Module 2 / 5 · Sommaire complet de la formation grutier
2.3 Stabilité, moment de charge et lecture des courbes de charge
Une grue ne tient debout que par son propre poids. Deux tonnes à 20 m pèsent autant sur sa stabilité que quatre tonnes à 10 m : c'est le moment de charge, et c'est lui que le tableau de charges traduit en chiffres. Ce chapitre donne la méthode pour estimer une charge, lire un abaque de grue mobile ou un tableau de grue à tour, et tenir compte du vent. Les chiffres cités sont des exemples pédagogiques, jamais les valeurs d'une grue réelle.
Plus loin, moins lourd : la capacité selon la portée
Exemple de tableau de charges publié par l'INRS pour une grue à tour à flèche de 65 m, en double mouflage (ED 6338, § 10.3). Valeurs d'illustration, à ne pas appliquer à une grue réelle.
Entre 19 m et 65 m, la capacité de cet exemple est divisée par près de cinq. Près du mât, c'est la résistance de la grue qui limite ; loin du mât, c'est sa stabilité (ED 6338, figure 18).
Estimer la masse et le centre de gravité d'une charge
Pour la grue, la « charge levée » n'est pas seulement l'objet accroché. L'INRS la décompose en quatre éléments (ED 6107, § 8.6.1 ; ED 6338, § 10.1.1) :
Le conducteur s'informe de la masse des charges. À défaut, il l'estime avec la relation masse = volume × masse volumique, puis surévalue le résultat, car la méthode est approximative (ED 6107, § 8.6.1).
| Matériau (ED 6107) | Masse volumique | Exemple de calcul |
|---|---|---|
| Bois | 800 kg/m³ | Cube de 2 m de côté : 8 m³ × 800 = 6 400 kg (exemple de l'ED 6338) |
| Eau | 1 000 kg/m³ | Cuve contenant 3 m³ d'eau : 3 000 kg, sans compter la cuve |
| Béton armé | 2 500 kg/m³ | Dalle de 4 m × 2 m × 0,2 m : 1,6 m³ × 2 500 = 4 000 kg |
| Fer, acier, fonte | 8 000 kg/m³ | Tôle de 2 m × 1 m × 0,05 m : 0,1 m³ × 8 000 = 800 kg |
La masse des câbles est en général négligée. Elle ne l'est plus pour une descente depuis le sommet d'un immeuble ou dans un puits, surtout avec un mouflage important : le limiteur la prend en compte, mais il faut l'intégrer dès la préparation (ED 6107, § 8.6.1).
Le centre de gravité
Pour que la charge ne bascule pas au levage, le crochet doit être au droit de son centre de gravité. Celui d'une charge homogène est en son centre. Pour une charge non homogène, l'évaluation est plus complexe et demande souvent du personnel spécialisé ; dans les cas simples, on décompose la pièce en formes homogènes. L'INRS prend l'exemple d'un bloc de béton en L découpé en deux rectangles de 7,2 t et 6 t, soit 13,2 t au total, le centre de gravité se trouvant au point d'équilibre des deux (ED 6338, § 10.1.2).
Moment de charge et condition d'équilibre
Un moment est une force multipliée par son bras de levier. Pour une grue, le moment de charge vaut la charge multipliée par sa distance horizontale : doubler la portée double le moment. Deux moments s'affrontent autour de l'arête de basculement, la ligne d'appui autour de laquelle la grue pivoterait (ED 6107, § 6.2 ; ED 6338, § 7.2).
- Grue mobile : masse de la plate-forme, contrepoids compris, et masse du châssis.
- Grue à tour : poids des lests de base et leur position, poids propre de la grue, contrepoids compris.
- Grue mobile : masse de la flèche et de la charge à la portée considérée.
- Grue à tour en service : charge et câbles, vent sur la mâture, la flèche et la charge, efforts dynamiques des accélérations, force centrifuge de la rotation.
