Albin ROUSSEL – Spécialité Topographie

Transcription

Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
Mémoire de soutenance de Diplôme d’Ingénieur INSA
Spécialité TOPOGRAPHIE
Gestion des informations topographiques et de production
sur les grands chantiers linéaires
Utilisation de la plateforme Internet Trimble Connected Community
associée au visionneur VisionLink
Application aux lots du chantier de Ligne Grande Vitesse SEA
(Tours-Bordeaux) affectés à la société RAZEL-BEC
Projet soutenu en Septembre 2012 par Albin ROUSSEL
Réalisé au sein de l’entreprise : Razel-Bec
3, Rue René RAZEL
91892 – ORSAY Cedex
Directeur de PFE :
M. LE PAGE
Ingénieur en Chef :
M. LECLERC
Correcteurs :
M. KOEHL
M. LEDIG
Mémoire de Projet de Fin d’Études 2012 – Albin ROUSSEL – Spécialité Topographie
REMERCIEMENTS
En tout premier lieu, je remercie la société Razel-Bec d’avoir accepté de mener ce Projet de
Fin d’Études (PFE) et d’avoir retenu ma candidature.
J’adresse tout particulièrement mes remerciements à mon tuteur de stage Thomas LECLERC,
qui est l’initiateur de ce projet et qui s’est investi pour que celui-ci puisse voir le jour. Je le remercie
également de son aide essentielle pour la découverte des systèmes de guidage d’engins, de
l’organisation entre les différents services de l’entreprise et celle du phasage du chantier, des
multiples techniques mises en œuvre par l’ensemble des corps de métiers, etc. Je le remercie aussi
pour avoir facilité mon intégration dans les équipes des chantiers où nous avons travaillé.
Je remercie mon directeur de PFE Rolland LE PAGE, ainsi que tous les collaborateurs qui
m’ont guidé dans la réalisation et la finalisation de ce projet.
Je remercie notre partenaire principal Sitech, distributeur français du groupe américain
Trimble, qui a participé à ce projet et apporté son soutien matériel et son savoir-faire technique. Je
remercie Philippe DESHAYES, le directeur support de Sitech qui fut mon interlocuteur principal pour
m’avoir apporté les réponses aux questions que je me suis posées durant cette étude.
Je remercie vivement les équipes de chantier qui m’ont très bien accueilli, qui m’ont appris les
ficelles de leur métier et avec lesquelles j’ai pu travailler dans des conditions favorables.
Enfin, je remercie spécialement l’équipe pédagogique de l’INSA de Strasbourg, à savoir
l’ensemble du corps enseignant interne et externe à l’école, des techniciens des laboratoires de
topographie et de photographie, pour la formation technique, managériale et linguistique qui nous a
été dispensée durant ces 3 ans au sein de la filière Topographie.
1
2
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ............................................................................................................................................. 1
SOMMAIRE ...................................................................................................................................................... 2
INTRODUCTION ................................................................................................................................................ 4
I.
PRÉSENTATION DU CONTEXTE DE L’ÉTUDE .............................................................................................. 6
A.
B.
II.
L’ENTREPRISE RAZEL-BEC ET LE GROUPE FAYAT ..................................................................................................... 6
LE CHANTIER DE LA LGV SUD EUROPE-ATLANTIQUE (SEA) ..................................................................................... 9
L’ÉTAT DE L’ART SUR LES CHANTIERS LINÉAIRES DES TRAVAUX PUBLICS ............................................... 12
A.
B.
C.
D.
E.
III.
CRÉATION ET RÉALISATION D’UN PROJET ............................................................................................................ 12
Mensura ....................................................................................................................................................... 12
Business Center – HCE .................................................................................................................................. 15
LES TECHNIQUES ACTUELLES DES CHANTIERS DE TERRASSEMENT ............................................................................. 16
Organisation et maitrise d’œuvre ................................................................................................................ 17
Installation GNSS et guidage des machines ................................................................................................. 17
Les dispositifs de la communication ............................................................................................................. 18
PRINCIPES ET ÉQUIPEMENTS DE GUIDAGE DES MACHINES ...................................................................................... 19
La Pelle (d’après Sitech *2010+, Brochure GCS900HEX 3D Pelle) .................................................................. 20
Le Bouteur (d’après Sitech *2010+, Brochure GCS900 Bull) ........................................................................... 20
La Niveleuse (d’après Sitech *2010+, Brochure GCS900 Niveleuse)............................................................... 21
SUIVI DU MOUVEMENT DE TERRE ET DES MACHINES ............................................................................................. 21
ANALYSE CRITIQUE DES TECHNIQUES ACTUELLES .................................................................................................. 22
ETUDE DES NOUVEAUX ÉQUIPEMENTS ET LOGICIELS ........................................................................ 24
A.
CHOIX DU TYPE DE SYSTÈME GNSS ................................................................................................................... 24
B.
ETUDE DU MODEM SNM940 ET DE LA PLATEFORME VISIONLINK ........................................................................... 26
C.
TRIMBLE CONNECTED COMMUNITY (TCC)......................................................................................................... 28
Configuration matérielle nécessaire au fonctionnement de TCC ................................................................. 28
Mise en place de la plateforme et de l’espace dédié au chantier ................................................................. 29
Espace de stockage des données .................................................................................................................. 30
Plateforme de transfert d’informations ....................................................................................................... 31
Utilisation de Visual Organizer (VO) ............................................................................................................. 34
Configuration des bases IBSS ........................................................................................................................ 35
Schéma de synthèse du système .................................................................................................................. 37
IV.
MISE EN PLACE DES SYSTÈMES SUR LE CHANTIER .............................................................................. 38
A.
ETUDE FINANCIÈRE DU SYSTÈME TRIMBLE .......................................................................................................... 38
Coût initial du système utilisé sur le lot 10 ................................................................................................... 38
Les avantages de l’ensemble du système ..................................................................................................... 41
B.
INSTALLATION DES BASES GNSS....................................................................................................................... 42
Configuration des radios .............................................................................................................................. 43
Détermination des coordonnées des bases .................................................................................................. 45
V.
EXPÉRIMENTATION DU SYSTÈME ........................................................................................................... 46
A.
TESTS DE RÉCEPTION DU RÉSEAU 3G ................................................................................................................. 46
B.
TESTS DU DÉBIT DES RÉSEAUX 3G ET EDGE........................................................................................................ 50
TEST DE PRÉCISION ET DE RÉCEPTION DU SYSTÈME GNSS VIA L’IBSS ....................................................................... 51
Contrôle de la fréquence de réception des corrections GNSS ....................................................................... 51
Expérimentation du système IBSS ................................................................................................................ 52
D.
TEST DE MESURES GNSS AVEC COMMUNICATION RADIO ...................................................................................... 55
C.
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ...................................................................................................................... 57
BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................................. 60
TABLE DES FIGURES ........................................................................................................................................ 61
INDEX DES TABLEAUX .................................................................................................................................... 62
TABLE DES ÉQUATIONS .................................................................................................................................. 62
3
4
INTRODUCTION
Ce mémoire de Projet de Fin d’Étude présente l’ensemble de l’étude réalisée au sein de
l’entreprise Razel-Bec en partenariat avec la société Sitech, distributeur français du constructeur
Trimble. Ce projet s’est déroulé sur les lots obtenus par Razel-Bec sur deux chantiers successifs :
celui de la Ligne Grande Vitesse Est Européenne (LGV EE) dans le Bas-Rhin (67) suivi de celui de la
LGV Sud Europe-Atlantique (LGV SEA) en Charente (16). La direction du PFE est assurée par
Rolland LE PAGE, directeur de la cellule topographique de l’entreprise Razel-Bec qui siège à Orsay
(91), et le tutorat par Thomas LECLERC, successivement chargé du Bureau d’Études sur la LGV EE
puis chef topo d’un lot acquis par Razel-Bec sur le SEA. J’occupe le poste de stagiaire topo dans le
service de Thomas et ma tâche est essentiellement orientée à la réalisation de l’étude, bien que cela
ne m’empêche pas de m’intéresser aux événements qui se produisent sur le chantier, afin de parfaire
ma formation dans le domaine des Bâtiments et Travaux Publics (BTP).
Les travaux de terrassement d’un chantier de construction de LGV sont réalisés par un parc
de machines : pelles, bouteurs, niveleuses, dumpers, etc. Ces engins de terrassement permettent de
mener les opérations de mouvement de terre consistant à transférer les matériaux de déblais vers les
zones de remblais (remblais courants, blocs techniques, dépôts, etc.), en minimisant au possible les
apports des fournisseurs extérieurs (carrières). L’optimisation de ces mouvements de terre passe par
la maîtrise du matériel et la planification rigoureuse des différentes activités de réalisation des
ouvrages.
Les opérations de terrassement sont définies par le projet d’exécution réalisé dans les
bureaux d’études à l’aide de logiciels de DAO/CAO (Dessin/Conception Assistée par Ordinateur tels
que Mensura, Covadis). Les informations géométriques retenues pour la création des ouvrages de
déblais et de remblais sont les éléments surfaciques et linéaires 3D correspondant aux couches de
matériaux des structures d’assise de la LGV. Ces informations sont transférées depuis l’ordinateur
vers les contrôleurs (carnets de terrain) afin que les techniciens topographes puissent procéder à
leurs travaux d’implantation, et les conducteurs à leurs travaux d’excavation, de remblai et de réglage.
Nous avons constaté que certaines étapes de ce processus demandent à être optimisées
pour apporter une meilleure gestion des activités du chantier, en vue de l’amélioration de la rentabilité
des travaux.
D’une part, il s’avère que la transmission des projets de l’ordinateur vers les contrôleurs
s’effectue en mode filaire. Ce procédé ne facilite pas la fluidité des travaux du chantier, obligeant
notamment les opérateurs topographes à multiplier les allers-retours aux bureaux pour y recueillir les
informations géométriques. De cette situation résulte une perte de temps et donc une baisse de
productivité (temps de trajet, périodes non-productives, consommation de carburant).
D’autre part, nous avons remarqué qu’il n’existe aujourd’hui pas de méthode précise pour
mesurer en temps réel les volumes de terre déplacés. En effet, la procédure actuelle consiste à
estimer le volume de matériaux contenu dans un camion, puis de déduire le volume déblayé ou
remblayé à partir du nombre de rotation des camions.
La problématique de l’étude consiste donc à mettre en place un système adapté aux grands
chantiers linéaires améliorant la gestion des informations topographiques et de production,
notamment entre les opérateurs sur le terrain (techniciens topographes et chauffeurs de machines) et
le chef topo au bureau.
L’objet de ce PFE est d’apporter des réponses à cette problématique avec l’utilisation de la
plateforme Internet Trimble Connected Community et du logiciel VisionLink. Le dispositif TCC gère le
transfert bidirectionnel des données numériques entre les serveurs de Trimble et les contrôleurs
installés sur les cannes GNSS ou embarqués dans les machines guidées ou asservies, via les
technologies sans fil 3G et bientôt Wifi. De plus, en assurant la gestion des mouvements des terres en
temps réel, VisionLink permet par modélisation différentielle le calcul des volumes de matériaux
réellement déblayés ou remblayés.
Par ailleurs, les systèmes de guidage installés nous permettront de tester les autres
fonctionnalités de la plateforme VisionLink pour le suivi des machines. Ce logiciel permet
effectivement de contrôler la production d’un engin en termes de positionnement dans le projet, d’état
de marche, de temps d’utilisation, et toute autre donnée technique relative à son fonctionnement
propre.
