Hippotese, Le cheval de Travail

Le second chariot dynamométrique du professeur Edgard V. Collins (voir ci-dessous)

En 1921, le professeur Edgard V. Collins, de la Station Agricole Expérimentale de l'Iowa State College de Ames, a débuté des tests pour déterminer la capacité de travail des chevaux.

Il est parti des travaux de James Watt qui a défini le "horse power" (cheval-vapeur) en 1782 correspondant à un travail équivalent à 33 000 pieds-livres effectué en une minute.
La puissance d'un cheval (en Cheval Vapeur) est donc calculée en multipliant la force agissant en livres par la vitesse à laquelle il se déplace en pieds par minute, divisée par 33 000.

Par exemple, si un cheval exerce une force de traction de 175 livres (80 kg) tout en se déplaçant à une vitesse de 2,5 miles par heure (4 km/h) soit 220 pieds par minute (67 m/mn), la puissance développée est de 175 fois 220 ou 38 500 divisée par 33 000 soit 1.1/6 CV.

Mais E.V. Collins s'aperçoit que contrairement à l'opinion générale, l'estimation de Watts de la capacité de travail d'un cheval basé sur ses tests n'était pas d'un cheval-vapeur, comme il en a établi l'unité, mais seulement des deux tiers de celui-ci.

Ceci est expliqué par le paragraphe suivant tiré du U.S. Bureau of Standards Bulletin No. 34 : L'unité de puissance du cheval-vapeur utilisée à l'heure actuelle pour mesurer le travail effectué par les machines, a été créé par James Watt, à qui on attribut le premier moteur à vapeur commercial.
Quand Watt a commencé à proposer sa machine sur le marché, il a été nécessaire d'avoir une unité de mesure pour définir sa capacité. Comme les chevaux étaient les "moteurs animés" les plus utilisés à l'époque, il était naturel que le "travail-moteur" de la machine soit comparé à celui des chevaux.

L'expérimentation de Watt et Boulton pour fixer la valeur du horse-power (cheval-vapeur) : "Trad. : Premier appareil utilisé pour tester la puissance des chevaux"

Cette unité de mesure de la puissance a été définie expérimentalement par Watt et son partenaire d'affaires, Boulton.
Ils ont emprunté des chevaux de trait lourds à la brasserie Barclay et Perkins à Londres et les ont fait tirer horizontalement un poids du fond d'un puits profond, avec une corde passant sur une poulie.

Ils ont déterminé qu'un cheval pouvait soulever commodément un poids de 100 livres (45 kg) attaché à l'extrémité de la corde en marchant au rythme de 2 milles et demi par heure ou 220 pieds par minute (4 km/h). Soit 220 x 100 = 22 000 pieds-livres/mn.
Cependant, Watt, afin de tenir compte de la friction dans son système et pour une "bonne mesure", a ajouté 50 pour cent à cette quantité, établissant ainsi 33 000 pieds-livres par minute, ou 550 pieds-livres par seconde la valeur du cheval-vapeur et donc l'unité de puissance.

NDLR1 : Il est à noter que le Cheval-vapeur n'est plus une unité du système métrique actuel (système SI).
NDLR2 : Le Horse-Power (hp) anglais vaut 746 w et le Cheval-Vapeur français (abréviation : ch et pas CV qui est le cheval fiscal) vaut 735,5 w

E.V. Collins décide donc de réaliser ses propres mesures en inventant des appareils de mesure plus efficaces.
Car bien que des dynamomètres soient déjà disponibles à cette époque, ils ne mesuraient que la force nécessaire pour déplacer une charge.
Or cette force varie en fonction de l'état de surface sur laquelle la charge est tirée et la force nécessaire pour démarrer la charge est aussi beaucoup plus grande que celle requise pour le maintenir en mouvement.

Afin de mesurer avec précision la force de traction d'un cheval, le professeur Collins a dû concevoir une machine qui a besoin de la même force de traction au démarrage et pour se maintenir en mouvement.

Trad. : Méthode simple pour appliquer une charge uniforme au cheval central.

Il construit un système simple de traîneau à poids tiré par 3 chevaux, mais dont seul le cheval central est testé.
Quelque soit l'état du terrain, le cheval central tire toujours le même poids, mais par contre, on doit mobiliser 3 chevaux pour en tester un seul.

Collins décide alors de réaliser un chariot-dynamométrique qui permettra de tester une paire de chevaux (les américains attellent quasi exclusivement en paire) sur une grande distance et à l'allure du pas ou du trot.

Le premier chariot dynamométrique.

E.V. Collins a commencé avec un châssis d'un "International Harvester Auto Wagon" avec le moteur, la boîte et la carrosserie enlevés, mais en conservant le système de transmission et les freins.

Photo d'un International Harvester (IH) Auto Wagon de 1909.

