Surfaçage de la glace ...vraiment ?
La première patinoire artificielle en territoire canadien fut réalisée à Québec en 1856. Depuis, plusieurs technologies, tant au niveau des bandes, de la réfrigération et de tous les autres systèmes connexes permettant la fabrication de la glace ont marqué l’évolution afin de faciliter l’implantation d’une surface glacée.
Étrangement malgré l’évolution des technologies environnantes, deux aspects fondamentaux, les plus prêts pour la réalisation d’une surface glacée, n’ont pratiquement pas évolué au fil du temps : l’utilisation de la matière première que sont l’eau et la méthodologie ou le processus mécanique de la fabrication et de l’entretien d’une surface glacée. Le processus mécanique de la fabrication et l’entretien de la surface glacée demeurent très peu documentés .
Les méthodologies de fabrication et d’entretien n’ont pratiquement pas évolué depuis plus de 60 ans. Le principe même régissant les étapes de l’entretien d’une surface glacée, n’a pas évolué depuis l’invention de la surfaceuse : Araser, laver et polir, tel sont les étapes d’entretien.
D’autre part l'eau est une des substances les plus insolites sur la terre et son étude approfondie peut s’avérer très complexe. Elle peut revêtir plusieurs aspects dont la forme solide : la glace. L’évaluation de sa qualité pour une surface glacée est étrangement très peu documentée. Par définition, le contrôle qualité est une opération permettant de déterminer la conformité ou non d'un produit. Donc, pour effectuer un contrôle qualité sur une surface glacée, il faut au préalable en déterminer les caractéristiques. Bref, répondre à la question : qu’est-ce qui caractérise une bonne surface glacée ? Il faut également définir les limites (tolérances) de ces caractéristiques significatives. Or, très peu de ces caractéristiques sont actuellement définies et encore moins corroborées scientifiquement. Toujours en lien avec le contrôle qualité et suite à l’identification des caractéristiques, il faut établir les outils et méthodes adéquates de mesure de ces caractéristiques. Et finalement, le contrôle qualité implique qu'à l'issue de la mesure des caractéristiques, une décision soit prise en ce qui concerne la conformité de la surface glacée.
Aussi surprenant que cela puisse paraître, malgré l’utilisation de systèmes de réfrigération de pointe, le contrôle de la qualité des surfaces glacées, même dans les milieux professionnels comme la Ligne nationale de hockey, est encore aujourd’hui presque d’exclusivement une affaire de jugement et d’appréciation qualitative !
Dans les opérations quotidiennes d’un aréna type, il est nécessaire d’effectuer un entretien de la surface glacée à une certaine fréquence lorsque celle-ci est utilisée. L’opération qui consiste à entretenir la surface glacée s’appelle : le surfaçage. Selon la définition de l’Office de la langue française, c’est : « Traitement d’entretien d’une surface glacée visant à régulariser la surface et en éliminer les aspérités»
La fréquence du surfaçage dépend de l’utilisation de la surface glacée et de son état. Par exemple celle-ci risque d’être moins endomm
agée lors d’une séance de patinage artistique que durant une partie de hockey adulte. Comme son « usure » pourrait être différente lors d’une joute ou d’une pratique de hockey de calibre similaire. Donc on peut en conclure qu’il existe une variante infinie de type ou de manière dont la glace peut s’user ou s’endommager. Généralement il sera alloué environ 10 minutes par heure de glace afin d’effectuer le processus de surfaçage. Il arrive cependant que ce délai soit repoussé à environ 10 minutes par heure et demie.
Pour effectuer la tâche de surfaçage de la glace, un préposé utilisera et devra opérer une machinerie communément appeler Zamboni, en l’honneur de son inventeur Frank Zamboni. Fait à noter, il existe environ une quinzaine de manufacturiers de surfaceuse à glace au travers le monde. Cependant la plus connue étant la marque Zamboni. La surfaceuse à glace telle quelle est aujourd’hui, existe depuis 1949. Quelques améliorations ont été apportées au fil du temps. Augmentation de la capacité, nouveau moteur moins polluant et plus puissant, nouveau design et nouvelle courbe, quelques améliorations électroniques mineures. À vrai dire la seule innovation importante fut le passage de l’énergie fossile à l’énergie électrique vers les années 1990. Dans tous les cas on parle ici d’amélioration liée à la partie « tracteur » de la surfaceuse, c’est la partie qui sert de mobilité sur la surface glacée.
