Poulies

À utiliser le plus régulièrement, les poulies apportent, en levage manuel, une assistance aux machinistes.

Elles permettent de :

• diminuer l'effort à fournir pour lever une charge,
• changer la direction du fil de tirage.

Les poulies doivent être utilisées dans le cadre du levage de charges légères. Sur une scène, l'accroche de charges importantes doit être réalisée avec des appareils de levage adéquats (moteurs, palan, manuel, porteuses).

Nous rencontrons en équipement scénique deux familles de poulies de levage :

• celles en usage ponctuel, utilisées pour de l'équipement léger (une équipe à main), ou d'assistance (pour hisser du matériel au niveau d'une passerelle),
• celles en fonction permanente telles les collectrice (ou mère de famille) ou les poulies de renvois pour les suspentes de porteuses.

Une poulie est composée de trois éléments : le réa, son flasque (ou chape), et un axe assurant la liaison de l'ensemble. La gorge du réa assure la translation d'un cordage ou d'un câble.

Le réa

Cet élément peut être en acier, en fonte, en aluminium, en bois ou en matière synthétique. Les caractéristiques du réa conditionnent le choix et l'utilisation de la poulie :
La forme de la gorge : elle est ronde pour l'utilisation de cordages, en forme de V pour les câbles. Il existe également une variété de réas à gorge mixte permettant l'usage sans discernement de câbles ou de cordages.
La largeur de la gorge : déterminante pour le choix du diamètre du câble ou cordage qui se doivent de reposer dans le fond de gorge avec un angle d'appui idéal sur les parois, compris entre 120° et 150°. Il faut toujours choisir la poulie au plus proche du diamètre du câble ou du cordage. Une gorge trop étroite provoque un pincement du câble ou du cordage, trop large un écrasement.
Le diamètre du fond de gorge : il détermine le rayon de courbure (rapport entre le diamètre du câble ''d'' et le diamètre du réa ''D'') qui sera donné au câble.
Le diamètre du fond de gorge sera toujours supérieur à 22 fois le diamètre de câble utilisé.

Plus le diamètre du réa est élevé, moins les pertes de rendement dues aux frottements sont importantes. 

Le flasque

Le flasque sert de support au réa, il est soit posé et fixé (sur un chemin de moufles, un plancher...) soit accroché à un support (pont, porteuse...). Dans ce dernier cas, il est équipé d'un crochet, d'un émerillon ou encore d'un oeil.

L'axe

L'axe d'une poulie supporte les efforts du système. Le rendement de la poulie est dépendant du type de montage de l'axe, sur roulements ou sur bagues. Les frottements induits par l'axe d'une poulie engendrent une perte moyenne de rendement de l'ordre de 10%.

Angle de déflexion

Un câble acier passant dans une gorge de réa, doit présenter un angle inférieur à 1°30 par rapport à l'axe virtuel du fond de gorge. Un angle trop accentué provoque une usure rapide du câble et un rabotage de la gorge du réa.

Réactions des poulies

Le calcul de réactions des poulies se fait en partant de la valeur de la charge et en remontant progressivement le système, afin de déterminer les efforts engendrés dans chaque élément le constituant.

Sur une poulie fixe

Pour soulever une charge à l'aide d'une poulie fixe, il faut appliquer à la guinde une force supérieure à la valeur de la charge. Lorsque le système est en équilibre, la réaction sur le support d'ancrage de la poulie sera égale à deux fois la valeur de la charge accrochée.

Exemple : la charge A est égale à 100 daN. L'effort à fournir sur le fil B (le garant) pour lever la charge A doit être supérieur à 100 daN. La réaction sur le support R et la poulie, est de 200 daN quand le système est équilibré. Nous choisissons donc une poulie de CMU de 200 daN x coefficient spectacle 2 = 400 daN.

Sur une poulie mobile

La charge est fixée sur le crochet de la poulie mobile. On hisse la charge en tirant la guinde depuis le haut.

Exemple : la charge A est de 100 daN. L'effort à fournir sur le fil B pour lever la charge doit être supérieur à 50 daN. La réaction sur le support R est de 50 daN. L'effort sur l'axe de poulie est de 100 daN. Nous choisissons donc une poulie de CMU de 100 daN x coefficient spectacle 2 = 200 daN.