L'INRS résume la condition avec un schéma où le poids de la flèche est négligé pour la pédagogie : la grue est stable si P1 × L1 ≥ P2 × L2, avec P1 le poids du véhicule, L1 la distance entre son centre de gravité et le stabilisateur sollicité, P2 le poids de la charge et L2 la distance entre la charge et ce stabilisateur. Si P1 × L1 < P2 × L2, elle se renverse (ED 6107, § 6.2.2).
P1 = 36 t, L1 = 2,5 m : moment stabilisant = 36 × 2,5 = 90 t·m. On lève une charge de 6 t.
| Distance L2 à l'arête | Moment de renversement | Verdict |
|---|---|---|
| 12 m | 6 × 12 = 72 t·m | 72 < 90 : stable |
| 15 m | 6 × 15 = 90 t·m | 90 = 90 : équilibre, aucune marge |
| 18 m | 6 × 18 = 108 t·m | 108 > 90 : renversement |
Trois mètres de plus suffisent à passer de « stable » à « renversé ». Une vraie grue ne se conduit jamais avec ce calcul : seul le tableau du constructeur fixe la charge admissible.
La condition de la grue à tour est la même : la somme des moments de stabilité doit dépasser la somme des moments de renversement par rapport à une arête donnée (ED 6338, § 7.2.1). Le Code du travail en fait une obligation : les équipements mobiles de levage sont installés de façon à rester stables compte tenu de la nature des appuis (R4323-29), et des mesures empêchent leur basculement ou leur renversement (R4323-39).
Stabilité et résistance : ce qui fait tomber une grue
L'INRS cite le renversement comme la cause la plus fréquente d'accident de grue à tour, avec pour origines possibles une surcharge, un mauvais montage, une défaillance des appuis au sol, un mauvais état de l'appareil ou l'action du vent (ED 6338, § 1.1). Pour les grues mobiles, il vise la surcharge, la défaillance de la surface d'appui, un mode opératoire inapproprié ou le mauvais état de la grue (ED 6107, § 1.1.1).
La stabilité n'est pas la seule limite. Les charges maximales du constructeur ne dépendent pas uniquement de la stabilité, mais aussi de la résistance mécanique de certaines pièces (ED 6107, § 8.9). Une grue peut rester debout et rompre un organe : c'est pourquoi la zone proche du mât est plafonnée par la résistance, et non par l'équilibre.
Les gestes qui ajoutent un moment caché
- Lever brutalement : un point de fixation peut subsister ou la charge s'accrocher ; la grue serait aussitôt surchargée, renversée ou détériorée (ED 6107, § 8.9).
- Tirer en oblique : interdit sauf appareils conçus à cette fin (R4323-45) ; les flèches ne sont pas conçues pour des charges latérales importantes.
- Accélérer et freiner fort : sur une grue à tour, les efforts dynamiques et la force centrifuge entrent dans le moment de renversement (ED 6338, § 7.2.1).
- Laisser le vent s'installer : il agit sur la mâture, la flèche et la charge, à la hauteur où il s'applique (zone 6).
Sur une grue mobile, la flèche elle-même pèse dans le moment de renversement (ED 6107, § 6.2.1). À portée égale, une flèche plus longue laisse donc moins de capacité pour la charge : c'est ce que montre le tableau de la zone 4. Le calage qui transmet ces efforts au sol est traité au chapitre 3.2.
Lire le tableau de charges d'une grue mobile
La charge maximale d'une grue mobile dépend de la portée et de la configuration : sur appuis sortis ou non, sur pneumatiques (sur l'arrière ou en travers), orientation totale ou partielle, avec ou sans fléchette, déplacement en charge possible ou non (ED 6107, § 8.6.1). Chaque configuration a son tableau.