La partie la moins connue de la surfaceuse moderne est le conditionneur. On pourrait définir cette partie comme étant la « centrale de traitement de la glace ». Malheureusement cette partie n’a pas vraiment évolué depuis 1949, depuis l’invention de la première surfaceuse à glace de M. Zamboni.
Cette absence d’évolution technologique dans un monde ou il y a nette progression de la construction de nouvel aréna, combiné à une surutilisation des surfaces glacée actuel, ramène cette technologie 2.0 à l’ère des dinosaures. Le procédé de surfaçage de la glace demeure actuellement à ce jour un processus intuitif, basé sur des paramètres inconnus. La seule variante susceptible de faire la différence sur la qualité de la glace sera l’expérience et le savoir-faire du préposé qui opère la surfaceuse. En anglais l’expression «Zamboni drivers » est couramment utilisée et on pourrait la traduire en français comme étant «Conducteur de Zamboni» ce qui est assez représentatif de l’état actuel de l’industrie et de ce quel peut nous offrir.
Ce n’est pas une surprise d’affirmer que l’usure de la glace causer par les utilisateurs sera responsable de sa piètre qualité et il n’est surprenant d’affirmer également que la surfaceuse a été conçu pour « stopper » cette usure ou du moins effectuer la réparation nécessaire qui s’impose afin ramener la surface glacée dans son état d’origine. Du moins c’est ce que l’industrie nous propose comme idée.
Initialement , une fois que la glace est totalement épaissie, nous devrions retrouver une glace de niveau c’est-à-dire parfaitement horizontale et d’une planéité parfaite, c’est-à-dire sans vallonnement complètement plat par rapport au plan global.
Il est connu également qu’une glace plus « molle » sera plus lente pour le patineur et qu’une glace plus « dure » permettra d’être plus rapide. Il y a de ses légendes qui prétendent que certains « coachs » d’organisation professionnels auraient délibérément changé les consignes de température de la glace, afin de favoriser sa propre équipe ou ralentir l’équipe adverse. Dison que la base du concept est vraie, mais qu’elle contient des variantes importantes.
Effectivement l’énergie dépensée par le patineur lors du mouvement de glisse et de propulsion ainsi que lors des arrêts brusques et départs sur une surface mo
lle « ralentira » le jeu. L’énergie absorbée par la glace est plus importante et le patineur devra « débourser » plus d’énergie pour effectuer le même trajet que lorsque la glace est plus dure. Une glace dure offrira une meilleure résistance et renverra une partie de l’énergie vers le patineur. Cependant en mode de freinage, l’énergie à fournir pour réussir un arrêt complet sera supérieur que sur une surface molle analysons en profondeur et essayons de comprendre ce qui se passe lorsque la glace « s’use » et se dégrade. Comme on l’a dit précédemment l’usure de la patinoire sera fixée en fonction de plusieurs paramètres dont : le type d’activité, la force des participants, les conditions ambiantes de l’enceinte dont la température de la glace. La température de la glace est contrôlée de différentes façons, en fait il est possible de connaitre trois paramètres directement reliés a la surface glacée : soit la température de la dalle de béton a sa surface, la température du liquide caloporteur et finalement la température de sa surface, qui cette dernière est considérer comme l’information universelle pour établir la qualité de glace pour chacun des sports de glace. En effet chaque sport possède ses propres standards pour la calibration de la température de la glace.
