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TECHNIQUE DES INSTALLATIONS DE TRANSPORT PAR CÂBLE : NOTIONS DE BASE

Eléments structurels des installations unidirectionnelles monocâbles

Suite à une incitation provenant du cercle des lecteurs d’ISR, nous avons publié dans nos douze derniers cahiers une série d’articles sur les notions de base de la technique des transports par câble, rédigés par le Pr Josef Nejez à l’intention de nos lectrices et de nos lecteurs ne disposant pas d’une formation technique spécialisée en la matière. Le présent article sera le dernier de cette série avec laquelle ISR espère avoir offert à ce public un tableau aisément compréhensible de la technique des téléphériques.

Créée par Josef Nejez

Le terme d’installation unidirectionnelle monocâble s’emploie dans deux sens différents. Il peut désigner soit un système de téléphérique à mouvement continu sur lequel les véhicules (cabines, sièges ou suspentes de téléski) sont à la fois portés et propulsés par un câble, soit une installation de transport à câble avec véhicules clos, fonctionnant selon ce système, autrement dit une télécabine monocâble (TCD). Il est clair qu’il est inutile de préciser que les véhicules sont ici des « cabines » puisqu’il n’existe pas de télésièges bicâbles. 

Pylônes

Les ouvrages de ligne d’un système unidirectionnel monocâble sont généralement des pylônes à fût en acier à âme pleine (pylône caissonné ou pylône tubulaire) ; pour les pylônes relativement hauts on utilise de préférence des poutres en treillis. Le câble – sur les installations monocâbles on parle de câble porteur-tracteur – passe sur des trains de galets à suspension pivotante situés à l’extrémité des poutres transversales de pylônes.

Trains de galets

Les trains de galets ont une double fonction : ils servent de support et de guidage latéral pour le câble porteur-tracteur. Ils remplissent ces fonctions grâce aux galets qui transmettent la charge du câble porteur-tracteur au pylône ; le guidage latéral du câble est assuré par les gorges des bandages de caoutchouc des galets. 

Les trains de galets consistent en éléments de deux galets chaque entre lesquels se trouve un axe de rotation (balancier), ceux-ci étant disposés l’un à la suite de l’autre, avec possibilité de rotation grâce aux éléments porteurs, de manière à ce que la charge du câble porteur-tracteur soit répartie à égalité sur chacun des galets selon le principe du fléau de balance. La Fig. 1 représente schématiquement la configuration d’un train de galets quadruple.

Grafik: Archiv J. Nejez
Fig. 1: Représentation schématique d’un train de galets à quatre éléments fonctionnant selon le principe du fléau de balance. La charge sur les appuis Q est répartie régulièrement entre les quatre charges exercées par les galets QR..
Grafik: Archiv J. Nejez

La charge exercée par le câble qui doit être transmise par les trains de galets dépend de la tension nominale du câble et de l’angle de déflexion du câble porteur-tracteur sur le pylône. Ces deux paramètres résultent de la charge s’exerçant à chaque moment sur l’installation ; ils sont par conséquent variables. En raison de cette variabilité de l’angle de déflexion du câble porteur-tracteur, il est indispensable que le train de galets et ses éléments soient montés de façon à pouvoir pivoter pour s’adapter aux divers angles de déflexion du câble porteur-tracteur et répartir régulièrement la charge exercée par le câble sur les galets.

 

On obtient la valeur de l’angle de déflexion du câble porteur-tracteur en calculant la différence entre l’angle d’inclinaison du câble (angle du câble par rapport à l’horizontale) à l’extrémité inférieure du train de galets et l’angle d’inclinaison du câble à l’extrémité supérieure du train de galets. Si la différence entre les deux valeurs obtenues – autrement dit la valeur de l’angle de déflexion du câble – est positive, la charge sur les appuis qui en résulte est orientée vers le bas, on a en ce cas besoin de trains de galets supports. Si par contre l’angle de déflexion du câble est négatif, la charge sur les appuis qui en résulte est orientée vers le haut : ceci nécessite des trains de galets de compression. Si, en revanche l’angle de déflexion oscille autour de zéro degré - ce qui correspond à un mode de construction peu courant - la charge sur les appuis qui en résulte oscille elle aussi entre une valeur positive et une valeur négative. On a alors besoin d’un train de galets à charge alternative qui en fait sert moins à la transmission de la charge qu’au guidage latéral du câble porteur-tracteur en un point donné de la coupe longitudinale.

La plupart des trains de galets sont de trains de galets supports sur les pylônes porteurs ; toutefois, sur toutes les installations où la pente augmente avant d’arriver à la gare aval on aura au moins un pylône de compression avec train(s) de galets en compression (il peut y en avoir un ou plusieurs de suite) étant donné que l’angle d’inclinaison du câble est égal à zéro dans la gare alors qu’il est positif au-dessus du pylône ; dans ce cas, l’angle de déviation du câble est négatif. La Fig. 2 donne des exemples de train de galets supports, train de galets de compression et train de galets à charge alternante.

