Je pense donc je grimpe.

mercredi 25 juillet 2012

G. Force de choc et facteur de chute en escalade

Comme promis, voici un peu de physique. Nous avons vu précédemment les caractéristiques des cordes et avons employé des mots barbares comme « facteur de chute » et « force de choc ». Levons le voile sur ces aspects plus théoriques mais ô combien important des sports de verticalité.
attention

 

La force de choc

Tout d’abord, distinguons deux situations : statique et dynamique.
Situation statique
Dans ce cas, le grimpeur est suspendu dans son harnais et l’assureur le bloque. A priori, il n’y a donc aucune force en jeux, hormis celle de l’attraction terrestre qui se traduit par le poids du grimpeur. Mais l’assureur doit lui aussi exercer une certaine force égale au poids du grimpeur afin de maintenir l’équilibre et éviter que le grimpeur ne tombe, comme la pomme de Newton.
Soit A l’assureur et G le grimpeur d’un poids de 80 daN. Oh, une nouvelle unité de mesure ?! Oui et non. On a vu précédemment qu’1 kN vaut 101,94, kg, 1 N (newton) vaut donc 101, 94 g et 1 daN 1019,4g, donc approximativement 1 kg. Nous nous en tiendrons à cette approximation. Mais, comme on dit, la culture, c’est comme la confiture… Moins on en a, plus on l’étale…

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Nous observons sur le schéma que la force exercée sur le dernier point d’ancrage égale approximativement le double du poids du grimpeur. En fait, il faut additionner les forces sur chaque brin (grimpeur et assureur) pour obtenir la force exercée sur le point de protection. C’est ce qu’on appelle l’effet poulie.
Situation dynamique
Nous nous trouvons maintenant dans le cas d’une chute du grimpeur. Ce dernier, sur la hauteur de la chute, accumule de l’énergie. Cette énergie sera libérée lorsque la chute sera arrêtée grâce à la chaîne d’assurage. La force de choc est l’effort ressenti par le grimpeur (G) au moment où la chute s’arrête. Cette force agit également sur l’assureur (A) et le dernier point d’ancrage mousquetonné et, suite à l’effet poulie, celui-ci subi une force à peu près égale au double de celle exercée sur le grimpeur.
 

Caractéristiques de la force de choc

La force de choc dépend :
o de la hauteur de la chute
o de la longueur de la corde disponible pour absorber l’énergie de la chute
o du poids du grimpeur
o des performances de la corde au niveau de l’absorption de l’énergie
Le rapport entre la hauteur de la chute et la longueur de corde disponible pour absorber l’énergie de la chute s’appelle le facteur de chute.

Le facteur de chute

Le facteur de chute se calcule en divisant la hauteur de la chute par la longueur de corde
disponible. Il détermine la dureté de la chute :
7B

Voici deux cas de chutes de facteurs différents qui illustrent bien la théorie ci-dessus (je vous avais bien dit qu’on ferait de la physique…) :

1er cas
7CLe premier cas est celui d’une chute directement sur le relais. Ceci est à proscrire, on ne chute pas sur un relais. Si le départ de la longueur est trop risqué, on place un point de protection directement après le relais. C’est également le cas, très rare comme la chute sur le relais, du grimpeur vaché au relais qui, pour une raison quelconque (remettre en place un mousqueton de la première dégaine au-dessus du relais, par exemple), se hisse jusqu’à tendre sa personnelle et chute malencontreusement.

Dans cet exemple, le grimpeur est monté de 2,5 m au dessus du relais et chute sans avoir pu (ou voulu) placer préalablement une protection. La hauteur de sa chute est donc de 2 * 2,5 m et la longueur de corde disponible pour absorber l’énergie de la chute est la longueur mesurée entre le système d’assurage de l’assureur et le harnais du grimpeur, c’est-à-dire 2,5 m dans notre cas : Une chute de facteur 2 est très importante, la force de choc pour un grimpeur de 70 kg, avec évidemment une corde dynamique, est de l’ordre de 9,5 kN. Malgré l’équipement de notre grimpeur (corde dynamique, harnais, …), ce dernier ne devrait plus grimper pendant quelques semaines car il aura certaines petites lésions au niveau du dos et des jambes, très certainement. Enfin, si le relais a tenu… Et vous remarquerez que ces deux sales gamins ne portent pas de casque (pas bien…).

Une chute de facteur 2 sera la plus importante en escalade, heureusement.

