La physique des chutes que tout grimpeur doit connaître

Les forces d'impact pendant une chute en tête en escalade - un épisode bonus de la série « Belaying Masterclass »

Comprenez quel rôle la longueur de corde, son étirement et la friction jouent dans les chutes d'escalade et vous serez un assureur génial ;)

Ryan teste les forces de chute en escalade :
https://www.youtube.com/watch?v=m8z6adEqaOs

Il n'y a pas de gravité :
https://www.youtube.com/watch?v=Xc4xYacTu-E

Et j'ai volontairement omis de parler des facteurs de chute... ils ne signifient presque rien dans les scénarios d'escalade en tête.
Facteur de chute = distance de chute / longueur de corde... Mais il manque le facteur d'arrêt de la chute du grimpeur (assurage sec vs souple)
Et vous ne pouvez pas comparer les facteurs de chute des expériences de laboratoire en laissant tomber des poids par rapport à la vie réelle, car le corps des grimpeurs absorbera 70% de l'impact par rapport à la chute d'un poids rigide.
https://www.petzl.com/BE/en/Sport/Fall-comparison-with-rigid-human-mass

Et s'il vous plaît ne dites à personne que 1kN est ÉGAL à 100kg car non seulement c'est une approximation, mais cela dépend aussi du contexte ;)

0:00 Introduction
0:25 Qu'est-ce qu'une force
1:59 Valeurs nominales du matériel
5:54 Rupture de matériel souple à faible kN
7:48 Assurage dynamiques
10:54 Forces lors de chutes réelles
11:22 Grosse chute contre petite chute
17:07 Frottements

Voici un tas d'autres friandises:

DMM casse des élingues :
https://dmmclimbing.com/Knowledge/June-2010/How-to-Break-Nylon-Dyneema%C2%AE-Slings

La gravité change de mois en mois :
https://earthdata.nasa.gov/learn/sensing-our-planet/matter-in-motion-earth-s-changing-gravity

Méthode simple pour calculer les forces d'impact :
https://sciencing.com/calculate-force-impact-7617983.html

Forces maximales autorisées pour les cordes d'escalade :
https://www.petzl.com/BE/en/Sport/How-was-the-max--impact-force-of-12kN-determined-

La friction de traînée augmente la force exercée sur un grimpeur :
https://www.petzl.com/BE/en/Sport/Consequences-of-poor-rope-drag-management-in-a-common-fall

GriGri vs ATC : comparaison de la force d'impact
https://www.petzl.com/BE/fr/Sport/Influence-de-l'appareil-d'assurage

Si mes vidéos vous apportent quelque chose et que vous voulez vous sentir bien, pensez à me soutenir : https://hardiseasy.com.
Parce que cela fait une grande différence et c'est la raison principale pour laquelle je fais ce projet !
Merci beaucoup !
Ben

- Ça dit kilonewtons...

Et après cette vidéo,

tu aura une bien meilleure
compréhension

que probablement 99% du
reste des grimpeurs,

de ce que ces kilonewtons
signifient réellement,

et des forces impliquées
dans les vraies chutes d'escalade.

Et puis j'expliquerai
pourquoi les grosses, grosses chutes

sont souvent beaucoup plus douces
que les petites chutes.

Mais d'abord,
découvrons ce que veux dire force.

J'aime bien m'amuser
avec mes abonnés Instagram,

alors j'ai décidé de leur demander
ce qui leur vient à l'esprit

quand ils entendent le mot force.

La moitié des gens ont dit

qu'il a quelque chose à voir
avec "Star Wars".

Très bien.

Et puis avant de commencer à penser

que la moitié de mes abonnés Instagram
sont vraiment futés,

Je dois dire que la majorité d'entre eux
n'ont pas voté du tout.

Alors j'imagine quelque chose comme...

Qu'est-ce que la force ?

(musique entraînante)
(bourdonnement électronique)

D'accord, mais ceux qui voulaient
avoir l'air intelligent

ont dit que la force est la masse
multipliée par l'accélération,

ce qui est la formule que Newton, ce gars,

a trouvé.

- [Newton] Ooh yah.

Et c'est pourquoi nous mesurons la force
en Newtons.

Ce qui pour moi est un peu drôle
quand on y pense,

imaginez Newton.

(musique douce)

Nous mesurons donc
la masse en kilogrammes,

et nous mesurons l'accélération
en mètres par seconde au carré.