De plus, les besoins de positionnement des opérations de guidage d’engins nécessitent la
réception de corrections GNSS qui s’effectue actuellement par le biais des ondes radios. Il s’agit d’une
technique fiable et éprouvée qui fournit de bons résultats, mais dont la portée reste actuellement
limitée à 5 km environ. L’étude tend à faire évoluer cette méthode en vérifiant si les corrections GNSS
peuvent transiter de manière fiable par le réseau Internet. Cela permettrait de mettre en place un
réseau de bases GNSS qui apporterait une meilleure homogénéité des corrections sur une zone plus
étendue.
Suite à ces constats un projet d’étude a été défini, visant à atteindre les principaux objectifs
suivants :
Premièrement, étudier l’intérêt et le fonctionnement de la plateforme TCC pour le transfert des
informations topographiques entre les ordinateurs de bureau et les contrôleurs de terrain. Cela
consiste à tester la facilité de création et d’utilisation de la plateforme, d’en définir les points forts et les
limites au niveau des formats de fichiers supportés, de la vitesse d’échange, de l’espace de stockage
dédié, etc.
Deuxièmement, concrétiser l’installation d’un système utilisant VisionLink et TCC sur le
chantier linéaire de la LGV SEA Tours-Bordeaux. Cela signifie trouver les sites d’accueil optimaux
pour les bases GNSS, prévoir le matériel nécessaire pour équiper ces bases et guider des machines,
et définir les coûts de cette opération.
Troisièmement, expérimenter la fiabilité de ce dispositif sur l’ensemble des facteurs influant le
transfert des données et la précision du guidage des machines, à savoir la qualité de la couverture du
réseau, de la stabilité de la connexion Internet, et de la transmission des corrections GNSS par
Internet, etc.
Enfin, à l’issue de ces tests sera apportée une conclusion sur l’intérêt, la fiabilité et la
rentabilité de ce système pour ce type de chantier, assortie de pistes de réflexion sur les éventuelles
améliorations à développer.
5
6
I.
PRESENTATION DU CONTEXTE DE L’ETUDE
a. L’entreprise Razel-Bec et le groupe Fayat
Razel-Bec est une entreprise spécialisée dans le terrassement, le génie civil, les travaux
routiers et souterrains. Elle fait partie du groupe FAYAT, qui se place au rang de n°4 français dans le
BTP. Ce groupe a été créé en 1957 par l’entrepreneur Clément FAYAT, qui en assure aujourd’hui la
présidence. L’entreprise conserve un cadre familial car les directeurs généraux sont Jean-Claude et
Laurent FAYAT, ce dernier étant également le président du groupe Razel-Bec. En 2010 le groupe
FAYAT dénombrait 17 171 collaborateurs au sein d’un réseau de 118 filiales autonomes présentes
sur tous les continents. Son chiffre d’affaires pour l’exercice 2010 s’élève à plus de 2,7 milliards
d’euros, dont la moitié est issue des activités du BTP et des fondations spéciales.
Figure I.1: Activité du groupe FAYAT
L’entreprise Razel-Bec est issue des fusions successives entre octobre 2011 et février 2012
des 4 groupes suivants : RAZEL, BEC, FAYAT TP et CARI TP. Ce regroupement a pour objectif
d’accroître la puissance du groupe FAYAT sur ses implantations locales françaises, et de permettre la
diversification et l’export des activités de l’entreprise à l’international, notamment dans les domaines
de l’industrie, du génie civil, des mines, et des travaux urbains.
Razel-Bec bénéficie des savoirs-faires multi-métiers des entreprises qui la composent :
RAZEL : entreprise fondée en 1880 et spécialisée dans le génie civil (ouvrages d’art), le
terrassement et les travaux souterrains principalement. Acquise par FAYAT en 2008.
BEC : acteur majeur des Travaux publics dans les constructions routières, aéroportuaires,
ferroviaires et tunneliers. Il est intégré dans le groupe FAYAT en 2002.
CARI : fondée en 2004, ses activités concernent majoritairement la construction de
bâtiments, et les services de conception-réalisation (montage et pilotage de projets, etc.).
Elle rejoint le groupe en 2010.
FAYAT TP : fondée en 1957 et développe ses compétences dans les travaux de
terrassement, d’assainissement, de voirie et de génie civil.
Fort de ce regroupement, Razel-Bec présente un chiffre d’affaire en 2011 de 704 millions
d’euros, avec une prévision à 789 millions d’euros en 2012. Son effectif est de 5 400 personnes, et
son carnet de commande s’élève à 1,1 milliard d’euros, ce qui assure au groupe une activité sur 16
mois [Source : Interview de Laurent FAYAT publiée sur LeMoniteur.fr le 17/11/2011]
Razel-Bec est implantée essentiellement dans les régions du sud de la France, ainsi qu’aux
alentours de Paris. Son siège social est installé au 3 rue René RAZEL - Christ de Saclay - 91892
ORSAY Cedex. L’entreprise est aussi répartie sur l’ensemble du continent africain depuis 1948, de la
Mauritanie jusqu’au Mozambique.
Figure I.2 : Répartition géographique de l'entreprise RAZEL-BEC
L’entreprise a publié ses carnets de chantier 2011 dans lesquels elle renseigne sur l’ensemble
des chantiers récemment achevés ou toujours en cours, toutes activités confondues. Elle présente
aussi un récapitulatif sur l’économie du groupe, et notamment des informations sur l’effectif de
l’entreprise et la répartition du CA par secteur d’activité :
Figure I.3 : Effectif du groupe et répartition du CA par nature en 2011
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Pour témoigner de la diversité des activités exercées par RAZEL-BEC, voici un aperçu des
chantiers réalisés par l’entreprise ces dernières années, en fonction des différents domaines de
compétence :
 Génie civil
Viaduc de Meaux (Seine-et-Marne, déc. 2006) : pont de 1 200m de long.
Usine de dépollution des eaux du Havre (Seine-Maritime, nov. 2010)
Réacteur de recherche nucléaire Jules Horowitz (Bouches-du-Rhône, 2013)
 Travaux souterrains
Tunnel de sécurité de Fréjus (Savoie, nov. 2012) : tunnel long de 6 440m
Prolongement de la ligne 4 du métro parisien (Hauts-de-Seine, août 2010)
 Terrassement
LGV Rhin-Rhône, lot C3 (Franche-Comté, mai 2010) : tracé de 20,2 km.
Autoroute A4, Contournement Sud de Reims (Marne, août 2010) : 12,6 km
Autoroute A714, Bretelle autoroutière de Montluçon (Allier, mai 2011) : 10 km
 Génie urbain, environnement et qualitatif
Tramway de Montpellier (Hérault, ligne 1 en juil. 2000, ligne 2 en déc. 2006)
Tramway du Mans (Sarthe, nov. 2007)
Parc urbain de Clichy-La-Garenne (Hauts-de-Seine, sept. 2010)
 Barrages, travaux maritimes et fluviaux
Barrage de Koudiat Acerdoune (Algérie, oct. 2008)
Port de Roscoff (Finistère, 2001)
Par ailleurs, notre projet est mené en collaboration avec l’entreprise Sitech, distributeur
français des produits Trimble pour le BTP. Cette dernière est une société américaine fondée en 1978
qui propose principalement des solutions matérielles et logicielles pour le positionnement de précision
s’adaptant aux métiers et aux besoins spécifiques de ses clients. Son principal secteur de
développement est la technologie GNSS appliquée à la topographie, au guidage d’engins, aux
plateformes de communication. Elle produit aussi des instruments de topographie classique
(tachéomètres, systèmes laser) ainsi qu’une large gamme de logiciels dotés de palettes d’outils plus
ou moins fournies, afin que les clients puissent choisir la formule qui leur convient le mieux (logiciels
de guidage 2D ou 3D d’engins, modules supplémentaires pour compléter la version initiale du logiciel
VisionLink, etc.)
. A l’heure actuelle, la société Trimble propose les produits les plus aboutis dans le domaine
des TP, bien que ses concurrents commencent à développer des solutions intéressantes et efficaces.
L’équipe Sitech intervient dans ce projet au niveau de la mise à disposition des plateformes Internet
TCC et VisionLink, pour l’installation et la calibration matérielle (capteurs, antennes) des systèmes de
guidage d’engins (pelle, bouteur, niveleuse), mais aussi grâce à son expertise sur le choix du réseau
GNSS à mettre en place, et son assistance pour résoudre les problèmes rencontrés durant l’étude.
Ce projet a été réalisé sur deux chantiers de LGV distincts : la LGV EE 43B et la LGV SEA lot
10. Ce dernier a été le lieu du déroulement des principaux tests de l’étude.
b. Le chantier de la LGV Sud Europe-Atlantique (SEA)
L’objectif de ce chantier est la construction d’une nouvelle ligne TGV
entre Tours et Bordeaux. Cela se traduit par la pose de 302 km de rails pour la
section courante et de 40 km de raccordements aux réseaux ferrés existants,
ainsi que la construction de 1000 ouvrages d’art dont 19 viaducs. La direction
des travaux est déléguée au maitre d’œuvre COSEA (COnstruction SEA) qui
correspond au groupement d’entreprises piloté par Vinci Construction (VCT),
dont Razel-Bec, Guintoli, Eurovia, etc. Comme l’a souligné le vice-président de
Razel-Bec, c’est la première fois que l’entreprise se retrouve à agir au sein
d’un groupement, avec toutes les lourdeurs administratives et procédurales
que cela implique. Cela explique une partie des ralentissements constatés lors
de la mise en route du chantier, du retard pris sur le planning et de la perte
d’une partie de la saison estivale pour le début des travaux.
Figure I.4 : Trace
de la LGV SEA
[Source : LISEA]
Le financement du projet s’élève à 7,8 milliards d’euros grâce à un partenariat public-privé
(PPP) entre LISEA (LIgne SEA), RFF (Réseau Ferré de France) et l’Etat. RFF a désigné LISEA
comme maitre d’ouvrage et concessionnaire de la ligne pendant 50 ans, ce qui signifie en assurer la
construction, l’exploitation et la maintenance durant 50 ans à compter du début des travaux.
Le tracé de la LGV est découpé en plusieurs tronçons répartis entre les entreprises de
terrassement. Le chantier est divisé en 6 sections désignées par une lettre de A à F elles-mêmes
séparées en 15 lots, chacun sous la responsabilité d’une société de travaux. La taille d’un lot varie en
fonction de la topographie du terrain, des enjeux et objectifs à atteindre, des délais à respecter. Les
lots sont divisés en différentes zones de travaux délimitées par le projet théorique : remblais, déblais,
ouvrages d’art (pont-route, viaduc) ou hydrauliques (bassin hydraulique, dalot), etc.
Le repérage global le long du projet s’effectue grâce aux points kilométriques, dont l’origine se
trouve à Tours (PK = 0km). Il est ensuite affiné dans le synoptique visuel des lots par l’utilisation des
points métriques qui offrent une localisation plus précise et sont utilisés par les topographes pour
situer leurs travaux d’implantation (PM = 0+000m à Tours). Les zones d’ouvrages courants et non
courants (remblais, déblais, etc.) sont désignées par la moyenne des valeurs des PM à leurs
extrémités, arrondies à l’hectomètre (RBT 1786, VIA 1769 sur le lot 10). Les ouvrages d’art ponctuels
sont identifiés par le PM le plus proche (PRO 1795 au PM 179 494).
Figure I.5 : Synoptique visuel du lot 10
9
Dans le cadre de ce chantier, Thomas et moi avons été affectés sur le lot 10 de la Section E
(Charente, 16). Nous nous sommes installés dans les locaux provisoires à Villognon où sont
rassemblées les équipes des lots 10 et 11 avant séparation vers les bureaux définitifs à proximité de
la trace, respectivement à Luxé et Asnière. Le lot 10 comprend une partie section courante de 4,5 km,
à laquelle on ajoute 5,2 km de raccordements au réseau ferroviaire existant (voir Figure I.6). Les
enjeux importants de ce lot nécessitent qu’il soit achevé en 1 an. En effet, les matériaux et les rails
nécessaires aux lots environnants seront acheminés par l’intermédiaire des nouveaux raccordements
au réseau ferré existant du lot 10. Les opérations de mise en place de la structure de la LGV des
autres lots dépendent donc directement de la date d’achèvement des travaux du lot 10.
