En naviguant sur notre site, vous acceptez l'utilisation de cookies pour vous proposer une navigation optimale et nous permettre de réaliser des statistiques de visites. En savoir plus

La tension


 

Introduction

Dans une remontée mécanique, il est important de garder une tension des cables la plus constante possible.


Pourquoi le maintient de la tension du câble est importante ?


Avant sa construction, une remontée mécanique est calculée, c'est a dire que pour le dimensionnement des éléments, des paramètres sont choisis. Par exemple, la tension du câble est déterminée et choisie pour dimensionner les pylônes, les balanciers, la puissance du moteur, le câble lui même...

Le câble d’un appareil doit donc être tendu d'une manière connue et le plus constamment possible pour plusieurs raisons :
- assurer un survol suffisant ; la flèche du câble ne doit pas être trop importante. En effet, il risquerait de s’approcher trop dangereusement du sol et le survol serait inférieur au minimum réglementaire.
- assurer une adhérence convenable sur la poulie motrice ; l’adhérence du câble sur la poulie motrice est fonction de la tension de part et d’autre de la poulie, du coefficient de frottement entre le câble, en acier et le bandage de la poulie (le plus souvent en caoutchouc) et de l’angle d’enroulement du câble sur la poulie motrice.

Par ailleurs, la tension du câble ne doit pas être trop forte pour plusieurs raisons :
- respecter les coefficients de sécurité réglementaires sur les câbles : la tension du câble ne doit pas dépasser une valeur 4,5 fois inférieure à la tension de rupture de ce câble (en exploitation).
[exemple]Prenons l’exemple d’un câble dont la tension de rupture soit égale à 1500kN (environ 150 tonnes), il est alors nécessaire que la tension du câble en exploitation ne dépasse pas 333kN.
- Respecter le dimensionnement des structures de ligne et de gare : les structures (massifs en béton, pylônes, futs métalliques, poutres etc.). Ces structures ont été dimensionnées pour une charge maximale. Il ne faut ainsi pas dépasser cette charge maximale qui est directement liée à la tension du câble.
- Respecter les charges maximales et minimales sur les galets des balanciers (qui est la résultante de la tension du câble dans l'axe de la bissectrice de l'angle formé par le câble en entrée/et sortie du balancer)

Dans tous les cas, une tension convenable du câble permet d’agir sur le confort en ligne, mais également sur tous les effets dynamiques tels que le pompage (oscillation des câbles).

 


Pourquoi la tension est t'elle amenée à changer ?


Plusieurs phénomènes font varier la tension du câble.

Tout d’abord, le plus fréquent, c’est la variation de la charge en ligne.
Plus les véhicules de l’appareil sont chargés (remplis de passagers), plus la tension du câble augmentera.
La tension d’un câble dépend pour faire simple de sa masse linéique. Si les véhicules sont chargés, on aura plus de masse sur la ligne donc une masse linéique (sorte de moyenne de la masse en ligne) plus importante.
A l’inverse, si la ligne est vide, la tension diminuera. (tout cela dans l’hypothèse d’une installation sans dispositif de tension dynamique).

Cette variation de tension due à la charge est perceptible à tout moment de l’exploitation ; un appareil étant rarement chargé de manière identique tout au long de la période d’exploitation (une journée, une semaine, une saison…)

Ensuite viennent des phénomènes à plus longue période. On trouvera par exemple les phénomènes d’élongation du câble. Un câble possède une longueur qui peut varier en fonction du temps, et plus particulièrement s’allonger (un câble ne se rétrécis jamais). Cela est du au fait qu’il est maintenu en tension en permanence et est soumis à des contraintes permanentes (torsion, flexion ...). La structure interne du câble fait alors que ce câble s’allongera de quelques pour mille allant jusqu'à quelques pourcents au cours de sa vie.
Il est a noter que les avancées technologique en matière de tréfilage et de conception de câble permettent de maitriser de plus en plus ces allongements, notamment avec l’apparition d’âmes dites compactes.

