Forces de tensions en slackline : Calculer la charge qui s'exerce sur les points d'ancrage

1
Longueur de la slackline
m
2
Poids du slackliner
kg
3
Flèche due au poids du slackliner
m
4
Type de slackline

Tension au niveau des points d'ancrage:

kN en statique et kN en dynamique

D'énormes forces de tension s'exercent sur les points d'ancrage en slackline

Quand on s'intéresse aux slacklines on s'intéresse forcément un peu à la physique. Ou plus exactement aux forces de tension qui entrent en jeu.

Quand on tend une slackline et qu'on marche dessus, des forces de tension s'exercent sur l'ensemble du système mais plus particulièrement au niveau des points d'ancrage. Il est important de connaître les forces de tension qui entrent alors en jeu. Il faut pouvoir savoir si les composantes du système peuvent supporter ces tensions et si l'ensemble est sûr ou non.

Les valeurs de charge de rupture sont certes inscrites sur le matériel, mais peu de gens savent quelles tensions s'exercent pendant l'utilisation de la slackline et comment on peut les modifier en manipulant la sangle.

Un peu de vocabulaire : Tensions et unités

Quand on parle physique, il est essentiel de commencer par définir les termes utilisés.

Forces de tension : qu'est-ce que c'est ?

En slackline, les forces de tension sont exprimées en kilonewton (kN) et parfois en décanewton (daN).

Il est parfois difficile pour un non physicien de se représenter la taille d'un newton avant même de pouvoir se représenter un kN. Un bon exemple pour cela est celui de la tablette de chocolat : Si l'on soulève une tablette de chocolat de 100 g, une tension de 1 N s'exerce sur la main. Si l'on prend maintenant l'exemple d'une slackline supportant un poids de 80 kg, la tension qui est exercée sur elle est de 0,8 kN.

Masse et tensions (valeurs arrondies)
Masse Tensions
1 kg 10 N = 1 daN = 0,01 kN
10 kg 100 N = 10 daN = 0,1 kN
100 kg 1000 N = 100 daN = 1 kN
1000 kg 10 000 N = 1000 daN = 10 kN

Charge de rupture vs. Capacité de charge

La slackline étant issue, pour ainsi dire, de l'univers de l'escalade, les termes et matériaux utilisés sont souvent similaires entre les deux domaines. Mais si votre slackline est issue de l'industrie ou d'un magasin de matériel industriel, vous pourriez faire face à quelques confusions. Le problème vient souvent de la capacité de charge et de la charge de rupture.

En sport de montagne on indique souvent la charge à partir de laquelle le matériel se « casse », en l'occurrence la charge de rupture. Dans l'industrie on indique plutôt la capacité de charge, la charge recommandée pour une utilisation normale. Celle-ci est bien inférieure à la charge de rupture. Cela vient du fait que lessanglesd'escalade, plus fines, présentent une charge de rupture de 22 kN (2,2 t) et les sangles de l'industrie, plus épaisses, une capacité de charge de 500 kg (5 kN).

Le facteur de sécurité inscrits sur les slacklines issues de l'industrie indique le rapport entre capacité de charge et charge de rupture. Ainsi, une sangle industrielle qui possède un facteur de sécurité de 7 et une capacité de charge de 500 kg possède une charge de rupture de 3500 kg soit 35 kN, ce qui est bien supérieur à ce que peuvent offrir les fines sangles Dyneema.

Quelles tensions entrent en jeu quand on pratique la slackline ?

En slackline, les forces qui s'exercent ne découlent pas seulement du poids du slackliner. Il faut également prendre en compte la force exercée sur la sangle au moment de la tendre. On l'appelle la force de mise sous tension. Il est également nécessaire de prendre en compte les forces réactionnelles qui s'exercent quand le slackliner avance et que son poids tire la slack vers le bas.

Forces de tension au niveau de la flèche : Tout se joue au niveau de l'angle

On calcule la force de tension au niveau de la slackline en mettant en relation la flèche et la longueur de la sangle. Ainsi : Plus l'angle formé par l'horizontale et la slack au niveau de l'ancrage est petit, plus la charge au niveau des points d'ancrage est importante.

Si le slackliner se tient sans bouger au milieu de la slack, les valeurs estimées sont alors exactes. On peut ainsi calculer les forces de tension exercées à partir de la flèche (et l'angle), du poids du slackliner et de la longueur de la slack.

Slackline : un peu de physique - Flèche et angle
Les forces de tension dépendent de la flèche (f), de l'angle α et de β la slackline chargée.

On prend toujours en compte la valeur de la flèche quand le slackliner se tient au milieu de la sangle car c'est là que les forces de tension sont les plus importantes. On partira de ce principe pour l'ensemble des calculs.

