EFFET DU VIEILLISSEMENT sur la résistance mécanique des cordes d’assurance verticales

Les cordes d’assurance verticales garantissent la sécurité des travailleurs. Elles font la différence entre l’arrêt d’une chute et un accident grave, voire mortel. Mais encore faut-il en respecter certains critères comme le matériau, l’utilisation et l’usure inévitable dans le temps.

André Lan
Bertrand Galy
Carlos Arrieta

Dans la télécommunication, la construction et le lavage des vitres, la corde d’assurance verticale offre un point d’ancrage mobile dans le plan vertical (Figure 1). La performance de cet ancrage, fait de fibres synthétiques, change au cours de son utilisation à la suite des processus de dégradation chimique. Ceux-ci peuvent être déclenchés par le rayonnement solaire, les températures élevées ou la présence d’humidité. Cela peut mener à des situations où, après exposition prolongée aux intempéries, le niveau de protection réel offert par la corde d’assurance verticale ne rencontre plus les exigences de 27 kN de la norme CAN/CSA Z259.2.5 (1). Une telle situation va au détriment de la sécurité de l’utilisateur de cette corde.

Aspects règlementaires et normatifs

Le Tableau 1 donne les exigences règlementaires/normatives d’une corde d’assurance verticale.

Les documents du Tableau 1 stipulent que le polypropylène (PP) ne doit pas être utilisé comme corde d’assurance verticale, mais les copolymères l’incorporant peuvent être utilisés.

Critères de retrait de service

Le Canadian Standards Association (CSA), l’American National Standards Institute (ANSI) et l’Occupational Safety Health Administration (OSHA) ne donnent pas une durée de vie maximale pour les accessoires en fibres synthétiques. Ils énumèrent les critères suivants pour retirer ces produits du service:
• l’accessoire a arrêté une chute;
• suivre les recommandations du manufacturier;
• inspection par une personne compétente en protection contre les chutes;
• en cas de doute sur l’accessoire.

Pour les cordes d’assurance, les critères de retrait de service des manufacturiers sont plutôt des consignes de bons sens et de bonne pratique qui n’ont jamais été validés scientifiquement. En réponse aux nombreuses demandes d’information relatives à la durée de vie de ces cordes, une étude a été effectuée afin de mieux comprendre les mécanismes de vieillissement des fibres synthétiques et de déterminer une relation entre le temps d’exposition et la dégradation de leurs propriétés mécaniques afin établir des critères de retrait de service validés expérimentalement qui permettront aux travailleurs de mettre au rebut des cordes d’assurance en apparence correctes mais qui sont devenues non sécuritaires.

Lors d’une chute accidentelle, la bonne performance de la corde d’assurance est importante parce qu’elle fait la différence entre l’arrêt de la chute et un accident grave, voire mortel. Une étude réalisée par l’Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) sur des échantillons de cordes saisies lors des inspections sur de nombreux chantiers du Québec (5) a mis en évidence que la plupart de cordes d’assurance faites de nylon, de polypropylène et de polyester utilisées par les travailleurs au moment de l’étude ne remplissait plus les critères de résistance à la rupture tels que stipulés par les normes canadiennes en vigueur. Il est donc nécessaire que les secteurs touchés par cette problématique se dotent d’un outil plus efficace pour prédire le temps de service d’une corde d’assurance.

Vieillissement des cordes d’assurance verticales

Le vieillissement des fibres synthétiques à haute performance telles que le polyamide, le polyester et, dans une moindre mesure, le polyéthylène et le polypropylène a été un domaine d’intense activité scientifique depuis l’apparition des premières fibres dans les années 60.  Plusieurs études ont été consacrées à la recherche du phénomène de vieillissement des fibres et, grâce à ces efforts, on dispose à présent d’un volume important de connaissances au sujet des mécanismes de dégradation physicochimique à la suite de l’interaction des fibres synthétiques avec le rayonnement UV, l’humidité ou la chaleur. Pour le vieillissement de la corde entière, le nombre d’études disponibles est plus restreint. Bien qu’il soit raisonnable de s’attendre à ce que la dégradation d’une corde suive, dans les grandes lignes, les mêmes mécanismes de vieillissement des fibres individuelles qui la constituent, plusieurs paramètres additionnels entrent en jeu lorsque la corde est étudiée en tant que structure complète. Parmi ces paramètres, on retrouve notamment la diffusion des réactifs de l’atmosphère (air, eau) vers l’intérieur de la corde, la présence des interfaces corde-air (la plupart des études sur la dégradation sont menées sur des milieux continus comme des films ou des fibres) et la construction de la corde (structure toronnée ou gaine-âme, nombre de tours du toron par unité de longueur, etc.).