Parmi les principales causes d’élongation du câble, on pourra également trouver le facteur température.
En effet, comme tout matériau, un câble se dilate avec la température. Plus sa température est élevée, plus la longueur du câble le sera.
C’est plutôt un phénomène visible au cours d’une saison ou d’une année (entre l’exploitation de décembre et l’exploitation de juillet).

Pour résumer :

deux paramètres principaux font que la tension du câble peut changer :
  • La longueur du câble
  • La charge des véhicules en ligne


La longueur du câble

Un câble est un organe qui évolue avec le temps et les conditions externes (climatiques, d'utilisation...).
  • Température augmente => Longueur augmente (dillatation)
  • Température diminue => Longueur diminue
  • Tension augmente => Longueur augmente (déformation élastique)
  • Alongement du câble du à la compactation de l'âme etc...

 

Les moyens techniques de mise en tension d'un câble

En remontées mécaniques, on aura principalement deux moyens d’assurer la tension d’un câble :

  • la tension par contrepoids
  • la tension hydraulique


La tension par contrepoids a été le premier moyen utilisé pour tendre dynamiquement un câble.
La seconde méthode , par l'hydraulique, est apparue bien plus tard, à la fin des années 60 – début des années 70.
On trouve d’autres méthodes telles une tension par vis-sans-fin, mais la marginalité de ces dispositifs ne méritent pas qu’on s’y attarde.

 

La tension par contrepoids



Un contrepoids est une masse, formée le plus souvent de béton, ou dans de plus rares cas de plaques d’acier.
Cette masse est directement accrochée au lorry de l’installation.
La tension du câble est alors à tout moment égale à la moitié de la masse du contrepoids.
La régulation de la tension du câble se fait alors d’elle-même, le lorry bougeant de manière instantanée en fonction de la variation de tension du câble.
Cette variation est très visible depuis l’extérieur, d’autant plus que dans la plupart des cas, les appareils (télésièges, télécabines, téléskis) à tension par contrepoids ont leur lorry de tension apparent.

INSERT SCHEMA DES FORCES

Il est à noter que pour une tension par contrepoids, le lorry de tension n’est pas nécessairement guidé en translation.
La poulie retour est alors directement reliée au contrepoids par un ou plusieurs câbles.
Cette poulie est appelée « poulie flottante ». De très nombreux téléskis en sont équipés et quelques télésièges parmi les plus anciens.

Cette tension ne nécessite aucune électronique ni aucune régulation, à l’instar de la tension hydraulique que nous verrons juste en dessous.

Des appareils modernes (le plus souvent des téléphériques mais également quelques téléportés traditionnels (TSD, TCD)) utilisent encore des contrepoids pour la tension de câble.
Afin d'éviter les phénomènes de pompages, le déplacement du contrepoids est amorti ou freiné.

 

La tension par vérin hydraulique



La tension hydraulique n’est apparue que plus récemment.
L’objectif était de remplacer les contrepoids, systèmes par définition lourds et volumineux par un ou plusieurs vérins hydrauliques

On trouvera toute une quantité importante de type de vérins (linéaires, rotatifs, pneumatiques, hydrauliques etc.).
Le cas qui nous intéresse est le vérin hydraulique linéaire.
Il converti une pression (pression d’huile) en force mécanique accompagné d’un mouvement.
Un vérin est composé d’une tige qui est en translation (liaison glissière ou pivot glissant) dans le corps du vérin.
La tige forme le piston du vérin.

Insert schéma vérin

Le vérin converti une pression hydraulique en force. C’est cette force qui viendra remplacer le contrepoids.

Image

Le ou les vérins font la liaison entre le lorry et le bâti fixe de la gare. Ils encaissent alors la quasi intégralité de la tension de la ligne (quasi car dans certaines installations, principalement les installations débrayables, le lorry de tension est incliné d’un angle d’environ 5° pour limiter les déviations du câble après le débrayage. La masse du lorry réalise alors une petite partie (quelques pourcents) de la tension du câble et agit comme un contrepoids).