Alors, nous devrions mesurer la force
en Newtons.

(applaudissements)

Donc pour mettre
cette formule en perspective,

c'est comme si un Newton, ce gars,

pousse une masse d'un kilogramme

et cela fait accélérer cette masse

d'un mètre par seconde, chaque seconde.

Alors là, j'ai un mousqueton.

Si j'y mets tout mon poids, comme ça,

la question est,
quelle est la force en ce moment

dans ce mousqueton ?

Donc, si nous revenons à la formule,

on peut dire que la masse est ma masse

multiplié par l'accélération.

Quelle accélération ?
Je suis accroché à un arbre.

Il n'y a pas de mouvement,
pas d'accélération...

ou y a-t-il une accélération ?

(musique entraînante)

Écoute, tu as probablement déjà vu
cette expérience,

J'ai un objet lourd et un objet léger.

Et la question est, si je laisse tomber

les deux à la fois en même temps,

lequel va toucher le sol en premier ?

Essayons.

Alors oui, ils sont tombés en même temps,

parce que c'est ce que fait la gravité,

il fait tomber les objets
exactement à la même accélération

de 9,8 mètres par seconde par seconde.

Alors je m'accroche à ce mousqueton,

la gravité me tire vers le bas.

Mais pour que je ne descende pas,

il doit y avoir une force opposée,
qui me tirerait vers le haut.

Ici, j'ai un ressort.

Pendant que la gravité
tire la pierre vers le bas,

le ressort tire la pierre vers le haut.

Donc le mousqueton est en fait
comme un ressort très, très raide,

qui me tire vers le haut.

Les molécules du mousqueton
quand je m'y accroche

sont étirées,

mais ils aiment rester ensemble,
alors ils se retiennent.

On ne peux pas voir
cette extension du mousqueton

sur des forces faibles,
mais on peut le faire sur des grandes.

Et il s'avère que ce mousqueton

doit accélérer mon poids vers le haut

au même 9,8 mètres par seconde au carré,

ce qui s'avère être d'environ 600 Newtons.

Oui, 600 de ceux là ont besoin
de tenir un gars maigre comme moi.

Bon, passons, ce mousqueton dit

qu'il peut tenir jusqu'à 26 kilonewtons.

Un Kilonewton est fondamentalement
un millier de Newtons.

Cela signifie donc qu'il pourrait soutenir
environ 40 moi.

J'aimerais avoir une machine à cloner,

pour que je puisse te le démontrer.

Alors imaginez combien de vidéos
ils pourraient tous créer.

(musique vive)

Donc, si tu veux nous voir créer
plus de vidéos comme celle-ci,

clique sur le bouton rejoindre,
ça aide vraiment.

Et je promets
que je dépenserai chaque centime

que je reçois de vous les gars sur
l'achat d'une machine à cloner.

Super!

(riant) Ok, donc on peux accrocher
40 fois mon poids

sur un seul mousqueton,
c'est assez impressionnant.

Cependant il y a des choses
que tu dois savoir.

Tout d'abord, toutes ces valeurs

sont pour de nouveaux équipements,

l'usure n'y est pas prise en compte

À quel point est-ce important?

Eh bien, j'ai demandé à mon ami Ryan
de la chaîne YouTube,

HowNOTtoHighline
parce qu'il a pour passe-temps

de casser des trucs.

Et d'après ses tests,

la plupart des objets métalliques
ont tendance à durer assez longtemps.

En revanche, avec les objets souples,
les choses sont totalement différentes.

- [Ryan] Élingue Black Diamond
avec un CMU de 22 kilonewtons.

(la machine ronronne)

(bruit métallique)

Quoi? Le CMU était-il de 22 kilonewtons ?

- [Homme] Ouais.

- Oui, une élingue évaluée à 22
kilonewtons s'est cassée à six.

Et en voici une autre.

- [Ryan, ironique] Wooh, c'est
en très bon état.

- [Homme] Je n'utiliserais pas ça.

- [Ryan] Moi non plus.

J'attacherais mon chien avec cependant.

(la machine ronronne)

Voyons.

- [Homme] Je n'attacherais pas
un très gros chien avec.

- [Ryan] (rigole) D'accord,
voyons la taille du chien

qu'on aurait pu attacher avec ça?

Oh, un chihuahua.

(l'homme rit)

- Ouais, donc si tu es une de ces personnes

qui aiment économiser de l'argent
et utiliser de très vieilles,

élingues usées, bonne chance.