De chaque côté, un palonnier était attaché à un câble coulissant sur des poulies jusqu'à l'arrière du chariot, à l'extrémité duquel était suspendu un poids.

Quand une paire de chevaux était attelée aux 2 palonniers et qu'elle tirait, les poids montaient dans leurs guides verticaux jusqu'à ce qu'ils buttent en fin de course et que le chariot se mette à avancer.

Pour maintenir la charge constante et les poids en position centrale sur les guides, une certaine résistance au mouvement du chariot était cependant nécessaire.

"Trad. : Schéma de principe de la machine utilisée pour tester les chevaux dans un travail de charge normale."

Pour fournir cette résistance, une pompe rotative a été montée de sorte qu'elle soit entraînée par une poulie et une courroie fixée sur l'essieu du véhicule. L'entrée de la pompe était raccordée au bas d'un réservoir de 10 gallons (autour de 40 litres). Un autre tuyau partait du haut du réservoir jusqu'à une vanne de régulation rotative puis à la sortie de la pompe.

Cette vanne, lorsqu'elle était fermée, empêchait la circulation du fluide et la rotation de la pompe, bloquant efficacement les roues du chariot.

La soupape était reliée aux poids de sorte que lorsque les poids se trouvaient au bas de leur course, la soupape était fermée et les roues étaient bloquées, offrant une résistance maximale au mouvement vers l'avant. Au fur et à mesure que la paire de chevaux tirait, les poids montaient, ouvrant graduellement la soupape, jusqu'à ce qu'en haut de leur course, la soupape soit grande ouverte et le chariot roule facilement.

Une fois réglé correctement, le chariot devait se déplacer juste assez vite pour maintenir les poids suspendus pendant le déplacement.

"Trad. : Dynamomètre construit pour tester les chevaux dans un travail de charge normale."

La chose n'a pas très bien fonctionné au début, mais après plusieurs essais et modifications, le dynamomètre a rempli sa mission.
Avec cette machine, l'effort de traction requis de chaque cheval, ainsi que la capacité d'une paire à tirer continuellement une charge sur une longue période, pouvaient être testés.

Il a ainsi été mesuré que les chevaux pouvaient, sans fatigue excessive, exercer un effort de traction d'un dixième à un huitième de leur poids (70 à 75 kg pour un cheval de 700 kg) tout en parcourant un total de 20 miles par jour (33 km).

Un second chariot-dynamométrique.

Une deuxième machine plus grande et plus lourde a été construite sur le châssis d'un camion à quatre roues motrices "Nash Quad" dont le moteur a été remplacé par une grosse pompe rotative. La pompe était entraînée par les quatre roues via la transmission du camion et les arbres d'entraînement (fig 5).

"Trad. : Schéma du premier Chariot-Dynamomètrique construit pour déterminer l'effort maximum d'une paire de chevaux. Cette machine est brevetée et appartient au collège (Iowa State College de Ames)."

On a fixé des poids en béton au bout d'un câble unique tiré par un palonnier double. Ce dynamomètre pouvait fournir une résistance à la traction de 4100 livres (1900 kg).

Dans une thèse écrite en 1924, Kenneth J. Maltas, un étudiant de l'Iowa State, décrit la seconde machine : "Quand une paire commence à tirer sur le câble, les roues sont pratiquement verrouillées, de sorte que la première action est d'élever les poids. Lorsque ces poids atteignent un certain point, un bras qui est relié aux guides ouvre automatiquement une soupape du côté refoulement de la pompe et celle-ci offre alors très peu de résistance à la rotation des roues" fig6.

"Trad. : Chariot-Dynamomètrique construit pour tester l'effort maximum de traction d'une paire de chevaux (ici présenté à une manifestation)."

Lorsque les roues sont déverrouillées, le chariot dynamométrique avance automatiquement juste assez vite pour maintenir les poids suspendus.

La hauteur à laquelle les poids sont soulevés n'a aucune importance, tant qu'ils ne frappent pas le haut ou le bas des guides et fournissent une mesure précise de la traction exercée par les chevaux.

L'état de surface du sol sur laquelle le chariot dynamométrique roule na pas d'influence sur la traction. La charge de départ n'étant évidemment pas supérieure à celle requise pour maintenir la machine en action.

A suivre dans un prochain billet...

Suite des billets "Il faut sauver le Tractomètre "Le Bihan" du Haras de Lamballe... (1ère Partie)" visible ici... et 2ème partie visible ici...

Présentation du fonctionnement du Tractomètre "Le Bihan" par le colonel Charpy dans la Revue CHEVAL – ANE – MULET, Bulletin Officiel du Comité National Interprofessionnel des Chevaux et Mulets, janvier 1944 – 2è année – Numéro 1, par le Colonel Charpy.

