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Guidage Malaxeur en 3D GPS

20.06.2017
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Gain de productivité et haute précision pour le guidage en 3D double GPS d’un Malaxeur sur un projet de création de casiers dans un centre d’enfouissement technique.

Le bassin, ou casier, représente ici 30 000 m² et lors de notre passage, s’achevait la phase de traitement de sol. Une phase qui sur ce site s’est avérée être la plus rapide de tous les chantiers de traitement de sol que les équipes sur place aient été amenées à faire. Un record dû aux conditions météorologiques extrêmement favorables des mois de juin et juillet (il n’y a eu qu’un jour de pluie durant tout le chantier), mais aussi à l’utilisation pour la première fois pour ce type d’application d’une solution de guidage 3D/GPS.

Le bassin est constitué de limon, un matériau particulier capable d’emmagasiner l’eau, ce qui a pour conséquences d’en stocker en surface, de créer des ornières et donc d’endommager les engins. Les différentes couches à malaxer se décomposent comme suit : la 1ère, alimentée par les tombereaux et réglée par des bouteurs, à 0/50 en vrac.

Sur le bassin, on trouve un chef de chantier qui supervise les opérateurs de deux compacteurs, d’une enfouisseuse (équipement, remorqué par un tracteur, permettant de labourer et de préparer le sol sur son passage), d’un bouteur et du malaxeur ; un technicien de laboratoire relève tous les matins les taux d’humidité. En fonction des résultats,  il indique à l’enfouisseuse la quantité de produit qu’elle devra déverser au mètre carré.

« On va toujours rechercher la couche précédente avec la stabilisatrice ; c’est le but du guidage du malaxeur », explique un responsable du chantier. « On règle à 0/50, et quand la stabilisatrice est passée et avant que les compacteurs ne passent à leur tour, on sait qu’il coupe donc à 0/50. Une fois les compacteurs passés, on est rendus à 0/40 ; puis on remet 0/30, on re-malaxe 0/40, on re-compacte de 0/10, on remet à 0/30, on re-malaxe à 0/40, on re-compacte de 0/10, et ainsi de suite. C’est toujours le même schéma jusqu’à la dernière couche, qui est un peu plus haute que celles que l’on aura appliquées précédemment. »

« Les systèmes de guidage d’engins existent depuis très longtemps, mais leur adoption reste inégale selon les machines, les régions et les domaines d’applications. Les habitudes de travail ont souvent la vie dure et il faut sans cesse démontrer aux professionnels le retour sur investissement important de ces systèmes. »

 

456 kW pour 30,4 t

A la fin, le bouteur coupera à 0/10 sur la totalité du bassin. L’excédent est re-malaxé, remis en forme puis déposé sur les merlons. « On fait un réglage fin car si on réglait par exemple à 0/5, des paquets se formeraient et le résultat ne serait pas esthétique. Avec un retrait de 0/10, la coupe est en revanche parfaite et, visuellement, le résultat est magnifique », ajoute le responsable. « Sachant qu’ici, on travaille uniquement par rapport au fond, c’est-à-dire que tous les schémas de deltas représentent des points, avec un point par couche et un point par engin et ce, pour chaque couche. Comme les deltas ont tous la même base, cela permet de voir immédiatement les caractéristiques des couches. »
Sur ce chantier, la stabilisatrice de sol WIRTGEN WR240i, d’une puissance de 456 kW et d’un poids de 30,4 tonnes, trace lentement mais sûrement sa route. « Le concept de la stabilisatrice WIRTGEN WR240i est le même que pour toutes les machines de la gamme ; ce concept consiste principalement à disposer de 4 colonnes indépendantes qui ajustent la hauteur de la roue suivant un besoin altimétrique », détaille Jérôme POTTIER, responsable recyclage et stabilisation chez WIRTGEN France. La WR240i est ici asservie avec un système de guidage TRIMBLE en 3D/GPS qui permet de piloter la position de la fraise dans le sol, cela par le biais d’un projet de référence. Les 4 colonnes vont donc positionner la machine à l’altitude voulue, et ajuster la position de la fraise dans la profondeur du sol en temps réel, en fonction  projet.

