Grues mobiles de chargement : conception, types et critères de choix
Les grues mobiles de chargement constituent une famille d’appareils de levage à part entière, réunis autour de deux atouts fondamentaux : la polyvalence et la mobilité. Capables de manutentionner pratiquement tous les produits industriels dans la limite de leurs capacités, elles peuvent se rendre sur site rapidement, être présentes uniquement au moment opportun, et réaliser entre deux chantiers des missions très différentes dans des lieux éloignés.
Note de source : Les données techniques de cet article sont issues de l’article Techniques de l’Ingénieur réf. AG 7030 — « Grues mobiles de chargement », par Claude Pelletier (PPM), publication originale 1999. Les valeurs de capacité et de performance mentionnées reflètent l’état de la technique à cette date.
Ce que vous allez apprendre
- Comment s’organisent les trois éléments principaux d’une grue mobile (châssis, tourelle, flèche)
- Quels sont les deux types de flèches et leurs domaines d’application respectifs
- Comment se différencient les cinq grands types de machines sur pneumatiques
- Quels critères de classification FEM et ISO s’appliquent aux grues mobiles
- Comment choisir un type de grue en fonction des travaux, du terrain et de la mobilité requise
Conception générale
Toutes les grues mobiles partagent la même architecture de base : une structure de base (châssis) qui assure la mobilité et la stabilité, surmontée d’une structure supérieure (tourelle) qui supporte la flèche et les mécanismes de travail.
Le châssis remplit un triple rôle : supporter la tourelle, assurer la stabilité de la machine en cours de travail, et assurer la mobilité avec ou sans charge. Pour les grues orientables, une couronne de rotation relie le châssis et la tourelle. La stabilité en cours de levage est assurée pour les machines sur pneumatiques par des poutres de stabilisateurs extensibles disposées en H ou en X, centrées sur l’axe d’orientation. Pour les machines sur chenilles, la stabilité est assurée directement par les chenilles elles-mêmes, qui délimitent le polygone de sustentation.
La tourelle (partie haute ou partie tournante) reçoit le mécanisme d’orientation, le support de la flèche et son système de relevage, un ou plusieurs treuils de levage, les circuits d’alimentation en énergie, le poste de conduite de la grue et le contrepoids.
Les deux types de flèches
Flèches treillis
Les flèches treillis sont des structures modulaires constituées d’éléments assemblés par chapes et tenons brochés, ou par platines boulonnées. Elles offrent un rapport poids/performances avantageux et un coût inférieur aux flèches télescopiques, mais présentent l’inconvénient d’être encombrantes, peu maniables et longues à mettre en œuvre. Elles sont réservées aux applications nécessitant de très grandes portées (au-delà de 100 m) ou de très lourdes charges (au-delà de 500 t).
Flèches télescopiques
Les flèches télescopiques sont constituées d’éléments en tôles minces soudées (aciers à très haute limite élastique : 690, 890, 960 voire 1 100 N/mm²), s’emboîtant les uns dans les autres avec déplacement par vérin hydraulique. Les flèches télescopiques courantes s’étendent de 3 à 15 m rentrées pour aller de 5 à 85 m déployées, avec 2 à 8 éléments. Les plus répandues se situent entre 30 et 50 m de longueur pour des charges maximales de 30 à 150 t.
Des équipements complémentaires étendent les possibilités d’utilisation : la fléchette (structure treillis allongeant la portée et permettant de passer au-dessus d’obstacles), l’extension (repliée sur le pied de flèche pour disponibilité permanente sans transport séparé), et la fléchette à volée variable (angle réglable sans modifier la position de la flèche principale).
Les cinq types de machines sur pneumatiques
Les machines sur pneumatiques représentent la grande majorité du parc mondial de grues mobiles. Cinq types distincts couvrent des besoins différents.