Le lot 10 contient les ouvrages suivants :
6 zones de remblai
3 zones de déblai
2 raccordements aux voies ferrées existantes
1 viaduc (traversée de la Charente)
1 saut de mouton (surplomb de la voie existante)
1 pont-route (passage de la route au-dessus de la voie ferrée)
4 ponts-rails (passage de la route en-dessous de la voie ferrée)
Viaduc
Installations du Lot 10
Raccordement PRO VN2
Déblai (rouge)
LOT 10
10
Installations provisoires
Point kilométrique
Remblai (vert)
Ligne TGV existante
Saut de mouton
Raccordement PRO VN1
Figure I.6 : Vue en plan du lot 10 [Source : Google Earth]
Figure I.7 : Types d'ouvrages d'art rencontrés dans le lot 10 [Source : LISEA]
Au niveau de la Topographie, plusieurs règles édictées par le SGI (Sous-Groupement des
Infrastructures) sont à respecter pour assurer l’homogénéisation des données sur l’ensemble de la
trace (Source : Organisation des activités topographiques au sein du SGI).
 Système de coordonnées 3D :
Référentiel : RGF93 et sa projection associée Lambert 93
Modèle de géoïde : RAF09
Altitudes normales IGN-69 rattachées au Nivellement Général de la France
 Détermination des points de canevas par l’entreprise FIT ESIC:
Méthode GNSS statique avec utilisation de 6 récepteurs géodésiques bi-fréquences de
type Leica 1203, assurant la détermination de chaque point par 5 vecteurs simultanément.
Post-traitement en plusieurs étapes des vecteurs avec le logiciel Leica Géo Office v8.0,
voir le détail dans l’Annexe I.1.
Altimétrie réalisée par nivellement direct double de précision avec un niveau numérique à
lecture automatique de type Leica DNA03 et une mire de polygonation.
 Précision relative des points du réseau
Planimétrie : 3 mm + 0,5 ppm
Altimétrie :
1 mm + 1 ppm
L’immersion dans un milieu professionnel avec ses acteurs, ses règles et ses contraintes
permet de m’adapter rapidement au rythme de l’entreprise et d’étudier les moyens que celle-ci met
traditionnellement en œuvre au sein de ses chantiers, en termes d’organisation, de matériel, etc.
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12
II.
L’ETAT DE L’ART SUR LES CHANTIERS LINEAIRES
DES TRAVAUX PUBLICS
La documentation faisant référence aux innovations méthodologiques et techniques dans
l’univers du BTP est plutôt rare. Cela s’explique par le fait que les études sur les nouvelles
technologies sont menées par des professionnels internes à une entreprise. En effet, à l’inverse des
chercheurs qui publient les conclusions de leur enquête afin de les partager avec la communauté
scientifique, les ingénieurs du BTP se servent de leur travail de recherche pour apporter une plusvalue à leur société et la rendre compétitive vis-à-vis de ses concurrents. Il n’y a donc pas de rapports
de recherche publiés sur les études les plus récentes, ce qui rend la recherche bibliographique
laborieuse. Ainsi, les principales informations que j’ai pu récolter se trouvent sur des forums
professionnels, dans les fiches techniques distribuées par les principaux constructeurs (Trimble,
Leica), dans les mémoires de PFE partagés par les étudiants des années passées. La meilleure
source de renseignements reste la discussion avec les spécialistes des entreprises d’accueil et
partenaires qui suivent l’actualité et les évolutions des outils et des méthodes de travail.
La recherche bibliographique m’a permis de comprendre le déroulement des étapes d’un
chantier, de me familiariser avec le matériel et les principes de fonctionnement du guidage des
machines, de m’informer sur les caractéristiques des différents réseaux GNSS existants pour choisir
le plus adapté à nos besoin. Tous ces éléments sont développés et détaillés dans les sous-parties
suivantes.
a. Création et réalisation d’un projet
Les plans et projets d’exécution constituent le support technique des opérations de
mouvement de terre dans les chantiers de terrassement. Ils présentent l’état final de l’ouvrage à
atteindre à la fin du chantier, ainsi que des éléments relevés en cours d’exécution des travaux. Les
informations géométriques retenues pour la création des ouvrages de déblais et de remblais sont des
éléments surfaciques et linéaires 3D. Ceux-ci correspondent aux couches de matériaux qui
composent les structures d’assise de la LGV. Ces informations sont transférées depuis l’ordinateur
vers les contrôleurs (carnets de terrain) afin que les techniciens topographes puissent procéder à
leurs travaux d’implantation, et les conducteurs à leurs travaux d’excavation, de remblai et de réglage.
Cette partie décrit les étapes nécessaires à la création d’un projet avec le logiciel Mensura et
à la transmission manuelle de ce projet vers les contrôleurs de terrain (via un câble qui relie le
contrôleur à l’ordinateur). L’intérêt est de comprendre les étapes de réalisation et la mode d’échange
des plans utilisés quotidiennement par les techniciens topographes et les conducteurs d’engins, afin
d’amorcer la réflexion sur l’optimisation de ces processus.
Mensura
Mensura est un logiciel de CAO développé par l’entreprise Geomensura qui conçoit et édite
des logiciels pour les métiers de l’infrastructure. Il particulièrement adapté à la création d’axes et de
plateformes de projet. Les lignes du projet sont créées dans ce logiciel avant d’être exportées en
LandXML (format d’échange de données 3D) dans Business Center pour la génération des surfaces.
 Création d’un axe en plan :
Pour commencer, se placer dans le module de projet linéaire. Ensuite, créer l’axe en fonction des
données connues, c’est-à-dire les coordonnées planimétriques référencées des sommets de l’axe
ainsi que les distances et les gisements des éléments qui le constituent.
Figure II.1 : Tracé de l'axe en plan
 Création du profil en long de l’axe :
Dans le menu Profils, choisir la fonctionnalité « profil en long ». De la même manière que l’étape
précédente, il faut entrer les données adéquates, à savoir les coordonnées des points caractéristiques
(PR ; Z), avec PR les points de repères et Z l’altitude NGF69, les pentes des droites et les rayons des
arcs et des paraboles.
 Création des tabulations :
Elles sont générées tous les 20 mètres le long de l’axe en plan, ainsi qu’aux points de repères
intermédiaires en cas de variation des profils en travers. Dans le module Tabulations, cliquer sur
Implanter en série. Pour tabuler l’ensemble de l’axe, choisir les points de début et de fin, puis indiquer
la distance de séparation, soit 20m. Pour créer les tabulations intermédiaires, choisir « Ajouter une
tabulation », insérer une ligne dans l’intervalle voulu et entrer le PR concerné.
Figure II.2 : Insertion des tabulations
13
14
 Tracé des profils en travers type :
Dans le menu « Profils », choisir la ligne « Profil type», puis cliquer sur le bouton « Éditer ». La
meilleure façon de procéder est de lier les points du profil à un point pivot bien précis. Ainsi, lorsqu’il
faut changer la largeur ou la pente de la ligne de projet, le fait de modifier les propriétés de ce point
pivot entraîne la modification de l’ensemble du profil.
Dans l’édition de profil, placer les points en fonction des données connues. Des codes sont à affecter
aux points pour les désigner uniformément sur l’ensemble des profils. Les points sont ensuite reliés
pour former des couches qui caractérisent les matériaux utilisés.
Figure II.3 : Tracé du profil en travers type
 Affectation des profils type :
La fonction « Affecter Profil Type » dans les « Tabulations » permet d’associer aux tabulations
sélectionnées le profil type voulu.
 Afficher le projet :
Pour visualiser le projet sur le plan, choisir dans « Axe » la « Restitution en plan ». Sélectionner les
tabulations extrêmes, la distance entre les points à générer et valider. Les polylignes 3D
caractéristiques du projet apparaissent sur la vue en plan.
Figure II.4 : Restitution en plan du projet
Pour superposer le projet de voirie au terrain naturel (TN), il faut créer un MNT. Dans le module
« Terrain », il faut importer le semis de points et les lignes d’arêtes dans Mensura. Dans le menu
« Terrain », choisir la fonction de modélisation. Celle-ci doit s’effectuer en deux temps, pour ne pas
générer d’erreurs : il faut commencer par modéliser les lignes, puis relancer le processus avec les
points du semis uniquement.
Figure II.5 : Création du MNT
Maintenant que les lignes 3D sont générées, nous pouvons les importer dans BC – HCE.
Business Center – HCE
Business Center-HCE est un logiciel de CAO développé par Trimble. Il permet la création des
projets qui vont être exportés vers les contrôleurs et les machines de chantier équipées par Trimble.
Ces projets sont composés de points topographiques, de lignes 3D et de surfaces maillées.
 Création d’une surface (Annexes II. 1 à 3)
Dans Business Center (BC), créer une nouvelle étude et y intégrer les fichiers concernant le chantier
(modèle associé, configuration du pilier GNSS, carte du chantier, etc.).
Importer l’alignement et les polylignes 3D précédemment créés sous Mensura.
Pour créer une surface, cliquer sur le bouton correspondant
(ou dans le menu Surface).
Nommer la surface, définir la catégorie à laquelle elle appartient et sélectionner les éléments
nécessaires pour la former.
Pour modifier les paramètres de la surface afin de contrôler la géométrie des triangles qui la
composent, aller dans le menu Etude > Paramètres de l’étude > Calculs > Surface. D’ici, les fonctions
« Distance d’échantillonnage maximum » modifie l’espacement des points créés sur une même
polyligne, et « Longueur de bord maximum » détermine la longueur des arêtes des triangles sur le
bord de la surface.
La vue 3D permet de contrôler qualitativement la validité de la surface générée.
 Export vers le carnet de terrain GCS900 (machines)
Commencer par aller dans Fichier > Exporter. Choisir les éléments suivants :
Format du fichier : Exportateur de projet de chantier de la machine
Type de modèle : Surface de voirie
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Surface : [ Nom de la surface créée ]
Alignement : [ Alignement importé depuis Mensura ]
Carte du projet : sélectionner dans la vue 2D les éléments qui serviront de fond de plan
Nom du fichier : spécifier le chemin d’export de la surface ; il est préférable de créer un
nouveau dossier propre à chaque surface.
Ensuite, il est important de vérifier que l’export a été réalisé avec succès. Cela consiste à vérifier dans
le dossier de destination que 3 fichiers ont été créés : ceux-ci portent les extensions .cfg (fichier de
calibration de l’antenne GNSS), .svd (fichier des informations sur la surface et les alignements
d’orientation), .svl (fichier des informations de la carte de chantier).
 Export vers le carnet de terrain SCS900 (canne GNSS)
Le but ici consiste à créer un « projet de chantier » qui s’intègre à la hiérarchie des fichiers implantée
dans le SCS900.
La première étape consiste à sélectionner le chantier auquel est rattaché le carnet de terrain. Pour
cela, cliquer sur l’icône
(ou dans le menu Données de terrain > Gestionnaire de chantier). Dans la
fenêtre qui s’ouvre, il suffit de choisir le bon chantier, et d’y intégrer des éléments supplémentaires,
tels que la carte de chantier, le contrôleur de chantier concerné (s’il est déjà connu, sinon choisir
« _Non-affecté actuellement »), les zones d’évitement, etc. (Annexe II.4)
La deuxième étape est la création du projet de chantier en lui-même. Cliquer sur l’icône
, puis
entrer le nom du projet et choisir un contrôleur dans la liste. (Annexe II.5)
Ensuite, il faut procéder à la modification du modèle du projet, en choisissant le type « Surface de
Voirie » qui permet d’associer l’alignement à la surface créée. L’ajout d’une carte du projet permet
d’obtenir des informations de positionnement géographique sur une zone plus étendue que celle du
projet seul.
