Vieillissement, dégradation et durée de vie des cordes d'assurance

Vieillisssement, dégradation et durée de vie des cordes d'assurance
Des essais ont été effectués sur un banc d'essai normalisé doté d'un système d'acquisition de données automatique. Cinq essais de rupture en traction ont été réaliser avec chaque type de corde, pour chaque période de vieillissement naturel, soit de 6, 12, 18 et 24 mois. Photo : Pierre Cloutier

Les chutes de hauteur représentent une cause d’accidents graves et mortels sur les chantiers de construction. Si l’élimination du risque à la source ou l’installation de protection collective n’est pas possible, les travailleurs utilisent un équipement individuel de protection, constitué d’un harnais pour la préhension du corps, d’une longe pourvue d’un absorbeur d’énergie et d’un point d’ancrage, comme une corde d’assurance. Soumise aux intempéries, celle-ci se dégrade et peut perdre de la résistance. Les critères de désuétude n’ayant jamais été validés scientifiquement, l’IRSST a mené une recherche sur le vieillissement et la dégradation des matériaux utilisés dans la fabrication des cordes.

L’exposition prolongée au rayonnement solaire, à l’humidité, à l’oxygène de l’air et aux températures élevées enclenche divers processus de dégradation chimique des fibres de polymères qui composent ces cordes, ce qui nuit à leur efficacité. Malgré l’importance capitale de ces systèmes de protection en cas de chute, la façon dont leur résistance mécanique change avec le temps demeure méconnue et la durée de vie de cinq à dix ans, indiquée par les fabricants, manque de fondement scientifique.

Des cordes pas à la hauteur

André Lan, chercheur à l’IRSST, est l’un des auteurs d’une étude sur les cordes d’assurance verticales des planches de laveurs de vitres, des ceintures de sécurité, des cordons d’assujettissement et des boucles d’acier, effectuée à la demande de la CNESST en 1996 et qui, avec les très nombreuses demandes d’information à l’Institut sur la durée de vie de ces équipements, a ouvert la voie à la présente recherche. « Des inspecteurs de la CNESST avaient saisi des cordes neuves et usagées sur des chantiers et demandé à l’Institut de les tester, ce que j’ai fait avec mon collègue Jean Arteau. La plupart de ces cordes de nylon, de polysteel et de polypropylène, utilisées par les travailleurs, n’étaient pas conformes aux normes de l’Association canadienne de normalisation (ACNOR). »

La norme CAN/CSA Z259.2.5 Dispositifs antichutes et cordes d’assurance verticales stipule que les cordes en question doivent avoir une résistance minimale à la rupture de 27 kN et que le polypropylène ne doit pas être utilisé comme matériau de fabrication. De plus, les essais de résistance doivent se conformer aux normes ISO 2307 ou CI 1500. Un copolymère incorporant le polypropylène peut être utilisé.

Le vieillissement naturel

La recherche menée à l’IRSST avait pour objectif de déterminer l’effet d’une exposition prolongée aux intempéries sur les propriétés physicochimiques et mécaniques des cordages couramment utilisés comme cordes d’assurance verticale. Elle avait aussi pour but, au moyen de données expérimentales, de formuler un modèle mathématique permettant d’extrapoler leur résistance résiduelle selon leur temps d’exposition à l’extérieur.

« Ensemble, poursuit André Lan, les chercheurs, un inspecteur et un fournisseur de cordes, nous avons sélectionné les sept types de cordes les plus couramment utilisées sur les chantiers du Québec. »

Une première série de spécimens a été soumise à un vieillissement naturel statique sur un montage installé à l’extérieur et exposé au soleil et aux intempéries durant 24 mois. Une série identique a été conservée à l’abri pour servir de référence et une troisième a subi un vieillissement accéléré en laboratoire. Tous les six mois, et à la fin de la période d’étude, les chercheurs ont observé et évalué les caractéristiques géométriques, physiques (gonflement, fissuration, déchirures, brins entaillés, désintégration, décoloration, rétrécissement), physicochimiques (cristallinité et masse molaire des fibres de polymères) et mécaniques (résistance à la rupture en traction et allongement à la rupture) des échantillons, dans le but de déterminer les mécanismes de vieillissement en cause.