- [Ryan] 24 kilonewtons,

(la machine ronronne)

ça ne s'est pas beaucoup étiré.

Oh, devinez, devinez.

- [Homme] J'ai vu.

- [Ryan] Quatre kilonewtons,
c'est quoi ce bordel ?

- 4000 Newtons, d'accord, quel poids
une telle élingue peut-elle soutenir ?

Eh bien, c'est assez facile.

Divisons simplement 4 000 Newtons par 9,8.

Ou en arrondissant pour simplifier,
par 10 et on obtiens 400 kilogrammes.

Cela semble beaucoup. Non?
400 kilogrammes ?

Eh bien, toutes ces conversions
de force en kilogrammes

dont j'ai parlé jusqu'à présent

sont basés sur le fait que le poids
est suspendu statiquement.

Une fois qu'une chute est impliquée,
tout change.

- [Homme] Go.

(bruit métallique)

- Alors ce que tu viens de voir
est un clip de DMM,

où ils ont laissé tomber une masse
de 80 kilogrammes,

et cela a cassé une toute nouvelle
élingue Dyneema.

Maintenant, mon but n'est pas
de te faire peur, au contraire.

Je veux te faire prendre conscience
que le matériel d'escalade

n'est pas magique, et si tu l'utilise
de manière incorrecte, il peut céder.

Anecdote : connais-tu cette blague
que les grimpeurs

aiment dire quand ils échouent
dans leurs ascensions ?

Qu'aujourd'hui est un jour
de haute gravité.

Eh bien, il s'avère que c'est vrai,

la gravité change de mois en mois.

Alors si tu fais partie
de ces personnes

qui aiment se plaindre qu'aujourd'hui
il y a une mauvaise humidité,

ou une mauvaise température,
maintenant tu peux aussi te plaindre

qu'aujourd'hui est un jour de
mauvaise gravité, ouais !

Bon, voyons ce qui se passe

quand des objets comme nous,
les grimpeurs, commencent à tomber.

C'était une chute de 10 mètres.

Voyons combien de force une telle chute

générerait pour le grimpeur.

La formule pour cela serait similaire

à ce que nous avions avant,
sauf que nous devons multiplier ceci

par la distance de chute du grimpeur,

et diviser par la distance sur laquelle
le grimpeur a été amorti.

Et as-tu vraiment remarqué

à quel point la chute
a été douce pour le grimpeur ?

Alors imagine conduire une voiture
sur une autoroute,

et tu appuie doucement sur le frein
pour t'arrêter.

Pas de problèmes, non ?

Imagine maintenant que tu
ne conduis pas si vite,

tu es dans une ville,
tu conduis lentement,

mais tu écrase sur le frein,

ce ne serait pas très agréable, non?

Alors voici la première chose
que tu dois retenir

de toute cette vidéo,
l'impact sur le grimpeur

sera toujours multiplié
par la distance sur laquelle

le grimpeur tombait,
et divisé par la distance

sur laquelle il a ralenti.

Alors calculons, leur distance de chute

était d'environ quatre dégaines,

et leur distance de ralentissement était d'environ

deux dégaines et demie.

Et nous obtenons environ 860 Newtons.

Ou si on la remplaçait
par un grimpeur standard

de 80 kilogrammes, cela ferait environ
1,3 kilonewtons,

ce qui n'est pas beaucoup.

Cependant cette formule
a un petit problème

car elle nous donnera toujours
une valeur légèrement inférieure

à celle obtenue dans la vraie vie.

Et si je vous montrait
comment la calculer plus précisément

ça signifierait que la plupart
d'entre vous

arrêteriez probablement cette vidéo ici.

Mais nous n'avons pas besoin de faire ça,

parce que nous pouvons nous baser sur
des données expérimentales réelles.

Et qui est le patron pour nous fournir
de telles données ?

- Salut, je suis Ryan Jenks et-

- Et puis c'est assez de publicité
pour toi.

Ce qu'ils ont fait dans cette vidéo,

ils ont mis un appareil
mesurant la force sur le grimpeur,

puis fait une série de chutes.

- (riant) Zach.

Pour la science, woo hoo.

Cela me met 1,87.

- Donc la plupart des chutes,
qui à mon avis,

seraient un bon exemple d'assurage,

étaient inférieures à deux kilonewtons.

