Hippotese, Le cheval de Travail

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mardi 26 avril 2016

Le "Datafficheur", un système de Suivi "Temps Réel" des Efforts en Traction-Animale (1ère partie)

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.

mardi 23 juin 2015

8ème Journée Technique Maraîchage, le 2 mai 2015 à Dullin (Savoie) : Mesure d'efforts avec un épandeur de fumier Millcreek

Lors de la 8ème journée technique sur le maraîchage en traction animale, chez Thierry Bonnamour à Dullin (Savoie, France), Michel Carrel a fait une petite mesure d'efforts lors de l'épandage d'un fumier bien décomposé.


Mesure d'efforts avec un épandeur de fumier en traction animale, au château partagé de Dullin.


Mise en place du capteur de force, on enlève les amortisseurs de traction pour ne pas fausser les mesures...


Vue détaillée du capteur (10 mm de diamètre)...


Le "Data Logger" qui récupère et sauvegarde les données du capteur.

Nous avons utilisé un épandeur TA de marque Millcreek, (origine américaine) à prise de force sur les roues, attelé à un porte-outils Bucher monté en avant-train (avec un attelage à boule).

Nous avons chargé à la main l'épandeur à partir d'un tas de fumier bien décomposé...

Nous avons épandu sur une bande enherbée très mouillée (il avait plu plus de 24 heures d'affilé la veille) d'une centaine de mètres de long au profil légèrement descendant (de gauche à droite par rapport au cameramen).

A l'aller et au retour, il y a eu un arrêt, nous avons donc partagé les mesures en 4 courbes distinctes : Aller-1, Aller-2, Retour-1 et Retour-2.


Thierry Bonnamour et Michel Carrel attentifs pendant les mesures...

Voici déjà la vidéo complète de l'Aller-retour...


Mesure d'efforts en traction animale (épandage... par hippotese

Et voici les 4 courbes des 4 parties...


De 20 à 200 Kgf, force moyenne 83 Kgf, durée 25 secondes.


De 15 à 240 Kgf, force moyenne 93 Kgf, durée 36 secondes. Total 1mn1s


De 20 à 300 Kgf, force moyenne 147 Kgf, durée 28 secondes.


De 25 à 300 Kgf, force moyenne 120 Kgf, durée 46 secondes. Total 1mn14s

Nota : Attention les courbes ne durent pas le même temps (de 25 à plus de 46 secondes), ce qui explique que "l’accordéon" soit plus ou moins serré...

Thierry Bonnamour (utilisateur habituel de l'épandeur) nous précise :
La bande enherbée fait une longueur de 90 m avec une pente longitudinale de 2 % environ (pour un dévers, en largeur, de 5%).
Le volume épandu est de 0.68m3 (densité inconnue).

L’épandeur utilisé est un épandeur Millcreek qui a été acheté en France chez Equip-Equestre.fr, qui a un volume "annoncé" de 1,5 M3.
Thierry pense que l'indication de ce volume est exagérée, sauf à remplir l'épandeur au delà des bords de la benne, ce qu'il n'a pas essayé.


L'épandeur Millcreek sur le site de http://www.equip-equestre.fr.


Vue des pignons d’entraînement du tapis et du hérisson, le mouvement est pris sur les roues de l'épandeur.

Michel Carrel (qui a réalisé le relevé des mesures) nous précise :
Tant les tracés que les forces moyennes ne doivent pas être pris comme parole d'évangile, les mesures ayant été effectuées un peu à l'arrache et sur des durées très courtes.
Visuellement nous avions l'impression que le tirage était plus important que mesuré (83 à 147 Kgf de moyenne). La variabilité de ces forces est probablement influencée par la texture du compost et par le chargement de l'épandeur.
L'amplitude de l'oscillation des forces est importante, allant parfois jusqu'à 200 Kgf (de 50 à 200) et doit rendre le travail plus pénible pour l'équidé. Dans ce contexte, les ressorts de traction, que nous avions enlevé pour les mesures (pour des problèmes de montage) sont probablement très bénéfiques.

