Compactage autonome : la/l' (r)évolution dans la construction routière

Ce qui se passe encore actuellement dans la zone délimitée d'une piste d'essai fait partie du futur projet "rouleaux autonomes". Il faudra de nombreuses années avant que les rouleaux HAMM ne puissent se déplacer et compacter de manière totalement autonome. Mais les analyses et les tests de HAMM ont déjà montré une chose : avec des rouleaux se déplaçant de façon autonome, la qualité et l'efficacité du compactage peuvent être sensiblement améliorées. L'utilisation de systèmes d'assistance dans les voitures particulières et les camions modernes est actuellement en augmentation rapide. Les systèmes GNSS pour la navigation, le régulateur de vitesse, l'assistant de régulation de distance, l'assistant de trajectoire, les aides au stationnement et à la direction ou l'allumage et l'extinction automatiques des feux de croisement gagnent du terrain, jour après jour. Dans de nombreux pays, ils sont même proposés en standard dans les véhicules neufs. Ces systèmes d'assistance constituent la base des camions et des voitures autonomes qui sont déjà sur les pistes d'essai aujourd'hui, développés par les pionniers de l'industrie.

HAMM : faiseur de tendance avec le rouleau autonome

HAMM est un pionnier dans ce domaine, c'est ce qu'explique Dr. Klumpp, ingénieur en génie mécanique : "À l'heure actuelle, nous ne connaissons aucune autre entreprise de notre industrie qui possède un rouleau à déplacement autonome. Grâce à nos recherches, nous savons que nos clients peuvent augmenter la qualité de compactage et l'efficacité économique de ces rouleaux. Nous constatons que d'autres entreprises leaders dans leur secteur étudient déjà les opportunités et les effets du "chantier autonome". Depuis un certain temps déjà, nous sommes en dialogue avec quelques-uns de nos clients à ce sujet. L'objectif est, d'une part, d'optimiser encore les processus de construction dans un contexte de disponibilité limitée de personnel qualifié et, d'autre part, de disposer de machines de haute qualité, hautement efficaces et économes en ressources."

Une étude de conception est déjà disponible

Axel Römer, responsable de la recherche et du développement chez HAMM, et son équipe ont déjà étudié à quoi pourrait ressembler un rouleau autonome : "Nous avons pris en compte les aspects techniques, constructifs et économiques et les avons évalués dans diverses études. Résultat : un rouleau sans conducteur n'a pas besoin d'un poste de conduite, mais de beaucoup plus de capteurs qui surveillent non seulement les paramètres de compactage mais aussi l'environnement du rouleau. Nous avons combiné ces exigences et voyons beaucoup de nouvelles possibilités constructives. Cela nous permettrait de construire des rouleaux autonomes avec des diamètres de cylindre nettement plus grands, un réservoir d'eau plus grand et de l'espace pour les batteries d'un rouleau à entraînement électrique. Cela apporte des avantages en termes de qualité, de respect de l'environnement et d'efficacité."

En collaboration avec des designers industriels, HAMM a développé et conçu un concept correspondant, étude de conception incluse. Le résultat est impressionnant – en particulier le cylindre de la machine 9 tonnes d'un diamètre d'un peu moins de 2 m. De plus, la hauteur totale de la machine est nettement inférieure à celle des machines actuelles avec cabine ou toit.

Les systèmes d'assistance sont déjà utilisés aujourd'hui

Il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant qu'une telle machine ne devienne réalité – chez HAMM, nous pensons en décennies. Mais le voyage a déjà commencé il y a longtemps par l'utilisation de nombreux systèmes d'assistance. Premier exemple : le HCQ Navigator, déjà bien connu. À l'aide d'un ordinateur embarqué à bord du rouleau, il affiche en temps réel les données GNSS, la fréquence et l'avancement du compactage. À cela s'ajoutent des fonctions de conduite telles que la marche arrière automatique ou le régulateur de vitesse et des fonctions de sécurité telles que les caméras de recul. Toutes ces fonctions délestent le conducteur et améliorent déjà aujourd'hui la qualité du compactage. Les développeurs de HAMM travaillent déjà sur d'autres systèmes tels que l'assistant de trajectoire, des assistances de direction supplémentaires et le perfectionnement du HCQ Navigator.