Voyons maintenant ces deux
exemples extrêmes.

Le grimpeur à gauche est cinq mètres
au-dessus du point d'ancrage,

ce serait donc une chute de 10 mètres

plus le mou dans le système.

L'assureur a probablement environ
un mètre de mou.

Et puis il y a probablement encore
un mètre de mou supplémentaire

entre les dégaines.

Donc au total, on regarde
une chute de 12 mètres.

Alors que le grimpeur à droite n'est
qu'à un mètre au-dessus du point d'ancrage.

Et disons que l'assureur a vraiment peur,

et il va rattraper sèchement
le grimpeur.

On regarde donc une chute de deux mètres.

Donc une chute massive de 12 mètres,
ou une petite chute de deux mètres.

Laquelle sera la plus douce
pour le grimpeur selon toi ?

Eh bien, voyons,
nous savons de quelle hauteur

les grimpeurs tomberont.
Mais maintenant, nous devons découvrir

les distances du ralentissement
dans les deux cas.

Et cela dépend principalement
de deux facteurs.

Le premier est le déplacement
de l'assureur.

Sur une grosse, grosse chute,
l'assureur volera probablement

d'environ deux mètres,
tandis que sur une petite chute,

en supposant une erreur
très courante de débutant,

où l'assureur reprend juste le mou

et assure très sec.

Et le deuxième facteur est
l'étirement de la corde.

Les fabricants de corde prétendent que
si on met 80 kilogrammes

sur une corde dynamique immobile,

alors, sans mouvement,
la corde s'étirera de 10%.

Et l'étirement dynamique,
lorsqu'on chute,

va jusqu'à 30%.

Eh bien, "jusqu'à 30%"
ça ne nous aide pas beaucoup.

Ce que nous devons savoir,
c'est l'étirement de cette corde

pour une force
de deux à quatre kilonewtons,

ce sont les valeurs qui nous intéressent.

Et encore une fois,
j'envoyais un texto à Ryan.

- Alors, je vais tirer sur
une corde dynamique,

pour voir de combien elle s'étire.

Au début, on pensait que
ça allait être très facile,

il suffit d'aller au parc,
étirer la corde à différentes forces,

et mesurer l'allongement de la corde.

Eh bien, parfois facile c'est difficile.

Lorsqu'on étire la corde
à une certaine force

et qu'on la laisse là,
la force

va commencer à diminuer,
la corde abandonne en quelque sorte.

Bien que ce soit très intéressant,
ce n'est pas important pour nous.

La seule chose qu'il avait à faire
était de tirer sur la corde

aussi vite qu'il pouvait jusqu'à
la force désirée,

et d'en mesurer l'étirement.

- [Ryan] D'accord, oh mon Dieu,
c'est la marque sept...

6,9 mètres... elle s'étire...
quand on la tire...

une corde dynamique...
à quatre kilonewtons.

Mais il y a un autre facteur intéressant,

une fois qu'on charge la corde
à des forces élevées,

il faut du temps à la corde

pour revenir à sa longueur d'origine.

C'est ce qu'on appelle le repos de corde,

et c'était vraiment cool
de voir ça en action.

- [Ryan] Vous voyez le Grigri
se faire tirer lentement ?

Super intéressant,
probablement beaucoup plus intéressant

pour moi qu'il ne l'est pour vous
en ce moment.

Alors après avoir passé environ
quatre heures dans le parc

à tirer des cordes, les résultats sont
que sur les forces

de deux à quatre kilonewtons,

la corde s'étire à environ 20 %.

Super, alors utilisons cela
dans nos calculs.

Sur une grosse chute, nous avons
27 mètres de corde au total,

ce serait donc 5,4 mètres d'étirement.

Alors que dans une petite chute,
nous avons cinq mètres de corde,

et ce serait un mètre d'étirement.

Cependant, notre assureur panique
et assure sec,

alors il prendra la moitié
de ce tronçon pour lui-même,

ne laissant qu'un demi-mètre
d'allongement au grimpeur.

Et ta-da, la grosse, grosse chute

sera deux fois et demie plus douce
pour le grimpeur

que la petite chute.

Oh, j'aime les histoires amusantes,

en voici une autre.

Imagine que tu grimpais
et que tu es tombé,

mais l'humidité était bonne,
la température était bonne,

même la gravité était bonne ce jour-là.

Tu peux toujours blâmer la lune.