Cette présentation est plus complète et plus pédagogique que cette de Yves-Marie-Francis Le Bihan dans ces dépôts de brevet (ce qui est bien logique dans la mesure où un brevet doit protéger l'invention d'un auteur et ne donner que les indications techniques strictement nécessaires à la démonstration de l'originalité de l'invention).

Revue CHEVAL – ANE – MULET, Bulletin Officiel du Comité National Interprofessionnel des Chevaux et Mulets, janvier 1944 – 2è année – Numéro 1, page 10.

Revue CHEVAL – ANE – MULET, Bulletin Officiel du Comité National Interprofessionnel des Chevaux et Mulets, janvier 1944 – 2è année – Numéro 1, page 11.

Revue CHEVAL – ANE – MULET, Bulletin Officiel du Comité National Interprofessionnel des Chevaux et Mulets, janvier 1944 – 2è année – Numéro 1, page 12.

Pour les plus techniciens d'entre-vous, je vous ai fait un petit montage chronologique des 3 schémas techniques du tractomètre "Le Bihan".

Évolution chronologique des schémas de fonctionnement du tractomètre Le Bihan 1942 - 1944

Nous verrons dans un prochain billet comment, à la même époque, de l'autre côté de l'Atlantique, les américains envisageaient les mesures d'efforts avec une toute autre philosophie...

Lors des 3 èmes Rencontres FNCT, du 25 et 26 Mai 2018 (organisées par le Réseau Faire à Cheval, au Haras d'Hennebont, Morbillan) sur le thème de "La bien-traitance des équidés de travail", j'ai eu l'occasion de parler un peu du Tractomètre de Lamballe lors de ma présentation sur le Datafficheur et plus tard avec de nombreuses personnes sur place.

je voudrai revenir ici sur ce sujet en vous faisant partager toutes les infos que j'ai pu collecter sur cet étrange appareil, à mon avis unique au monde et qu'il faut absolument sauver de la destruction et même si possible remettre en état pour étudier ses capacités (uniques elles aussi) à faire varier indépendamment et de manière précise, sa résistance à l'effort au démarrage et en utilisation continue.

Je remercie ici Tanneguy de Sainte-Marie (qui est un grand connaisseur des Haras, de leur histoire et un auteur prolifique) et Bernadette Lizet (ethnologue et spécialiste reconnue de l'histoire des utilisations du cheval en France) qui m'ont autorisé à utiliser leurs documents et leurs écrits sur le Tractomètre Le Bihan.

Pour cette première partie, je vous partage un texte de Tanneguy de Sainte-Marie, paru en 2006 dans la revue des Haras et rediffusé dans le N°12 de Sabots-Magazine.
J'ai ajouté quelques images et documents qui proviennent du Haras de Lamballe, de Sabots-magazine, de la revue CHEVAL-ANE–MULET de JANVIER 1944 et de ma collection personnelle.

Légende : Cour du haras de Lamballe. Un palefrenier, en tenue d'été, est aux guides de l'étalon Postier Breton et un jeune officier des haras (grade de Surveillant ) est aux commandes de la machine.
D'après Tanneguy de Sainte-Marie, cette photo date des années 1950, à l'époque où il avait été envisagé de remettre en place des épreuves de traction dans les concours d'élevage et d'utilisation pour les chevaux de trait, notamment les bretons.

Histoire d’un dynamomètre devenu « L’APPAREIL LE BIHAN » communément appelé « TRACTOMÈTRE », par Tanneguy de Sainte-Marie.

Le Colonel CHARPY, brillant officier d’artillerie ayant commandé le Dépôt de Remonte Militaire de Guingamp (dont les dernières écuries seront rasées en 2006 pour accueillir la gendarmerie locale) en 1917-1918, était un passionné de l’utilisation qui devait être faite des chevaux de trait en général et des Bretons en particulier.

En 1936 il répond favorablement à la requête du comité de la Foire Exposition de Rennes qui lui demande d’organiser une manifestation hippique dans l’enceinte de la foire.

N’ayant pas obtenu les moyens financiers pour organiser un grand concours d’élevage, il songe à l’essai d’une épreuve dynamométrique.

En effet, dès 1909, la création de la Société du Cheval de Trait Léger sous la houlette du Comte de ROBIEN, a ouvert des pistes qui devraient permettre des utilisations rationnelles et pérennes des chevaux de trait.

Dans son projet d’épreuve, le Colonel CHARPY met en exergue l’opinion exprimée par Lavalard : « Pourquoi ne pas faire pour le cheval de trait ce qui a lieu pour le cheval de pur sang qui n’est livré à la reproduction qu’après avoir fait ses preuves sur l’hippodrome ? »
C’est pourquoi, dans ses propositions, le Colonel crée deux catégories dans les concours de reproducteurs, une pour les gros traits et une pour les postiers.

Ayant entrepris des recherches après la guerre de 14-18, il a découvert qu’il existait des dynamomètres enregistreurs perfectionnés et précis. Une de ces voitures appareils, ayant été utilisée à Caen dans deux des concours organisés par Mr. Bertin, présentait malheureusement trop de défauts et donc des résultats peu probants.