Sur une poulie mobile et une poulie fixe

Nous désirons lever une charge A de 100 daN, le point d'ancrage de la poulie fixe P2 est à 10 mètres du sol. La réaction sur la poulie mobile P1 est de 100 daN. Nous choisissons donc une poulie de CMU de 200 daN (100 x coefficient spectacle 2). Pour la poulie P2, une CMU de 100 daN x coefficient spectacle 2 = 200 daN également. Notons que la poulie P2 change uniquement la direction de la force. Dans le cas de ce système de levage, l'effort à fournir pour appuyer la charge est divisée par 2, et une longueur de fil de 30 mètres est nécessaire pour amener la charge au sol. 

Sur deux poulies mobiles et un angle

Nous levons une charge de 300 daN à l'aide de deux poulies mobiles et d'un fil de tirage renvoyé à 90° par la poulie P3. L'effort dans la poulie P3 est calculé par un coefficient de minoration, appliqué à la valeur de la tension dans le brin de charge. Le coefficient est variable selon l'angle formé : plus l'angle s'ouvre, moins la poulie et son support d'accroche subissent d'efforts. Dans ce cas, l'effort sur la poulie P3 est de : 75 daN x 1,41 = 105 daN. 

Un peu d'histoire...

De l'antiquité grecque et romaine, nous sont parvenus à ce jour les drames joués dans les amphithéâtres de plein air ou encore les jeux du Colisée à Rome, sorte de Bercy des temps barbares. L'arène cachait des dessous, des monte-charges permettaient l'acheminement de matériels, d'animaux sauvages ou de combattants sur la piste. Celle-ci pouvait également être inondée et permettre la représentation de batailles navales. Quelques chiffres concernant la machinerie du Colisée : 28 ascenseurs, 8 hommes à la manœuvre de chaque ascenseur, plus de 50 000 spectateurs se tassant dans les gradins pouvant être couverts les jours de pluie ou de canicule par un vélarium (ou vélum) manœuvré par des équipes de marins.

La montée de la chrétienté dans le monde occidental fit naître dans les églises la représentation vivante des textes liturgiques (mystères) ou la vie des saints et martyrs (miracles). Le jeu liturgique s'en vint à sortir des églises. La machinerie appelée "secrets" était fort prisée des spectateurs avides d'apparitions, disparitions, vols, incendies, dragons crachant des flammes, simulacres de décapitations par les divers "trucs" de magie ingéniés par "le conducteur des secrets", mélange de scénographe et de machiniste de nos jours. La machinerie faisait déjà appel aux techniques de palan, de treuils et de contrepoids. Le "meneur de jeu" ou metteur en scène, dirons-nous aujourd'hui, œuvrait parmi la foule de figurants eux-mêmes tantôt acteurs tantôt public, et dirigeait sans doute la coordination du jeu, des textes et des chants. Puis le jeu prit une allure profane pour se donner sur le parvis des églises ou les tréteaux en places publiques. On y jouait les farces, les moralités ou encore les sotties.

A partir du XVième siècle s'élabora le théâtre dit à l'italienne, les représentations se donnèrent dans des lieux construits, le public fut séparé de l'espace de jeu, la scène devint le siège de l'illusion avec l'avènement des règles de perspective appliquées aux décors. Ces décors se distinguaient par leur plantation permanente d'enfilade de maisons dans la profondeur de la cage de scène, également appelée "boite magique". Cette particularité de décors en perspective limitait en fait l'espace de jeu des artistes, ceux-ci ne pouvant s'autoriser des déplacements vers le lointain sans briser l'illusion des échelles de tailles. La machinerie, quant à elle, ne cesse de se développer en faisant appel à toutes les techniques en usage dans la marine, des constructions de charpente au matériel d'accastillage et aux marins devenant machinistes constructeurs ou conducteurs de manœuvres.

La découverte et la domestication de nouvelles sources d'énergie ont fait passer les théâtres de "l'âge du feu" à l'ère moderne : les lueurs des flambeaux, des lampes à huile et des chandeliers se sont éteintes, de même que le gaz disparut des théâtres. L'électricité apporta de nouvelles possibilités créatives par les capacités de sa force motrice, le développement en puissance des sources d'éclairage, la motorisation des équipements du cintre ou encore l'apparition du son reproduit et diffusé.