 

 

Sécurité au déraillement du câble porteur-tracteur

La sécurité au déraillement du câble porteur-tracteur sur les galets des trains de galets est un point critique en ce qui concerne le système monocâble à mouvement continu. Malgré quelques améliorations apportées au cours des dernières décennies on ne peut exclure entièrement l’éventualité d’un déraillement du câble porteur-tracteur suite à des évènements exceptionnels (p.ex. brusques rafales de vent soufflant latéralement). C’est la raison pour laquelle les trains de galets sont équipés de sabots de rattrapage sur le côté extérieur de la voie ; ceux-ci ont pour fonction de retenir le câble en cas de déraillement – ce qui malheureusement n’est pas toujours le cas. Mais de toute façon, si le câble porteur-tracteur venait malgré tout à dérailler, les dispositifs de sécurité déclencheront l’ordre de freinage Frein de sécurité- arrêt d’urgence, qui permet à l’installation de s’arrêter le plus rapidement possible.  Le sujet « déraillement des câbles porteurs-tracteurs » a fait l’objet d’une étude détaillée, accompagnée d’une description de nouveaux dispositifs de sécurité, sous le titre « Que faire contre le déraillement des câbles porteurs-tracteurs ? » dans le cahier ISR N° 1/2009.

Equipements de gares

Dans le cas des installations unidirectionnelles monocâbles à véhicules (cabines ou sièges) débrayables, les équipements de gares ont pour rôle de désaccoupler du câble porteur-tracteur les véhicules arrivant de la ligne et entrant dans la gare et de les freiner jusqu’à une vitesse assez réduite pour permettre aux passagers de débarquer commodément et en toute sécurité. Après le contournement de la station (pour passer sur l’autre côté de la voie) et l’embarquement des passagers, les véhicules vont être accélérés et de nouveau accouplés au câble porteur-tracteur et lancés sur la voie.

Ce processus dans son ensemble exige une synchronisation parfaite du dispositif d’accouplement du véhicule et des mécanismes d’accélération-décélération. Dans la gare, les véhicules se déplacent à l’aide des roues de roulement du dispositif d’accouplement sur un rail à profil en U. Sur les installations répondant aux critères de construction actuellement valables, le déplacement des véhicules s’effectue moyennant des pneus entraînés, en prise avec un sabot de transport (p.ex. avec tôle gaufrée) de la pince d’accouplement.

Il existe différents types de pinces d’accouplement ; la Figure 3 illustre deux modes de construction, le principe de base étant le suivant : deux mors enserrent le câble porteur-tracteur, l’un étant solidaire avec l’axe de la suspente tandis que l’autre est mobile. Le mors mobile est poussé contre le mors fixe sous l’effet de la force d’un ressort# (rondelles élastiques, ressorts boudins ou ressorts de torsion). La force de serrage qui en résulte s’oppose au glissement de la pince sur le câble porteur-tracteur. L’ouverture de la pince est quant à elle déclenchée par un levier qui détache le mors mobile du câble porteur-tracteur et ouvre la mâchoire suffisamment pour que le câble porteur-tracteur puisse être tiré vers le bas. La prise de câble s’effectue dans l’ordre inverse des opérations.

Nous allons regarder de plus près comment s’effectue la traversée d’une gare en accompagnant un véhicule qui en parcourt les différentes sections.

Après avoir passé le dernier pylône précédant la gare, le véhicule venant de la ligne arrive horizontalement à l’entrée de la gare. Il est alors amené en position verticale par un élément de guidage en forme d’entonnoir (dit « trompette de guidage ») attaquant sur un galet de stabilisation situé à l’extrémité de l’axe de la suspente et guidé par le câble porteur-tracteur de manière à ce que les galets de roulement de la pince d’accouplement s’introduisent dans le profil en U du rail de la station. 

Aussitôt après, le véhicule traverse la zone de déconnexion : sous l’action du levier de manœuvre de la pince, cette dernière s’ouvre ; en passant sur des galets de déviation, le câble porteur-tracteur est extrait des mors le véhicule et tiré vers le bas. Dans la zone de connexion le déplacement du véhicule est assuré par des pneus qui entrent en prise avec une tôle de friction de la pince d’accouplement.

Après avoir passé la zone de connexion le véhicule arrive sur le parcours de décélération (Fig. 4). La vitesse de rotation des pneus disposés à la suite les uns des autres tout le long de cette zone ne cesse de diminuer, ce qui provoque le ralentissement du véhicule jusqu’à ce qu’il atteigne la vitesse de traversée de la gare.