Quant à la voiture Américaine « COLLINS », déjà utilisée en Allemagne et en Hollande, elle était construite pour l’essai d’un attelage de deux chevaux et non individuelle, de plus son prix d’achat et le coût de son importation avaient rebuté le Ministère de l’Agriculture et Les Haras.
Elle présentait, elle aussi, des défauts et des inconvénients.

Pressé par la mise en place d’épreuves de traction à la Foire de Rennes et n’ayant pas de voiture dynamomètre à sa disposition, le Colonel CHARPY fit appel à la maison Verlinde, de Puteaux, pour qu’elle imagine et construise en hâte un appareil de fortune. L’appareil fut livré dans les temps et les épreuves se déroulèrent devant une foule immense.

Malgré ses nombreuses imperfections la machine permit de classer sans hésitation les chevaux d’après leur puissance de démarrage.
Ce fut le clou de la Foire Exposition de Rennes de 1936.

Revue CHEVAL – ANE – MULET, Bulletin Officiel du Comité National Interprofessionnel des Chevaux et Mulets, janvier 1944 – 2è année – Numéro 1, par le Colonel Charpy

Revue CHEVAL – ANE – MULET, Bulletin Officiel du Comité National Interprofessionnel des Chevaux et Mulets, janvier 1944 – 2è année – Numéro 1, par le Colonel Charpy

Mais le but n’était pas atteint, la voiture-dynamomètre idéale et sans défaut n’était pas encore inventée et tout restait à faire.

En 1939, le Colonel CHARPY rencontre Mr. de Malherbe, Directeur général des Haras, l’entretient longuement de l’intérêt des épreuves de traction et lui confirme, qu’à peu de frais, il se faisait fort de faire construire une voiture remplissant toutes les caractéristiques nécessaires à ces épreuves.

Le Directeur Général ayant entendu parler du succès de Rennes donne son accord et promet les crédits.

Monsieur Y. LE BIHAN, ancien ingénieur des chemins de fer du Nord, connu pour ses compétences techniques et son ingéniosité, de surcroît habitant le manoir de Barach près de Perros-Guirec, se fait exposer le problème à résoudre et accepte de se charger de la construction de l’appareil.

Il a non seulement le mérite de l’imagination mais également celui de la construction qu’il mène seul à son terme.

L’appareil est livré fin 1943 au Haras National de Lamballe dirigé par Monsieur Marcellin CHARPY, fils du Colonel et père de François et Marcellin ayant eux-mêmes brillamment servi les Haras Nationaux.

Monsieur Y. LE BIHAN a opéré sur place les mises au point finales de sa machine, pour laquelle il a déposé un brevet, avant sa mise en service dans les concours.

Après avoir été abandonné, oublié et rudoyé pendant des décennies dans des fonds d’écuries et autres sous-pentes, l’unique tractomètre « LE BIHAN » est présenté depuis peu en bonne place aux côtés des Breaks, Squelettes, Camions et Omnibus dans la remise hippomobile du Haras National de Lamballe.

Il ne lui reste plus qu’à retrouver sa couleur d’origine, à être restauré, et remis en état de marche d’après les plans et descriptions laissés par son fabricant sous la rubrique : "CROQUIS SCHEMATIQUE DE L’APPAREIL D’ESSAI DES CHEVAUX A LA TRACTION, Brevet Y. LE BIHAN, Ingénieur E.C.P, D’après les données du problème posé par le Colonel CHARPY".

Imaginons, qu’un jour, son sauvetage définitif soit concrétisé par un classement « Monument Historique » parmi les trop rares voitures hippomobiles ayant accédé, à ce jour en France, à cet extrême privilège.

Tanneguy de SAINTE MARIE
Ingénieur des Haras Nationaux, en résidence à Hennebont, le 15 février 2006

Reproduction du 1er Brevet d'Invention pour un Appareil pour l'essai des chevaux à la traction déposé par Yves-Marie-Francis Le Bihan, et accordé sous le numéro 884.659, le 3 mai 1943 à Paris.

Reproduction du 1er Brevet d'Invention pour un Appareil pour l'essai des chevaux à la traction déposé par Yves-Marie-Francis Le Bihan, et accordé sous le numéro 884.659, le 3 mai 1943 à Paris, page 1/2.

Reproduction du 1er Brevet d'Invention pour un Appareil pour l'essai des chevaux à la traction déposé par Yves-Marie-Francis Le Bihan, et accordé sous le numéro 884.659, le 3 mai 1943 à Paris, page 2/2.

Transcription du texte du Brevet 884.659 de Yves-Marie-Francis Le Bihan :

L'appareil que nous allons décrire peut servir à déterminer l'effort de démarrage et le travail qu'un cheval peut fournir en traction et subsidiairement à évaluer l'effort de recul que l'animal peut faire en appuyant de son arrière-main sur l'avaloir.