"Le théâtre n'est pas le pays du réel : il y a des arbres en carton, des palais en toile, un ciel de haillon, des diamants de verre, de l'or de clinquant du fard sur la pêche, du rouge sur la joue, un soleil qui sort de dessous de la terre. C'est le pays du vrai : il y a des cœurs humains sur la scène, des cœurs humains dans les Coulisses, des cœurs humains dans la salle".

Mouflage

Appelé également palan, le mouflage est une technique de levage basée sur la démultiplication d'efforts. Utilisé depuis des temps immémoriaux, le mouflage apparaît dans les théâtres avec l'apport des techniques en vigueur dans la marine à voile.

Le moufle

Le moufle est composé d'un assemblage de plusieurs réas sur un même axe.

Le moufle est équipé d'un connecteur (crochet, manille...) permettant son ancrage sur un support ou l'accroche d'une charge. Le ringot permet la fixation d'un fil sur le moufle et de réaliser un système de levage démultipliant l'effort de traction : le palan.

Dans le cas de ce système de 2 moufles à 3 réas, la traction de la charge est dirigée vers le bas. Nous avons un moufle en ancrage fixe et un moufle mobile. L'effort (F) théorique à fournir sur le brin B pour lever la charge (P) de 500 daN est de :

La longueur (L) de cordage pour élever au maximum de hauteur (h) la charge est de :

L = 6 réas x h

En réalité, le rendement d'un palan est donné par le nombre de réas utilisés et les frottements dans le système. Les frottements seront moins importants sur les axes de réas montés sur roulements

et le rendement du palan meilleur avec un nombre de réas réduit. Un rendement de palan avec 6 réas sur roulements est d'environ 5,5. Il se calcule comme suit :

Le Palan

Le palan est un appareil de levage suspendu, utilisé pour le déplacement vertical de charges variées. Il est muni d'une chaîne ou d'un câble, et parfois d'une courroie s'enroulant sur un tambour. Il est équipé d'un système de démultiplication de l'effort pour l'entraînement manuel ou motorisé de la charge.
Il existe des palans manuels (à levier ou à chaîne), ainsi que des palans avec moteurs électriques, et parfois pneumatiques.

Le palan n'est pas mobile, à moins que celui-ci soit installé sur un chariot de suspension et suspendu à une poutre, un pont roulant, un portique, une potence, un monorail ou toute autre structure similaire permettant le déplacement du chariot de suspension.

Le palan doit être équipé d'accessoires de gréage pour lui permettre de lever les charges. Il existe une variété d'accessoires pour ce faire : crochets, chaînes, cordages, élingues, palonniers, pinces, grappins, aimants, ventouses de levage et autres accessoires ayant les mêmes propriétés.

La différence fondamentale entre le palan et le treuil est le sens de la force appliquée. Le palan tire uniquement à la verticale pour soulever des charges tandis que le treuil tire principalement à l'horizontale pour déplacer celles-ci.

Sur les grues mobiles, des treuils hydrauliques sont utilisés pour tirer le câble de levage. Le treuil est évidemment fixé à la grue.

Les palans motorisés sont conçus avec un frein d'arrêt (comme pour le treuil). Le frein du palan doit être capable de maintenir une charge d'une fois et demie la capacité nominale du palan.

Lors de la descente d'une charge avec un palan, un frein dynamique permet de maintenir la charge à une vitesse constante. Les treuils de grue sont aussi pourvus d'une sécurité similaire.

