Peser Des Véhicules Ou Des Trains En Mouvement, Ça Roule!

Le 01/09/2012 à 14:00  

L'essentiel

Le pont-bascule est une solution industrielle fréquemment utilisée pour connaître la masse d'un camion à l'arrêt, mais les opérations de pesée peuvent notamment être longues.

Le service Instrumentation et détecteurs du CENBG a développé un système autorisant la pesée de charges roulantes en marche, reposant sur les principes fondamentaux de la résistance des matériaux.

Des applications industrielles sont d'ores et déjà en cours, pour les pesages ferroviaire et routier.

Dans un certain nombre de sites industriels, les véhicules (camions, train…) sont pesés en entrée et/ou en sortie pour connaître précisément la quantité de matière première ou d'ordures ménagères utilisée ou rejetée par l'usine. Les industriels font alors appel à des systèmes de pesage statique, comme des ponts-bascules, qui imposent nombre de contraintes en termes de temps, et donc de coûts, ainsi qu'en terme de maintenance. D'aucuns se demanderaient pourquoi ne pas peser le camion benne ou le wagon alors qu'il roule à une vitesse de plusieurs dizaines de kilomètres par heure. Cela permettrait ainsi de réduire la durée des opérations… si tant est que la solution imaginée puisse être com-pétitive avec les ponts-bascules en termes de performances, et notamment en ce qui concerne la précision des mesures.

Si l'on s'intéresse à un tronçon de cette poutre horizontale reposant sur n appuis, A 1 ,A 2 et An ,lamasse d'une charge verticale peut être déterminée entre deux appuis successifs Ai et Ai+1 .Lorsqu'elle se déplace, la charge produit des efforts de traction sur la section de poutre, efforts caractérisés par un moment fléchissant et un effort tranchant.

Sources : CENBG

C'est ce à quoi est parvenu le service Instrumentation et détecteurs du Centre d'études nucléaires de Bordeaux Gradignan du CNRS/IN2P3 – université deBordeaux I (CENBG ;voir encadré page 40) ,en développant un système de pesage des trains et des camions en marche.Quel est le lien entre des détecteurs pour les phénomènes nucléaires et le pesage dynamique? Le projet qui a abouti au système de pesage des charges roulantes s'inscrit en fait dans la stratégie des laboratoires de recherche à valoriser leurs compétences et à s'ouvrir au monde industriel.

Principe mécanique du capteur de pesage

La technologie au cœur du système développé par le service Instrumentation et détecteurs, et qui fait l'objet des brevets FR 2952433 et WO 2011/0550076 A1, s'appuie sur une méthode bien connue des spécialistes de l'extensométrie, mais qui n'avait pas encore été appliquée au système de pesage. Ce dernier est en effet basé sur les principes de la résistance des matériaux (RDM) et fait appel à l'analyse d'une poutre horizontale reposant sur deux ou N appuis. L'un des principaux attraits est de transformer, d'une manière générale, n'importe quelle poutre métallique reposant horizontalement sur deux appuis et supportant une ou plusieurs charges concentrées en cap-teurs.Ces poutres peuvent d'ailleurs très bien être des structures existantes, les rails d'une voie ferrée par exemple, comme on le verra ultérieurement.

Soit deux positions proches l'une de l'autre, notées a et ß et distantes des supports Ai et Ai+1 d'une longueur a. Aleur niveau, les valeurs des efforts tranchants respectifs T a et T ß sont différentes et dépendent de la position de la charge entre a et ß . Mais leur différence est toujours égale à Q , ceci quelle que soit la position de la charge entre les supports a et ß .

Considérons une poutre horizontale reposant sur n appuis,A 1, A 2 ,A i ,A i+1 et An (des traverses successives d'une voie ferrée), et sur laquelle se déplace une charge verticale Q , cette charge pouvant être ponctuelle ou concentrée ( voir figure 1 ). Si l'on s'intéresse à un tronçon de cette poutre, la masse de la charge peut être déterminée entre deux appuis successifs Ai et Ai+1 .Lorsqu'elle se déplace, la charge Q produit des efforts de traction sur la section de poutre, efforts caractérisés par un moment fléchissant M exprimé en daNm, et un effort tranchant exprimé en daN ( voir figure 1 ). L'évolution de la variation de l'effort tranchant T permet de déterminer la valeur de la charge Q quelle que soit d'ailleurs sa position sur la section de poutre.

Comme les contraintes de cisaillement ne sont pas accessibles à la mesure, ce sont les contraintes de traction et de compression, selon des angles de ±45°, sur l'axe neutre de la poutre, qui sont mesurées via des jauges de contraintes. Pour compenser une éventuelle torsion du rail, la face opposée de la poutre est équipée symétriquement de jauges R1 ', R2 ', R3 'etR 4 ', placées respectivement en série avec les jauges R1 ,R 2 ,R 3 et R4 .

Pour cela,définissons sur la section de poutre comprise entre Ai et Ai+1 deux positions proches l'une de l'autre, notées a et ß et distantes des supports Ai et Ai+1 d'une longueur a ( voir figure 2a ).Au niveau de ces deux positions, les valeurs des efforts tranchants respectifs Ta et Tß sont différentes et dépendent de la position de la charge entre a et ß, la valeur de Ta positive et celle de Tß négative. Mais leur différence est toujours égale à Q et ceci, quelle que soit la position de la charge entre les suapports a et ß. C'est sur cette constatation remarquable que repose la méthode mise en œuvre dans le système de pesage des charges roulantes.

En pratique, le système développé par le groupe Instrumentation et détecteurs comprend une poutre dimensionnée selon la charge supportée, deux appuis et huit jauges de contraintes collées sur la poutre. Ces capteurs sont des jauges de contraintes câblées en pont de Wheatstone complet. En sortie, on obtient une tension électrique directement proportionnelle à la charge.

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