L'ensemble du système est monté sur un véhicule à deux roues et comprend deux éléments distincts.

1. Un appareil indicateur des efforts produits représenté par une petite presse hydraulique H à laquelle sont joints un manomètre à cadran gradué M et un manomètre enregistreur E, destinés à donner d'une part l'effort de démarrage et d'autre part à reproduire sur un graphique le travail fourni sur un parcours fixé avec une résistance à la traction imposée.

2. Un appareil pouvant réaliser le blocage du véhicule pour l'épreuve de démarrage et ensuite imposer des résistances variables à volonté pour les essais en mouvement.

Cet appareil comprend une pompe à huile à trois cylindres P avec manivelles calées à 120° pour assurer la régularité dans la résistance. Elle est mise en mouvement par l'essieu du véhicule, par l'intermédiaire d'engrenages droits. Cette pompe est munie de soupapes d'aspiration et de soupapes de refoulement toutes automatiques. Elle puise l'huile dans un réservoir R et la refoule dans une canalisation aboutissant sous une soupape S maintenue sur son siège par la pression d'un ressort dont la tension est réglée à la volonté de l'opérateur.

Cette soupape peut également être bloquée par un dispositif spécial de façon à immobiliser le véhicule tant que l'effort de démarrage imposé n'est pas atteint.

Le blocage de la soupape est réalisé par un levier 1 oscillant autour d'un axe dont une extrémité munie d'une vis de rattrapage de jeu appuie sur une came, tandis que l'autre extrémité porte sur une tige de la soupape de façon à la tenir hermétiquement fermée, immobilisant ainsi tout l'appareil. En effet, tant que la soupape de refoulement des pompes reste bloquée, les pompes ne peuvent tourner et les roues du véhicule sont de ce fait enrayées.

Pour provoquer en temps utile, d'une façon instantanée le déblocage de la soupape un système simple et très maniable est utilisé.

Un ressort de rappel r tend constamment à faire tourner la came et à libérer ainsi la soupape, mais cette came est verrouillée par un petit balancier dont une extrémité pénètre dans une encoche de la came tandis que l'autre extrémité libre se trouve en regard d'un électro-aimant.

Cet électro-aimant peut recevoir le courant d'une petite batterie, courant normalement interrompu. Le pôle négatif de la batterie est à la masse. Le courant sortant du pôle positif doit parcourir les spires de l'électro-aimant pour aboutir à une aiguille supplémentaire du manomètre montée sur le verre de celui-ci, et par conséquent isolée. Le manomètre est lui-même à la masse.

Il suffira à l'opérateur de placer l'aiguille isolée en regard de l'effort que l'on désire voir atteindre pour que l'aiguille indicatrice normale du manomètre vienne au contact de la précédente dès que cet effort est réalisé, ce qui a pour effet de fermer le circuit électrique. Instantanément l'électro-aimant attire le balancier, libérant ainsi la came et par suite la soupape.

Pour les essais dans le travail de recul du véhicule, il suffira de lire les indications du manomètre branché sur le refoulement des pompes, dont la graduation est faite en conséquence, pour se rendre compte avec précision de l'effort produit par le cheval.

Yves-Marie-Francis Le Bihan

Suite des billets sur les Véhicules Hippomobiles à Assistance Électrique (VHAE) en partenariat avec Marco Zandona (qui est un chercheur et un inventeur reconnu de cette (ces) technologie(s)).

Vous trouverez le précédent billet sur ce sujet ici.

Aujourd'hui, Marco nous parle de l'intérêt du frein électrique sur les VHAE.

Je lui laisse donc la parole.

Deny Fady

VHAE – Le freinage combiné

L’idée d’utiliser le moteur pour freiner la calèche s’est imposée lors de la rédaction du premier cahier des charges.
La question du freinage régénératif, c’est à dire la faculté de récupérer l’énergie pour recharger les batteries, est du reste fréquemment posée.
Nous nous sommes par la suite aperçus que ça freinait vraiment bien et que cette fonctionnalité ajoutait à la sécurité de l’ensemble.

Les protos ont ainsi été équipés d’une série de pédales, à savoir :

- Pédale(s) des freins mécaniques (avant + arrière)

- Pédale du frein électrique

- Pédale d’avancement ou accélérateur électrique

Trop de pédales à gérer, une ergonomie brut de décoffrage, la difficulté de passer d’une pédale à l’autre (le frein électrique est inopérant à l’arrêt) nous ont poussés à poursuivre nos recherches qui ont abouti au freinage combiné.

Le premier montage, relativement trivial, a consisté a superposer la commande du frein arrière mécanique à la pédale du frein électrique comme l’illustre la photo ci-dessous (la pédale tout à gauche est celle du frein de tourelle).