Enfin, fermer la fenêtre et vérifier que le projet a bien été généré dans le répertoire spécifique aux
carnets de terrain SCS900 nommé « Trimble Synchroniser Data », situé par défaut sur la racine du
disque local (C:).
 Envoi des données via TCC
Cette étape, qui permet le transfert des données entre le bureau et le terrain via Internet, est décrite
en détail dans la partie III.c.
Après l’étude de la création et du transfert des plans et des projets d’exécution créés par le
Bureau d’études, nous allons axer notre recherche sur les moyens matériels et organisationnels mis
en œuvre par l’entreprise pour en assurer la réalisation.
b. Les techniques actuelles des chantiers de terrassement
J’ai eu l’opportunité durant ce P.F.E. de suivre l’activité de deux chantiers de même type, le
premier concernant la réalisation de la LGV Est-Européenne vers Strasbourg et le second le début de
la construction de la LGV SEA à proximité d’Angoulême. Ces chantiers ne possèdent pas la même
organisation ni les mêmes méthodes de travail, ce qui me permet de les comparer pour établir un état
de l’art plus large sur les techniques utilisées sur les chantiers français de terrassement. Les
informations détaillées ici ont été collectées auprès des professionnels de l’entreprise Razel-Bec et
Trimble qui interviennent sur ces chantiers.
Organisation et maitrise d’œuvre
La maitrise d’œuvre remplit des rôles différents en fonction de l’importance et de l’organisation
d’un chantier. Cette distinction est flagrante sur les deux sites que j’ai pu suivre au cours de ce projet.
La construction de la LGV EE consiste en un chantier traditionnel pour l’entreprise Razel-Bec.
Celle-ci est en charge de réaliser deux lots mitoyens (43b et 49) sur lesquels elle décide seule des
méthodes de travail à mettre en application. Elle rend des comptes au maitre d’œuvre SETEC présent
sur ces lots qui assure le contrôle des opérations menées par Razel-Bec. Il a le pouvoir de bloquer ou
faire reprendre certaines opérations en cas de non-conformité des travaux avec le cahier des charges.
D’autre part, le maitre d’œuvre sur le chantier de la LGV SEA est le groupement COSEA
d’entreprises de terrassement et de génie civil piloté par VCT. Son département SGI édicte les règles
et les procédures à appliquer par tous les acteurs du chantier afin d’homogénéiser leurs méthodes de
travail, les rapports d’opérations générés, etc. Cela concerne également les consignes de sécurité et
de respect de l’environnement, sujets très sensibles sur ce chantier, où la volonté de la direction est
d’atteindre « Zéro accident » et où 240 espèces de la faune et de la flore sont protégées. COSEA
assume ainsi l’encadrement du chantier, le contrôle des plans d’exécution et le contrôle de la
réalisation des travaux (points d’arrêts).
Installation GNSS et guidage des machines
Le chantier de la LGV EE est géoréférencé grâce à des antennes GNSS installées sur des
piliers en béton. Ces antennes sont espacées de 5 km environ et disposées en quinconce par rapport
à la trace de la LGV. Les coordonnées 3D des piliers ont été déterminées par lever GNSS statique sur
une durée de 30 min, ce qui assure une précision de calage de la base GNSS de l’ordre d’1 cm en
planimétrie et d’1,5 cm en altimétrie. Sur chaque pilier est installée une base de type Trimble ou Leica,
reliée à deux radios propres à chaque constructeur (voir Figure II.6). Ce dispositif permet à chaque
base d’envoyer des corrections vers les récepteurs de chaque fabriquant, par le biais de signaux
radios d’Ultra Haute Fréquence (UHF) spécifique à chaque pilier. En effet, les matériels Leica sont
équipés de radios SATEL qui utilisent un protocole de
transmission spécifique à celles-ci, lequel ne leur permet de
communiquer qu’entre elles. De même, les carnets de terrain
Trimble associés aux antennes mobiles et aux machines ne
reçoivent que les signaux radios des émetteurs de la même
marque. Cette installation rend possible l’utilisation combinée
de matériels différents au sein d’un même lot, en mettant en
place une unique base par pilier. Ce système assure une
précision de 2 cm pour les levers en Stop&go, de 5 cm en
mode dynamique pour les pelles et les bouteurs (engins de
production lourds) et d’1,5 cm pour les niveleuses (réglage fin
des couches).
Figure II.6 : Images d’une base GNSS et d’un
couple d’antennes radio
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Sur le chantier du SEA, la cellule topographique de l’entreprise VCT a mis en place un réseau
de stations permanentes réparties le long de la trace. Ces bases GNSS sont espacées de 20 km
environ et reliées au réseau 3G afin de permettre la transmission des corrections par Internet. Des
tests ont été menés pour mesurer la précision fournie par ce système. Ils consistent à se connecter
aux bases VCT pour lever à différentes dates les bornes qui parsèment la trace de la LGV. Les
résultats obtenus sont mitigés : il a été constaté qu’entre les différentes déterminations, les écarts sur
les coordonnées planimétriques n’excède pas 2 cm quel que soit le moment du lever, tandis que ceux
sur la composante altimétrique atteignent 10 cm pour les cas les plus défavorables. La conclusion de
cette étude est que l’utilisation de ce système est fiable pour des opérations utilisant uniquement la
planimétrie (implantations des emprises du chantier, des sondages géotechniques, etc.), et que
chaque lot devait utiliser son propre réseau lorsque des mesures altimétriques sont nécessaires (lever
du terrain, implantation des entrées en terre, guidage des machines, etc.)
Au niveau des machines, depuis le chantier de la LGV EE la société Razel-Bec se fournit en
système de guidage de la marque Trimble. Le parc des engins équipés pour le guidage comprend
deux pelles et un bull avec un système de deux antennes, ainsi qu’une niveleuse dotée d’une antenne
unique. Sur chaque type de machine sont posés les capteurs nécessaires au bon fonctionnement du
guidage. De plus amples informations sur ce système sont apportées dans la partie II.b consacrée
aux principes et matériel du guidage des machines.
Les dispositifs de la communication
Les moyens de communication mis à disposition par les entreprises sont en fonction de
l’importance et de l’organisation générale du chantier, du nombre de collaborateurs à informer, etc.
Par conséquent, de grandes différences sont notables entre les chantiers de la LGV EE et du SEA à
ce niveau.
Sur le chantier alsacien, Razel-Bec est la seule entreprise qui travaille sur ses propres lots.
Elle a donc mis en place un serveur interne de partage de fichier pour ses employés. L’organisation
des documents est laissée à la liberté du personnel qui gère le classement de leurs dossiers
numériques.
Au niveau de la communication interne, la transmission des projets s’effectue essentiellement
au sein des bureaux de l’entreprise. Le cheminement-type de délivrance d’un ordre de mission à une
équipe de terrain est le suivant : le Bureau d’Étude (BE) est informé par le chef de l’équipe qu’une
opération de terrain doit se dérouler dans un secteur du chantier. Il consulte alors le projet des Études
pour déterminer les informations géométriques nécessaires à la mise en œuvre de cette opération
(polylignes 3D, MNT, axe de la LGV, etc.), lesquelles sont ensuite extraites vers un nouveau fichier
d’étude dans le logiciel BC-HCE. Un ordre de mission est alors créé avec ces données, auquel sont
ajoutées les instructions quant à la tâche à accomplir. Ce fichier est finalement exporté dans un format
qui le rend compatible avec les carnets de terrain Trimble SCS et GCS. L’opérateur de terrain dispose
ainsi d’un support de travail et de la carte du projet tous deux référencés pour accomplir le travail
demandé.
Si un problème survient sur le terrain, l’opérateur doit téléphoner à son supérieur hiérarchique,
lequel s’entretient avec le BE pour trouver une solution. Dans la majeure partie des cas, il doit
retourner au bureau pour obtenir un plan modifié à synchroniser dans son carnet de terrain, car il ne
possède pas d’ordinateur portable ni de clé 3G pour recevoir ce plan directement sur place.
Au niveau de la maitrise d’œuvre, l’entreprise doit diffuser quotidiennement les nouveaux
plans produits dans ses bureaux. Pour cela, la documentaliste récupère l’ensemble des plans
récemment imprimés pour les apporter dans les locaux de SETEC à Saverne.
Sur le chantier du SEA, la communication entre les services internes et externes s’organise
par le biais de l’outil informatique de Gestion Electronique de Documents (GED) mis à disposition par
COSEA. Cette plateforme Internet gérée par les documentalistes rassemble tous les fichiers
numériques mis en ligne par les différents services qui ont besoin d’être diffusés. Le partage d’un
fichier débute par la création d’une fiche documentaire spécifique dans laquelle est saisie une
description standardisée pour faciliter les recherches par critères ou mots-clés. Le processus de
validation d’un document est segmenté en plusieurs phases, lesquelles sont codifiées par des
symboles afin de connaître directement la fiabilité du fichier (validé, en cours de validation, refusé).
Les bases GNSS permanentes installées sur la trace de la LGV permettent aux mobiles et
aux machines guidées de recevoir les observations GNSS nécessaires à l’accomplissement de leurs
travaux. Les notions relatives aux systèmes de guidage d’engins sont traitées dans la partie suivante.
c. Principes et équipements de guidage des machines
Le principe de base de guidage ou d’asservissement des engins de terrassement consiste à
définir la position réelle de l’outil d’attaque de la machine considérée afin de la comparer au projet. Le
dispositif utilisé permet de connaître en temps réel et avec une précision quasi-centimétrique la
position tridimensionnelle de cet outil. Le conducteur de l’engin dispose quant à lui d’une tablette PC
sur laquelle figure le projet du chantier et l’ordre de mission qui lui ont été fournis. Les avantages de
ce type de système sont multiples :
 Maîtrise en temps réel des opérations de mouvement de terre en cours, grâce à la
connaissance à chaque instant de l’altitude du terrain modifié. Cela permet de s’assurer de la
conformité des travaux avec le projet donné par le Bureau d’Études.
 Détection immédiate des problèmes au niveau de la topographie des lieux vis-à-vis du projet
théorique qui permet l’établissement rapide d’un rapport sur les difficultés rencontrées.
 Assistance aux manœuvres des conducteurs grâce à des barrettes de voyants LED qui
indiquent l’altitude de la lame/du godet par rapport à l’altitude du projet théorique. Cela accélère
efficacement la cadence du travail et permet au conducteur de se contrôler de manière autonome.
Dans la plupart des chantiers, trois types de machines sont régulièrement équipés en
systèmes de guidage: la pelle, le bouteur (ou « bulldozer ») et la niveleuse. Dans le cadre de cet état
de l’art, il est nécessaire de faire une étude des outils matériels et du principe de fonctionnement des
systèmes de chaque engin. Les informations ci-dessous proviennent de la documentation technique
fournie par le groupe Sitech, distributeur du fabricant de matériel Trimble.
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La Pelle (d’après Sitech [2010], Brochure GCS900HEX 3D Pelle)
Le principe de fonctionnement du système de guidage adapté à la pelle est parfaitement
expliqué et illustré dans la documentation technique de Sitech, dont la Figure II.7 présente un extrait :
Figure II.7 : Fonctionnement du guidage de pelle [Source : Sitech]
Le matériel nécessaire au fonctionnement de ce dispositif comprend un ensemble de capteurs
angulaires ainsi qu’un système de récepteurs GNSS :
Capteurs de dévers AS450 pour le godet, le balancier et la flèche. Ils fonctionnent au moyen
d’un gyroscope et mesurent la relation entre les angles de ces trois éléments de la pelle
Deux antennes GNSS MS992 fixées à chaque extrémité du contrepoids de la pelle
Une radio SNR410 pour fréquences de 430 à 450 Mhz (associée aux antennes GNSS)
Contrôleur CB460 avec le logiciel GCS900
Le Bouteur (d’après Sitech [2010], Brochure GCS900 Bull)
Deux antennes GNSS fixées sur des mâts situés à chaque extrémité supérieure de la lame.