Selon l’industrie la température de la surface glacée devrait être ou se situer pour les activités suivantes : • Hockey de -6 à -5 Celsius (21-23 F) • Patinage artistique de -4 à -3 Celsius (24-26F) • Patinage libre de -3 à -2 Celsius (26-28F) • Patinage de vitesse de -9 à -7 Celsius (15-19F)
Toutefois nous apportons une nuance sur l’application de ses paramètres. Généralement chaque aréna est équipé des sondes et capteurs nécessaires à la lecture des différentes températures à différents endroits. Cependant la quantité de ses capteurs et ainsi que leur précision peut être remise en doute.
Par exemple une surface glacée standard possèdera 1 ou 2 capteurs infra rouges pour lire la température de la surface de la glace. Son emplacement lui permettra de couvrir une lecture de 100-300 pieds carrés sur une superficie totale de 17000 pieds carrés !!! Est-ce que la lecture est assez représentative de l’entièreté de la surface ? Laissez-moi en douter.
Il faut savoir que la température de la surface peut varier de 3,4,5 et même 6 degrés Celsius dépendamment de ou la lecture est prise ou même a quel moment de la journée. D’autres facteurs comme l’épaisseur de la glace, les charges thermiques environnantes, l’épaisseur de la dalle de béton, la température du chauffage sous dalle sont tous des éléments qui font la différence et qui sont de plus considérer comme étant égale et juste sur l’entièreté de la superficie de la surface glacée. Encore une fois, permettez-moi d’en douter !
La température idéale pour le déroulement d’une activité est très difficile à établir et surtout à maintenir, car trop de variables impondérables viennent brouiller la lecture réelle de ce qui se passe.
L’usure de la glace diffère d’un endroit à l’autre, elle peut être plus prononcée et également de différent type. L’usure laisse des traces qui peuvent différer dans leur morphologie. Certaines traces démontrent un impact, par exemple lorsqu’il y a des sauts de patin, d’autres traces montre des signes de freinage, certaines autres des signes de virage prononcé et d’autres de patinage. Le surfaçage de la glace ne fait aucune distinction du type d’impact et des réglages nécessaire pour chacun d’eux.
Le traitement de la glace ou son conditionnement afin de la remettre dans un état acceptable pour la suite des activités sportives, s’effectue à l’aide d’une surfaceuse à glace.
Il existe une multitude de modèles de surfaceusessur le marché. Chaque manufacturier possède différent modèle qu’il propose à sa clientèle, en fonction du prix, de la dimension de la patinoire et de certaines contraintes d’énergie utilisée pour la faire rouler. Cependant tous fonctionnent de la même manière et personne n’a su innover réellement sur le fonctionnement de ces machines. Les dimensions sont passablement similaires afin de pouvoir respecter les dimensions préexistantes et pratiquement uniformes des patinoires et des garages attenants la patinoire
La surfaceuse se divise en deux sections, soit la partie « tracteur » et la partie « conditionneur ». La partie tractrice est responsable du mouvement de la surfaceuse. L’énergie utilisée peut être au propane, gaz naturel ou bien électrique. Au niveau électrique aucune compagnie ne compose sa surfaceuse réellement à 100 % de composante électrique. L’utilisation du pouvoir hydraulique est encore présente sur la totalité des machines. La partie tractrice est généralement composée en partie supérieure d’une benne à neige afin de recueillir celle-ci lors du surfaçage. On parle d’un espace pouvant accueillir 90 pi3 (2.5 m3) de neige environ. En dessous, juxtaposé a la partie moteur ou au système de batteries nous retrouvons le réservoir d’eau de polissage qui peut contenir environ 150 gallons d’eau.
La partie conditionneuse servant directement au traitement de la glace se retrouve à la partie arrière de la surfaceuse. Cette partie est « accroché » directement a la structure principale du véhicule remorqueur et est descendu ou monter à l’aide d’un réseau hydraulique centrale. Une certaine pression doit être exercée sur le conditionneur lorsque celui-ci est déposé sur la surface glacée, afin d’assurer une stabilité de celui-ci et éviter les vallonnements lors de la coupe de la glace.