2016 11 test corde naturel
Les cordes ont été exposées aux intempéries sur le toit d'un bâtiment de l'École de technologie supérieur.

Attention

« Attention, toutefois, prévient André Lan, en situation réelle d’utilisation, il y a de l’équipement qui coulisse sur le cordage et l’use. Le frottement du coulisseau sur le cordage contribue à accélérer le vieillissement de la corde. Cet aspect, ainsi que le type de construction de la corde, n’ont pas été pris en compte dans l’étude. De plus, les essais de traction suivant la norme CI 1500 sont des essais statiques, avec la force de traction appliquée graduellement. Or, dans la réalité, lors de l’arrêt d’une chute accidentelle, la corde est soumise à un impact dynamique de très courte durée. Alors, la suite à donner à cette étude serait de la compléter avec les quatre meilleures cordes, en tenant compte, à la fois, de l’utilisation des cordes sur les chantiers, des propriétés en matière d’impacts dynamiques et de l’influence du type de construction de la corde (toronnée ou âme-gaine). »

Les meilleurs choix

Les travaux ont permis de conclure que les meilleures cordes à utiliser sont, dans l’ordre, le kernmantle, le Multiline©, le polyester et le polyamide. « La meilleure corde est très certainement le kernmantle, affirme André Lan, mais les gens l’achètent peu parce qu’il est plus cher. Il faut voir l’achat du kernmantle comme un investissement à long terme. Il est résistant à la rupture et au vieillissement et il assure la sécurité. »

« Le polyéthylène est un cas spécial puisque sa résistance moyenne à neuf (22,6 kN) ne rencontre pas la résistance mais rencontre celle de 22,2 kN d’OSHA, poursuit André Lan. Il peut être utilisé comme corde d’assurance verticale aux  États-Unis, mais pas au Canada. Cependant, son comportement face au vieillissement est excellent, et au bout de 24 mois, le vieillissement n’a peu ou pas d’effet sur sa résistance résiduelle.

« Nous avons testé uniquement des cordes de 16 mm de diamètre (5/8e de po) compatibles avec les coulisseaux, conçus pour fonctionner avec ces cordes, précise le chercheur.

Un cordage à éviter

« Il est fortement déconseillé d’utiliser le polypropylène, insiste André Lan. Au bout de six mois, sa résistance frôle déjà les 27 kN et, après un an, il descend sous la résistance minimale de 27 kN de CAN/CSA Z259.2.5, à environ 17 kN. C’est pourquoi la norme CAN/CSA Z259.2.5 stipule qu’on ne doit pas l’utiliser. »

Et la modélisation

À l’exception du kernmantle, toutes les courbes de résistance mécanique en fonction du temps d’exposition en plein air ont été modélisées de façon satisfaisante à l’aide du modèle élaboré. Selon les paramètres propres à chaque matériau, les résistances résiduelles théoriques des cordes en multiline et en polyester ne tomberont pas sous le seuil minimal de 27 kN, même si elles sont exposées aux intempéries pendant une très longue période (cinq ans ou plus). Cependant, dans les conditions réelles d’utilisation, les chercheurs recommandent d’être plus attentif aux signes d’usure après quatre ans. « De toute manière, conclut André Lan, il faut toujours inspecter la corde d’assurance avant chaque utilisation. S’il y a des brins coupés, des gonflements, des fibres sortant du cordage, de la décoloration, et si le cordage a arrêté une chute, on doit le mettre au rebut. »

Pour en savoir plus

ARRIETA, Carlos, André LAN, Phuong NGUYEN-TRI, Toan VU-KHANH. Étude sur le vieillissement, la dégradation et la durée de vie des équipements de protection contre les chutes – Cordes d’assurance, Rapport R-925, 96 pages.

Vidéo – Minute de la recherche – Synthèse du rapport R-925.