Ainsi on travaillait d’abord avec le frein électrique puis en augmentant la pression sur la pédale on actionnait en parallèle le frein mécanique arrière.

Il fallait cependant beaucoup de doigté pour freiner électriquement, de plus l’ajustage de la course de la pédale était malaisé et risquait de se dérégler au fil du temps. Sympa mais insuffisant.

Le système actuel fait la part belle aux 2 pédales montées d’origine sur les voitures hippomobiles.
A noter que la pédale d’avancement électrique (tout à droite sur la photo ci-dessous) a depuis disparu.

Maintenant, en pressant sur la pédale du frein arrière on active simultanément mais à des degrés différents les freins mécaniques et électriques.

Les avantages de ce freinage combiné sont nombreux :

1- On peut personnaliser l’ampleur de la force à exercer sur la pédale pour freiner à fond.

2- Cela n’arrive bien-entendu jamais ;-) mais en cas d’indisponibilité soudaine du frein électrique la réaction réflexe serait de presser la pédale à fond. C’est mieux si en montagne et en pleine charge, le pied se trouve déjà sur la bonne pédale.

3- Les mâchoires ne risquent pas de gripper car elles sont toujours sollicitées, même légèrement.

La technique utilisée pour activer le freinage combiné est très simple, on la détaillera dans un prochain billet.

Marco Zandona

(à suivre...)

Vous avez pu constater dans quelques précédents billets que les Véhicules Hippomobiles à Assistance Électrique (VHAE) nous intéressent.

J'avoue qu'aux premiers abords (années 2010), c'était surtout les méthodes de mesure en continu des efforts du cheval qui m'intéressaient (voir le billet sur le site que nous avions créé pour l'occasion en 2012 (http://hippometrix.org/blog/) sur les essais d'Estavayer le Gibloux (Suisse).

NB : Le blog Hippometrix.org est resté depuis en sommeil mais nous allons sans doute le réactiver pour le suivi du projet "Datafficheur".

"Cheval de renfort", attelé dans une rue en pente, devant un tramway hippomobile.

Et puis l’expérimentation de l'Alti-Trottibus (en août 2017) m'a convaincu qu'en certaines situations, si cette technologie arrive à maturité, elle peut répondre à des besoins en ajoutant "le cheval de renfort" nécessaire dans les montés et le ralentisseur TELMA (frein électo-magnétique utilisé sur les Poids Lourds) dans les descentes... (voir billets précédents : ici et ici).

En partenariat avec Marco Zandona, nous avons donc décidé d'ouvrir le blog d'Hippotese à une série de billets de réflexion sur les Véhicules Hippomobiles à Assistance Électrique (VHAE). Et je lui laisse la parole...

Deny Fady

Imaginez qu’à la veille d’une randonnée exigeante en montagne vous décidiez d’envoyer votre sac à doc de 25 kg directement à l’hôtel pour ne conserver qu’un aimable sac de balade. Le lendemain vous vivrez une expérience des plus agréables, mettrez l’ambiance pendant le repas du soir et serez d’attaque pour le trajet de retour.

Le ressenti pour un équidé attelé à un VHAE (véhicule Hippomobile à assistance électrique) devrait s’apparenter à tracter naturellement une voiture plus légère qu’elle ne l’est réellement, quelques soient la nature du sol et les variations de pente.

Synchronisé avec le cheval, le système d’assistance ne doit surtout pas parasiter l’effort de traction par des saccades intempestives. Bien au contraire l’assistance se doit d’être harmonieuse et quasiment imperceptible.

Voiture plus légère est synonyme d’efforts moins intenses pour ébranler l’équipage et rouler aux trois allures.

Le système d’assistance supprime aujourd’hui en grande partie les variations de tirage et à-coups provoquées par la nature du sol (route goudronnée, chemin gravillonné ou empierré, etc...). Bien que l’on s’éloigne de la traction naturelle, le confort du cheval est amélioré et rappelle l’action des ressorts de traction.

Les variations de tirage dues à la pente sont aujourd’hui absorbées par le système.
Ce dernier point est assurément en contradiction avec la traction naturelle. Il serait, cependant, techniquement possible de corréler pente et consigne de traction afin de restituer des variations de tirage raisonnables (et donc que le cheval sente quand même les variations de force nécessaires dans les montés, même si elle sont atténuées).
Mais est-ce souhaitable ?

Ce graphique réalisé en 2011 permet de comparer les efforts nécessaires pour tracter sur une route goudronnée une voiture de 650 kg avec et sans assistance électrique, pente d’environ 10 %, consigne à 25 kgf.

Qu'en pensez-vous ?