Capteurs et programmation complexes

Pour qu'un rouleau puisse se déplacer de manière totalement autonome avec un compactage de haute qualité, il faut beaucoup plus de capteurs et un logiciel plus intelligent qu'avec les rouleaux actuels. Les capteurs recueillent toutes les données pertinentes de l'environnement du rouleau. Il s'agit notamment de la position dans l'espace, de la direction du déplacement, de la distance par rapport aux autres objets, des paramètres actuels du matériau de la surface à compacter (p. ex. température et rigidité) ou des informations météorologiques (p. ex. vent ou vitesse de refroidissement). Le rouleau doit comparer ces données avec les spécifications de la surface (où faut-il compacter ?), du schéma de compactage (combien et quels rouleaux travaillent ensemble ?) ou du type de compactage souhaité (quel teneur en vides est souhaité ?). De plus, la stratégie de compactage est cartographiée ; la carte contient des instructions de manipulation pour le braquage avant la marche arrière, le traitement des bordures, la vitesse de déplacement, l'utilisation des systèmes d'excitation, etc. Bref : c'est une tâche complexe.

10 000 heures de fonctionnement sur la piste d'essai d'endurance

HAMM a déjà accompli avec succès les premiers pas dans cette direction. Et pas seulement sur le papier, mais très concrètement sous la forme de la piste d'essai d'endurance de l'usine de Tirschenreuth et de la construction d'un "rouleau suiveur" qui suit une machine sans conducteur. La piste d'essai d'endurance est opérationnelle depuis 2014. Elle a été créée principalement pour tester des prototypes. Depuis lors, les développeurs de HAMM laissent fonctionner leurs nouveaux développements jour et nuit, des semaines durant, en mode test, dans des conditions reproductibles – sans pilote. La machine complète un programme défini de manière autonome, se déplace elle-même pour faire le plein et s'éteint automatiquement à la fin des tests. Pour s'assurer que le rouleau n'entre pas en collision avec des personnes ou des objets, les développeurs HAMM ont mis en place une surveillance complète des zones avoisinantes. "Nous avons maintenant effectué plus de 10 000 heures de fonctionnement sur cette piste d'essai et nous avons beaucoup appris sur la conduite autonome", explique Dipl.-Ing. Hans-Peter Patzner, qui a contribué au développement du système de commande de ce système. Maintenant, un nouveau défi l'attend, car une deuxième piste d'essai est en cours de construction chez HAMM, afin qu'à l'avenir, deux rouleaux puissent rouler simultanément sur le site. "Nous avons développé à cet effet un système de surveillance des collisions – une autre étape importante vers une conduite autonome ", rapporte l'expert en automatisation.

Rouleau suiveur sans conducteur

L'orientation du deuxième projet était différente : En collaboration avec la Hochschule Osnabrück, il a été possible d'entraîner automatiquement un rouleau transformé, sans conducteur, derrière un finisseur simulé. Dr.-Ing. Römer, le responsable du développement, déclare à ce sujet : "En approfondissant l'idée de ce "rouleau suiveur", nous pourrons exploiter de nombreux potentiels en automatisant le processus de compactage. Ainsi la qualité augmentera grâce au respect des fenêtres de vitesse et des voies. En freinant le rouleau de manière ciblée, il est possible d'éviter les dépassements des zones de traitement et donc les surcompactages. Enfin et surtout, un changement très précis de la trajectoire de roulement permet également d'éviter les déformations. Tous ces systèmes conduisent automatiquement à une plus grande efficacité – surtout si de tels concepts sont appliqués à l'ensemble des parcs."