Matériaux et méthodologie

Les sept cordes en fibres synthétiques les plus utilisées par les travailleurs comme cordes d’assurance verticales de 5/8 po de diamètre ont été étudiées (Figure 2). La majorité des cordes est constituée de trois torons tressés sauf le kermantle qui est fait de brins tissés avec une couche extérieure en polyester et un noyau de polyamide. Trois échantillons ont été considérés pour chaque type de corde. Le premier échantillon de 35 spécimens a été gardé à l’abri et a servi de référence. Le deuxième échantillon de multiples spécimens a été soumis au vieillissement accéléré en chambre environnementale en laboratoire (6). Le troisième échantillon de 140 spécimens a été soumis à un vieillissement  naturel statique (soleil et intempéries, mais sans utilisation).

Traitement de vieillissement naturel

Les spécimens de cordes du troisième échantillon, de 180 à 190 cm, épissés suivant la norme C. I. 1500 (7), ont été exposés aux intempéries sans aucune sollicitation mécanique pendant deux ans sur le toit d’un bâtiment de l’École de technologie supérieure (ÉTS) (Figure 3).

Essais de traction des cordes

Cinq spécimens de chaque corde ont été ramassés après 6, 12, 18 et 24 mois d’exposition pour déterminer la résistance résiduelle à la  rupture après chaque période de vieillissement. Les essais de traction ont été effectués sur un banc d’essai normalisé (Figure 4) suivant la méthode d’essai normalisée sans cyclage de Cordage Institute CI 1500 (5). Le maximum absolu de la courbe charge/ déformation coïncidant avec la rupture du premier toron est défini comme la force de rupture (Figure 5), sauf pour le polyéthylène qui exhibe de la striction.

Résultats et discussion

Le Tableau 2 résume les résultats des essais de traction des cordes vieillies. Les résultats en rouge indiquent que la résistance résiduelle est inférieure à 27 kN. Les Figures 6 et 7 illustrent les graphiques types de la force de rupture et l’allongement du polypropylène et du polysteelMD en fonction du vieillissement.

Conclusions

Voici les principales conclusions de l’étude.
1.Le kernmantle et le polyéthylène exhibent le meilleur comportement vis-à-vis du vieillissement. Le polyéthylène neuf ne rencontre pas le critère de résistance exigée par les normes CSA (Tableau 2); cette corde ne doit pas être utilisée comme corde d’assurance verticale.
2.L’exposition aux intempéries entraine une diminution de la force de rupture du multiline, du polyamide et du polyester à la fin du traitement de vieillissement. Cependant ils rencontrent les exigences des normes CSA (Tableau 2).
3.Le traitement de vieillissement entraine une diminution significative de la force de rupture pour le polypropylène et le polysteelMD.

La résistance résiduelle du polypropylène et du polysteelMD tombent au-dessous du seuil minimal Fcrit = 27 kN de la norme CSA avant la fin du traitement du vieillissement (Figure 6 et Figure 7). Ces cordes offrent la pire performance des sept cordes et leur utilisation doit être proscrite.

Cette étude n’a pas abordé l’utilisation et l’influence du type de construction de la corde sur ses propriétés mécaniques. Le kernmantle, avec une construction «âme-gaine», exhibe un excellent comportement en vieillissant, même s’il est fait de polyester et de polyamide. La construction du multiline est différente avec les torons renforcés par du polypropylène. L’arrêt d’une chute génère un impact dans la corde; conséquemment, des essais dynamiques de chutes après vieillissement seraient un complément à l’étude. La considération de l’usure mécanique des cordes due au passage répété du coulisseau en
utilisation réelle serait une voie de recherche à explorer.