Systèmes de guidage d'engins pour les travaux de terrassement : comparaison entre le contrôle de nivellement en 2D et en 3D

La réussite des travaux de terrassement repose sur un seul élément : amener le sol au niveau requis. Les systèmes de guidage d’engins sont la technologie qui permet de transposer en temps réel le nivellement prévu sur les plans devant l’opérateur, afin que les opérations de déblai et de remblai correspondent au plan plutôt qu’à un alignement marqué au piquet et à l’intuition. La question à laquelle sont confrontés la plupart des entrepreneurs n’est pas de savoir s’il faut adopter un système de guidage, mais quel niveau de technologie choisir. Le choix concret à faire porte sur le contrôle de nivellement en 2D ou en 3D. Ce guide explique le fonctionnement de chacun, leurs domaines d’application respectifs et comment faire le bon choix pour les pelles hydrauliques, les bulldozers et les niveleuses.

Le fonctionnement d'un système de guidage de machine

Un système de guidage pour engins de terrassement relie trois éléments : la conception du projet, la position du bord de coupe de la machine et un écran sur lequel l’opérateur peut agir. Des capteurs suivent la position de la lame ou du godet ; le système compare cette position au nivellement cible et indique à l’opérateur s’il doit relever, abaisser ou maintenir la position. Sur les configurations les plus performantes, le système commande directement le circuit hydraulique et maintient automatiquement le nivellement.
 

Ce cycle de base est identique, que le système soit en 2D ou en 3D. Ce qui les différencie, c’est la référence : la manière dont le système détermine où se trouve réellement le « niveau correct ». Cette seule différence influe sur le coût, la précision, le type de travaux auquel chaque système est adapté, ainsi que sur les besoins du projet en matière de levés topographiques.

Contrôle de nivellement en 2D : une référence fixe

Un système de guidage d'engins en 2D contrôle l'altitude et la pente par rapport à une référence fixe plutôt qu'à un modèle complet du chantier. Cette référence est généralement un plan laser rotatif, un traceur sonique suivant un fil de guidage ou une bordure, ou encore les capteurs de pente intégrés à la machine. L’opérateur définit une profondeur et une pente transversale cibles, et le système maintient la lame ou le godet sur ce plan pendant que la machine travaille.
 

Les atouts de la 2D résident dans sa simplicité et son rapport qualité-prix. Elle excelle dans les travaux présentant une pente et un nivellement constants sur toute une zone : parkings, plates-formes de construction, fonds de tranchées, préparation de la couche de fondation et surfaces planes ou à pente unique. La mise en place est rapide, le coût du matériel est moindre et l’opérateur peut être productif en un rien de temps. Sa limite réside dans son nom même. Un système 2D ne peut maintenir qu’un seul plan à la fois. Lorsque le tracé comporte des pentes variables, des bombés, des transitions ou des surfaces courbes, l’opérateur doit sans cesse réinitialiser la référence, ce qui ralentit le travail et augmente le risque d’erreurs sur les formes complexes.

Commande de machine 3D : une position sur le modèle de conception

Un système de guidage d'engins en 3D remplace le plan fixe par le modèle complet du projet. Il positionne l'engin en trois dimensions, généralement à l'aide d'un récepteur GNSS monté sur l'engin, et compare le bord de coupe à la surface de conception à cet emplacement précis. Comme le système connaît la position exacte de la machine sur le chantier, il peut déterminer le niveau cible correct en tout point, y compris sur des pentes variables, des crêtes, des pentes de drainage et des tracés courbes, sans qu'il soit nécessaire de déplacer les piquets ou de réinitialiser un laser.
 

C’est cette approche GNSS qui explique pourquoi cette technologie est souvent appelée « guidage d’engins par GPS ». Le récepteur positionne l’engin par rapport aux coordonnées du chantier, les corrections en temps réel garantissent une précision de l’ordre du centimètre, et le modèle de conception fournit la cote cible à chaque point. L’avantage réside dans l’étendue des travaux qu’elle permet de réaliser : terrassements complexes, aménagement de routes et d’autoroutes, drainage, ainsi que de grands chantiers où, sans cela, le rythme des travaux serait dicté par les piquets d’arpentage. En contrepartie, cela implique un investissement matériel plus important et la nécessité de disposer d’un modèle de conception 3D adapté ainsi que d’une source de correction sur site, qu’il s’agisse d’une station de base ou d’un réseau.
 

Pour les travaux en profondeur ou dans des zones sans signal, comme les excavations en caisson, certains chantiers associent le GNSS à une station totale ou utilisent un instrument robotisé pour suivre la machine lorsque la vue vers le ciel est obstruée. Le modèle de conception reste le même ; seule la manière dont la machine est positionnée change.

Comparaison côte à côte entre le contrôle de nivellement en 2D et en 3D

Ces deux technologies ne sont pas tant des concurrentes que des étapes d'un même parcours. De nombreux entrepreneurs utilisent la 2D sur les machines destinées aux travaux répétitifs et plats, et la 3D sur celles qui donnent forme au projet ; certains systèmes permettent même à un entrepreneur de commencer par la 2D, puis de faire passer la même machine à la 3D lorsque le travail l'exige.