LE CONDITIONNEUR Le conditionneur se divise en trois sections ou le traitement de la glace se divise en trois processus. Araser- Laver- Polir
Arasage La partie avant ou la 1re section et la partie de l’arasage et du ramassage de la neige. Comme on l’a dit plus haut, l’arasage de la glace ou la coupe de la glace, s’effectuent à l’aide d’une lame en acier trempé, monter sur un porte-lame en acier, communément appeler « la table du couteau » qui lui est fixé au conditionneur a l’aide tige fixe permettant la bascule avant/arrière. L’inclinaison de la lame décidera que la quantité de neige à ramasser ou de glace a coupé. Cette lame possède des propriétés spécifiques pour être en mesure de bien faire son travail. • Sa largeur doit se situer en 3-5 pouces, en bas de 3 pouces la lame n’est plus bonne; • La lame se doit d’être en acier trempé sur au moins 2 pouces sur le côté tranchant. Le Rockwell recommandé est d’au moins 58-62; • La lame doit être aiguisée dans un angle spécifique de 240-260; • La lame doit être égale en largeur sur toute sa longueur, c’est-à-dire que si elle mesure 4 ¼ aux extrémités, elle doit avoir 4 ¼ en son centre également.
Le porte-lame est un fer angle en acier trempé, ses extrémités sont machinées environ 1/16 po d’épaisseur et sur 6 pouces de longueur afin de permettre à la lame de ne pas laisser de trace lorsque la surfaceuse tourne dans les coins. Cette lame doit être remplacée régulièrement, généralement une fois par semaine. Son remplacement est fastidieux et plusieurs protocoles de CSST encadrent son remplacement et sa manipulation. Une lame de surfaceuse peut peser entre 50-85 lbs (22-38 kg). La lame a pour fonction de ramasser la neige comme une pelle le ferait et également servira à couper la glace afin de maintenir son niveau ou sa planéité. Sa conception ou son montage ne sert pas sa fonction.
Naturellement lorsque la lame est appuyée complètement sur la surface glacée et qu’une demande de coupe supplémentaire est demandée, la glace résistera. Sa résistance ou sa dureté est directement proportionnelle à sa température pour ce type d’effort. Les lames de ressort monter de chaque côté agiront en « contremesure » afin de renforcir l’effort engendrer par l’augmentation de la coupe et éviter que cette pression ne s’accumule et se dirige vers le manchon que manipule l’opérateur pour mettre ou enlever du couteau.
La neige ainsi créer par la lame s’accumule et est propulsé vers le centre du conditionneur a l’aide d’une spirale inversée ayant un diamètre plus gros que la spirale verticale responsable elle d’acheminer la neige vers la benne à neige. Cependant la vitesse de rotation des spirales diffère l’une de l’autre : la verticale tourne beaucoup rapidement afin de contrer l’effet d’apesanteur de la neige. D’ailleurs c’est l’un des problèmes rencontrés lorsque la neige « refoule » à la jonction des deux spirales. : la force motrice ou hydraulique de la spirale verticale est insuffisante et la vitesse de rotation diminue, provocant du même coup l’affaissement vers le bas de la neige qui est dans le tube. Alors le point de rencontre des deux spirales se bloque.
Les deux spirales grâce à leur mouvement rotatif possèdent un point de rencontre, mais sans se toucher. La neige accumulée qui se dirige vers le centre à l’horizontale est projetée à l’intérieur d’un tube contenant la spirale verticale. La « porte » qui existe entre les deux est d’une dimension d’environ 8’’ X 8’’, ce qui fait que la projection de la neige doit se faire de façon très précise pour ne pas déborder sur les côtés.
La spirale horizontale doit également être à une distance d’environs 3/8 de po de la surface glacée afin de maximiser son ramassage de la neige et de bien l’acheminer vers le centre du conditionneur. Les deux spirales sont montées à leur extrémité sur des roulements à billes qu’il faut graisser régulièrement. Il arrive que la spirale horizontale subisse des chocs sur la glace, lorsque cela arrive, le risque de débalancement est plus grand. La spirale frappée contre la glace va se crochir et se déséquilibrer en raison de sa vitesse de rotation. Plus elle va tourner, plus elle sera déséquilibrée. Cet effet gyroscopique endommagera les deux roulements à billes à ses extrémités et devra être remplacé en même temps que la spirale.