La pression dans le vérin est directement proportionnelle à la tension de la ligne suivant la formule suivante :

Image

FLigne correspond à la tension de la ligne (le plus souvent exprimé en kN ou en daN)
P correspond à la pression dans les n vérins
S correspond à la surface utile du piston du vérin côté haute pression
FComposanteLorry correspond enfin à la participation de la masse du lorry de tension lorsque celui-ci est incliné.

Cette force se calcule en fonction de l’inclinaison du lorry et de sa masse
Image
avec :
M la masse du lorry (pouvant atteindre 15 tonnes si l’installation est motrice tension)
Image l’angle d’inclinaison du lorry par rapport à l’horizontal.

INSERT SCHEMA EQUILIBRE DES FORCES

La régulation de la tension de la ligne équivaut à réguler la pression dans le vérin hydraulique.
Pour ce faire, on recourt à une centrale hydraulique dite de tension.

Cette centrale hydraulique se compose d’un réservoir d’huile, d’une pompe couplée à un moteur électrique, d’une pompe manuelle de secours, de distributeurs/valves, de manomètres, des pressostats etc.
C’est elle qui va piloter la pression dans la tige du ou des vérins.

Contrairement à la tension par contrepoids, la tension du câble avec vérins n’est pas régulée à sa moindre évolution.
Tant que la pression ne dépasse pas des seuils définis (et réglementaires), la centrale n’est pas active.
Ce seuil est de plus ou moins 5 pourcent de la pression nominale (c'est-à-dire la pression pour laquelle le système a été conçu).
Entre -5% et +5% de Pn la tension de la ligne n’est pas réajustée.

Au delà de +5% ou en deçà de -5%, on entre dans la zone dite de réglage ou zone de régulation. L’un ou l’autre des cas de figure provoquera une réaction de la centrale hydraulique qui ramènera la pression au plus proche de la pression nominale.

- Déclenchement seuil -5% : la pression hydraulique est insuffisante, c'est-à-dire que la tension du câble l’est également. Le moteur électrique de la centrale hydraulique va alors se mettre en route, pomper l’huile du réservoir et l’envoyer dans le vérin.
Il en résultera un déplacement du vérin et donc une augmentation de la distance entre les deux poulies d’extrémité et donc une augmentation de la tension et donc de la pression dans le système.
cette pompe est active jusqu'à ce que la pression nominale soit atteinte (on peut avoir quelques nuances en fonction des constructeurs)
- Déclenchement seuil +5% : la pression hydraulique est trop importante. Des électrovannes vont alors être enclenchées, et par l’intermédiaire de limiteurs de débits vont renvoyer de l’huile du vérin dans le réservoir. On aura alors l’effet inverse jusqu'à rétablissement de la pression nominale.

Un signal lumineux s’affichera sur les armoires de commandes de la gare tension lorsque les seuils +/-5% sont atteints et nécessitent un travail de la centrale.

Il existe ensuite d’autres seuils de pression, dits seuils d’arrêt. Ces seuils sont en général réglés à +/-10% de la pression nominale.
Lorsque ces seuils sont atteints (ce qui signifie que la centrale n’a pas réussi à réguler de manière convenable ou de manière assez rapide), cela provoque un arrêt le plus souvent électrique de l’appareil ainsi qu’une désactivation de la centrale de tension.
Il faudra donc une action mécanique sur la centrale pour remettre la tension dans la zone de réglage (entre -10% et +10% donc).
Sur ces centrales récentes, on aura un bouton « shuntage » ou « activation » sur la centrale qui permet de revenir en zone de réglage.

Pourquoi un arrêt électrique ? Lors d’un défaut de tension, il est important de ne pas réagir trop brusquement. Réagir brusquement serait de freiner le plus rapidement possible. C’est pourquoi on réalise un arrêt électrique qui est souvent plus long qu’un arrêt frein (à tempérer avec les nouveaux appareils qui possèdent souvent des d’arrêts similaires quelque soit l’arrêt (frein ou électrique).

