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
Poulie d'ancrage, pour le labour à la vapeur (Locomobile)

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.


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.

Histoire[modifier | modifier le code]

Le câble désigne à l'origine un cordage de forte résistance employé à la manœuvre des ancres. On le retrouve en maçonnerie, il désigne de même un cordage très-gros et très-fort dont on se servt pour enlever les pierres avec une grue, une chèvreetc.[1]. Le terme cableau (ou chableau), inusité maintenant, désignant lui un cordage de moindre section[2].

Le câble comme la corde est donc 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.

Au XIXe siècle, le câble en acier est généralement utilisé pour l'exploitation minière et le transport par bateaux en général, et l'expérience a prouvé qu'il possède de nombreux avantages sur les cordes de chanvre, étant plus léger, plus durable, et moins cher que le chanvre ou le chanvre de Manille, et n'étant pas affecté par les changements atmosphériques. Les nombreuses applications auxquelles les câbles en acier ont été appliqués, là où la corde de chanvre aurait bientôt été détruite et les chaînes trouvées trop lourdes, a rapidement provoqué son adoption générale dans toutes les régions minières du monde moderne où que ce soit, là ou des puits sont créés vers les profondeurs, et/ou des plans inclinés sont aménagés. La consommation de câble à partir du milieu XIXe siècle est énorme et vise les domaines d'utilisation principaux suivants[4]etc.:

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 toutes 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 et sur les bateaux sont par la suite remplacés par des câbles en acier.

Les câbles à fil de fer galvanisé pour manœuvres dormantes des navires présentent de nombreux avantages par rapport au chanvre, il ne nécessite pas de décapage ou de réaménagement que le chanvre impose chaque années; une fois installé, il évite l'attention et les problèmes causés par l'étirement et le rétrécissement du chanvre - Les câbles ne sont pas affecté par les changements atmosphériques, et par conséquent, ne s'allongent pas et ne rétrécissent pas par temps sec ou humide, ce qui évite la nécessité de la mise en place répétée comme pour le chanvre; de par sa légèreté extrême, n'étant que deux tiers le poids du chanvre - une corde de chanvre de Manille d'1 pouce d'épaisseur et de 1 000 pieds de long, pèse environ 2 200 livres à sec tandis qu'un câble en acier rond de même résistance et même longueur pèse 900 livres humides ou secs -, il augmente la capacité de chargement du navire; et l'avantage dérivé de la surface moindre opposée au vent - La câble de fil de fer étant la moitié de la taille du chanvre - en particulier lors de la remontée au vent, ne nécessite aucun commentaire. Pour le foc et le foc volant, sa petitesse et sa douceur permettent aux œillets (hanks) de glisser beaucoup plus librement. un gréement en câbles de fer, sauf en cas d'accident durera la vie du navire. Les câbles de fer en outre coûtent beaucoup moins cher que les chaînes ou les cordes de chanvre. Les câbles de cuivre sont employé comme paratonnerre et pour la mise à la terre, sur le mât d'un navire, les clochers, les grandes cheminées[4]etc..

Article détaillé : Cordage.

Dans les mines[modifier | modifier le code]

Exemple de câbles de mine en acier, Allemagne
Machine d'extraction

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[5]. 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[6]. 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[6].

En 1910, la tension d'un câble sous charge maximale d'extraction ne doit pas dépasser le sixième de la charge de rupture pour les câbles végétaux et le huitième pour les câbles métalliques[7].

Dans le transport[modifier | modifier le code]

Transport aérien par câble
Articles détaillés : Transport par câble et Téléphérique.

Il y a de nombreux endroits en montagne où il est impossible de construire une voie de chemin de fer ou une route. Dans un tel lieu, la méthode pratique et économique de livraison de matériel consiste à déployer un câble des points supérieurs aux points inférieurs, quand la distance n'est pas trop longue pour une seule portée. On la tend suffisamment pour supprimer toute obstructions et sur ce câble, on fait glisser une poulie en dessous de laquelle pend un panier contenant les roches par exemple. Si c'est du bois d'œuvre, une poulie à chaque extrémité du bois est nécessaire. On trouve préférable d'utiliser trois poulies dans le cas de la roche, deux au-dessus et une dessous de la corde, l'une des poulies supérieures étant en avance et l'autre en arrière.

Dans la transmission de force[modifier | modifier le code]

Les câbles en acier sont largement utilisé au XIXe siècle comme transmission mécanique. Comme dans le cas d'un moulin situé à une demi-mille environ de la roue hydraulique à partir duquel l'énergie est obtenue. Cette méthode s'est révélée très économique et durable, en France et en Allemagne où des distance de 5 ou 6 milles peuvent exister entre la source de force motrice et la machine à mettre en mouvement.

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[8] [9].

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[10].

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[11].

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)[12].

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. a et b (en) Andrew Smith Hallidie (en). The Mechanical Miners' Guide. Wire and Wire Rope Works, 1873. Lire en ligne
  5. (de) Wilhelm Albert, Über teibseile am harz, Archive für mineralogie geognosie bergbau und hüttenkunde vol. 10, WAJ, , p. 215-34
  6. a et b Pierre-Louis Roy, L'Aiguille du Midi et l'invention du téléphérique, Glénat, , p. 11
  7. Recueil des lois, décrets, ordonnances et règlements, Volume 97. Impr. du Moniteur belge
  8. International Association for wind engineering
  9. RMC Decouverte 15/12/2016 Les batisseurs de grands pont
  10. Paul Magaud, « Le câble synthétique en exploitation forestière : synthèse de trois années de suivi », FCBA Info, FCBA,‎ , p. 1-11 (lire en ligne).
  11. Sur veltkamp.pro
  12. 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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