Deux définitions encadrent la lecture : la portée est la distance horizontale entre l'axe de rotation de la tourelle et l'axe du câble ou du crochet mouflé ; la longueur de flèche se mesure du centre de l'axe de pivotement de la flèche à l'axe du réa de tête. Le diagramme de portée croise inclinaison et longueur de flèche pour donner la portée ; le tableau donne ensuite la capacité correspondante.
| Portée | Flèche 12 m | 12 à 13,5 m | 13,5 à 17 m | 17 à 20 m | 20 à 24 m | 24 à 27 m |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 m | 25 400 | 25 400 | 23 850 | 20 500 | 17 600 | 15 700 |
| 7,5 m | 20 300 | 20 300 | 19 250 | 17 300 | 15 600 | 13 950 |
| 9 m | 14 750 | 14 750 | 14 750 | 14 750 | 13 350 | 12 250 |
Extrait du tableau d'exemple de l'INRS, en kilos, sur stabilisateurs en extension totale (ED 6107, § 8.6.1). L'INRS précise que ces valeurs ne doivent pas servir à déterminer les possibilités d'une grue.
- Configuration : stabilisateurs en extension totale, c'est bien le tableau de cette configuration.
- Flèche sortie à 22 m : colonne « 20 à 24 m ».
- Portée lue sur l'indicateur : 7,5 m. Capacité : 15 600 kg.
- On retire les accessoires. Hypothèse d'exemple : moufle 400 kg, élingues 100 kg. Reste 15 100 kg pour la charge proprement dite.
- Même portée avec une flèche de 12 m : 20 300 kg. La flèche plus longue, plus lourde, consomme de la capacité.
Avant de lever, le grutier vérifie que la configuration indiquée au CEC correspond à la configuration réelle (ED 6107, § 8.6.1). Le bouton qui accroît la capacité de 10 % en vitesse réduite, présenté au chapitre 2.1, reste réservé aux conditions exceptionnelles : il ne sert pas à faire passer une charge que le tableau refuse.
Pour s'exercer à la lecture d'abaques et aux calculs de stabilité, le quiz abaque et stabilité R483 propose des cas chiffrés.
Lire le tableau de charges d'une grue à tour
Le tableau d'une grue à tour donne la capacité selon la portée et la configuration de l'appareil, notamment son mouflage et sa longueur de flèche (ED 6338, § 10.3). La charge maximale d'utilisation correspond à la charge maximale qu'il est possible de lever en pied de flèche (ED 6338, § 7.1.3).
| Portée (flèche 65 m) | 40 m | 45 m | 50 m | 55 m | 60 m | 65 m |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Simple mouflage | 4 500 | 3 900 | 3 500 | 3 100 | 2 750 | 2 500 |
| Double mouflage | 4 100 | 3 500 | 3 000 | 2 650 | 2 350 | 2 065 |
Extrait des exemples de l'INRS, en kilos (ED 6338, § 10.3). En simple mouflage, la capacité maximale de l'exemple est de 5 000 kg jusqu'à 36,5 m ; en double mouflage, de 10 000 kg jusqu'à 19 m.
Le double mouflage double la capacité près du mât, mais à 55 m l'exemple donne 2 650 kg contre 3 100 kg en simple mouflage. Le mouflage se choisit donc selon la charge et la portée de l'opération, un point que la R.487 inscrit au référentiel : on ne lit jamais la mauvaise ligne du tableau.
Le limiteur suppose la bonne configuration. Avant de lever, le grutier vérifie que la configuration indiquée au limiteur de capacité nominale correspond à la configuration réelle, « notamment pour les GMA » (ED 6338, § 10.3).
L'indicateur de charge avertit à l'approche de la capacité nominale, puis déclenche un avertissement et une alarme, audible aussi à l'extérieur, en cas d'activation du limiteur. Le grutier réagit dès le premier signal.
La surface au vent : l'hypothèse cachée du tableau
Un tableau de charges n'est valable que pour des charges offrant peu de prise au vent. L'INRS indique que ses valeurs supposent une surface de prise au vent inférieure à 1 m² par tonne ; au-delà, la vitesse du vent en service doit être limitée à une valeur inférieure à 72 km/h, donnée par un abaque du fabricant (ED 6338, § 10.1.3). L'ED 6107 retient la même prise au vent conventionnelle, « classiquement 1 m²/tonne », pour les grues mobiles.
La plus grande surface verticale de la charge en cours de levage. Exemple de l'INRS : un cylindre de 2 m de diamètre et 6 m de haut, levé à la verticale, offre 6 × 2 = 12 m² au vent.