Marco Zandona

NB : un lien vers un ancien billet sur l'assistance électrique sur le blog d'Hippotese...
Démonstration-d-un-véhicule-hippomobile-à-assistance-électrique-en-Suisse-Avenches

Du 30 juillet au 6 août 2017, se déroulait un essai en situation réelle, d'une navette hippomobile 10 places à assistance électrique, aux portes du Parc National de la Vanoise, au dessus de Termignon, dans la vallée de La Maurienne au cœur de la Savoie...

Avant de vous faire un billet plus technique, je vous ai mis en ligne une petite vidéo pour vous faire rêver...

LE CONTEXTE

L’Alti-Trottibus, c’est un système innovant de traction animale à assistance électrique, expérimenté sur le site de Bellecombe, au cœur du Parc National de la Vanoise, à 2300 m au dessus de Termignon-La-Vanoise dans la vallée de la Maurienne en Savoie. L’expérience de l’été 2017 s'est déployée sur 8 jours (du 30 juillet au 6 août) et sera élargie en 2018 (à priori sur l’ensemble de la saison). En 2017, trois rotations journalières de l’Alti-Trottibus ont transporté les visiteurs du Parc National et les randonneurs du parking vers les refuges...

L’INNOVATION TECHNIQUE

Elle consiste à placer un moteur d’assistance électrique sur le moyeu arrière de la calèche, alimenté par des batteries et géré par un système automatisé spécifique (un peu comme sur le « vélo à assistance électrique »).

Le cheval est donc soulagé à la montée mais aussi à la descente car le moteur est aussi alternateur et sert de ralentisseur dans la pente tout en rechargeant les batteries.

Le système préserve les chevaux en complétant leur efforts au delà d'une consigne réglable, fixée par le meneur.

Les variations dues à la pente (positive ou négative) sont lissées et on est sûr que les animaux restent dans une plage d'efforts respectueuses de leurs capacités physiologiques, celles-ci sont contrôlées lors des essais par une mesure continue du rythme cardiaque à l'aide de cardio-fréquencemètres munis de capteurs sur la ceinture abdominale. La vitesse de pouls cardiaque de chaque cheval est mesurée pendant l'effort pour doser la consigne d'assistance et au moment des phases de récupération pour ajuster le temps de pause.

Pour les essais, c'est un modèle de calèche équipée par la société Méterus (suisse) de Marco Zandonna qui a été choisi, cette voiture fonctionne régulièrement depuis plusieurs années à Mâcon.

En plus des systèmes de contrôle habituels propres à la gestion de l'assistance, la calèche et les chevaux ont été équipés pour ces essais, de capteurs de force supplémentaires (un sur chacun des 4 trait de la paire) reliés à un datalogger (enregistreur numérique), d'un GPS embarqué et de cardio-fréquencemètres (un par cheval).

L'ensemble de ces mesures complémentaires est réalisé par Laurent Maly et Marlène Addes de l'IFCE. Ces données, indépendantes de celles du système embarqué permettront de compléter les observations des meneurs (Philippe Escale et Pierre Gallet) sur l'ensemble de la semaine d'essais en conditions réelles d'exploitation.

Marco Zandonna (de Meterus) et des observateurs indépendants (Deny Fady et Thomas Duguy d'Hippotese) sont aussi venus apporter leur compétences dans l'analyse du fonctionnement de la calèche et des chevaux.

Voici une petite présentation informatique du projet "Datafficheur" que j'avais préparé pour l'Assemblée Générale de la FECTU (en Espagne) ce printemps 2016.

J'ai mis à jour ces diapos avec les dernières avancées de ce travail de recherche pour ceux qui ne pourront pas venir à TraitComtest (et voir de visu l'appareil, qui va sans doute faire causer un peu...) et qui ont été intéressés par le billet précédent (ici).

Bien sûr, sans toutes les explications orales, il manque peutêtre quelques infos mais je pense que l'ensemble est compréhensible (sinon, posez vos questions dans les commentaires...).

Et bien sûr, la présentation complète en pdf ici...

Depuis l'origine d'Hippotese, nous avons toujours cherché à connaître, de manière non empirique, les efforts auxquels nous soumettons nos chers chevaux...

Pour pallier à certaines limites des systèmes de mesure que nous avons testé, Hippotese a inventé (et j'ai mis au point) un appareil qui permet le suivi "in situ" et en "Temps Réel" des Efforts de traction...

Mais laisser-moi vous présenter l'intérêt du système dans ces 2 petites vidéos...

I) L'introduction...

NB : je vous ai transcris ici le texte du commentaire des vidéos pour plus de confort (la qualité du son n'est pas très bonne et vous pouvez le couper).

Je vais vous présenter une simulation de l'utilisation du Datafficheur qui va permettre, je l’espère, de vous prouver l'intérêt de cet appareil (inventé par l'association Hippotese et mis au point par moi-même).

Cette simulation repose sur des données réelles qui ont été récupérées lors d'une expérimentation qui a eu lieu en mai 2015 chez Thierry Bonnamour à Dullin en Savoie.