Guidage des machines par type de machine

Le niveau d'assistance approprié dépend également de la machine et de la tâche qu'elle accomplit dans le cadre des travaux de terrassement.

Pelles mécaniques

Les pelles hydrauliques bénéficient d'un système de guidage pour le creusement de tranchées, la réalisation de talus, l'excavation de fondations et le nivellement final. Un système de guidage 3D affiche la position du godet par rapport au plan de conception, ce qui permet à l'opérateur de creuser à la profondeur et selon la pente requises sans qu'un contrôleur de nivellement ne soit présent dans la tranchée. Notre système de guidage 3D TX73 pour pelles hydrauliques remplit cette fonction, tandis que pour les projets de moindre envergure, l’EasyNAV EMG100 constitue une solution d’entrée de gamme en matière de guidage de pelles hydrauliques. Pour en savoir plus sur les options disponibles pour les pelles hydrauliques, consultez notre guide sur le guidage GPS des pelles hydrauliques.

Bulldozers

Les bulldozers se chargent des travaux de terrassement à grande échelle et du nivellement final, et c’est là que le système de commande automatique prend tout son sens. Un système automatique en 3D maintient la lame au niveau de la surface de référence et ajuste le circuit hydraulique en temps réel, ce qui réduit les retouches tant lors des longs déblais que lors du nivellement de précision. Notre système de commande automatique TD63 Pro pour bulldozers est spécialement conçu pour ce type de travaux.

Niveleuses

Les niveleuses définissent la surface finale avec précision, et c’est là que les moindres erreurs de niveau et de pente transversale apparaissent sur la surface finie. Un système de contrôle de nivellement 3D maintient la lame alignée sur le modèle, qu’il s’agisse des crêtes, des surélévations ou des pentes de drainage. Notre système de contrôle de nivellement 3D TG63 pour niveleuses est spécialement conçu pour remplir ce rôle de nivellement final.

Comment choisir entre la 2D et la 3D

Quelques questions suffisent généralement à trancher :
 

• Quel est le degré de complexité de la pente ? Des surfaces uniformément planes ou à pente unique indiquent un modèle en 2D. Des pentes variables, des bombés, des transitions et des tracés courbes indiquent un modèle en 3D.
   
• Existe-t-il un modèle de conception en 3D ? Le guidage d’engins en 3D nécessite une surface numérique sur laquelle s’appuyer. Si le projet est modélisé, la 3D permet d’exploiter pleinement son potentiel. Dans le cas contraire, la 2D peut suffire compte tenu des informations disponibles.
   
• Combien vous coûte l'implantation ? Sur les chantiers de grande envergure ou à cadence élevée, le temps consacré au levé topographique et les retouches que la 3D permet d'éviter compensent souvent son coût matériel plus élevé.
   
• Quelles machines, et à quelle étape ? Les travaux de gros œuvre et de dégrossissage peuvent être réalisés en 2D, tandis que les machines chargées de façonner la surface finale tirent le meilleur parti de la 3D.
   

Lors de la comparaison des offres, il est également utile de ne pas se limiter à une seule machine. Une entreprise de contrôle de machines 3D avec laquelle il vaut la peine de travailler doit prendre en charge un parc mixte, partager un même modèle de conception entre la pelleteuse, le bulldozer et la niveleuse, et proposer un parcours de mise à niveau clair plutôt qu’un système différent pour chaque machine.

Systèmes de commande de machines CHCNAV

CHC Navigation développe des systèmes de guidage d'engins en 2D et 3D pour l'ensemble du parc de machines de terrassement, du guidage des pelles hydrauliques au contrôle automatique de la lame sur les bulldozers et les niveleuses, le tout fonctionnant à partir d'un modèle de conception partagé et d'un positionnement GNSS. La gamme de produits et le flux de travail associé s'inscrivent au sein de notre plateforme de solutions de guidage d'engins, qui rassemble le matériel, les corrections et les données de conception afin qu'un entrepreneur puisse adapter le niveau de guidage à chaque engin et à chaque étape du chantier.
 

Pour les équipes qui envisagent de franchir le pas, la démarche la plus pratique consiste à cartographier d’abord le chantier : identifier les surfaces suffisamment simples pour la 2D, celles qui nécessitent un modèle 3D, et les engins chargés de réaliser le nivellement final, puis définir le niveau de guidage machine par machine plutôt que pour l’ensemble du parc en une seule fois.

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À propos de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) développe des solutions avancées de cartographie, de navigation et de positionnement conçues pour améliorer la productivité et l'efficacité. Au service de secteurs tels que le géospatial, l'agriculture, le contrôle des machines et l'autonomie, CHCNAV propose des technologies innovantes qui donnent les moyens d'agir aux professionnels et favorisent le progrès de l'industrie. Avec une présence mondiale couvrant plus de 140 pays et une équipe de plus de 2 200 professionnels, CHC Navigation est reconnue comme un leader dans le secteur géospatial et au-delà. Pour plus d’informations sur CHC Navigation [Huace:300627.SZ], rendez-vous sur : https://machine-control.chcnav.com/about/overview.