A partir de ce moment, le véhicule traverse – toujours mu par des pneus – la zone de débarquement, le contour de station et la zone d’embarquement, jusqu’à ce qu’il arrive à la zone d’accélération.

 

La zone d’accélération est conçue de façon analogue à la zone de décélération, sauf que la vitesse de rotation des pneus augmente progressivement, en sorte que les véhicules soient accélérés de la vitesse de traversée de la gare jusqu’à la valeur de la vitesse en ligne.

Le véhicule arrive enfin au point de prise de câble où il est accouplé au câble porteur-tracteur ; le véhicule sort alors de la gare à l’horizontale, il passe au droit du pylône se trouvant devant la gare et continue son parcours en ligne.

Le processus complexe de traversée des gares est surveillé par toute une série de dispositifs de sécurité. On notera en particulier le gabarit géométrique et le système de contrôle de la force de serrage des pinces. Le gabarit géométrique surveille, avant que le véhicule ne quitte la gare, la position correcte du câble porteur-tracteur dans la mâchoire une fois l’accouplement effectué ; le système de contrôle de la force de serrage des pinces vérifie si la force de serrage des pinces est suffisante.

Téléphérique double monocâble, Funitel

Nous avons encore une forme particulière de système unidirectionnel monocâble à savoir le téléphérique double monocâble ; il s’agit en l’occurrence d’une télécabine sur laquelle les véhicules sont suspendus à et mus par deux câbles porteurs-tracteurs parallèles et synchronisés par voie. Si la distance entre les deux câbles porteurs-tracteurs est supérieure à la largeur de la cabine, celle-ci ne risque pas de heurter les câbles en cas d’oscillations longitudinales et il suffit d’une suspente courte (Fig. 5). Ce système de téléphérique double monocâble porte le nom de Funitel. Les véhicules sont suspendus aux câbles porteurs-tracteurs par quatre attaches, à savoir deux par câble porteur-tracteur.

 

Appareils pulsés avec trains de cabines

Les appareils pulsés avec trains de cabines représentent une forme à part de télécabines. Il s’agit d’installations monocâbles à mouvement unidirectionnel, voire –mais très rarement – d’installations bicâbles à mouvement unidirectionnel, comportant en règle générale deux ou quatre groupes de véhicules qui se composent chacun de plusieurs cabines (d’une capacité de douze à quinze personnes) suspendus au câble porteur-tracteur à l’aide d’attaches fixes (en général deux par véhicule).

 

 

Deux groupes de véhicules opposés sur la boucle de câble porteur-tracteur atteignent simultanément les deux gares. A l’arrivée, le câble porteur-tracteur est ralenti jusqu’à l’arrêt. Pendant que les véhicules sont arrêtés dans les gares pour permettre l’embarquement et le débarquement, sur une installation à quatre groupes de véhicules les deux autres groupes de cabines se trouvent à mi-chemin. Après immobilisation temporaire, ils poursuivent leur route sur la deuxième partie du trajet jusqu’à ce qu’ils arrivent à leur tour en gare. 

 

Sur ces installations donc, à l’opposé de ce qui est le cas sur les autres systèmes à mouvement unidirectionnel, le câble-porteur-tracteur n’a pas une vitesse constante, mais subit une décélération jusqu’à une vitesse zéro chaque fois qu’un groupe de véhicules arrive dans une gare pour être à nouveau accéléré jusqu’à la vitesse en ligne une fois effectués le débarquement et l’embarquement. On désigne ce mode de fonctionnement par les termes d’intermittent ou pulsé. L’avantage de ce système est le fait de pouvoir supprimer tous les dispositifs d’embrayage et débrayage des véhicules, ce qui le rend notamment moins onéreux. Il faut dire toutefois que les réalisations courantes ne permettent pas d’atteindre des débits importants.

Télésièges

Les télésièges sont des installations de transport à câbles fonctionnant selon le système monocâble à mouvement unidirectionnel, équipés de véhicules ouverts, les sièges. Un critère très important permet de distinguer entre deux groupes de télésièges : il s’agit du mode d’accouplement des sièges au câble porteur-tracteur. Si l’accouplement est débrayable sous conditions d’exploitation on parle de télésièges débrayables, si ce n’est pas le cas on utilise les expressions de télésiège non débrayable, télésiège fixe ou télésiège à attache fixe. 

Pour protéger les passagers contre une possible chute en cours de trajet, les sièges sont munis d’arceaux rabattables, auxquels sont intégrés des repose-pieds.  Les sièges peuvent par ailleurs être équipés de capotes rabattables (bulles) pour protéger les passagers des intempéries ; on parle alors de sièges semi-clos.

Equipements de gares des télésièges débrayables 

Les équipements de gares des télésièges débrayables sont largement identiques à ceux des télécabines. On utilise fréquemment les mêmes éléments. Les télésièges débrayables peuvent être équipés de sièges à 4, 6 ou 8 places.