4 colonnes qui communiquent hydrauliquement et électroniquement

En fait, chaque roue est rattachée à une colonne, et dans chaque colonne on trouve un vérin hydraulique. A l’intérieur-même du vérin se trouve un capteur transmettant une information de position et permettant de localiser le vérin dans sa course. « Les colonnes communiquent hydrauliquement mais aussi électroniquement entre elles, par conséquent le tracé de la machine peut subir une évolution, en l’obligeant par exemple à suivre une pente », reprend Jérôme POTTIER. « Ceci dit, on n’est pas dans l’optique de vouloir forcer la machine à suivre une pente ; en revanche, on veut qu’elle travaille une altitude précise, avec un relevé exact de la position de la fraise dans l’espace, de manière à ce que la succession des couches soit correctement traitée et qu’il n’y ait pas d’oublis de traitement lors du remblaiement de l’ouvrage. »
Il s’agit donc d’un principe qui apporte une correction rapide et précise, tout en conservant un rendement élevé, de l’ordre de 15 m/min. Un rendement élevé rendu possible par le travail rapide des 4 colonnes, qui engendre un battement suffisant permettant à la WR240i de s’affranchir des problèmes de portance et par la présence du système de guidage TRIMBLE sur la stabilisatrice.

« Personne jusqu’à aujourd’hui n’avait réussi à asservir les commandes hydrauliques d’une stabilisatrice et à gérer ainsi automatiquement le positionnement de la fraise, comme on y est parvenu sur cette machine. »

Un fonctionnement quotidien, pendant 2 mois

C’est la société de location LHEUREUX qui a fourni l’engin, un modèle avec lequel le loueur a toujours fonctionné et sur lequel son choix de parc matériels s’est d’ailleurs porté pour une raison simple : machine jugée polyvalente, elle est capable de répondre à des grandes cadences, de réaliser des grands volumes de travail, mais peut aussi s’ajuster à des cadences et des volumes plus petits. « La WR240i est considérée comme un engin pouvant intervenir aussi bien sur des petits chantiers locaux que sur des grands chantiers de terrassement », affirme Mohera LHEUREUX, de la société LHEUREUX Location TP.

 « La WR240i appartient à cette catégorie d’engins qui, lorsqu’elle arrive sur site, tourne généralement pendant environ 2 mois. Et pendant ces 2 mois, elle fonctionne tous les jours, sans interruption », poursuit Mohera LHEUREUX. Pour ce qui est du guidage, la décision d’équiper la stabilisatrice du système TRIMBLE est une initiative du client. La société LHEUREUX s’est chargée pour sa part d’étudier la faisabilité du projet ; quand le loueur a estimé que l’opération était envisageable, et que WIRTGEN et SITECH étaient également partants pour le suivre dans cette démarche, le montage du système a été rendu possible.

Première mondiale pour le guidage d’une stabilisatrice

LHEUREUX Location TP affirme recevoir de plus en plus de demandes de ses clients pour des matériels équipés de systèmes de guidage, et ce pour toutes les familles d’engins. « C’est une technologie de plus en plus adoptée parce qu’elle apporte des gains de productivité à tout le monde. Et au-delà de l’aspect économique, le guidage d’engins est aussi un gage de fiabilité et de sécurité », souligne Mohera LHEUREUX.

En l’occurrence, la WR240i intervenant sur ce bassin constitue une première mondiale, aussi bien pour WIRTGEN que pour SITECH France et LHEUREUX…

La stabilisatrice WIRTGEN WR240i intervenant sur ce bassin est équipée d’un système de guidage TRIMBLE 3D/GPS, déjà utilisé sur différents types de machines et baptisé GCS900 (pour Grade Control System). Le logiciel de guidage Trimble a été adapté pour gérer les applications d’une stabilisatrice comme la WR240i. Il permet de fournir deux services essentiels : il détermine la position en temps réel de la machine par rapport au projet, et il gère automatiquement la position de la fraise. « Jusqu’à maintenant, personne n’était parvenu à automatiser la gestion si particulière des commandes hydrauliques d’un malaxeur » insiste Philippe DESHAYES, responsable technique chez SITECH France, distributeur des  solutions Trimble dans l’hexagone.