Elles permettent le positionnement et le calcul du dévers de celle-ci
Une radio SNR410
Valve module VM4XX qui permet le calibrage automatique des vérins de contrôle altimétrique
et dévers de lame. Il bénéficie pour cela d’algorithmes de calculs puissants et personnalisés
pour chaque machine
Module d’alimentation PM400 qui contrôle et régule l’alimentation
électrique de l’ensemble du faisceau de câbles et des composants
Figure II.8 : Bouteur
La Niveleuse (d’après Sitech [2010], Brochure GCS900 Niveleuse)
Une antenne GNSS MS992 fixée à un mât situé à l’une des extrémités de la lame
Capteur de rotation RS400 qui mesure la rotation de la lame pour corriger la variation du
dévers entraînée par cette rotation
Capteur de dévers et profil en long AS400 qui offre une plage de mesure de pente de 100%,
et dont la composante de profil en long mesure l’accélération de la machine et corrige l’impact
de cette force sur les mesures des autres capteurs
Capteur de bascule qui mesure l’inclinaison de la lame dans le sens de la marche de la
niveleuse
Module d’alimentation PM400
Valve module VM4XX
Une radio SNR410
Figure II.9 : Niveleuse
Par ailleurs, toutes les machines sont équipées d’un boitier Caterpillar
PL522 utilisé pour la gestion de flotte. Cela consiste à enregistrer les
caractéristiques inhérentes à l’engin : consommation en carburant, position
approximative sur le chantier, temps d’utilisation, etc. Ce dispositif permet de
contrôler l’état des machines ainsi que leur consommation, de réagir aux
tentatives de vols, d’anticiper le coût d’un échelon, etc.
Figure II.10 : PL522
Les machines équipées sont utilisées pour les opérations d’excavation et de remblai des
matériaux. Ces derniers sont ensuite transportés par les tombereaux vers les sites de dépôts, de
blocs techniques, etc. Ces transferts sont organisés, suivis et contrôlés pour répartir intelligemment
les matériaux sur l’ensemble du lot : ce processus correspond au mouvement de terre.
d. Suivi du mouvement de terre et des machines
Le mouvement de terre est l’activité de base des chantiers de terrassement et constitue le
travail de l’ingénieur travaux terrassement. Le principe général est de maitriser le déplacement des
volumes de matériaux de déblais vers les zones de remblais (remblais courants, blocs techniques,
dépôts, etc.) en minimisant les déplacements des matériaux et en réduisant au possible les apports
des fournisseurs extérieurs (carrières). Le transfert des matériaux est rigoureusement planifié à court
et long termes afin d’optimiser la mise en dépôt et le trajet des engins de chantier. L’objectif est de
privilégier la réutilisation des matériaux sur l’ensemble du chantier et de diminuer leur coût de
transport au niveau de la consommation en carburant, du temps du trajet, etc. Par conséquent, les
matériaux sont transférés d’un déblai vers le remblai le plus proche, et les périodes et zones d’activité
des machines sont planifiées de façon précise.
En amont, le bureau d’études (BE) fournit à l’ingénieur travaux des tableaux récapitulant les
volumes de matériaux théoriques à déplacer pour chaque ouvrage de remblai et de déblai. Ces
tableaux ont été établis par comparaison du projet théorique avec le terrain naturel situé dans les
emprises de la trace de la LGV. Ils contiennent des informations sur la nature des ouvrages (remblai,
purge), le type de matériau (terre végétale, roches), le nom de l’échelon utilisé, etc.
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Le suivi du mouvement de terre nécessite le calcul des volumes de matériaux déplacés lors
de chaque opération d’excavation ou de remblai. Pour cela, les chefs de chantier tiennent
quotidiennement des journaux dans lesquels ils inscrivent le nombre de rotation des camions
(scraper, semi-articulé, tombereau) et le volume estimé de matériaux transportés. Ces informations
sont ensuite entrées dans un logiciel de suivi du mouvement de terre appelé « Hermès » qui calcule le
volume total de matériaux déplacés lors d’une opération. De son côté, l’ingénieur travaux remplit ses
propres fiches journalières à partir des volumes indiqués dans le tableau du BE et des prévisions de
travaux sur les ouvrages. La corrélation entre les deux résultats permet de vérifier que les estimations
concordent, en cas contraire des ajustements pourront être envisagés (révision du volume de
matériaux estimé par camion, etc.).
Une manière de calculer ce volume est de peser les camions. L’objectif premier est de vérifier
que la charge maximale supportée par un camion n’est pas dépassée, mais cela permet aussi la
détermination des volumes et du prix des matériaux transportés.
Ponctuellement, les techniciens topographes effectuent le relevé des remblais (dépôts, blocs
techniques, etc.) pour apporter à l’ingénieur travaux une valeur plus précise des volumes de
matériaux mis en place dans le cadre de la réalisation du projet et ceux stockés en dépôts provisoire
ou définitif.
A présent que nous avons analysé les différentes techniques et méthodes utilisées sur les
chantiers français contemporains, nous allons tout d’abord procéder à la recherche des points faibles
de celles-ci afin de réfléchir ensuite éléments qui pourraient les améliorer.
e. Analyse critique des techniques actuelles
Les techniques décrites dans la partie II sont toutes éprouvées et utilisées couramment sur
les chantiers actuels. Cela n’empêche pas qu’elles présentent des imperfections ou inconvénients qui
demandent à être corrigés. Cette sous-partie traite des points forts et des faiblesses de chaque
technique décrite dans la partie précédente, de manière à faire apparaitre les éléments à optimiser.
L’intégration des systèmes GNSS sur les chantiers, tant sur les cannes topographiques que
sur les machines, a entrainé une amélioration du rendement et de la productivité des travaux. La
capacité à connaître en temps réel sa position 3D avec une précision quasi-centimétrique, de
contrôler le déroulement des opérations de mouvement de terre pour éviter les erreurs coûteuses en
temps et en argent, et de régler les talus et les plateformes avec les machines est un progrès
substantiel dans le monde du BTP.
Cependant, ce système est encore en développement et connait des limites assez
contraignantes. Tout d’abord, les antennes GNSS ne sont pas organisées en réseau et ne fournissent
donc pas les mêmes corrections aux récepteurs, ce qui est problématique au niveau des zones de
recouvrement car cela nécessite une calibration ou un ajustement de l’altitude de la base. Le système
de communication par radios est quant à lui fiable et éprouvé, mais présente l’inconvénient d’une
portée très courte : environ 10 km pour un terrain plat, réduite de moitié dans les zones accidentées.
Cela entraine la multiplication des piliers supportant les bases GNSS permanentes de part et d’autre
de la trace de la LGV.
Ensuite, la transmission des données entre les bureaux et le terrain reste laborieuse, surtout
si des soucis apparaissent en cours de journée, ce qui est relativement fréquent. Dans le cas des
projets chargés dans les machines, les chefs d’équipes qui constatent les problèmes appellent les
bureaux pour leur exposer la situation, et doivent souvent y retourner pour importer dans les
contrôleurs les projets modifiés. Etant donné que le chantier est étendu linéairement, ces allersretours incessants sont très chronophages, et donc coûteux. De plus, équiper tous les chefs d’équipe
en ordinateurs portables et clé 3G serait d’un côté assez cher, et de l’autre très risqué d’emporter ces
derniers sur les chantiers (risques de dégradations, destruction ou vols).
Enfin, les outils actuels de calcul du mouvement de terre sont assez performants pour
connaître avec une précision correcte les volumes de matériaux déplacés. Il s’agit cependant d’une
méthode fonctionnant a posteriori qui ne permet pas la détermination en temps réel des volumes.
L’intérêt du temps réel est par exemple de distribuer les matériaux de déblais issus d’une excavation
vers différents dépôts en fonction de la capacité de stockage de ces derniers, ou encore de constater
que les machines travaillent avec un rendement suffisant pour respecter les délais fixés.
A ce stade de l’étude, nous avons effectué l’état des techniques et des méthodes mises en
œuvre sur les chantiers de terrassement, et nous avons cerné plusieurs de leurs aspects qui
pourraient bénéficier d’une amélioration. Nous allons maintenant procéder à l’étude des équipements
matériels et logiciels susceptibles d’apporter l’optimisation recherchée.
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III.ETUDE DES NOUVEAUX EQUIPEMENTS ET
LOGICIELS
a. Choix du type de système GNSS
Cette étude cherche à déterminer s’il est possible de substituer au système GNSS utilisant les
communications radio un dispositif mettant en œuvre le relais des mesures GNSS via Internet. Dans
l’affirmative, cela permettrait d’étendre les fonctions de TCC à la gestion des appareils GNSS, ainsi
que d’optimiser le réseau en termes de densité des bases, de portée de la couverture, etc.
Il est nécessaire en premier lieu de déterminer le type d’installation GNSS à mettre en œuvre.
Les critères à respecter sont :
 Calculer en RTK (Real Time Kinematic) les coordonnées corrigées du mobile.
 Assurer une précision tridimensionnelle quasi-centimétrique pour permettre les opérations
dynamiques de guidage d’engins (terrassement, réglage de couches).
 Emettre les corrections dans une large zone de manière à limiter le nombre de stations
permanentes à implanter.
 Communiquer au minimum par UMTS (ou « 3G ») pour permettre la transmission des
données entre la plateforme TCC et les contrôleurs via Internet.
Etant donné que ce chantier se déroule en partenariat avec Trimble, les deux choix proposés
par la société sont l’utilisation d’un réseau VRS (Virtual Reference Station) ou la mise en place de
stations IBSS (Internet Base Station Service). Chaque système possède ses atouts et limites qui ont
été analysés afin d’opter pour le plus fiable en termes de réponse aux besoins du chantier ainsi que
d’applicabilité dans les délais qui nous sont impartis et au vu des moyens dont nous disposons.
Le système VRS développé par Trimble fonctionne grâce à un réseau de stations GNSS
permanentes connectées à un centre de calcul. Les observations issues de ces stations et les
coordonnées approchées de l’antenne mobile sont envoyées vers le centre de calcul qui les traite
pour modéliser les erreurs perturbant les mesures GNSS (erreurs ionosphériques, troposphériques et
d’éphémérides). Le serveur génère ensuite une station virtuelle à proximité de l’antenne mobile,
laquelle reçoit les corrections atmosphériques et d’orbites comme si un vrai pivot était installé. Cette
méthode permet à l’utilisateur de travailler sans base à mettre en station, ainsi que de réduire
considérablement les erreurs qui augmentent avec la longueur des lignes de base. De plus,
l’association des stations en réseau permet d’obtenir des corrections homogènes sur l’ensemble du
chantier, ce qui évite le phénomène d’escalier dans les zones de recouvrement ou d’avoir recours à
une calibration, et fournit une couverture très étendue du territoire (en fonction de la densité des
stations). Par ailleurs, ce système intègre la communication par Internet, ce qui le rend compatible
avec la plateforme TCC.
Les stations IBSS fonctionnent indépendamment les unes des autres et émettent des
corrections jusqu’à une portée de 30 km grâce à l’Internet 3G, dans le respect de la précision requise.
Le principe du système est de supposer que les erreurs affectant les mesures GNSS sont identiques
sur toute la longueur du vecteur, limitée à 30 km. La dispersion des mesures inhérente à l’IBSS est
estimée à 1cm + 0,5 ppm en planimétrie, et 1,5 cm + 1 ppm en altimétrie (Source Trimble).
