Dans le domaine des machines portuaires,grues marinesElles jouent un rôle crucial en tant qu'équipements essentiels pour les navires effectuant des opérations de chargement et de déchargement. Également connues sous le nom de grues marines ou de derricks, elles sont principalement installées sur les navires pour la manutention de divers types de cargaisons et sont considérées comme les machines de pont les plus importantes pour les opérations de production navale. Ces grues se caractérisent par une structure compacte, une apparence attrayante, la sécurité, la fiabilité, l'efficacité énergétique, le respect de l'environnement et une excellente maniabilité. Leurs flèches se présentent sous différentes formes, notammentflèches droites, flèches télescopiques, etflèches repliables; et leurs méthodes de contrôle de la source d'énergie sont diverses, telles que manuelles, électriques et électrohydrauliques.
Les grues marines sont des équipements spéciaux assurant des opérations de transport en milieu maritime, notamment le transbordement de cargaisons entre navires, le ravitaillement offshore et la mise à l'eau et la récupération d'équipements sous-marins. Cependant, l'environnement marin particulier pose des défis importants en matière de contrôle des grues marines. D'une part, à l'instar des grues terrestres sous-actionnées, il est nécessaire de contrôler l'oscillation de la charge pendant le transport afin de garantir la précision du positionnement et l'efficacité des opérations. D'autre part, étant donné que les grues sont fixées sur des plateformes mobiles telles que des navires, les mouvements de la plateforme influent fortement sur ceux de la charge. De plus, dans de nombreux cas, les mouvements des points de levage et de déchargement de la charge diffèrent de ceux de la grue elle-même. Pendant les opérations, le tangage, le roulis et le pilonnement du navire-grue et du navire receveur, dus à la houle, provoquent l'oscillation de la charge. Lors des opérations de levage et de descente, les mouvements du navire peuvent facilement entraîner une nouvelle collision de la charge levée avec le pont, ou le maintien en suspension de la charge descendue mais non encore détachée du crochet, compromettant ainsi la sécurité des opérations. Lors des opérations de ravitaillement en munitions entre navires, ces mouvements couplés peuvent avoir des conséquences graves. C'est pourquoi la commande des grues maritimes suscite un vif intérêt dans les secteurs de l'ingénierie navale, tant militaires que civils, à travers le monde. L'étude de la commande de ces systèmes sous-actionnés non linéaires et fortement couplés, soumis à des perturbations spécifiques, revêt une grande valeur théorique et une importance universelle.
La commande des grues maritimes repose principalement sur deux aspects : la commande verticale, afin de réduire l’impact des mouvements de la coque, et la commande latérale anti-balancement, afin de limiter le balancement de la charge. Pour la commande verticale, une méthode courante consiste à relier le navire récepteur à la structure mécanique de la grue.navire grueCe procédé permet de détecter les mouvements relatifs des deux navires et de synchroniser la variation de longueur du câble de levage avec le mouvement de pilonnement du navire receveur, compensant ainsi le mouvement relatif entre eux et assurant le levage et le transport de la charge. Toutefois, cette méthode impose des exigences particulières quant à la structure mécanique de la grue et des limitations importantes quant à la charge soulevée.
Modes de composition et de fonctionnement
Du point de vue de ses composants, le derrick est un équipement traditionnel de manutention de charges, composé d'une grue, d'une flèche (ou mât), de gréements et d'un treuil. Malgré la présence de nombreux câbles et sa complexité d'utilisation, il est largement utilisé en raison de sa structure simple, de sa facilité de fabrication et de son faible coût. Il existe deux modes de chargement et de déchargement avec un derrick : à flèche simple et à flèche double.
L'opération à flèche unique utilise une seule grue pour charger et décharger la cargaison. Après le levage, le hauban est tiré pour faire osciller la cargaison avec la grue jusqu'au quai ou à l'écoutille. La cargaison est ensuite descendue, la grue est ramenée à sa position initiale et le processus est répété. À chaque fois, la grue doit être balancée par le hauban, ce qui entraîne une faible productivité et une pénibilité du travail élevée. L'opération à double flèche utilise deux grues : l'une est positionnée au-dessus de l'écoutille et l'autre s'étend au-dessus du quai. Les grues sont fixées dans une position de travail précise par des haubans, et leurs câbles de levage sont reliés au même crochet. En rétractant et en relâchant successivement les deux câbles, la cargaison peut être déchargée du navire vers le quai ou chargée du quai sur le navire. L'efficacité de l'opération à double flèche est supérieure à celle de l'opération à flèche unique, et la pénibilité du travail est également moindre.
