans l'industrie, la manutention, etc. C'est ainsi qu'on peut les retrouver par exemple dans les remontées mécaniques, les ascenseurs, les treuils et cabestans ou les grues, dans le domaine de la manutention. Ce sont également des câbles de traction qui sont utilisés dans les ponts suspendus pour maintenir le tablier.

Les câbles en fibres synthétiques, plus légers, sont notamment utilisés en exploitation forestière[9].

Déformation[modifier | modifier le code]

Les câbles sont sollicités en traction. Il en résulte différents types d'allongements:

  • Allongement constructif, lorsque le câble est mis en charge pour la première fois;
  • allongement élastique, allongement réversible sous charge uniquement;
  • allongement plastique, allongement irréversible lorsque la limite d'élasticité est atteinte et dépassée; la limite d'élasticité pour les câbles de manutention est de 55% à 60% de la charge de rupture[10].

De manière générale les lois de l'allongement des corps sont résumées par la Loi de Hooke:

.

L'allongement d'une tige prismatique est proportionnel à la longueur de cette tige;

  • il est proportionnel aussi à la charge qui agit suivant l'axe;
  • il est inversement proportionnel à la section de la tige;
  • il est inversement proportionnel au module de Young (module d'élasticité) .

Les câbles en acier supportent des charges plus importantes qu'une barre en acier de section égale. Toutefois le Module de Young des câbles, avec des valeurs comprises entre 155 GPa et 165 GPa est inférieur à celui des barres (210 GPa)[11].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. D'après J.-M. Morisot, Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment, Paris, Carilian,
  2. Morisot J.M., Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment, Carilian, 1814
  3. a et b D'après H.J.Jacquemin, Traité pratique des constructions métalliques., Charleroi-Nord, Aumôniers du travail. Institut Industriel professionnel., .
  4. (de) Wilhelm Albert, Über teibseile am harz, Archive für mineralogie geognosie bergbau und hüttenkunde vol. 10, WAJ, , p. 215-34
  5. a et b Pierre-Louis Roy, L'Aiguille du Midi et l'invention du téléphérique, Glénat, , p. 11
  6. Recueil des lois, décrets, ordonnances et règlements, Volume 97. Impr. du Moniteur belge
  7. International Association for wind engineering
  8. RMC Decouverte 15/12/2016 Les batisseurs de grands pont
  9. Paul Magaud, « Le câble synthétique en exploitation forestière : synthèse de trois années de suivi », FCBA Info, FCBA,‎ , p. 1-11 (lire en ligne).
  10. Sur veltkamp.pro
  11. Helmut C. Schulitz, Werner Sobek, Karl J. Habermann Construire en acier. PPUR presses polytechniques, 2003 - 404 pages

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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