2ème cas
7DCette fois, notre valeureux grimpeur a placé une première protection à 2,5 m du relais. Mais comme il est très méticuleux et qu’il aime les symétries, il va chuter à 2,5 m de la dégaine qu’il vient de placer.
Après un rapide calcul, il chute toujours d’une hauteur de 5 m. Mais la longueur de corde
entre le relais et son harnais est maintenant de 5 m.
Dans ce cas, la force de choc sera d’approximativement de 6,5 kN pour le même grimpeur que dans le cas précédant (qui a heureusement fais très attention durant son repos après sa première chute et n’a pas pris un gramme). C’est mieux, pour le grimpeur tout d’abord, mais également pour les points d’ancrages et donc l’intégrité de la cordée.
Voici deux autres exemples pour démontrer que la hauteur de la chute ne détermine pas sa
dureté :
o un grimpeur est vaché au relais à l’aide d’une longe dynamique de 0,7 m veut placer
un point de renvoi au dessus de son relais. En effet, il se rend compte qu’il a oublié
son Reverso et il doit assurer le second avec son « huit » (ce qui est impossible
directement à partir du relais). Il effectue donc quelques pas jusqu’à tendre sa longe
et glisse… La hauteur de chute est de 2 * 0,7m, donc 1,4 m.

« Oh, c’est pas haut, pfff ! » Non, ce n’est pas haut. Mais calculons le facteur de
chute :

hauteur de chute / longueur de corde = 1,4 m / 0,7 m = 2

o maintenant un grimpeur est en plein effort dans une voie. Il se situe à 30 m du relais, vient de placer une dégaine et, dans un élan d’optimisme dû à sa forme du jour, décide de passer quelques points. Mais, 10 m au-dessus de sa dernière dégaine, son pied glisse sur une prise à la surface gluante (il n’a pas le temps de voir ce que c’est…) et chute. La longueur de corde disponible est de 40 m et la hauteur de chute de 20 m. « Quoi ?!, Mais il va se tuer !! ». Eh bien, supposons qu’il soit dans un dévers, qu’il ne heurte pas le rocher (ou qu’il ait un casque…), le facteur de chute sera :
hauteur de chute / longueur de corde = 20 m / 40 m = 0,5
Dans ce cas, pour notre grimpeur de 70 kg, la force de choc est de l’ordre de 4,5 kN.
Voici démontrée l’importance du facteur de chute. Il ne faut évidemment pas emporter sa calculatrice et son mètre pour mesurer le facteur de chute lors de vos sorties de grimpe mais bien avoir ce principe à l’esprit afin de ne pas commettre certaines erreurs et réduire au maximum le facteur des chutes potentielles.
En savoir plus… Le facteur de chute réel

Le facteur de chute calculé ci-dessus est théorique. En effet, dans la pratique, il est souvent plus élevé. Explications : Les frottements dans les mousquetons ou contre le rocher limitent la propagation de la force le long de la corde. Seule la longueur de corde entre l’avant dernier et le dernier point de protection sera pleinement sollicitée. Et chaque longueur entre les points précédant le sera de moins en moins. La capacité dynamique de la corde n’est pas pleinement utilisée sur toute sa longueur et le facteur de chute réel est beaucoup plus élevé que le facteur de chute théorique :

ATTENTION ! Deux cas particuliers concernant ce qui vient d’être abordé :

o Les longes statiques
Celles-ci ne doivent en aucun cas être utilisées comme longes personnelles. Les sangles sont statiques... En effet, lors d’une chute de facteur 2 avec une sangle cousue (résistance 2,2 kN), la probabilité que cette dernière casse est de 0,5, c’est-à-dire 1 (mal)chance sur 2. La sangle n’étant pas dynamique, l’énergie de la chute n’est pas absorbée et la force de choc est supérieure à la résistance de la sangle.

o Les longes de via ferrata
Ces longes sont spécialement équipées d’un absorbeur d’énergie. Les facteurs de chute en via ferrata pouvant facilement dépasser la valeur 2 (jusqu’à 5, voir plus dans certains cas), il faut impérativement utiliser une longe avec absorbeur d’énergie.
Remarque: une longe de via ferrata ayant subi une chute importante doit être mise au rebus.




2 commentaires :

  1. Il faut inverser les termes de l'équation pour obtenir 0.5 :
    au lieu de "hauteur de chute / longueur de corde = 40 m / 20 m = 0,5" il faut "hauteur de chute / longueur de corde = 20 m / 40 m = 0,5"

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    1. Merci Francis pour votre attention: la coquille est corrigée.

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