Figure III.1 : Illustration du fonctionnement des réseaux VRS et IBSS [Source : Sitech]
Quel que soit le type de système GNSS retenu, il est nécessaire d’établir une calibration du
chantier ou de choisir un système de coordonnées (Datum et projection) pour la conversion des
coordonnées géographiques obtenues (λ,φ,h) en coordonnées cartésiennes (E,N,Z).
Le choix s’est porté sur le système IBSS pour plusieurs raisons :
 Il s’agit de la solution la plus utilisée de nos jours sur les chantiers. Elle est par conséquent
éprouvée et les problèmes qui pourraient survenir seront résolus probablement rapidement.
 La solution VRS nécessite un temps d’installation et des moyens importants, car elle fait
intervenir des équipes de Sitech spécialisées provenant d’Allemagne. Ce n’est pas dans l’intérêt de
Razel-Bec d’investir dans un réseau onéreux qui ne lui est pas indispensable et je ne dispose pas de
suffisamment de temps d’en attendre le paramétrage pour effectuer mes tests.
 Les stations sont mises en place par l’entreprise Razel-Bec à proximité de la trace de la LGV.
Cela permet d’une part de contrôler leur installation, afin d’assurer une précision optimale des
mesures GNSS. D’autre part, ces stations sont accessibles au personnel qualifié du chantier qui peut
intervenir rapidement en cas de défaillance d’une des bases.
 La longue portée de transmission des données via Internet, ainsi que la possibilité d’émettre
simultanément via les ondes radios UHF sont des aspects essentiels. En effet, le recours au mode
radio est une sécurité en cas de faiblesse du réseau Internet, car il n’est pas envisageable que le
chantier ralentisse à cause d’une panne Internet. Il est toutefois important de noter que la portée utile
des ondes radios n’excède pas 5 km, ce qui est insuffisant pour couvrir l’ensemble du chantier si les
bases sont espacées de 30 km. Ce problème est résolu par l’utilisation des bases mobiles
traditionnelles mises en station sur les bornes autour du chantier.
Le système IBSS est une composante indispensable pour le transfert des données
numériques par l’Internet 3G. Au niveau des machines, ces informations nécessitent un modem pour
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être chargées sur les contrôleurs dans le cas des plans numériques, ou encore pour être acheminées
vers VisionLink dans le cas des fichiers de production des engins.
b. Etude du modem SNM940 et de la plateforme VisionLink
Le modem SNM940 est installé sur les engins de chantier afin de permettre la réception par
Wifi ou 3G d’une part des mesures GNSS envoyées par les stations IBSS et d’autre part les projets
numériques transférés depuis TCC. Il remplace également le boitier Caterpillar PL522 en prenant en
charge les informations relatives à la gestion de flotte et en envoyant celles-ci vers la plateforme
VisionLink. Cette collecte d’informations est possible grâce à la connexion
du modem au module de contrôle électronique présent sur chaque
machine, lequel renseigne sur sa santé, la distance parcourue, la vitesse
en temps réel, les diagnostiques, etc.
Figure III.2 : Modem SNM940
Le logiciel VisionLink est développé par la société VSS (Virtual Site Solutions) créée en 2008,
issue de la collaboration des sociétés Trimble et Caterpillar dans leur volonté de contrôler les
dépenses liées au fonctionnement des engins de chantier. La principale utilité de cette plateforme
Internet est la gestion en temps réel du mouvement de terre et du parc des machines équipées en
matériel de guidage et de positionnement 3D. Cette technologie présente plusieurs avantages :
 Une solution livrée clé-en-main par Sitech, dans laquelle les profils utilisateurs et la liste des
engins disponibles sont déjà enregistrés. Le client peut directement créer ses projets et paramétrer
ses préférences pour les alarmes, les rapports, etc.
 La création simplifiée des projets par délimitation géographique de sites de production dans
lesquels sont affectés des machines sélectionnées par l’utilisateur.
 Le suivi en temps réel des activités de la machine comme son positionnement sur le chantier,
sa vitesse de déplacement et sa consommation en carburant, les heures de travail effectif et ralenti,
etc. Ces informations permettent de planifier la répartition des engins sur le chantier et leur entretien.
 Le suivi en temps réel de la machine dans les opérations d’extraction et de transport des
matériaux. L’utilisateur peut ainsi vérifier que le niveau déblayé ne dépasse pas la cote théorique à
atteindre, et que les matériaux sont acheminés au bon endroit (remblai, dépôts, etc.).
Le principe de fonctionnement de la plateforme VisionLink est le suivant :
 Connexion au site :
La connexion se fait par un portail sécurisé à l’adresse suivante :
https://rel-www.myvisionlink.com/Visionlink.aspx. Le compte client est créé par Sitech qui
nous délivre un identifiant et un mot de passe.
 Page d’accueil :
Il s’agit de la page présentée par la Figure III.3 sur laquelle nous sommes dirigés
automatiquement après la connexion.
Figure III.3 : Page d'accueil de VisionLink
La première information visualisée est l’aperçu au centre de la flotte des machines enregistrée
dans le logiciel, ainsi que leur dernier positionnement connu sur le fond de plan Google Maps. Le volet
gauche propose d’une part des filtres pour faciliter la recherche d’un certain type d’appareil en
fonction de critères de sélection, d’autre part la possibilité de former des groupes avec un nombre
limité de machines, et enfin la liste complète des projets créés, en cours de réalisation ou non.
L’ensemble des fonctionnalités de la plateforme est accessible depuis la barre d’onglets qui
surplombe la fenêtre d’aperçu de la flotte. Nous allons les détailler succinctement afin de montrer les
capacités du logiciel.
Flotte : affiche la liste des engins enregistrés ainsi que des informations générales les
concernant (date du dernier rapport, alarmes déclenchées, etc.)
Alarmes : affiche la liste de l’ensemble des alarmes qui se sont déclenchées dans un
intervalle de temps. Les alarmes sont paramétrées par l’utilisateur et l’informent par courriel
ou SMS de faits spécifiques devant être rapportés (sortie de l’engin du chantier).
Etat : informe sur l’ensemble des dysfonctionnements relevés par les capteurs sur les
machines et les classe par ordre de priorité. Cela peut concerner les problèmes de moteurs,
de capteurs, de surcharge d’un camion, etc. Une autre fonction de cet onglet consiste à faire
l’inventaire des analyses de fluides effectuées sur les machines, afin d’en contrôler l’entretien
et la tenue de route des différents éléments tels que le moteur, le système hydraulique, le
radiateur, etc. Des notifications s’affichent sur la nécessité de mener une action pour résoudre
les problèmes constatés.
Entretien : permet de planifier les maintenances successives des engins en indiquant la date
où celles-ci doivent être menées. Les différentes tâches à faire sont listées pour connaître
l’importance de l’entretien à effectuer. Un rapport préétabli peut être rempli et imprimé à
l’issue de la maintenance.
Utilisation : Cette fonction se décompose en trois parties. La première indique numériquement
et graphiquement les heures de travail effectives et ralenties des engins, puis leur
performance par rapport aux heures prévues. La période étudiée peut varier de la journée
27
28
jusqu’au mois, afin d’obtenir un aperçu global de l’activité de la machine. La deuxième partie
répertorie la consommation totale et horaire de chaque machine durant les deux types de
phases de travail. Les résultats figurent également sur des histogrammes et des lignes
brisées. La troisième consiste en un calendrier où sont listées les machines et leurs périodes
d’activité journalière, avec possibilité de zoomer sur une journée particulière pour connaître
précisément les heures productives.
Projet : ce menu donne accès à des fonctionnalités de création et de suivi des projets 2D et
3D en cours (suivi des machines, volumes de matériaux déplacés, etc.), de comparaison des
données terrain avec le projet théorique, de calcul de volumes et d’indice de compaction. Ce
type de manipulation peut aussi être effectué sur BC-HCE, puis importé sur VisionLink via le
Business Data Center. Ce dernier assure le stockage des fichiers générés sur TCC.
Le logiciel calcule le volume des matériaux par comparaison de deux surfaces, lesquelles
peuvent être issues du projet théorique ou générées suite aux travaux des machines.
Un rapport de volume peut être créé, qui rappelle les surfaces utilisées, l’excédent ou le déficit
de matériaux dans la zone, les volumes totaux déblayés et remblayés.
Il est ensuite possible de visualiser l’état de l’avancement du mouvement de terre grâce à une
vue en plan colorisée qui permet de repérer rapidement les zones qui restent à remblayer ou
à déblayer. Des outils de visualisation apportent des angles de vue supplémentaires (vue en
coupe, en élévation)
Administration : cet onglet concerne la gestion globale de la plateforme. Il permet de
configurer la fréquence de création des rapports pour les appareils enregistrés, ainsi que
d’ajouter, d’éditer ou de supprimer les comptes utilisateurs ou leurs informations personnelles
(si la permission a été donnée). C’est aussi dans cette section qu’est gérée la création des
alarmes, des groupes, des projets et des chantiers.
La plateforme VisionLink est dédiée à la gestion des machines sur le chantier, au suivi de
mouvement de terre et du guidage d’engins. L’association avec TCC permet d’ajouter à ces fonctions
celle du transfert des informations numériques à distance. Nous allons maintenant étudier les
fonctionnalités de la plateforme TCC utiles à ce type d’opération.
c. Trimble Connected Community (TCC)
Configuration matérielle nécessaire au fonctionnement de TCC
Au niveau du support informatique de l’utilisateur, la configuration requise est la suivante :
Sauvegarde Système d’exploitation : Windows XP, Vista et 7
Processeur : Intel Pentium II 450 MHz, AMD Athlon 600 MHz ou équivalent
Mémoire RAM : 1 Go
Mémoire graphique : 128 Mo
Navigateur Web : Internet Explorer 7+, Firefox
Utiliser une bonne configuration est surtout important au niveau de l’affichage des
nombreuses couches dans le visionneur de TCC, et une connexion Internet avec un bon débit permet
d’envoyer des fichiers plus rapidement.
La plateforme TCC est développée par l’entreprise américaine Trimble, et vendue en France
par le distributeur Sitech qui assure également une partie de son renouvellement et du service aprèsvente. La partie matérielle est composée de multiples serveurs Internet répartis dans plusieurs pays
du monde. Ces serveurs sauvegardent toutes les informations fournies par une entreprise pour
lesquelles Trimble assure la protection et la conservation, ainsi qu’une récupération des fichiers en
cas de sinistre sur les systèmes (pannes, piratages, etc.).
L’utilisation de TCC ne demande pas de matériel très performant, et nous allons voir à travers
la structure et les fonctionnalités de la plateforme que sa prise en main est intuitive et efficace.
Mise en place de la plateforme et de l’espace dédié au chantier
 Connexion à TCC
Avant de pouvoir utiliser cette plateforme, une demande de création de compte et de profils
administrateurs est formulée auprès de Sitech. Celui-ci fournit alors à son client des identifiants de
connexion tels que le nom d’utilisateur, le nom de la société et un mot de passe. Ces éléments sont
entrés dans le portail Trimble à l’adresse Web « https://www.myconnectedsite.com/ », et permettent
de se connecter sur la page de démarrage par défaut de la plateforme qui affiche le contenu du
support technique associé à TCC (Annexes III.1 et III.2).