Des dispositifs de levage améliorés ont vu le jour par la suite. Le dispositif de levage à double flèche est une évolution du dispositif à flèche unique, qui ne comporte qu'un câble de levage et deux jeux de palans de levage indépendants (gauche et droite). Ce dispositif est commandé par un treuil de levage et deux treuils de palans, ce qui le rend facile à utiliser et offre une grande efficacité de chargement et de déchargement. Le dispositif de levage Abel, également une évolution du dispositif à flèche unique, est équipé d'un treuil de levage, de palans de levage et de treuils de haubanage. Grâce à ces treuils, il permet de positionner rapidement le dispositif à n'importe quel endroit et de lever et descendre la charge à des points fixes dans son rayon d'action, ce qui représente une avancée majeure vers l'automatisation complète des opérations de chargement et de déchargement.
Applications et caractéristiques structurelles
grues marinessont largement utilisés sur les vraquiers, les porte-conteneurs, les pétroliers, les navires polyvalents, etc. Par exemple :grues de chargementsur les vraquiers et les porte-conteneurs, les grues à tuyaux sur les pétroliers, etgrues de pontSur les navires polyvalents. Contrairement aux grues terrestres, les grues maritimes sont installées sur des navires instables. En fonctionnement, le navire tangue et roule, et l'environnement de travail est difficile, exposé à l'érosion par le vent et l'eau de mer ; même à l'arrêt, elles doivent résister aux forces extérieures telles que le vent, la neige, les vagues, le tangage, le pilonnement et les chocs lors de la navigation.
Elles se présentent sous diverses formes structurelles, notamment à flèche pivotante, à translation, à relevage par câble, à relevage par vérin, à flèche télescopique, à flèche repliable, à portique en A et composites ; et il existe diverses méthodes d’entraînement, notamment électrique, électrohydraulique, électropneumatique, à moteur essence (diesel) et manuelle, etc. Un exemple typique est la grue marine électrohydraulique utilisée pour le chargement et le déchargement de marchandises sur les vraquiers.
Les structures porteuses des grues marines, telles que la colonne de base, le corps de la tour et la flèche, sont principalement constituées d'éléments soudés en tôle d'acier. La partie inférieure de la colonne de base est soudée à la coque du navire pour supporter le poids de la grue, tandis que sa partie supérieure est équipée d'une couronne de rotation. Le corps de la tour est une structure porteuse dont la partie inférieure est reliée à la couronne de rotation et articulée à la flèche. La partie supérieure est équipée d'un système de poulies actionnant les câbles d'acier. L'intérieur abrite la salle des machines, et la cabine est située à l'avant. La flèche est une structure en treillis servant à supporter des charges lourdes.
Les mécanismes d'exécution des grues marines comprennent le mécanisme de levage, le mécanisme de relevage et le mécanisme d'orientation. Le mécanisme de levage assure la levée grâce à un moteur qui entraîne la rotation du tambour via un réducteur, ce qui provoque le déroulement et la rétraction du câble d'acier et le mouvement vertical du crochet. Le mécanisme de relevage permet la rotation verticale de la flèche autour de son point d'articulation inférieur, modifiant ainsi l'angle grâce à un moteur qui entraîne la rotation du tambour via un réducteur, ce qui provoque le déroulement et la rétraction du câble d'acier et permet au crochet de se relever à différentes amplitudes. Le mécanisme d'orientation assure la rotation du corps de la tour et de la flèche grâce à un moteur qui entraîne le pignon qui s'engrène avec la grande roue dentée du palier d'orientation via un réducteur. Les réducteurs de ces trois mécanismes sont tous équipés de freins normalement fermés afin de garantir le bon fonctionnement de chaque mouvement. Grâce au fonctionnement coordonné de ces trois mécanismes, la charge peut être levée et positionnée à l'endroit requis dans la zone de travail.
Le système électrique de commande et de pilotage est composé de divers composants logés dans le boîtier de commande électrique. Ce système est actionné par des boutons et des poignées situés sur la console de part et d'autre du siège de la cabine. Le système hydraulique, quant à lui, comprend des pompes, des moteurs, des groupes de vannes, des canalisations et leurs accessoires, permettant ainsi la commande et l'entraînement de certains mécanismes. Par ailleurs, les grues marines sont également équipées de dispositifs auxiliaires tels que des conduits et des systèmes de ventilation.