- [Narrateur] Insignifiante mais vraiment,

on pèse environ
un millionième de notre poids de moins

quand la lune est juste au-dessus de nous.

- Alors si tu veux réussir,
monte quand la lune

est directement au-dessus de toi.
De rien.

Je me souviens que je travaillais
cette très longue voie

de 35 mètres, et la première fois
que j'ai réussi à passer

tous les crux et arriver au relais,

le moment où je tirais la corde

pour clipper le relais,

mon assureur ne me voyait pas très bien,

alors il m'a juste donné beaucoup de mou.

Et en plus de ça, le point avant l'ancre

était vraiment loin, vraiment abimé.

Alors pendant que je tirais la corde à moi

J'ai perdu l'équilibre
et j'ai fait une chute.

Le mur défilait devant moi,

et je me dis : "Pourquoi je tombe encore ?

Hum, c'est inhabituel."

Puis je me suis arrêté,
j'ai levé les yeux,

c'était peut-être cinq ou six dégaines
au-dessus de moi,

probablement environ 15 mètres de chute.

Mais la chute était super douce,
c'était comme être dans un ascenseur.

Voici donc un autre point à retenir
de cette vidéo,

si le grimpeur est vraiment haut,

il a beaucoup de corde
pour amortir la chute.

Donc tant qu'il
ne tombe pas sur quelque chose,

la chute sera douce,
peu importe comment on l'assure.

Cependant, si le grimpeur
n'est pas si haut,

il n'a pas tellement de corde
pour amortir la chute,

un assurage dynamique souple
est vraiment important,

et tu peux demander
à n'importe quel grimpeur léger,

combien de fois ils ont eu
les chevilles cassées

à cause d'un assurage trop sec.

Bon, changeons un peu de sujet.

Parlons de la friction,

Parce que plus il y a de friction,

plus la chute du grimpeur sera sèche.

Et voici un exemple très extrême de cela.

- Comme vous pouvez le voir ici,
nous avons fait un zig-zag.

Et donc il va y avoir
beaucoup de friction quand je vais tomber.

Et whoo, pour la science.

Fais-le!

Oh mon Dieu!

- Alors quand tu as beaucoup de friction,

la corde près du grimpeur
s'étire normalement,

mais la corde la plus proche de l'assureur
ne s'étire pas tant que ça.

C'est comme avoir une corde plus courte
et un assureur plus lourd

en même temps.

Et bien que la force sur le baudrier

ne soit que de deux kilonewtons et demi,

une grande partie de la force
a été redirigée vers le mur.

- Fais-le.

- Et c'est comme ça
qu'on se casse les chevilles.

Donc, rallonger les dégaines aide
non seulement à clipper

et évite d'avoir ces situations :

(musique entraînante)

(grimpeur forçant)

Mais réduit également
les forces d'impact pour les grimpeurs.

Bon, revenons au test de DMM,

cassant l'élingue.

Les élingues Dyneema sont très statiques,
elles ne s'étirent pas du tout.

Et j'espère que maintenant tu comprends

que cet arrêt soudain
peut créer des forces énormes.

Sinon, demandez à quelqu'un
de te gifler.

Cet arrêt sur le visage
sera essentiellement

ce que tu dois comprendre.

Alors faisons la supposition très vague

et probablement très inexacte

que cette élingue s'étendrait sur
environ cinq centimètres.

Donc si nous laissons tomber
une masse de 80 kilogrammes,

sur une distance de 120 centimètres,

et que la distance d'absorption
n'est que de cinq centimètres,

nous obtenons 19 kilonewtons.

Si ça ne va pas casser l'élingue,

ça va certainement te briser toi.

Woo, si tu regardes toujours,

ça signifie probablement
que tu dois être

au moins un peu geek.

Voici donc un dessert pour toi.

Il n'y a pas de gravité.

Ouais, les objets ne s'attirent pas,

il n'y a que l'espace-temps.

- Vous avez l'impression
d'être enfoncé dans le sol,

pas à cause d'une force appelée gravité,

mais parce que le temps passe plus vite

pour ta tête que pour tes pieds.

- Ceci et toutes les autres
ressources que j'utilise

pour créer cette vidéo
sont dans la description.

Et maintenant, s'il te plaît,
va envoyer un peu d'amour à Ryan

pour m'avoir fourni
toutes ses données expérimentales

que j'ai utilisé dans cette vidéo.

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Amuse-toi.