Modélisation et caractérisation expérimentale de la fiabilité des câbles métalliques de levage

Abstract

Dans la majorité des applications industrielles, les câbles métalliques sont exposés à plusieurs sollicitations environnementales et mécaniques. Ces dernières entrainent la rupture prématurée des éléments constitutifs du câble provoquant ainsi sa défaillance brutale et inattendue. Dans ce contexte, ce travail de recherche a pour objectif la caractérisation du comportement mécanique du câble métallique de levage en service et le suivi de sa fiabilité ainsi que l’évolution de son dommage afin d’aider à la détermination des conditions optimales d’utilisation. A cet effet, un modèle probabiliste a été développé mettant en relation la fiabilité et le dommage du système câble et ce à travers ses différentes fractions de vie. Ce modèle permet d’associer à chaque stade d’endommagement la fiabilité correspondante, de suivre l’évolution du dommage en fonction du nombre de torons rompus et d’évaluer sa gravité. Ce qui est important de point de vue planification et organisation de la maintenance préventive afin de pouvoir déposer le câble utilisé au temps opportun. L’approche probabiliste adoptée consiste à une caractérisation multi-échelle avec un découplage total entre l'échelle du fil, l’échelle du toron et l’échelle de la couche des torons pour obtenir celle du câble entier. Pour valider le modèle probabiliste proposé, une étude expérimentale a été menée pour suivre de près l’évolution du dommage d’un câble antigiratoire 19x7. Cette étude était basée sur des essais de traction effectués sur des éprouvettes vierges et d’autres endommagées artificiellement à différents niveaux de leurs torons. Ensuite, en établissant la relation du dommage, nous avons pu identifier ses trois stades : le premier stade I qui correspond à son initiation : jusqu'à =25% d’endommagement des torons extérieurs, le dommage croît lentement. Le stade II se situe dans l’intervalle β = [25%, 67%] dans lequel le dommage devient progressif jusqu’à l’amorçage du stade III. Ce dernier se caractérise par une fraction de vie critique de c = 67% d’endommagement des torons extérieurs. Au delà de ce point, le dommage s’accélère d’une manière brusque et la rupture de l’échantillon peut être brutale. Finalement, il s’est avéré que les deux parties (Expérimentale et analytique) s’accordent étroitement pour la mise en œuvre d’une approche globale mettant en relation la sensibilité entre la fiabilité et le dommage et ce en fonction de la fraction de vie. Ce qui est vivement souhaitable dans le domaine industriel pour optimiser l’exploitation sécuritaire des câbles métalliques de levage.