 Les droits des utilisateurs
L’accès à un compte est très réglementé, et l’administrateur a le pouvoir d’en définir les
termes. Un système de permissions et de groupes a été implémenté pour faciliter la gestion de ces
accès. Tout d’abord, seules les personnes reconnues comme administrateurs peuvent créer des
profils supplémentaires, aussi appelés membres. En effet, le principe de base de la plateforme est de
favoriser l’accès aux données du chantier au maximum de personnes concernées par le chantier,
comme les exécutants des différents corps de métier, les collaborateurs, et aussi le public. Il faut donc
créer des profils qui accordent des pouvoirs limités et adaptés aux types de personnes qui visitent la
plateforme. Les membres sont tout d’abord divisés en deux catégories, les utilisateurs et les invités.
La seule différence est que les invités ne peuvent pas devenir administrateurs, ce qui restreint déjà
leurs droits. Ces droits, désignés par la traduction « Permissions » divisent les membres en quatre
communautés :
 Les utilisateurs sans droits qui ne peuvent pas visiter le site du chantier.
 Les membres qui détiennent le droit de parcourir le site sans pouvoir modifier aucune
information.
 Les éditeurs qui peuvent apporter des changements à certains éléments déjà présents sur la
plateforme.
 Les possesseurs qui peuvent modifier les informations sources et l’agencement du site,
octroyer certains pouvoirs aux membres qu’ils créent.
La fonction « Groups » rassemble dans un groupe les membres appartenant à une même
catégorie, de manière à leur accorder en une seule manipulation les mêmes droits sur la plateforme.
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30
Figure III.4 : Permissions des comptes (Annexe III.3)
 Création du site
La première étape consiste à se rendre dans l’onglet « Administration » pour créer un espace
« Site » (traduit par « Chantier »). Il sera la racine de l’ensemble des informations relatives au
chantier en cours, au sein du même répertoire « Organization » (qui signifie « Entreprise ») qui
correspond au nom de la société cliente (Annexe III.4).
Dans cette espace jusque-là vide, il faut insérer des « Pages » vierges utiles à l’intégration et
au classement des informations que l’on veut publier. L’intitulé et le format de ces pages est laissé
libre à l’utilisateur, et consistent par exemple en des pages d’accueil, de présentation du chantier et de
l’entreprise, d’affichage de cartes géographiques, etc.,. Il est à noter que des pages spécifiques sont
utilisées pour la gestion des fichiers informatiques du chantier, appelées « Filespaces » (littéralement
« Espaces fichiers », ils seront désignés par la suite par le terme « Répertoires »), dont les spécificités
seront traitées plus en avant (Annexe III.5).
Enfin, les éléments pouvant être intégrés dans les pages classiques pour y être publiés sont
regroupés dans la catégorie « Gizmos ». Cela concerne les pages Web, les outils de visualisation, les
calendriers, les forums, les blocs-notes, etc. (Annexe III.6).
Figure III.5 : Menus de mise en forme du site
Toutes ces étapes aboutissent à la création d’un site complet pour le chantier, qui contient
des informations utiles aussi bien aux professionnels qu’au grand public, avec des droits d’accès
réglementés qui assurent la pérennité des données.
Espace de stockage des données
La plateforme TCC sert également de serveur de stockage de données. En créant un
Répertoire spécifique à cette fonction, il est possible d’envoyer depuis l’ordinateur personnel des
fichiers à enregistrer sur le serveur Internet. Il y a toutefois des contraintes relatives à la qualité du
matériel employé pour cette tâche. Tout d’abord, l’espace dédié aux données de l’entreprise est
illimité, mais il n’est pas forcément intéressant de sauvegarder la totalité des documents du chantier.
En effet, les délais d’envoi et de réception des données (« Importer » et « Télécharger ») dépendent
essentiellement de la qualité de la connexion Internet des locaux du chantier, laquelle n’est pas
toujours optimale. Par conséquent, la consultation des fichiers depuis le serveur peut entrainer une
perte de temps, comparé à celui gagné lors de la visualisation des fichiers disponibles depuis un
serveur interne ou un ordinateur personnel.
Une autre manière d’apporter des informations dans n’importe quel Répertoire est de les
envoyer via la messagerie électronique. En effet, les dossiers de la plateforme sont paramétrés pour
récupérer les données des mails selon des critères définis par l’utilisateur. Ces derniers sont au
nombre de trois et sont accessibles dans la fenêtre de propriétés des dossiers :
Sauvegarde du texte du mail et des pièces jointes
Sauvegarde des pièces jointes uniquement
En cas de nombreux mails à recevoir, création de fichiers journaliers datés qui permettent
l’archivage chronologique des mails et pièces jointes reçues.
L’utilisateur a le pouvoir d’octroyer ou de restreindre les droits d’un nom de domaine de
communiquer de cette manière avec la plateforme, de façon à réguler le flux d’informations arrivant
dans le Répertoire et d’en contrôler la fiabilité.
La nomenclature générale des adresses-mails est la suivante :
Figure III.6 : Exemple-type d'adresse mail
Le premier élément indiqué en bleu est le nom de la Société, puis apparaît en vert l’intitulé de
Répertoire, et enfin sont indiqués hiérarchiquement en rouge tous les noms de dossiers qui
constituent l’arborescence du fichier importé. Le séparateur entre les noms est un simple point, il faut
donc à tout prix éviter d’en insérer dans les noms de dossier, sinon un sous-dossier sera créé pour
chaque mot placé entre deux points.
Trimble a mis en place une application qui permet de consulter les dossiers et fichiers
contenus dans les Répertoires par le biais de l’explorateur Windows, le Trimble Connected
Community Explorer (TCCE). Cette solution est plus rapide parce qu’elle permet de s’affranchir des
délais d’actualisation des dossiers lorsque des modifications leur sont apportées, et aussi parce qu’il
s’agit d’un mode de navigation démocratisé connu de la plupart des utilisateurs (Annexe III.7).
Figure III.7 : Arborescence du serveur de données et gestion des mails (fenêtre flottante)
Plateforme de transfert d’informations
La mise en place de ce type de plateforme est en principe simple, mais elle demande
beaucoup de rigueur dans la hiérarchisation et la dénomination des fichiers et des dossiers. Pour
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comprendre ce besoin incontournable d’organisation, il faut au préalable expliquer le principe de
synchronisation des données.
La synchronisation est un mode de transfert de données numériques développé par Trimble,
qui a pour finalité une automatisation totale des échanges d’informations entre deux entités
interconnectées (par exemple le contrôleur de terrain et TCC).
Serveur
Figure III.8 : Communication terrain / bureau
Pour cela, les logiciels sont paramétrés pour scanner l’appareil connecté et trouver un dossier
spécifique, nommé « Trimble Synchronizer Data », lequel contient l’ensemble des fichiers utilisés pour
les opérations de terrain. En principe, les deux appareils possèdent une hiérarchie dans leurs dossiers
identique, ce qui leur permet de corréler les dossiers ayant le même intitulé, puis de vérifier si leur
contenu est différent ou non. Dans l’affirmative, le logiciel va distinguer les fichiers identiques aux
deux appareils, pour lesquels aucune modification ne sera apportée, de ceux qui possèdent des
caractéristiques différentes (intitulé, date de modification, etc.). La phase suivante consiste à
uniformiser les modifications apportées au contenu de chaque dossier, en effectuant les transferts
adéquats de fichiers dans les deux sens. Ici encore, il faut être vigilant aux actions que l’on effectue
sur les fichiers avant la synchronisation, car des conséquences gênantes voire graves peuvent se
produire en cas de négligence de l’opérateur. Par exemple, si un fichier X est supprimé d’un appareil
A, lequel est ensuite connecté à un appareil B possédant ce fichier X, alors le fichier X ne sera pas
copié vers l’appareil A mais supprimé de l’appareil B. L’explication est que la synchronisation n’a pas
pour but d’ajouter les fichiers manquants à un appareil donné, mais d’équilibrer le contenu des deux
appareils au regard des actions entreprises sur leurs fichiers respectifs.
Pour commencer, il faut ajouter un nouveau Répertoire au Chantier, qu’il est nécessaire de
nommer « Trimble Synchronizer Data », sinon le logiciel ne reconnaîtra pas le dossier source des
données (Annexe III.8).
Ensuite, les appareils qui se connectent sur TCC doivent avoir le droit de modifier les fichiers
présents sur le serveur, à l’inverse de quoi aucune synchronisation n’est envisageable. Pour réaliser
ce pré-requis, il faut aller dans la Gestion des Répertoires, puis appliquer au groupe rassemblant tous
les contrôleurs les droits d’Edition des fichiers du Répertoire créé.
A présent, il faut procéder à la configuration du contrôleur de manière à paramétrer la
connexion de celui-ci à la plateforme TCC.
Tout d’abord, le contrôleur doit être ajouté dans la base de données de TCC. Cette étape
consiste à entrer dans le menu de Gestion des Appareils pour y préciser le type du contrôleur, le
numéro de série de celui-ci et le mot de passe qui lui sera attribué. Après validation, le contrôleur
apparait dans la liste des appareils gérés par TCC (Annexe III.9).
Ensuite, les éléments nécessaires à la connexion du contrôleur à TCC sont renseignés. Dans
le menu Paramètres du logiciel intégré dans le carnet de terrain, choisir la ligne Paramètres de
connectivité pour accéder aux Paramètres de TCC. Dans la nouvelle fenêtre, les informations
suivantes sont accessibles : le nom de l’appareil et son code d’indentification ont été entrés par
l’utilisateur lors de l’initialisation de celui-ci ; le nom de l’entreprise doit correspondre à celui sous
lequel le Chantier a été créé ; dans le champ mot de passe doit être reporté celui qui a été choisi lors
de l’ajout du matériel dans TCC ; le nom du dossier de travail sera par défaut l’identité de l’opérateur
traitant les synchronisations (Annexe III.10).
Maintenant que la plateforme est en phase avec le contrôleur, il devient possible de procéder
à une synchronisation via Internet. Dans le cas des mobiles GNSS, il faut choisir le bouton « Exporter
/ Importer des données » dans le menu des Ordres de mission, puis le mode de communication
Trimble Connected Community. Plusieurs choix sont alors proposés, à savoir la synchronisation d’un
ordre de mission, d’un projet, d’un Chantier ou de tous les Chantiers. Lorsque l’une des options est
sélectionnée, la connexion s’amorce puis le scan des fichiers contenu dans le dossier cible est lancé.
Une liste est ensuite établie qui récapitule l’ensemble des actions à entreprendre par les logiciels pour
réussir la synchronisation (Charger sur TCC, Supprimer du périphérique, Ne rien faire, etc.). A l’issue
de celle-ci, un rapport est affiché pour rendre compte du succès de l’opération (Annexe III.11).
Au niveau des contrôleurs équipant les engins, la synchronisation est rapide et intuitive.
Lorsqu’un projet est mis en ligne sur TCC depuis le bureau, le chauffeur peut le transférer sur sa
machine en allant dans le menu « TCC Synchronisation ». De là, il démarre le processus de scannage
puis d’échange des fichiers qui ont subi une modification. Il ne lui reste plus qu’à sélectionner le projet
chargé et de retourner dans l’écran d’affichage pour commencer à travailler. Par défaut, l’affichage
indique les écarts en altitude entre les extrémités de la lame ou du godet avec le projet.(Annexe III.12)
A gauche :
Arborescence type
des dossiers de
synchronisation
En haut : Création du
répertoire de
synchronisation
En bas : Ajout des
contrôleurs dans TCC
(Emulateurs, Cabine
Box, TSC3, etc.)
Figure III.9 : Synchronisation dans TCC et gestion des contrôleurs
Bien que ce système soit très simple et pratique d’utilisation, il faut anticiper les problèmes qui
sont susceptibles de se produire sur le chantier, tels qu’une coupure de la connexion 3G ou la sortie
de la zone de couverture de celle-ci, et trouver des solutions en conséquence. L’alternative est de
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34
revenir à l’ancienne méthode, qui consiste à synchroniser les fichiers sur le contrôleur depuis
l’ordinateur de l’opérateur. Les manipulations peuvent s’effectuer selon deux méthodes : en ayant
recours au logiciel Office Synchronizer (OS), ou manuellement.