Informations tirées du film :
Le terrain est très mouillé (on voit bien la terre et l'herbe qui adhère aux roues), ce qui est logique avec les pluies de la veille, on peut penser que le coefficient d'adhérence est très désavantageux pour le cheval.
Le harnais "en mancelles" qui laisse libre verticalement les brancards, favorise peutêtre les "coups de raquette" que l'on aperçoit dans le film quand le terrain présente des irrégularités (et qui sont visibles aussi sur les graphiques).
On voit bien, au retour que le cheval est dans un effort très important, on peut se poser la question de l'organisation du chantier qui aurait permis de faire le même travail sans un tel effort.

Intérêt des mesures dynamométriques :
Outre l'intérêt scientifique de connaître la valeur absolue des forces en présence qui confirme ce que nous préconisons à Hippotese, c'est à dire qu'un cheval de 700-800 kg ne doit pas effectuer un effort prolongé de plus de 100 kgf (98,1 dN) au pas (4,3 km/h).
On peut ici facilement constater que le cheval est dans un effort acceptable tant qu'il reste en moyenne autour de 90 kgf, mais que c'est trop dur quand l'effort moyen est de 130 kgf.
On peut aussi constater que la variation de poids du fumier, entre l'aller et le retour (la moitié du fumier est distribué) semble beaucoup moins influer que la pente (2 %) dans l'effort mesuré.
Dans le cas qui nous intéresse, on pourrait donc, tirer certains enseignements des mesures, en particulier en terme d’organisation du travail, même s'Il nous manque l'effort de traction pur (sans mettre en route le mécanisme de distribution), à vide, en charge et en demi-charge , et ce, à l'aller (descente) comme au retour (monté) pour pouvoir vraiment valider une organisation plus efficace des déplacements.

Proposition d'une nouvelle organisation :
Les mesures dynamométriques, pour ne pas rester théoriques, doivent nous permettre de proposer de nouvelles organisations (typiquement souvent, comme ici, de nouveaux parcours) plus économes en effort.
Regardons ce que celà pourrait donner sur notre petit exemple d'épandage...
Et tout d'abord, petit schéma du déplacement tel qu'il a été effectué (voir film) :


Le schéma du déplacement réel...

On peut à priori penser pour améliorer l'organisation du chantier :

Qu'Il serait judicieux, de distribuer le fumier en 2 passages sur cette parcelle mais toujours dans le sens de la descente (gauche à droite) et donc...

- Première solution, de remonter la bande de terrain sans distribution (par le bas de la parcelle), puis de faire un deuxième passage en distribution en descente.


Première proposition de déplacement demandant moins d'effort, le cheval remonte la pente latérale par le bas sans épandre puis effectue son 2ème épandage à la descente...

- Ou Deuxième solution, de ne remplir que la moitié de la charge, aller l'épandre, puis revenir remplir une demi-charge et refaire un tour d'épandage (toujours dans le sens de la descente, gauche-droite). Ce qui suppose que l'épandeur fonctionne aussi bien avec une charge de demi-hauteur (ce qui n'est pas sûr) ou qu'il faut réduire l'utilisation de la benne à sa partie arrière avec une cloison mobile par exemple.


Deuxième solution de déplacement demandant moins d'effort, le cheval effectue 2 épandages à demi-charge (avec demi-remplissage au départ et demi-remplissage avant le deuxième tour).

Conclusion :
On voit bien dans cet exemple l'intérêt des mesures dynamométriques qui permettent d'affiner notre perception des efforts mis en jeu en traction animale.
Nous sommes évidemment conscients que nous ne pouvons pas faire de mesures d'une valeur "scientifique" à Hippotese, car nous ne sommes pas en laboratoire et aussi par manque de temps (il faudrait faire des mesures en ne faisant varier qu'un seul des paramètres et répéter ces mesures un grand nombre de fois pour avoir une valeur moyenne statistique des résultats), nous sommes et restons dans des situations de travail réel.
Néanmoins, avec ces mesures "de terrain" et une vidéo accompagnatrice, un travail de réflexion collectif est possible pour améliorer l'organisation de nos chantiers (au niveau des harnais, des parcours, des matériels employés, des méthodes de menage...), et le choix des solutions peut être validé par une confirmation numérique (à posteriori) des améliorations, (en terme d'effort), obtenues.

On peut aussi rêver de systèmes embarqués qui permettront bientôt de faire ces mesures en continu et donc d'affiner, en direct, nos méthodes de travail. Nous en reparlerons bientôt sans doute...