Critères de sélection

• Choisir un palan en fonction des charges à déplacer (poids, vitesse, distances verticale et horizontale) et de l'environnement de travail.
• Vérifier le poids des charges qui seront levées et déterminer l'équipement de levage le plus approprié pour lever et pour déplacer la charge.
• Opter si possible pour des palans motorisés lorsque les activités de levage sont fréquentes ou lorsque le poids des charges est élevé.
• Choisir une vitesse lente pour les palans motorisés si le déplacement à faire est précis. Un palan peut être conçu avec deux vitesses, la première étant une vitesse lente de placement et la seconde, plus rapide, est un multiple de la première et sert pour les déplacements qui ne nécessitent pas de précision.
• En ce qui concerne le déplacement horizontal du palan, plusieurs options sont possibles. Le palan peut être installé sur une grue mobile, sur une potence, sur un monorail ou sur d'autres dispositifs de déplacement. Avant de sélectionner un système de déplacement horizontal, il est important de planifier les déplacements à effectuer et de considérer le système offrant la plus grande flexibilité. Le palan est généralement suspendu à un chariot de suspension. Ce chariot doit rouler facilement afin de faciliter le déplacement horizontal de la charge.
• Le chariot de suspension peut être motorisé et éviter à l'opérateur de pousser ou de tirer sur la charge.
• Le palan sera conforme à la norme CSA B167.08−Ponts roulants : conception, inspection, mise à l'essai, entretien et utilisation sécuritaire. Cette norme s'applique aux ponts roulants, aux monorails, aux palans, aux chariots, aux grues à flèche, aux portiques, aux potences murales et aux autres appareils présentant des caractéristiques semblables.

Conseils pour une utilisation sécuritaire

Le palan permet de soulever des charges lourdes. Il est important de surveiller les points suivants :

• Ne pas surcharger le palan. Il est préférable de suivre les instructions et les chartes de levage du manuel du manufacturier. Le poids d'une charge additionné à l'équipement de levage ne doit pas excéder la charge maximale sécuritaire du palan.
  
• Attacher solidement la charge pour ne pas qu'elle tombe lors du levage ou du déplacement.
  
• Vérifier que les crochets servant au levage et ceux fixés aux élingues sont munis de linguets de sécurité.
  
• Planifier le levage afin que la charge ne puisse pas se balancer et heurter les travailleurs.

L'utilisation du palan, comme celle de tous les appareils de levage, est encadrée par la réglementation :

• Le palan doit être utilisé, entretenu et réparé en tenant compte des principes énoncés à l'article 245 du Règlement sur la santé et la sécurité du travail (RSST).
  
• L'entretien du palan doit être fait en tenant compte du manuel du manufacturier ou des précisions apportées dans la norme CSA B167-08−Ponts roulants : conception, inspection, mise à l'essai, entretien et utilisation sécuritaire.
  
• La manœuvre de manutention à l'aide du palan doit être faite en intégrant les précautions de sécurité indiquées à l'article 255 du RSST.
  
• Les accessoires de levage doivent être construits solidement, avoir la résistance requise et être tenus en bon état, conformément à l'article 246 du RSST.
  
• Il est nécessaire d'utiliser des câbles de guidage lorsque la charge levée effectue un mouvement de rotation ou se déplace de manière incontrôlée et présente un danger (RSST, art. 255).
  
• Lorsque le palan est installé sur un pont roulant, la formation des opérateurs de palans doit intégrer les dispositions règlementaires de l'article 254.1 du RSST.

Conseils généraux pour une utilisation sécuritaire

• Éviter de surcharger l'appareil de manutention afin de faciliter les manœuvres;
• Ne pas manipuler avec des mains ou des chaussures glissantes;
• Dégager le sol et les espaces de circulation;
• Planifier le déplacement.​

Ce système de poulies démultiplie la force de traction exercée sur la corde (flèche). 

Pour soulever la charge d'un mètre, il faut tirer la corde sur deux mètres, mais avec deux fois moins d'effort.

Plus le palan utilise de poulies, plus il est efficace: l'effort est divisé par le nombre de poulies.

La grue en Meccanocomporte des palans qui divisent par 4 l'effort à fournir par le treuil.

Elingues

Une élingue peut être en câble acier, en textile, en chaîne, en cordage. Elle peut être élingue simple ou multibrin (2, 3, 4 brins). La plus courante en usage scénique est l'élingue simple à câble acier et reconnue par les machinistes sous le terme "élingue". Au fil de ces pages, nous la distinguerons de la chaîne et de l'élingue textile.

Omniprésentes sur scène, nous trouvons les élingues en usage fixe sur les éléments de manœuvre du cintre(porteuses, manteau, ponts, rideau de fer...). Elles sont régulièrement mises en œuvre pour le levage de matériel tels les sous-perches, les poutres treillis, les décors...