Ces télésièges étant utilisés normalement uniquement pour transporter les passagers sur le trajet de montée sans qu’ils aient à déchausser, les aires d’embarquement et de débarquement sont conçues en fonction de ce mode d’utilisation. La vitesse dans les gares est plus élevée que pour les télécabines qui se déplacent assez lentement pour que des personnes à mobilité réduite puissent elles aussi embarquer dans la cabine en mouvement. Pour assurer un embarquement ordonné à la gare aval, l’accès est cadencé par un portillon dont l’ouverture et la fermeture sont synchronisées avec la présentation des sièges (Fig. 7). A la gare amont, dès qu’ils descendent de leur siège, les passagers se trouvent sur une rampe par laquelle ils quittent l’aire de la gare (Fig. 8).

 

Téléportés mixtes

Lorsqu’une installation aura pour vocation de transporter à la fois des skieurs ou autres sportifs embarquant pour la montée sans déchausser et des piétons, y compris des personnes à mobilité réduite, qui l’emprunteront pour la montée comme pour la descente, on optera pour la construction d’un téléporté mixte qui sera équipé en partie de sièges, en partie de cabines. On aura alors à la gare aval : côté descente, l’aire de débarquement pour les cabines qui descendent et l’aire d’embarquement pour les cabines qui vont monter ; côté montée, le point d’embarquement pour les skieurs et snowboardeurs, avec portillon fermant l’accès lorsque des cabines arrivent. A la gare amont, les skieurs et les snowboardeurs quittent l’aire de la gare sur une rampe de descente alors que les portes des cabines ne s’ouvrent que sur l’arc de contournement, côté descente ; les passagers peuvent alors débarquer ou embarquer pour redescendre (Fig. 9). Pendant la saison d’hiver, le rapport du nombre de sièges à celui des cabines sera p.ex. de 3 pour 1 tandis qu’en été seules les cabines seront en service.

 

Télésièges fixes

Sur les télésièges fixes les véhicules sont reliés au câble porteur-tracteur par des attaches non découplables. On a d’abord construit des télésièges monoplaces et biplaces, puis quelques télésièges triplaces et enfin des télésièges à 4 ou 6 places – ces désignation indiquant le nombre de personnes pouvant être transportées sur un siège. 

La fig. 10 représente la coupe d’une pince fixe telles qu’elles sont couramment utilisées aujourd’hui. Le câble porteur-tracteur est enserré par une mors externe et un mors interne. Une pile de rondelles élastiques presse le mors interne contre le mors externe par l’intermédiaire d’une pièce de jonction de manière à obtenir la force de serrage requise.  La force de serrage doit être assez importante pour assurer la valeur égale à trois fois la sécurité au glissement de la pince sur le câble. La Fig. 11 représente une pince fixe au passage d’un train de 2 galets. A l’extrémité du dos du mors externe se trouvent des aiguilles mobiles destinées au passage sur les pylônes de compression.

 

Stationseinrichtungen von fixen Sesselbahnen

Les équipements motrice et tension peuvent être logés séparément dans chacune des deux gares ou se trouver réunis. Les sièges étant liés par des pinces fixes au câble porteur-tracteur, ils doivent contourner les poulies motrice et renvoi (ce qui s’effectue avec les sièges vides) ; la largeur de la voie du câble porteur-tracteur en ligne est égale au diamètre de la poulie.

Les télésièges fixes construits actuellement sont en général des télésièges équipés de sièges 4 ou 6 places destinés aux sports d’hiver. Ils peuvent fonctionner avec une vitesse d’exploitation élevée si l’on prévoit un tapis roulant facilitant l’embarquement à la gare aval (Fig. 12). Ce tapis de positionnement réduit la différence de vitesse entre les passagers qui vont embarquer et celle du câble porteur-tracteur et amortit ainsi le choc du bord avant du siège sur les jarrets de la personne s’apprêtant à s’asseoir. A la gare amont, le problème ne se pose pas étant donné que le débarquement s’effectue « en glissant du siège ».

Un dispositif de guidage des suspentes est généralement prévu afin d’éviter un balancement latéral des sièges aux points d’embarquement et de débarquement.

 

 

Téléskis

Les téléskis sont des installations fonctionnant selon le système monocâble unidirectionnel, qui permettent aux passagers de remonter skis aux pieds une piste enneigée (piste de montée). Sur les téléskis à câble haut on utilise à cet effet des archets (pour deux personnes) ou des sellettes (pour une personne) avec enrouleur. Sur les petits téléskis à câble bas les passagers tiennent directement le câble ou disposent d’archets courts.

La conception technique des téléskis est relativement simple, entre autres du fait que les passagers ne quittent pas le sol, ce qui simplifie les problèmes de sécurité. Nous ne nous arrêterons pas ici sur les éléments de construction des téléskis.


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