Flèche et tension sur le point d'accroche (Source : "Slackline" de Fritz Miller & Daniel Mauser)
α β Flèche (f) pour une slackline de 10 m Multiple de la charge sur le point d'ancrage Tension au niveau du point d'ancrage pour une personne pesant 80 kg
0,5° 179° 0,04 m 57,3 45,8 kN
178° 0,09 m 28,6 22,9 kN
1,5° 177° 0,13 m 19,1 15,3 kN
176° 0,17 m 14,3 11,4 kN
2,5° 175° 0,22 m 11,5 9,2 kN
170° 0,44 m 5,7 4,7 kN
7,5° 165° 0,66 m 3,8 3,0 kN
10° 160° 0,88 m 2,9 2,3 kN
15° 150° 1,34 m 1,9 1,5 kN
20° 140° 1,82 m 1,5 1,2 kN
25° 130° 2,33 m 1,2 1,0 kN
30° 120° 2,89 m 1,0 0,8 kN

La formule

En 2006 déjà, les recherches de la Deutscher Alpen Verein en matière de sécurité ont conduit à établir une formule qui permet de calculer les forces de tension en slackline. On peut désormais calculer facilement et rapidement les tensions qui s'exercent sur sa sangle. La faiblesse du système de slackline reposant presque toujours sur les points d'ancrage ou le système de tension de la slack, on s'intéresse généralement aux forces qui s'exercent à cet endroit ("la charge du point d'ancrage").

F = (L x P) / (f x 400)

F = Force de tension au niveau du point d'ancrage (en kN) ; L = longueur de la slackline (en m)
f = Flèche au milieu due au poids du slackliner (en m) ; P = Poids du slackliner (en kg)

Charges dynamiques

Nous avons jusqu'ici étudié les charges statiques, lorsque le slackliner se tient debout sans bouger. Mais puisque celui-ci est amené à se déplacer voire même à sauter sur la slackline, nous devons également prendre en compte les charges dynamiques. La dépendance entre les forces réactionnelles et les charges dynamiques dépend de la mise en tension de la sangle. Voici deux exemples qui mettent en lumière des cas très différents.

On met 1 kN de tension sur une sangle courte, de sorte qu'elle ne soit pas trop tendue. Si une personne monte sur la sangle, les forces de tension au niveau des points d'ancrage vont augmenter. Si la personne commence à se balancer, ces forces vont attendre 5 à 6 kN.

On met maintenant 6 kN de tension sur une slackline de 8 m de long, elle est donc très tendue, elle peut par exemple être utilisée comme jumpline. Si le slackliner monte sur la sangle, les valeurs augmenteront d'1 kN maximum. S'il se met à sauter, les forces de réaction pourront toutefois atteindre 9 à 11 kN.

Valeurs indicatives quant à l'augmentation des forces de réaction :

  • En ce qui concerne les slacklines traditionnelles, les forces de réaction présentes dans le système augmentent d'un facteur de 1,5.
  • Pour les jumplines et les sangles peu tendues ces forces augmentent d'un facteur de 1,5-2.
  • Pour les longlines l'accroissement des forces de tension en présence de charges dynamiques est moindre et négligeable.

Ce que nous apprend la pratique

Le calcul de ce type de valeurs est toujours plus précis quand il se base sur des expériences concrètes, voici donc quelques valeurs issues de mesures réalisées dans la pratique :

  • Les véritables slacklines, celles qui ne sont que peu tendues, ne subissent pas de forces de tension particulières.
  • L'utilisation de longlines moyennes (avec une mise en tension de moins de 10 kN) et de jumplines classiques en plus d'un équipement traditionnel permet de ne pas s'inquiéter des forces de tension qui viennent à s'exercer sur le système.
  • En utilisant du matériel de slackline traditionnel, on n'atteindra des valeurs critiques que sur des sangles très courtes et très tendues sur lesquelles se balancent plusieurs personnes.
  • C'est sur les longlines qu'on observe les plus grandes forces au moment de leur mise en tension.

Fixation de la slackline aux arbres

Dans la plupart des cas ce sont les arbres qui servent d'ancrage. Pour ce faire, il est nécessaire de s'assurer que les deux arbres choisis sont assez stables pour supporter la charge à venir. On doit aussi garder à l'esprit qu'un arbre endommagé est plus difficile à repérer qu'un problème avec le matériel. Dans les parcs, certains arbres sont souvent utilisés pour pratiquer la slackline, on peut repérer leur écorce déjà abîmée. Il est donc essentiel dans ce cas de placer une protection entre l'arbre et la fixation. Il est également recommandé d'utiliser un système qui ne frotte pas contre l'arbre et qui répartit les forces de tension aussi largement que possible.

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