Classification et autres machines de chargement et de déchargement
Les mâts de charge des grues marines se divisent en deux catégories : les mâts légers et les mâts lourds. Ceux dont la capacité de levage est inférieure à 10 tonnes sont dits légers, tandis que ceux dont la capacité de levage est supérieure à 10 tonnes sont dits lourds. La capacité de levage est déterminée par la fonction du navire. Pour les vraquiers classiques, la capacité de levage des mâts légers est de 3 à 5 tonnes en configuration simple flèche et de 1,5 à 3 tonnes en configuration double flèche. Pour les vraquiers de 10 000 tonnes, la capacité de levage peut atteindre 10 tonnes en configuration simple flèche et 5 tonnes en configuration double flèche. Les navires polyvalents modernes doivent charger et décharger des conteneurs ; la capacité de levage du mât doit donc être au minimum suffisante pour soulever un conteneur de 20 pieds (20 tonnes). Les mâts lourds sont utilisés pour charger et décharger des charges lourdes et volumineuses, telles que des machines et des locomotives. Généralement, un ou deux mâts de charge lourds sont installés sur les cargos, avec une capacité de levage allant le plus souvent de 10 à 60 tonnes, parfois de 60 à 150 tonnes, et quelques-uns jusqu'à 300 tonnes. Chaque cale d'un cargo classique est équipée de deux mâts de charge légers, et chaque cale d'un cargo géant en est souvent équipée de quatre.
grues de pontInstallées sur le pont supérieur du navire, ces grues de manutention, de structure compacte, optimisent l'espace disponible et n'affectent que très peu la visibilité depuis la passerelle. Faciles à manœuvrer, elles offrent une grande efficacité de chargement et de déchargement, sont flexibles et nécessitent peu de préparation avant utilisation, ce qui explique leur popularité croissante. Parmi les modèles courants, on trouve les grues à rotation fixe, les grues à rotation mobile et les portiques, à transmission électrique ou électrohydraulique.
grues à rotation fixeLes grues simples sont les plus couramment utilisées. Elles peuvent fonctionner seules ou par paires, à gauche comme à droite, avec une capacité de levage généralement de 3 à 5 tonnes. Sur les navires polyvalents, une grue simple doit lever un conteneur de 20 pieds, et une grue double un conteneur de 40 pieds (30 tonnes), leur capacité de levage pouvant ainsi atteindre 25 à 30 tonnes. Les grues mobiles pivotantes sont utilisées lorsque le chargement et le déchargement nécessitent une grande portée et que l'on souhaite une flèche de longueur réduite. Il en existe deux types : à déplacement transversal et longitudinal. Les portiques sont largement utilisés sur les porte-conteneurs et les transporteurs de barges. Ils sont généralement de type quadruple pied ou en C. Ils sont composés d'une flèche extensible, d'une poutre de levage, d'un pont mobile et d'une cabine. La poutre principale horizontale du pont est plus haute que les conteneurs empilés sur le pont et est équipée d'un dispositif de positionnement automatique permettant de placer avec précision les conteneurs dans les grilles ou de les empiler sur le pont lors du chargement. On trouve davantage de portiques sur les transporteurs de barges que sur les porte-conteneurs, avec une capacité de levage pouvant atteindre plusieurs centaines de tonnes.
Outre les grues marines, les autres engins de chargement et de déchargement comprennent principalement des ascenseurs, des monte-charges et des convoyeurs. Les ascenseurs se déplacent verticalement sur le navire le long de rails de guidage et servent à lever et abaisser les marchandises entre les ponts. Par exemple, les navires rouliers utilisent souvent des ascenseurs pour relier les différents ponts et transporter les marchandises. Il existe des ascenseurs de type ciseaux et à chaînes, d'une longueur de 9 à 18,5 mètres et d'une largeur de 3 à 5 mètres. Certains transporteurs de barges les utilisent également pour charger et décharger les barges, mais leur capacité de levage est bien supérieure à celle des navires rouliers. Les monte-charges transportent les marchandises en continu à la verticale ou sur des pentes importantes, tandis que les convoyeurs les transportent en continu à l'horizontale ou sur des pentes faibles. Ces deux types d'engins sont principalement utilisés sur les navires autodéchargeurs ou sur les navires chargés et déchargés par porte latérale.
Grâce à leurs structures variées, leurs nombreuses fonctionnalités et leur capacité d'adaptation à différentes situations, les grues maritimes sont devenues des équipements clés indispensables à l'exploitation des navires. Avec le développement du transport maritime et du génie maritime, elles continueront de progresser en termes d'efficacité et d'intelligence, contribuant ainsi à l'efficacité du transport et de l'exploitation maritimes.
Date de publication : 8 août 2025