2 antennes GPS pour asservir l’hydraulique

« On parle communément de technologie GPS, quand on devrait plutôt parler de guidage GNSS. Le GPS désigne en effet la constellation de satellites Américains. Les Européens possèdent désormais leur propre constellation – GALILEO – les Russes également – GLONASS – et même les Chinois avec le réseau BEIDOU: l’ensemble de ces constellations qui forment le réseau GNSS, sont gérées par les systèmes TRIMBLE » poursuit Philippe DESHAYES. Dans les faits, les deux antennes GPS qui ont été installées sur la stabilisatrice permettent de positionner la machine en 3D dans l’espace, grâce à des corrections apportées par une base se trouvant sur le chantier. Par la suite, le fait de charger un projet numérisé en 3D dans la machine permet d’avoir la comparaison entre la position de l’outil et le projet à réaliser.

« L’asservissement de l’hydraulique garantit que la fraise de la stabilisatrice se positionne exactement à la cote à respecter, en fonction de l’avancement de l’engin », indique le responsable technique. « Dans la pratique, les deux antennes GPS donnent le positionnement droite/gauche de l’outil, mais lorsque la fraise pénètre dans le sol, il y a un basculement du mât qui s’opère, d’où la présence sur la stabilisatrice d’un capteur qui prend en compte l’inclinaison de ce mât. Ce capteur corrige ensuite le travail de la stabilisatrice de façon à obtenir la cote réelle. »

Les données collectées transitent par un modem

Ce même projet de chantier est numérisé en 3D : la plateforme initiale sur laquelle on vient déposer les différentes couches de matériaux est disponible visuellement sur les écrans de toutes les machines intervenant sur site – bouteurs, stabilisatrices, compacteurs… L’autre particularité du bassin sur lequel travaille la WIRTGEN WR240i est que tous les engins ont été équipés de modems permettant d’envoyer, via Internet, les données enregistrées par chaque machine sur un serveur TRIMBLE accessible à l’exploitant. Du coup, tout ce que fait la machine est enregistré : « On ne dispose pas uniquement des données de positionnement, mais bien d’une multitude d’informations ; on connait par exemple le sens de marche de l’engin, on est capable d’identifier les plages de travail durant lesquelles le mode vibration était activé, la position de la lame du bouteur ou encore quand le mode automatique était enclenché…», énumère Philippe DESHAYES.

« Le concept de la stabilisatrice WIRTGEN WR240i consiste à disposer de 4 colonnes indépendantes qui ajustent la hauteur de la roue suivant un besoin altimétrique. »

A l’écran en cabine, le projet est colorié en vert dès lors que la stabilisatrice est passée sur une zone. Ces informations visuelles sont donc non seulement une aide pour le chauffeur, mais leur enregistrement par le modem permet également au conducteur de travaux d’exploiter ces informations pour mesurer l’avancement du chantier, le travail restant à faire, les volumes malaxés, etc… Le géomètre peut, depuis son ordinateur au bureau, valider le travail effectué sans se rendre sur site pour réaliser un levé topographique de la couche terminée.

Gains de productivité, d’efficacité et de sécurité

L’engin malaxe directement à la hauteur souhaitée afin d’obtenir un rendu systématiquement dans les tolérances du projet, Tous les collaborateurs intervenant sur la plateforme vont bénéficier des gains de productivité apportés par le système de guidage: l’opérateur visualise en permanence sur le boîtier machine sa position par rapport au projet ainsi que les données de déblais & remblais et bénéficie de l’automatisme de la machine. La sécurité renforcée sur le site, du fait de la réduction du nombre d’hommes à pied autour des machines, permet à tous les acteurs de travailler l’esprit plus tranquille. A titre d’exemple, il n’y a plus besoin de planter des piquets et de contrôler en permanence si le chauffeur est à la bonne cote puisque, grâce à l’asservissement de la lame, l’engin suivra directement la cote du projet avec une précision centimétrique. Le géomètre n’est plus mobilisé sur les applications de terrassement. Le fait d’atteindre la cote en un minimum de passes permet également de réaliser des économies de carburant, de matériaux et d’usure machine.