Pour résumer, la régulation de la tension forme un cycle à « hystérésis » :
INSERT CYCLE HYSTERESIS

 

La protection contre les ruptures de tuyauterie hydraulique



Alors qu’un contrepoids est directement lié au lorry par l’intermédiaire d’un câble suffisamment dimensionné, avec une tension hydraulique tout passe dans des tuyaux flexibles qui peuvent s’user ou bien subir des dommages collatéraux lors d’opérations de maintenance (arrachements, sectionnements etc.)

Sans protection particulière, si cela venait à se produire, le lorry serait amené à se mettre de manière quasi instantanée en butée mécanique (la limitation de vitesse serait le débit d'huile au niveau de la fuite)
La violence du contact serait tel que cela endommagerais la structure de gare, occasionnerais de graves conséquences sur la ligne mettant en danger de mort les passagers présents sur la ligne et au voisinage de l’appareil.

Pour éviter cela on a rapidement compris qu’il était important de placer au plus près des vérins un dispositif permettant d’isoler le vérin de l’extérieur. Un dispositif qu’on pourrait ouvrir ou fermer dans des cas bien précis.

Ce dispositif est appelé « clapet de maintien de pression » ou plus communément « vanne parachute ».
Cette vanne est directement vissée dans l’orifice haute pression du vérin.
Selon les types d’appareils et surtout les constructeurs, ces vannes parachute seront différente mais leur principe et leur fonction restent globalement les mêmes.

Ces vannes se ferment lorsque la pression passe en deçà d’un seuil réglé directement sur la vanne.
Cette pression peut être la pression à l’intérieur du vérin ou bien une pression dite pression de commande amenée à la vanne parachute par un autre flexible.
Cette dernière solution, utilisée chez DOPPELMAYR ou BMF permet d’ouvrir ou de fermer les vannes parachute à la demande ce qui peut faciliter certaines opérations de maintenance.

Dans le cas général, lors d’une rupture de flexible, la pression va chuter dans le circuit hydraulique complet et, avant que le lorry n’ait parcouru une distance dangereuse, verrouillera les vannes parachute. Le vérin sera alors totalement isolé et le lorry ne pourra plus bouger (rappel, l’huile est un fluide globalement incompressible (à l’opposé de l’air)).

 

Les évolutions de la gestion de la tension chez certains constructeurs



En général, on compte un ou deux vérins hydrauliques sur un lorry de tension.
Placer deux vérins permet d’augmenter la surface utile de l’ensemble des vérins sans avoir recours à de gros vérins couteux. L’objectif est de limiter la pression dans le système avec des vérins dont la somme des surfaces utiles soit égale à celle d’un gros vérins plus couteux.

Lorsqu’il y a deux vérins, il faut s’assurer que les deux ont la même contribution, pour cela, ils sont raccordés à la même source.

Sur certaines centrales, afin de contrôler une valeur au plus près de la ligne, on ne pilote pas la centrale en fonction de la pression dans le circuit (qui n’est qu’une image indirecte de la tension du câble), mais directement la tension du câble.
Cela est possible grâce à l’utilisation de grosses jauges de contraintes placées en général à l’extrémité du vérin. Cette solution est employée par GARAVENTA et DOPPELMAYR depuis quelques années.
La valeur régulée est alors la valeur qu’on souhaite réguler.
On ne parle alors plus de pression nominale mais de tension nominale. Les seuls sont des pourcentages de la tension nominale etc.

 

Conclusion

On a tout de suite compris l’importance de maintenir une tension de câble le plus possible constante. On a d’abord utilisé des contrepoids puis un système hydraulique permettant une souplesse d’exploitation et de maintenance. Ces systèmes, certes plus complexes sont désormais installés sur la totalité des appareils, à l’exception des téléphériques « multicâbles » et des gros porteurs en règle générale.

Dernière révision le 25/02/2019 - 13:42