Une meilleure qualité grâce à l'automatisation

Quelle que soit la conception future du compactage autonome – dans l'optique actuelle, le chemin pour y parvenir passe par les systèmes d'assistance. "Au cours des prochaines années, ils vont progressivement alléger la charge des conducteurs, mais se sont déjà inspirés de la vision du rouleau autonome. Et bien sûr, chaque nouvelle fonction d'assistance est également utile pour le processus de compactage, indépendamment de la vision du rouleau autonome", explique Dr. Klumpp. Tant que la surveillance de l'environnement n'est pas suffisamment précise pour une conduite totalement indépendante, un conducteur à bord du rouleau restera indispensable. Il ne devrait intervenir plus que dans certaines situations, par exemple lors du ravitaillement, du chargement et du déchargement ou lorsque des événements imprévus se produisent. Aujourd'hui, la situation est déjà similaire dans l'aviation : dans les avions commerciaux modernes, le pilote automatique et d'autres systèmes effectuent la majeure partie du travail pendant le vol. Les pilotes eux-mêmes ne contrôlent l'avion que pendant le décollage et l'atterrissage et dans des situations inhabituelles – à part çà, leur tâche principale consiste à surveiller le processus.

Les nouveaux produits nécessitent un cadre juridique

Jusqu'à ce que les rouleaux compactent sur le "chantier autonome", au-delà de la technologie, il faudra également clarifier les questions juridiques. Entre autres : Qui est responsable si une machine automome cause des dommages ? Le fabricant, le propriétaire, le planificateur ? En outre, les questions relatives à l'évaluation des cas de doute devront être clarifiées : Le système de commande doit-il être conçu de manière à protéger un objet dans l'environnement ou la qualité de compactage optimale doit-elle toujours être privilégiée ? Ces aspects devront être discutés par les fabricants et les utilisateurs en dialogue avec les clients, les autorités, les politiques et les législateurs.

Davantage de structure dans le processus de construction

Le développement de machines de construction autonomes étant associé à un certain effort pour les constructeurs, HAMM a également réfléchi aux conditions limites dans lesquelles de tels systèmes vont s'établir. Dr. Klumpp déclare à ce sujet : "Nous pensons que des routes en asphalte et en béton seront encore nécessaires et construites dans 50 ans. Cependant, pour sauter le pas vers des machines autonomes, l'environnement et donc les processus de construction doivent changer. Dans notre industrie, par exemple, il y a des machines qui fonctionnent de façon autonome dans le secteur minier. Là-bas, on travaille avec des systèmes fermés qui sont hautement standardisés, il y a peu de points de contact avec le monde extérieur et peu d'effets imprévisibles sur le processus. Dans des conditions limites aussi clairement définies, d'énormes tombereaux transportent déjà la roche sur des kilomètres sans chauffeur à travers de grandes mines. Dans la construction routière, par comparaison, les processus sont beaucoup plus indéterminés et moins structurables. Chaque chantier est différent. Il y a beaucoup plus de contacts avec l'environnement (et donc plus de risques potentiels) et le comportement des utilisateurs n'est pas uniforme. Pour que nous soyons en mesure d'accroître encore le potentiel grâce à l'automatisation, il faudrait, par exemple, introduire de plus grands lots de construction et davantage de standardisation dans la construction routière. Cela exige à son tour un changement de mentalité de la part des planificateurs et des sociétés exécutantes."

Du conducteur de rouleaux au gestionnaire de rouleaux

Conséquence de cela, la profession de conducteur de rouleau va également changer. Dans un premier temps, une plus grande automatisation pourrait atténuer le problème de la pénurie de travailleurs qualifiés, entre autres. À l'étape suivante, lorsque des rouleaux suiveurs ou des rouleaux largement télécommandés conquerront le chantier de construction, le profil de la profession changera une fois de plus : Du conducteur, qui contrôle une machine, au gestionnaire de rouleaux, qui – peut-être même depuis le bureau – paramètre et surveille un parc entier de machines. Une telle évolution se produira dans un premier temps dans les pays où les salaires sont élevés, à condition qu'elle apporte des avantages qualitatifs et commerciaux. Dans ce cas, il s'agira de réaliser des économies grâce à une plus grande efficacité avec moins de personnel. De plus, grâce à la qualité supérieure, les travaux de reprise seront inutiles. Bien entendu, tout cela nécessite des interfaces et des outils de planification appropriés de la part des planificateurs et des clients, ainsi que le cadre juridique correspondant. Cet environnement devra se développer en parallèle avec les machines.