Bien évidemment, les équipes topographiques sont toujours obligées de se déplacer un minimum sur le terrain, principalement pour effectuer les contrôles. Cependant, le topographe dispose de plus de temps pour se concentrer sur la préparation de projet en amont, et sur les analyses du réalisé, depuis  son bureau.

« Les systèmes de guidage d’engins existent depuis très longtemps, mais leur adoption reste inégale selon les machines, les régions et les domaines d’applications. Les habitudes de travail ont souvent la vie dure et il faut sans cesse démontrer aux professionnels le retour sur investissement important de ces systèmes » explique Philippe DESHAYES.

« Pour ce faire, on mène des comparatifs entre un engin non-équipé et un engin guidé, qui mettent rapidement en exergue le gain de productivité induit par nos systèmes. Bien sûr, le guidage représente un coût, mais celui-ci sera rapidement rentabilisé. En réalité, la question n’est pas de savoir combien cela coûte – même si naturellement il faut avoir le budget pour ce genre d’équipements – mais en combien de temps l’investissement sera amorti et commencera à faire gagner de l’argent à l’exploitant ». Sans compter les nombreux avantages non quantifiables du guidage, comme l’amélioration de la sécurité ou du bilan carbone des sites.

Le guidage d’engins a donc de beaux jours devant lui, surtout quand on sait que l’objectif des équipes de SITECH France est de généraliser ce genre de systèmes à toutes les familles de matériels. Après les traditionnelles niveleuses, bouteurs et autres compacteurs, la prochaine étape de l’adoption concerne les pelles hydrauliques. Et pour ce qui est des stabilisatrices, l’essai semble pleinement concluant.

Le guidage d’engins, comment ça marche ?

Sur ce site, le projet présent dans les systèmes de guidage des bouteurs est un simple fond de forme, avec une petite pente. Ensuite, on part de ce projet enregistré dans toutes les machines et on ne travaille qu’en delta positif pour  chaque couche. Le but est aussi que tous les engins  aient la même référence, évitant ainsi toute erreur. De cette façon, l’ensemble des opérateurs intervenant sur site dispose du même projet et des mêmes données.

Le compacteur  équipé d’un système de guidage 3D agira plus dans une logique de relevé : il enregistre les positions de ses passages. On pourra donc récupérer ses dernières passes comme récolement de la couche.

On peut ainsi extraire par exemple un point tous les 5 mètres, ce qui permet ensuite de faire un « modèle numérique de terrain » (MNT) de chaque couche. Avec le positionnement de la fraise d’une stabilisatrice, on dispose également de données altimétriques qui vous nous apprendre plusieurs choses et notamment les éventuelles reprises à réaliser. Le but étant qu’à la fin du chantier, toutes les couches soient parfaitement uniformes et liées. Les nouvelles technologies du guidage d’engins, associés aux modems installés dans les machines, permettent de mieux contrôler et maitriser les travaux réalisés au jour le jour. Les données enregistrées par chaque engin sont expédiées sur le serveur TRIMBLE en permanence, depuis lequel on peut se programmer un envoi automatique de rapports sur sa boite email.

C’est au fond d’un bassin de quelques 30 000 m² qu’intervient une stabilisatrice de sol WIRTGEN WR240i, équipée d’un système de guidage TRIMBLE GCS900, pour réaliser la phase de traitement de sol.

 

Une fois bien maitrisé, les professionnels affirment que le guidage leur permet de renforcer l’interaction entre l’humain et la machine. La technologie facilite les tâches de chacun sur le chantier. Néanmoins, son adoption ne va pas sans effort et nécessite une forte implication de tous les acteurs. Comme pour chaque innovation, on commence par en découvrir petit à petit le fonctionnement, avant d’instaurer des modes opératoires et une méthodologie, (en l’occurrence la récupération des données), et de rapidement ne plus pouvoir s’en passer pour piloter son activité.

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