Résumé

Parmi tous les accidents professionnels, les chutes de hauteur revêtent une importance particulière en raison non seulement des coûts élevés d’indemnisation qui en découlent, mais surtout du taux élevé des lésions graves ou mortelles qui y est associé. Les règlements en matière de sécurité professionnelle au Québec stipulent qu’il faut protéger les travailleurs lorsqu’ils sont exposés à un risque de chute d’une hauteur de trois mètres ou plus. Si l’élimination à la source des risques ou la pose des protections collectives ne sont pas réalisables, l’une des mesures disponibles contre les chutes de hauteur est le port d’un système individuel d’arrêt de chute (SIAC) composé, entre autres, d’un harnais pour la préhension du corps, d’un système de liaison fait d’une longe et d’un absorbeur d’énergie, et d’un ancrage. Afin de permettre la mobilité verticale du travailleur, cet ancrage est généralement une corde d’assurance verticale. Ces cordes sont fabriquées à partir de fibres polymères dont la performance peut être altérée lors des expositions prolongées aux agents de vieillissement environnementaux tels que le rayonnement ultraviolet (UV) et l’humidité. Malgré l’importance capitale que représentent ces cordes lors de l’arrêt d’une chute, la façon dont leur résistance mécanique change avec le temps d’utilisation est souvent méconnue et les critères de désuétude utilisés manquent de fondement scientifique.

Ce projet porte sur l’effet des expositions prolongées aux intempéries sur les propriétés de certaines cordes d’assurance verticales, notamment sur leur résistance mécanique. Sept types de cordes ont été étudiés : kernmantle, multiline, polyamide, polyester, polyéthylène, polypropylène et polysteel^MD. Les cordes ont été soumises au vieillissement accéléré en chambre environnementale en laboratoire et au vieillissement naturel statique (soleil et intempéries, mais sans utilisation). Au bout de 6, 12, 18 et 24 mois d’exposition naturelle, des essais de caractérisation mécanique et physico-chimique ont été effectués afin de suivre l’évolution des propriétés des cordes. Le but ultime de ce projet est de construire un modèle validé expérimentalement (équation logistique) pour extrapoler la résistance du matériau en fonction de la durée d’exposition environnementale.

La caractérisation physico-chimique des cordes, dont on a besoin pour déceler les différents mécanismes de vieillissement, a été axée sur l’identification des possibles changements concernant la structure chimique des fibres polymères qui les composent, notamment en ce qui a trait à la masse molaire. Dans ce but, des analyses par spectroscopie infrarouge ont été réalisées afin de repérer l’apparition de nouvelles bandes d’absorption qui sont souvent reliées à des réactions d’oxydation se produisant à la suite des processus de coupures de chaîne de polymère, ainsi que des essais de rhéologie ou de viscosimétrie capillaire visant à estimer la viscosité du polymère fondu ou en solution. La viscosité est reliée à la masse molaire chez les polymères. De même, des analyses par calorimétrie différentielle à balayage ont été effectuées pour évaluer l’impact des traitements de vieillissement sur la cristallinité des fibres polymères, ainsi que des inspections visuelles et des analyses de microscopie électronique à balayage afin d’évaluer les éventuelles modifications de la morphologie des fibres dues aux traitements de vieillissement. La caractérisation mécanique des cordes a été faite en fonction des résultats des tests de rupture en traction en choisissant la force de rupture comme variable dépendante en conformité avec les normes applicables et les pratiques courantes dans l’industrie.

Les essais de rupture effectués sur les cordes soumises à des traitements de vieillissement montrent que, parmi les cordes étudiées, le kernmantle exhibe le meilleur comportement en termes de rétention de résistance mécanique. La remarquable tenue du kernmantle face au vieillissement peut être attribuée à sa construction gaine-âme. Le polypropylène (PP) et le polysteel^MD, en revanche, offrent une piètre performance à la suite des traitements de vieillissement. Les essais de caractérisation physico-chimique des cordes après le vieillissement ont révélé que le polypropylène et le polysteel^MD ont subi un processus généralisé d’oxydation qui, dans le cas du PP, conduit à une diminution sensible de la masse molaire des fibres polymères. Les cordes en multiline, en polyamide et en polyester subissent une perte modérée de résistance mécanique, alors que l’effet des traitements de vieillissement sur la résistance des cordes en polyéthylène est presque négligeable, malgré qu’elles affichent une valeur de résistance mécanique initiale qui ne rencontre pas les critères de résistance minimale stipulés par les normes. Les cordes en polyamide ont éprouvé une réduction de leur longueur qui pourrait être attribuable à une densification du matériau. Les essais de caractérisation montrent que les cordes faites en polyoléfines (PE, PP et leurs copolymères) ne sont pas des options convenables lors du choix du matériau des cordes d’assurance verticale.

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 de l’équation logistique. Selon les paramètres du modèle pour chaque corde, les résistances résiduelles théoriques des cordes en multiline et en polyester ne tomberont pas au-dessous du seuil minimal de 27 kN même si elles sont exposées aux intempéries pendant une très longue période (5 ans et plus) alors que les cordes en polyamide, polypropylène et polysteel atteignent le seuil minimal de 27 kN au bout de 4, 0,5 et 1 ans respectivement.