La quantité de neige ramasser produite par l’activité versus la quantité de glace coupée par la lame varie considérablement. Mais il est enseigné que lors d’une joute entre adultes seulement 10%-20% de la neige présente dans la benne a neige provient de la coupe de la glace. Le reste étant de la neige ramassée résultant de l’usure par les participants.
Lavage La deuxième étape communément appelée le lavage de la glace se situe dans la partie centre arrière du conditionneur; soit derrière le porte-lame.
Le principe régissant le fonctionnement durant cette étape est tout simplement de projeter de l’eau par gravité sur la patinoire est de la réaspiré a l’aide d’un système de pompe et vacuum pour la ramener vers sa destination d’origine. Le réservoir d’alimentation en eau pour cette partie de l’opération se situe soit en amont ou au-dessus du conditionneur. L’effet gravitationnel est recherché pour acheminer l’eau vers la glace.
Le compartiment où se déroule le processus est équipé d’une raclette en caoutchouc afin de contenir l’eau à l’intérieur de cette espace. L’eau ainsi projetée sur la glace s’accumule vers la paroi arrière en raison du mouvement du véhicule pour être par la suite aspirée au centre à l’aide d’un boyau semi-rigide.
Le processus de lavage de la glace n’a pas démontré depuis son existence (année 80) son utilité dans l’état actuel de son développement, son appréciation demeure subjective et aucune mesure scientifique ne démontre son efficacité.
Polissage Le polissage de la glace est la dernière étape du traitement de la glace. C’est le processus de finition qui donnera le reflet luisant à la patinoire. L’eau provient du réservoir situé dans la portion avant de la surfaceuse. L’eau utilisée a une température variante entre 50-70 Celsius (120-160 F). Certaines technologies reliées à la désoxygénation de l’eau, propose l’utilisation d’une eau plus froide garantissant des économies d’énergie (sic), mais ne pouvant garantir une meilleure qualité de glace.
La température de l’eau peut varier et devrait être adaptée à la température réelle de la surface glacée. Le surfaçage de la glace est responsable de 12-15 % de la charge de la réfrigération. Qui elle est responsable d’au moins 45-50% de la facture énergétique de l’Aréna.
Il existe également des systèmes de traitement de l’eau comme l’eau déminéralisée ou l’osmose inversée. Dans le dernier cas l’utilisation dune telle technologie n’est pas très environnementale. Pour 1 gallon traité, plus de 5 gallons (certaines avancent entre 7-9 gallons) d’eau sont envoyés aux égouts. De plus l’utilisation d’une eau plus pure peut effectivement renforcir les cristaux de glace, mais a pour effet contraire d’affecter la conduction thermique de l’eau. L’eau pure est un isolateur parfait utilisé dans la technologie de l’électronique.
Encore une fois l’apport d’eau se fait par gravité pour la majorité des surfaceuses. Quelques surfaceuses sont équipées d’une pompe automatisée réglée en fonction de la vitesse de la surfaceuse sur la glace. D’autres surfaceuses sont équipées également d’un système de pulvérisation plutôt que d’un système par gravité. Toutefois, il en demeure que le réglage pour la quantité d’eau appliqué est souvent inégal ou inapproprié pour l’état de la glace. Le polissage cause l’effet contraire d’épaissir la glace a des endroits ou elle ne devrait pas s’épaissir et inversement proportionnel n’arrive pas à épaissir les endroits qui s’amincisse.
Sauf dans le cas de la pulvérisation de l’eau, l’application d’eau est suivie d’un épandage égal à l’aide d’une ratine ou d’un feutre prévu à cet effet.
Bon surfaçage !!!
aujourd’hui presque d’exclusivement une affaire de jugement et d’appréciation qualitative !