Une grue, également connue sous le nom de pont roulant ou pont roulant, est un type de machine utilisée pour le levage. Les grues sont généralement équipées d'un enrouleur (également appelé tambour de câble), de câbles ou de chaînes et de poulies, qui peuvent être utilisés à la fois pour soulever et abaisser des matériaux et pour les déplacer horizontalement. Il utilise une ou plusieurs machines simples comme un palan pour créer un avantage mécanique et ainsi déplacer des charges au-delà des capacités normales d'un humain. Les grues sont couramment utilisées dans l'industrie du transport pour le chargement et le déchargement de marchandises, dans l'industrie de la construction pour le mouvement des matériaux et dans l'industrie manufacturière pour l'assemblage d'équipements lourds.
Les premières grues de construction ont été inventées par les Grecs de l’Antiquité et étaient actionnées par des hommes ou des bêtes de somme, comme des ânes. Ces grues étaient utilisées pour la construction d’immeubles de grande hauteur. Des grues plus grandes ont ensuite été développées, utilisant des roues à bande de roulement humaine, permettant de soulever des poids plus lourds. Au Haut Moyen Âge, les grues portuaires ont été introduites pour charger et décharger les navires et aider à leur construction – certaines étaient construites dans des tours en pierre pour plus de solidité et de stabilité. Les premières grues étaient construites en bois, mais la fonte et l'acier ont pris le relais avec l'avènement de la révolution industrielle.
Pendant de nombreux siècles, l'énergie était fournie par l'effort physique des hommes ou des animaux, même si les palans des moulins à eau et à vent pouvaient être actionnés par l'énergie naturelle exploitée. La première puissance « mécanique » a été fournie par les moteurs à vapeur, la première grue à vapeur ayant été introduite au 18e ou 19e siècle, et nombre d'entre elles sont restées en usage jusqu'à la fin du 20e siècle. Les grues modernes utilisent généralement des moteurs à combustion interne ou des moteurs électriques et des systèmes hydrauliques pour fournir une capacité de levage beaucoup plus grande qu'auparavant, bien que les grues manuelles soient encore utilisées là où la fourniture d'énergie ne serait pas rentable.
Les grues existent sous une grande variété de formes, chacune étant adaptée à un usage spécifique. Les tailles vont des plus petites grues à flèche, utilisées dans les ateliers, aux plus hautes grues à tour, utilisées pour la construction de bâtiments de grande hauteur. Depuis un certain temps, les mini-grues sont également utilisées pour la construction de bâtiments de grande hauteur, afin de faciliter les constructions en atteignant des espaces restreints. Enfin, on trouve des grues flottantes plus grandes, généralement utilisées pour construire des plates-formes pétrolières et récupérer des navires coulés.
Il y a trois considérations majeures dans la conception des grues. Premièrement, la grue doit être capable de soulever le poids de la charge ; deuxièmement, la grue ne doit pas basculer ; troisièmement, la grue ne doit pas se rompre.
Les grues illustrent l'utilisation d'une ou plusieurs machines simples pour créer un avantage mécanique :
•Le levier :
Une grue d'équilibre contient une poutre horizontale pivotée autour d'un point appelé point d'appui. Le principe du levier permet de soulever une lourde charge fixée à l'extrémité la plus courte de la poutre par une force plus faible appliquée dans la direction opposée à l'extrémité la plus longue de la poutre. Le rapport entre le poids de la charge et la force appliquée est égal au rapport des longueurs du bras le plus long et du bras le plus court, et est appelé avantage mécanique.
• La poulie :
Une grue à flèche contient une jambe de force inclinée qui supporte un bloc de poulie fixe. Les câbles sont enroulés plusieurs fois autour du bloc fixe et autour d'un autre bloc attaché à la charge. Lorsque l'extrémité libre du câble est tirée à la main ou par une bobineuse, le système de poulies délivre à la charge une force égale à la force appliquée multipliée par le nombre de longueurs de câble passant entre les deux blocs. Ce nombre est l'avantage mécanique.
• Le vérin hydraulique :
Celui-ci peut être utilisé directement pour soulever la charge ou indirectement pour déplacer la flèche ou la poutre qui porte un autre dispositif de levage.
Les grues, comme toutes les machines, obéissent au principe de conservation de l'énergie. Cela signifie que l’énergie fournie à la charge ne peut pas dépasser l’énergie injectée dans la machine. Par exemple, si un système de poulies multiplie la force appliquée par dix, la charge ne se déplace que d'un dixième de la force appliquée. Puisque l'énergie est proportionnelle à la force multipliée par la distance, l'énergie de sortie reste à peu près égale à l'énergie d'entrée (en pratique légèrement inférieure, car une partie de l'énergie est perdue à cause de la friction et d'autres inefficacités).
Le même principe peut fonctionner en sens inverse. En cas de problème, la combinaison d’une charge lourde et d’une grande hauteur peut accélérer de petits objets à une vitesse énorme. De tels projectiles peuvent causer de graves dommages aux structures et aux personnes à proximité. Les grues peuvent également provoquer des réactions en chaîne ; la rupture d'une grue peut à son tour détruire les grues voisines. Les grues doivent être surveillées attentivement.