Elingue simple en accroche par une griffe sur une poutrelle

Calcul de la CMU d'une élingue confectionnée

Exemple : un câble acier de 6 torons x 37 fils, de diamètre nominal de 12,6 mm que l'on désire transformer en élingue par manchonnage, est donné par le fabricant pour une valeur de charge de rupture de 8 500 daN.
Pour trouver la CMU de l'élingue confectionnée, appliquer d'abord la minoration de terminaison d'un manchon, soit 10% de 8 500 daN = 7 650 daN, puis diviser par le coefficient de sécurité du câble d'une valeur de 5, soit : 7 650 daN / 5 = 1 530 daN.
La CMU de cette élingue confectionnée est de 1 530 daN / coefficient spectacle 2 = 765 daN.

Sécurité

Une élingue manchonnée doit être réalisée par du personnel qualifié et autorisé à estampiller la CMU.
Une élingue ne portant aucune valeur de CMU ne peut être utilisée.
Rappel : les valeurs de CMU estampillées sur les élingues ou les connecteurs sont toujours des valeurs non-spécifiques au domaine du spectacle.

De même qu'une inspection des câbles s'impose avant utilisation, les élingues doivent être soumises à un contrôle de leurs terminaisons, notamment sur les manchons qui doivent être exempts de fissure. Le gainage opaque autour d'une élingue et de son manchon est proscrit, du fait de l'impossibilité d'inspecter visuellement leur aspect. L'application d'une peinture sur un câble est interdite, l'action des solvants pouvant détériorer l'âme textile d'un câble. Une élingue noire peut être conçue par procédé de teinte dans la masse du câble lors de sa fabrication, ou pour le achiniste par la pose d'une "chaussette", faisant office de gaine noire provisoire autour du câble. La chaussette pratique et idéale est cousue et adaptée pour une large gamme de longueur de câbles.

Chaînes de levage

Utilisées en élingues, elles ont l'avantage contrairement aux élingues câbles de pouvoir être facilement ajustables en longueur avec l'ajout d'accessoires de raccourcissement. Les chaînes sont classées d'après leur contrainte à la rupture, soit sous leur qualité, leur grade ou encore leur classe.

Toute chaîne de levage doit porter l'estampille de son classement, généralement apposée tous les mètres ou les vingt maillons. Une chaîne non estampillée ne doit pas être utilisée. Chaque chaîne doit posséder un certificat du fabricant indiquant :

• le classement de la chaîne,
• la masse linéaire,
• la CMU,
• l'allongement maximal.
  

La limite de rupture d'une chaîne est dépendante de l'état de son maillon le plus faible. La conséquence de cette règle pour le machiniste est, qu'avant chaque utilisation, un minimum de temps doit être accordé à l'inspection des maillons de la chaîne.

Une chaîne de levage sous l'effet d'une charge, ne doit jamais présenter de noeuds ni de maillons entremêlés, ni une vrille de plus d' 1/4 de tour sur sa longueur.

Une surcharge trop importante imposée à la chaîne se traduit par un allongement et un cintrage des maillons. Une chaîne présentant une usure prononcée ou des anomalies sur un ou plusieurs maillons, ne doit pas être mise en service.

Comme un câble ou une élingue, la chaîne est soumise aux facteurs de mode (cf p.26). Enfin pour rappel, la CMU d'une chaîne se calcule avec un coefficient de sécurité de 8 (coefficient 4 x 2 pour le spectacle).

Sangles textiles (ou estropes)

De par leur légèreté et leur maniabilité, les sangles textiles s'intègrent aisément dans un système de levage. On les utilise en élingue de levage dans la limite de leur CMU.

Constituées de fibres synthétiques P.E.T (les polyesters), P.P (les polypropylènes) ou encore P.A (les polyamides), leur talon d'Achille vient de leur faible résistance au feu, leur point de fusion se situant aux environs de 200°C. Les sangles textiles ne doivent pas être équipées à proximité de projecteur ou autres sources de chaleur. Il convient d'adjoindre systématiquement à la sangle textile utilisée en accroche, une élingue métallique de sécurité.

Si une charge doit rester suspendue et accrochée on utilisera de préférence une élingue acier à la place de l'élingue textile.

Une sangle doit être sérieusement contrôlée avant chaque utilisation, notamment l'état de ses coutures et de sa gaine protectrice. La sangle doit être mise en adéquation avec la charge à lever, en vérifiant la CMU brodée ou portée sur une étiquette cousue. Comme pour un câble ou une chaîne, une sangle doit être protégée des arêtes saillantes des poutrelles de type IPN, HEA... 

