La mise en station des échelles pivotantes

La mise en station

Principe général de la stabilisation

L’échelle est stabilisée grâce à quatre stabilisateurs, constitués en général chacun de deux caissons, un fixe et un mobile, coulissant librement l’un dans l’autre sous l’action d’un vérin hydraulique. A l’extrémité du caisson mobile, appelé poutre, se trouve une semelle prenant appui sur le sol quand l’échelle est en station.

Là encore c’est le moteur de propulsion de l’engin porteur qui, grâce à une prise de mouvement, anime une pompe hydraulique. Celle-ci puise dans un réservoir (souvent appelé bâche) le liquide hydraulique et le met en pression. Cette pression anime à son tour des vérins hydrauliques qui font pousser les poutres mobiles hors de leurs caissons fixes et les appuyer au sol.

Ce mode de stabilisation n’est pas spécifique des échelles pivotantes des sapeurs-pompiers. On le retrouve chez tous types d’engins qui offrent une structure extensible vers le haut et qui peuvent donc présenter un risque de basculement: chariot élévateur télescopique, camions grues, engins avec bras de manœuvre…

Les types de stabilisation

Il existe plusieurs types de stabilisation que l’on distingue par la forme géométrique obtenues par les poutres lorsqu’elles sont en position d’appui :

Stabilisations de types non réglables

• En I ou vertical. Les poutres descendent de façon verticale vers le sol. Un seul vérin est nécessaire par stablisateur,
• En H ou variable. Avec une poussée horizontale pour sortir les poutres puis verticale pour l’appui au sol. Deux vérins sont nécessaires par stabilisateur,

Stabilisations de types réglables

• En A ou en oblique. Les poutres sont en appui au sol après une rotation à partir d’un axe,
• En X ou en ciseaux. Avec là aussi la succession d’une sortie latérale puis verticale. Deux vérins sont nécessaires par stabilisateur. Chaque poutre a pour origine le bord opposé du châssis.

Ce sont les types réglables qui permettent les plus grandes sorties des poutres et donc les plus grandes distances possibles entre les patins/semelles d’appui et le châssis.

Mécanisme de stabilisation

Pour notre démonstration considérons une configuration précise d’une échelle pivotante : la tourelle a pivoté de 90°, l’échelle n’est pas dressée ni déployée. AU bout du parc est installée une plateforme(également appelée nacelle, panier de sauvetage…) elle aussi horizontale. Aucun stabilisateur n’est encore mis en œuvre. Nous considérons le sol comme indéformable et l’absence de vent.

Bilan des efforts sur une échelle sans stabilisation

Si nous faisons un bilan des efforts nous notons les seuls effets de la pesanteur:

• Le poids du véhicule et sa charge utile, de masse globale Mc, dont le centre d’inertie est Gc.
• Le poids du parc d’échelles, de masse Mp, dont le centre d’inertie est Gp situé au centre du parc,
• Le poids de la plateforme et sa charge utile, de masse globale Mn, dont le centre d’inertie est Gn.

Ces trois éléments de masse produisent des forces verticales dirigées vers le sol, Fc, Fp et Fn¹Ces forces ont une intensité égale au produit de leur masse par la constante de gravitation terrestre égale à 9.81 Newtons..

On voit bien que la force Fc tend à stabiliser l’ensemble châssis/parc/plateforme et s’oppose aux deux autres forces Fp et Fn qui tendent à renverser le même ensemble vers la gauche autour de l’axe de basculement, A1, situé à l’extrémité de bord latéral du châssis. En fait la force Fc appuie le châssis au sol et provoque une force de réaction au sol (à condition que le sol soit indéformable) et c’est cette dernière qui s’oppose réellement aux deux autres forces.

Quels sont les conditions qui favorisent le basculement ? Celles qui renforceront les forces Fn et Fp puisque celle qui résulte du poids du châssis ne varie pas.

On peut imaginer des forces externes comme par exemple un vent fort qui soufflerait sur le châssis et qui donc créerait une force qui contrarierait la force Fc. Ce vent pourrait aussi souffler sur le parc d’échelles lorsque celui-ci est dressé.

Mais si on considère les forces directement liée à l’utilisation de l’échelle il faut prendre en compte un alourdissement de la plateforme. Par exemple lorsque celle-ci embarque des sapeurs-pompiers ou récupère des personnes en sauvetage. Leurs poids respectifs amplifient directement l’action de la force Fn en augmentant la charge utile de la plateforme.

La longueur de déploiement influe aussi. En effet le pouvoir de basculement dépend de l’intensité des forces, certes, mais également de la position relative du point d’application de ces forces par rapport au point de rotation considéré. On intègre ces trois composantes du problème par le modèle du moment d’une force. Plus on applique une force, d’intensité constante, loin de l’axe de rotation plus cette force est agissante²C’est pourquoi par exemple une poigne de porte est située au bord de celle-ci et pas au centre. Le but est d’augmenter la distance du point d’application de la force à l’axe des charnières autour duquel va pivoter la porte.. C’est le principe du bras de levier. On matérialise mathématiquement cette notion de moment par la formule M= F x L. Et on voit aisément que si on augmente la valeur de L – le bras de levier – on augmente la valeur de M et donc on renforce l’action de la force agissante.

Ainsi donc si on déploie le parc on augmente les distances Ln et Lp et on rend ainsi plus agissantes les forces Fn et Fp qui renforcent le risque de basculement.

Comment compenser cette amplification de l’action des forces de basculement ? En s’opposant à elles. Pour cela on pourrait augmenter la masse du châssis mais c’est peu réaliste. On pourrait aussi créer un contrepoids à l’extrémité du parc opposée à celui qui porte la plateforme. Peu réaliste également pour une échelle de pompiers mais cette solution est toutefois utilisée sur les grues statiques de chantiers avec un contrepoids constitué de blocs de béton qui jouent le rôle de lest³On retrouve ce principe avec la balance romaine où la pesée est obtenue par le déplacement d’un poids sur le bras de levier..

Puisqu’on ne peut pas jouer sur l’intensité de la force Fc (le poids du châssis) on peut jouer sur la distance de son point application au point de basculement, Lc, en l’augmentant. C’est là que les stabilisateurs interviennent.

La mise en place de stabilisateurs va déplacer le l’axe de basculement