Grues de parc
Compactes et maniables, les grues de parc sont utilisées pour des tâches que les chariots élévateurs ne peuvent accomplir (hauteur ou distance de prise hors portée des fourches). Leur hauteur est presque toujours inférieure à 3 m, la flèche courte (2 à 3 m) est télescopique à 1 ou 2 éléments. Certaines grandes grues de parc (40 à 60 t) avec flèches de 6 à 10 m sont destinées aux parcs extérieurs, quais et terminaux de conteneurs.
Grues automotrices tous terrains
D’une capacité de 12 à 80 t, ces grues travaillent sur les chantiers de génie civil. Leur configuration à 4 roues motrices et directrices (4 × 4 × 4) avec transmission hydrocinétique permet des vitesses de 25 à 50 km/h à vide sur piste et de 0 à 5 km/h en charge. Les stabilisateurs en H délimitent un polygone de sustentation pouvant atteindre 8 m × 8 m. L’accès au réseau routier est limité par leur encombrement.
Grues sur camions
Avec une capacité de 15 à 500 t (flèche télescopique) voire 1 000 t (flèche treillis), les grues sur camions offrent un accès direct et permanent au réseau routier. Le porteur (camion spécialement conçu par le fabricant de grue) supporte la tourelle complète avec sa flèche. Ces machines ont une vocation routière et une très faible aptitude tous terrains (configurations 4 × 2, 6 × 4, 8 × 4).
Grues automotrices rapides
Réunissant les avantages des grues automotrices tous terrains et des grues routières, les grues automotrices rapides offrent une polyvalence maximale avec une gamme de capacités nominales de 15 à 250 t environ. Elles concentrent les techniques les plus récentes : structures légères et rigides, flèches télescopiques intégrales rapides, suspension indépendante par roue, transmission hydrocinétique automatisée. Sur les machines de plus de 50 t, un moteur additionnel en tourelle complète le moteur de châssis.
Machines sur voies ferrées
Il s’agit de produits non standardisés : grues sur wagons pour réseaux ferrés nationaux ou privés, et grues portiques pour voies spécifiques sur quais ou parcs. Leur mobilité est limitée au parcours d’une voie dédiée.
Classification des grues mobiles
La classification des grues mobiles obéit au même système rationnel que celui de tous les appareils de levage (norme ISO 4301 et ISO 4301/2, FEM 5004, prEN 13000). En utilisation normale avec crochet, une grue mobile est classée en groupe A1. L’utilisation intensive avec équipements de saisie par friction (électroaimant, benne preneuse, grappin) conduit à des groupes nettement plus sévères, pouvant atteindre A6 à A8 pour une grue sur chenilles en travail continu. Les mécanismes d’une grue automotrice rapide à facteur d’utilisation moyen se classent typiquement en M3-M4 pour le levage et l’orientation, M2 pour le télescopage.
Critères de choix
Le choix d’une grue mobile porte sur deux dimensions : le type de machine et ses performances.
Pour le type, les critères principaux sont le type de travaux (charges lourdes avec surcharges dynamiques ; charges moyennes en usage intensif ; montage/démontage occasionnel de grandes structures), le lieu et le terrain (chantier de génie civil, zone urbaine, parc intérieur), et la mobilité requise (autonomie routière, aptitude tous terrains, vitesse de translation).
Pour les performances, la référence est la courbe de charges : courbe donnant la charge nominale admissible en fonction de la portée et de la longueur de flèche, pour chaque configuration de calage. La charge nominale est mesurée à la portée minimale, conventionnellement fixée à 3 m (pouvant varier de 2 à 4,5 m selon les constructeurs). Des conditions particulières (basse température, atmosphère explosive, altitude) peuvent imposer des critères additionnels.
Pour aller plus loin : La classification générale des appareils de levage et son vocabulaire normalisé sont traités dans Vocabulaire des appareils de levage : les termes de référence selon la NF ISO 4306-1. Les règles de dimensionnement des structures portantes relèvent de la NF EN 13001 — série charges sur appareils de levage. Les prescriptions électriques des systèmes de commande sont définies dans la NF EN 60204-32.