Haubanage

Le haubanage est une technique d'immobilisation de charge ou de support de charge (porteuse, pont...). Utilisé sous chapiteau pour fixer les agrès de voltige ou les mâts de fildefériste, on l'utilise sur une scène pour stabiliser les éventuels mouvements de porteuses.

Une mise en tension d'un haubanage peut être faite à la force des bras ou avec l'assistance d'appareils (Tirfor).

Dans ce dernier cas, la résistance des supports d'ancrage doit être validée et l'appareil mis en adéquation avec les forces résultantes.

Le Tirfor

Cet appareil permet la mise sous tension de câbles soumis à des efforts importants, par exemple un mât de fildefériste, pour la mise en tension de haubans.

Le Tirfor est composé par :

• un carter, avec en interne les mâchoires de logement du câble,
• un crochet d'ancrage,
• un levier de manoeuvre,
• un levier de débrayage,
• un levier d'inversion de sens.

Le câble actif se loge entre les mâchoires internes du Tirfor, qui sont actionnées par le levier de manoeuvre. Le levier de débrayage se verrouille automatiquement sous la tension du câble. Plus la charge est forte, plus le serrage des mâchoires devient conséquent. Les capacités de charge du Tirfor doiventêtre indiquées sur l'appareil et dûment respectées. Le Tirfor se manoeuvre toujours à une seule personne, l'effort à fournir lors de la traction doit être inférieur aux capacités de l'appareil et à la CMU du câble. Si l'effort à fournir pour la mise en tension du câble devient trop important, le machiniste doit choisir un Tirfor de plus grande capacité de traction. L'utilisation d'un Tirfor en levage de personnel est interdite. 

On devra se renseigner sur les capacités de résistance des points d'ancrage, les forces induites par l'utilisation d'un Tirfor étant conséquentes. 

Les tendeurs

Les tendeurs sont utilisés pour ajuster au plus près la longueur de deux élingues lors d'une recherche de parfaite planéité de châssis, de porteuse, ou encore pour mettre en tension une ou plusieurs élingues dans le respect de leur CMU et des capacités du tendeur. Ils sont composés d'une cage (ou corps), de deux tiges filetées avec terminaisons dont voici les plus courantes : à oeil, à chape, à crochet. La mise en tension s'effectue par une rotation manuelle de la cage, les filets de tiges étant inversés, la rentrée ou sortie de ces tiges progresse en sens opposés. Comme pour tout accessoire de levage, le tendeur doit être estampillé d'une CMU.
Un tendeur est caractérisé par :

• sa CMU,
• l'amplitude de distance entre les tiges filetées,
• le diamètre de l'oeil, ou l'ouverture du crochet, ou le diamètre de l'axe de chape.

Facteurs de mode

Un système de levage peut être réalisé avec deux élingues simples ou une élingue multibrin dans le cas d'un montage en "Patte d'oie" ou en "Y".

Les facteurs de mode permettent de prendre en compte la géométrie de l'élinguage, à savoir que l'effort supporté par les élingues augmente avec leur ouverture d'angle.

La tension dans chaque élingue est majorée d'un coefficient variant selon l'angle d'ouverture des élingues : 

Soit une charge de 500 daN à lever avec un couple d'élingues simples formant entre elles un angle de 90°.

En appliquant un coefficient majorateur de 1,42 à la charge accrochée de 500 daN, la charge résultante dans chaque élingue est portée à :

(500 daN/2) x 1,42 = 355 daN.

Le choix se porte (dans le domaine du spectacle), sur un couple d'élingue d'une CMU de :

355 daN x coefficient spectacle 2 = 710 daN chacune.

Calculons maintenant la charge maximale pouvant être levée avec deux élingues simples montées en patte d'oie.

Les élingues ont une CMU indiquée de 1 000 daN chacune. L'angle formé entre ces élingues, pour le levage de la charge, est de 110°.

Dans ce système, la charge maximale pouvant être levée est de : (1 000 daN x 2) / 1,75 = 1 142 daN.

Dans le domaine du spectacle, la charge maximale à lever est de 1 142 daN / coefficient spectacle 2 = 571 daN.