Si ce cylindre pesait 8 t (hypothèse d'exemple), le ratio serait 12 / 8 = 1,5 m²/t : l'hypothèse du tableau est dépassée, le vent admissible doit être réduit.
| Exemple publié par l'INRS | Données | Vent maximal en service |
|---|---|---|
| Banche levée par une grue à tour (ED 6338, § 10.3) | 8 m², 3,1 t, portée où la courbe donne 3,1 t | 45 km/h d'après le tableau du fabricant |
| Silo levé par une grue mobile (ED 6107, annexe 5) | 100 m², 30 t, vent admissible du tableau 50 km/h | 50 × 1 × 0,54 = 27 km/h |
Dans l'exemple du silo, le coefficient 1 correspond à la forme de la charge et le coefficient 0,54 au ratio masse sur surface de 0,3 t/m². L'INRS conclut qu'on ne devra en aucun cas manutentionner cette charge si l'anémomètre dépasse 27 km/h, anémomètre installé à la hauteur maximale de la flèche (ED 6107, annexe 5).
Les modes qui accroissent la capacité sous vitesse réduite peuvent eux aussi limiter le vent en service (ED 6338, § 10.2.1). La mise en girouette, l'orage et les procédures d'alarme sont traités au chapitre 5.1.
La règle : jamais plus que la charge marquée
Il est interdit de soulever, hors essais ou épreuves, une charge supérieure à celle marquée sur l'appareil et, le cas échéant, sur la plaque de charge.
— Code du travail, article R4323-33
Le tableau de charges n'est pas une recommandation : c'est la traduction chiffrée de cette interdiction pour chaque configuration. Le grutier ne se contente pas du limiteur ; il sait, avant le levage, si la charge passe. L'INRS le dit pour les deux familles de grues : bien que l'appareil soit équipé de dispositifs contre la surcharge, il est nécessaire de savoir lire un tableau des charges (ED 6107, § 8.6.1 ; ED 6338, § 10.3).
Pour vérifier un ordre de grandeur, le calculateur de charge de levage aide à poser les masses et les angles d'élingage. Il ne remplace ni le tableau du constructeur ni l'indicateur de la grue.
Quand l'opération est complexe, la masse, la portée, la configuration et le vent admissible sont fixés en amont dans le plan de levage, dont la construction est détaillée dans la formation chef de manœuvre, chapitre plan de levage. Le grutier y vérifie ce qui le concerne et refuse une manœuvre dont les chiffres ne passent pas.
La charge passe-t-elle ?
levage lent et progressif, réaction dès la première alarme
je ne lève pas et j'alerte
Sources
- INRS, Grues à tour, ED 6338, 3e édition, avril 2025 : § 1.1, 7.1 à 7.3, 10.1 à 10.3 — inrs.fr
- INRS, Grues mobiles. Manuel de sécurité, ED 6107, 2e édition, novembre 2018 : § 1.1, 6.2, 8.6.1, 8.9, annexe 5 — inrs.fr
- Assurance Maladie (Cnam), recommandations R.483A et R.487A, annexe 2 (notions de physique, stabilité, courbes de charges) — ameli.fr/entreprise
- Code du travail, articles R4323-29, R4323-33, R4323-39 et R4323-45 — code.travail.gouv.fr ou Légifrance
À retenir
- J'additionne moufle, palonnier et élingues à la charge avant de comparer au tableau.
- Je surévalue une masse estimée par volume × masse volumique et je place le crochet au droit du centre de gravité.
- Je lis le tableau de la configuration réelle (calage, contrepoids, longueur de flèche, mouflage) et je vérifie qu'elle est celle du limiteur.
- Je raisonne en moment : doubler la portée double l'effort de renversement ; j'évite gestes brusques et traction en oblique.
- Je contrôle le ratio de surface au vent : au-delà de 1 m² par tonne, le vent admissible baisse.
- Je ne soulève jamais plus que la charge marquée (R4323-33) ; si un seul critère ne passe pas, je ne lève pas.