Lors de cette expérimentation, Michel Carrel a enregistré à l'aide d'un capteur dynamométrique placé sur le palonnier les efforts du cheval qui tractait un épandeur de fumier à prise de force sur les roues, de marque MillCreek.

Cette prise de mesures a permis d’enregistrer sur un DataLogger, 4 fichiers de valeurs brutes correspondantes à l'effort du cheval en Kgforce, à une fréquence de 10 hertz (soit 10 valeurs par seconde).
Ces 4 fichiers reprennent les mesures de l'aller, divisé en 2 parties et du retour divisé lui aussi en 2 parties, à cause des arrêts.

Ils ont permis de tracer 4 courbes après traitement sur un ordinateur. Malheureusement, ces mesures et ces courbes et que l'on peut étudier ne sont accessibles au meneur qu'à posteriori et non en temps réel sur le terrain.

Pour cet essai, si nous avions disposé d'un Datafficheur, nous aurions pû, en temps réel, avoir une idée des efforts (importants) mis en jeu.

Voilà donc à quoi sert un Datafficheur. Il permet de visualiser in situ et en temps réels (à une seconde prés) les efforts du cheval pour éventuellement adapter son menage et ainsi, mieux utiliser la puissance du cheval.

II) La Simulation de fonctionnement...

Simulation d'utilisation du Datafficheur, à partir de fichiers de mesure réels, dans cette petite démonstration...

(Voir l'introduction ci-dessus).

Dans cette démonstration, nous avons placé Le Datafficheur au dessus d'un ordinateur et d'une tablette.

Le Datafficheur va afficher les efforts du cheval, calculés à partir des fichiers de mesures brutes, (comme il pourrait le faire sur le terrain, en temps réels, à partir des données transmises par un capteur dynamométrique placé sur le palonnier par exemple)...

Sur la tablette, à droite, on peut suivre la vidéo de l'expérimentation...

NB : Cette vidéo a été un peu recoupée pour être synchronisée avec les fichiers bruts enregistrés.

Et sur l'ordinateur, à gauche, nous pourrons suivre les calculs des valeurs moyenne et maxi avant leur affichage. Ce suivi est l'écho du travail du microcontrôleur (qui est la partie "intelligente" du Datafficheur).

Lancement de la simulation...

Sur l’afficheur jaune, en haut à gauche, s'affiche la moyenne des 10 valeurs mesurées pendant une seconde.

Sur l'afficheur rouge, en haut à droite, s'affiche la valeur maxi des 10 valeurs mesurées pendant la même seconde.

Dans les paramètres du programme du Datafficheur, on a fixé un seuil, ici à 200 kg.

Quand une des valeurs, moyenne ou maxi, dépasse ce seuil, elle est affichée sous forme clignotante.

NB : Pour cette démonstration, nous avons choisi 200 kg car c'est le double de l'effort que l'on peut demander, en moyenne, à un cheval au pas.

Sur l'ordi, à gauche de l'écran, on peut voir défiler les valeurs brutes de l'effort (ici X) en kilogramme-Force (ou déca Newtons) et les dixièmes de secondes (ici Y).
Ces valeurs brutes sont lues à partir d'une carte SD dans cette simulation en l'absence de capteur dynamométrique.
Toutes les 10 mesures, la Datafficheur calcule la moyenne et le maxi et l'envoie à l'affichage pendant une seconde.
Pendant cette seconde d'affichage, il récupère 10 nouvelles valeurs, fait les calculs et affiche les nouveaux résultats la seconde suivante.

NB : les 4 fichiers de mesures brutes sont précédés d'un double affichage clignotant de 4 chiffres qui annoncent leur numéro (1111, 2222, 3333, 4444).

En Conclusion :

le Datafficheur est un appareil qui permet à un utilisateur d'effectuer un suivi continu et en temps réels des efforts mis en jeu dans la traction d'un outils.

Ici, typiquement l'utilisateur est un meneur qui tout en conduisant son attelage peut surveiller les afficheurs situés dans un boîtier qui sont fixés sur une petite sellette sur le dos ou les reins du cheval.

La prise de mesure se fait à l'aide d'un capteur dynamométrique placé sur les traits ou sur le palonnier et relié au Datafficheur.

Dans le boîtier du Datafficheur, un microcontrôleur effectue les calculs en temps réels à partir des mesures du capteur et envoie les résultats sur les 2 afficheurs.

Pour que ces résultats soient compréhensibles et utilisables, le microcontrôleur calcul la moyenne des valeurs enregistrées pendant un temps donné (ici 1 seconde) et extrait aussi la valeur maxi mesurée pendant ce même temps. Seules la valeur moyenne et la valeur maxi de la seconde précédente sont donc affichées et cet affichage dure une seconde pour être lisible.

Chaque seconde les nouvelles valeurs remplacent les valeurs précédentes.

Deny Fady, avril 2016.