Mise au point d’une cellule dynamométrique de mesure  du système de forces développé en travail du sol et applications en agriculture de précision.

Pr. HAMMADA LAHSEN 

Les réglages des machines agricoles sont souvent très complexes et nécessitent des connaissances très approfondies de l’interaction de ces machines avec leur environnement de travail.  En travail du sol par exemple, le système de forces développé au niveau de l’interaction tracteur-outil-sol est constitué de six composantes (3 forces ; 3 couples). La connaissance de ces composantes permet d’optimiser les réglages de l’outil en minimisant les forces est couples parasites (qui ne contribuent pas au travail souhaité ; dépenses inutiles de carburant, usure de l’outil et des pneumatiques; etc.) et favoriser les composantes contribuant au travail souhaité avec un minimum de dépenses de carburant en réalisant un travail de sol de qualité pour créer un environnement favorable au développement de la culture future.

« Pour la première fois, nous avons mis au point une cellule dynamométrique, d’un type nouveau, adaptée à l’attelage trois points de tracteurs et permettant de mesurer simultanément… »

 Pour mesurer les efforts développés par les outils en travail du sol, plusieurs chercheurs ont mis au point des systèmes de mesure adaptés à l’attelage trois points des tracteurs agricoles. Toutefois, ces systèmes ne permettent pas de mesurer en même temps les six composantes du système de forces mises en jeu et manquent de précision.

Pour la première fois, nous avons mis au point une cellule dynamométrique, d’un type nouveau, adaptée à l’attelage trois points de tracteurs et permettant de mesurer simultanément on line (acquisition des données directement sur ordinateur pendant le travail du sol ou transmises des données à distance) les six composantes du système de forces développé au niveau de l’interaction tracteur-outil-sol. Sa conception a été réalisée sur ordinateur (CAO), sa modélisation par éléments finis nous a permis d’effectuer les calculs, complexes, de ses éléments et de sa structure,  sa fabrication a été réalisée en atelier et des essais en laboratoire et sur le terrain nous ont permis d’aboutir à sa validation.

La cellule de mesure comporte trois dynamomètres conçus spécialement et interposés entre deux châssis de forme triangulaire. Chacun d’eux est pourvu de deux ponts de jauges de contrainte assurant la mesure simultanée de deux forces perpendiculaires. La modélisation par éléments finis (FEM) des dynamomètres permet d’optimiser l’emplacement des jauges de contrainte et de dégager les courbes d’étalonnage théoriques. La modélisation par FEM de la cellule entière indique que les contraintes sur les châssis sont très faibles. L’effort de traction à ne pas dépasser résulte d’un critère de déformation et équivaut à 60 kN. L’étalonnage des dynamomètres indique que les trois capteurs présentent chacun une grande linéarité et que l’interférence est nulle entre les ponts de mesure. La matrice d’étalonnage de la cellule dynamométrique est établie à partir d’essais de traction réalisés en laboratoire. Des tests sont réalisés sur un sol limoneux avec une charrue à trois socs dont le versoir est caractérisé numériquement à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Ils fournissent les forces longitudinales (force de traction), transversale et verticale ainsi que les couples auxquels est soumise la charrue. Ces sollicitations augmentent proportionnellement avec la profondeur de labour et selon une loi polynomiale d’ordre 2 avec la vitesse d’avancement. La force de traction FX est la composante la plus importante, suivie de la force transversale FY, en dernière position, vient la force verticale FZ. Le couple d’axe transversal CY est le plus élevé, suivi successivement des couples d’axe vertical CZ et d’axe longitudinal CX.

« Les données pourront également être envoyées à distance au responsable de l’exploitation pour un pilotage de l’opération en concertation avec les exécutants aux champs… »

La cellule de mesure mise au point, permet de mesurer avec haute pression et simultanément les six composantes (3 forces ; 3 couples) du système de forces développé au niveau de l’interaction tracteur-outil-sol dans différentes conditions. Les mesures on line permettent d’avoir une idée précise sur chacune des composantes afin de disposer, en conséquence, de méthodologie scientifique d’optimisation des réglages de l’outil en conditions réelles de travail. En perspective, la cellule dynamométrique pourra être intégrée en agriculture de précision pour un réglage automatisée des outils en travail du sol. Les consignes de réglage pourront être envoyées à un dispositif intégré au niveau des organes de travail de l’outil. Les données pourront également être envoyées à distance au responsable de l’exploitation pour un pilotage de l’opération en concertation avec les exécutants aux champs. Les enregistrements de données peu également constitué une banque de données pour générer une cartographie des parcelles et des sols en termes de résistance au travail dans différentes conditions (type d’outil, type de sol, humidité du sol, profondeur de travail, vitesse de travail, puissance du tracteur, etc.) et disposer d’un outil de prise de décision et d’organisation de chantier pour la compagne prochaine.

Par le Professeur Lahsen HAMMADA