La méthode via OS est similaire à celle avec TCC, sauf que la connexion se fait par câble sur
un ordinateur du bureau. Le principe reste le même : il faut enregistrer le contrôleur dans le logiciel en
entrant son nom et le chemin d’accès aux fichiers de celui-ci, puis lancer le processus de
synchronisation.
Manuellement, il suffit de copier / coller les projets et ordres de mission créés dans le dossier
des sources des données interne au contrôleur.
Utilisation de Visual Organizer (VO)
La plateforme TCC possède une fonctionnalité pour la visualisation des projets importés. Cet
outil utilise l’interface et les fonds de carte de Google Earth (plan, photographies aériennes, relief,
aucun fond) sur lesquels sont superposés des éléments issus de diverses sources et pouvant être
générés graphiquement. L’organisation de ces éléments se fait par type de couches, lequel détermine
la nature des fichiers sources qui vont être affichés. Dans le cadre de cette étude, plusieurs types de
couches qui semblaient intéressants ont été testés (voir Figure III.10) :
 Couche d’Annotations : cette couche est purement interactive, elle consiste en un outil de
dessin et de texte qui permet de compléter le plan à l’aide de légendes, de polylignes et de cercles
matérialisant par exemple des zones d’évitement, des symboles pour les locaux de chantier, etc.
 Couche Geo Files : il s’agit d’une couche utilisant des fichiers de différentes natures, dont le
point commun est de pouvoir être géoréférencés. Cela peut être une image (.tif, .jpg), un fichier de
DAO (.dxf, .dxg), un fichier de formes (.shp, .kml). Ces extensions sont choisies par les développeurs
pour leur facilité de création et leur universalité. En effet, le logiciel permet l’exploitation et l’export de
ces fichiers de DAO et de forme, et un de ses modules permet de géoréférencer des images.
 Couche BC – HCE Project : cette couche affiche un ensemble de fichiers directement publiés
par BC vers un répertoire choisi dans TCC. L’opération consiste à utiliser un dossier source dans
lequel sont générés plusieurs éléments choisis par l’utilisateur. Ces éléments sont les suivants :
Fichier Projet (.vce) qui correspond au fichier de l’étude sous BC
Images géoréférencées : si une transformation spatiale a été réalisée sur des images de
format adéquat (.tif, .jpg), ces dernières peuvent être affichées dans l’interface graphique.
Couches (.kml) : ces fichiers contiennent les données de formes du projet, telles que les
points, les caractéristiques de lignes et de contours grâce à leurs sommets, les lignes de
base, etc.
Dossier d’instantanés 2D (.gif, .png, .jpg, .tif): il contient les images créées sous BC avec la
fonction de capture d’image. Celle-ci permet d’afficher par exemple les surfaces de
modélisation des MNT.
Dossier d’instantanés 3D (.hsf et .hmf) : il contient les fichiers générés par la fonction de
capture 3D.
Fichier Inventory (.xml) : ce document liste dans l’ordre chronologique tous les fichiers qui ont
été publiés vers TCC. Il est indispensable à l’interface VO pour l’affichage des couches.
Chaque élément est géré comme un calque qui peut être activé ou gelé à volonté, de manière
à améliorer la lisibilité de l’affichage.
 Couche SCS Data Manager : cette couche permet d’afficher des données provenant des
carnets de terrain. La source de cette fonction est le dossier de travail des contrôleurs et les entités à
afficher sont les ordres de mission.
Figure III.10 : Aperçu du Visual Organizer [Source : TCC]
Configuration des bases IBSS
Les stations IBSS et les mobiles associés sont répertoriés et gérés au sein de TCC. Le
principe est de suivre en temps réel les périodes d’activité des stations, de connaître les antennes
connectées et de générer des rapports de session apportant des informations sur le pivot GNSS.
Le fonctionnement d’une station IBSS nécessite le matériel suivant :
Une antenne Trimble Zephyr Geodetic Model 2
Un récepteur Trimble SPS852
Un modem 3G SNM910
Figure III.11 : SPS852 associé au SNM910
Le paramétrage de la station IBSS s’effectue selon les différentes étapes suivantes :
 Configuration des cartes SIM : Deux cartes SIM sont utilisées, l’une est insérée dans le
modem SNM910 et l’autre dans le contrôleur TSC3. Il faut entrer dans les appareils l’identifiant APN
(Access Point Name) du serveur utilisé par les cartes SIM pour se connecter à Internet (« websfr »
pour la carte SFR).
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 Configuration du SPS 852 : en connectant par câble Ethernet le récepteur à l’ordinateur, nous
pouvons configurer le récepteur via son interface Web. Cela concerne le matricule de la station et
éventuellement ses coordonnées, ainsi que les paramètres d’entrée et de sortie (nom de l’entreprise
et mot de passe pour la connexion à TCC, langage utilisé : CMR ou RTCM, etc.)
 Déclaration des antennes GNSS dans TCC : Ouvrir le menu de gestion des appareils et
cliquer sur l’onglet « Station de Base ». Cliquer sur le bouton « Ajouter une station de base » et
renseigner son matricule. Pour finir, aller dans la fenêtre de gestion des permissions et déclarer le
récepteur en tant que « Base ou Mobile » ainsi que le contrôleur comme « Mobile uniquement ».
(Annexe III.13)
Le matériel est maintenant prêt à être utilisé. L’intérêt de ce système est de faire transiter les
observations GNSS à travers TCC par Internet, ce qui apporte plusieurs avantages :
Assurer le suivi en temps réel de l’activité de la station IBSS et des mobiles connectés. Cela
permet de sécuriser l’utilisation du système en empêchant une antenne étrangère de se
connecter à la base, ce qui fausserait ses mesures et surchargerait le réseau. Pour connaître
les mobiles qui utilisent le système, il suffit de cliquer sur le nom de la station active, ce qui fait
apparaître l’identité des contrôleurs connectés (Figure III.12).
Paramétrer le récepteur SPS 852 depuis un ordinateur à travers TCC, afin de vérifier les
informations qui y sont enregistrées et les modifier si besoin.
Obtenir un rapport de session qui résume les informations relatives à la station IBSS :
matricule et coordonnées géographiques, numéro de série du récepteur, format du message
GNSS, date de connexion, constellations de satellites utilisées.
Apporter une potentielle évolution par rapport au système utilisant les radios pour
communiquer. Les bénéfices attendus sont une plus grande distance entre les bases
permanentes du chantier, la conservation d’une précision quasi-centimétrique des mesures au
minimum sur les 30 km annoncés de couverture fiable.
Figure III.12 : Station IBSS en activité (SPS852) et affichage du contrôleur connecté (TSC3)
Schéma de synthèse du système
De manière à mieux comprendre le fonctionnement de l’intégralité du système mis en place,
voici en Figure III.13 le schéma général reprenant les communications entre les différents matériels :
Figure III.13 : Schéma général du fonctionnement de TCC, de VisionLink et de l'IBSS
A ce niveau de l’étude, nous disposons des méthodes et des logiciels pour assurer le transfert
des données numériques par la 3G et pour gérer le guidage des machines et le suivi du mouvement
de terre. L’étape suivante consiste à concrétiser notre système en installant le matériel sur le chantier
(bases GNSS, capteurs de guidage, etc.)
37
38
IV. MISE EN PLACE DES SYSTEMES SUR LE CHANTIER
a. Etude financière du système Trimble
Comparé aux chantiers traditionnellement menés par Razel-Bec, la mise en place du système
de guidage par Internet Trimble demande un investissement de départ important. Le but de cette
étude est de déterminer les apports de ce dispositif sur le rendement global du chantier. Cependant,
la courte durée de l’étude et l’absence d’antécédents dans ce domaine ne permettent pas d’avoir
assez de recul pour établir précisément le gain de temps et les économies réalisés grâce à ce
système. Par conséquent, je me limiterai à exposer la somme à investir pour l’acquisition de celui-ci
sur le lot 10, puis je relaterai des exemples issus de ma propre expérience et de celle de mes
collaborateurs expliquant que l’utilisation du guidage permet d’éviter certaines erreurs onéreuses.
Coût initial du système utilisé sur le lot 10
Le coût global du système par rapport à la solution traditionnelle prend en compte le prix des
logiciels, des équipements de guidage et du pré-équipement des engins en câblages et kits
hydrauliques. Les tableaux suivants présentent l’investissement nécessaire à apporter pour équiper
les machines du lot 10 conformément à la volonté de la direction.
Voici les prix de mise en place et
d’utilisation des plateformes TCC et
VisionLink qui m’ont été communiqués
par Sitech France.
Trimble Connected Community
Prix (euros)
Mise en place de TCC
750
Licence TCC Utilisateur
(mensuel)
30
Licence TCC par périphérique
(mensuel)
30
VisionLink
Module de Gestion des Projets 3D (mensuel)
35
Tableau IV.1 : Prix des logiciels TCC et VisionLink
Les besoins en machines de terrassement guidées
du lot 10 sont peu importants compte tenu de la faible
étendue de celui-ci. Le nombre et le type d’engins à mettre
Machines pré-équipées
(prix d'achat HT)
en production ont été décidé lors d’une réunion avec les
professionnels concernés du lot 10 : le directeur TOARC, le
Pelle Liebherr 374
520 000
Pelle 25T A320 AP515
160 000
de Razel-Bec. Une fois la liste connue, j’ai contacté
l’ingénieur matériel pour qu’il me communique le coût à
Bouteur D65 AT612
260 000
Bouteur D7 AT714
320 000
l’achat des machines avec le pré-équipement en guidage,
ce qui comprend des faisceaux de câbles, les composants
Niveleuse 140M AN458
300 000
chef topo et l’ingénieur responsable du matériel de guidage
d’alimentation, les platines d’installation, le modem SNM
940, et le kit hydraulique pour l’automatisation du travail.
Total
Prix unitaire
(euros)
1 560 000
Tableau IV.2 : Coût des machines pré-équipées
J’ai ensuite pris contact avec les professionnels de Sitech afin qu’ils m’informent des tarifs qui
s’appliquent pour équiper en matériel de guidage les machines figurant dans le Tableau IV.2. Les
39
tableaux suivants présentent le coût en euros des équipements nécessaires au fonctionnement du
guidage des machines et le prix d’une option intéressante (en bleu) dans le cadre de ce chantier.
Equipement 3D pelle - système GCS900 Double Antenne
Pièce
Kit d'installation de base avec pré-équipement 3D V2.1 GSM
Kit d'installation Trimble Ready avec capteurs AS450/AS460
Kit d'installation double mât
Double récepteurs GPS, GNSS modulables MS992
Boitier Cabine CB 460
Kit 3 barres lumineuses
Câble GCS Hex flèche lg 6/7.5/9.1/12 m
Câble Y GCS Hex lg 3.5/4.3/5.9/8.3
option Radio SNR420 + platine d'installation
Equipement 3D bouteur - système GCS900 Double Antenne
Pièce
Double récepteurs GNSS MS992
Double mâts fixe (mât acier+support)
Boitier Cabine CB450
OU Boitier Cabine CB460
Kit d'installation de base Komatsu EX/PX/17 v2.1 GSM
Kit hydraulique Komatsu D61 EX/PX15 pilot + Module
électrovannes VM420 + Câble électrovannes pilot valve
OU Kit hydraulique Komatsu D65 EX/PX12+ Module
électrovannes VM430 et Câble électrovannes
Montage
Prix unitaire Quantité Prix final
3300
1
3300
4500
1
4500
1550
1
1550
25400
1
25400
15700
1
15700
750
1
750
310
1
310
300
1
300
5000
0
0
Total :
51810 €
25400
1
25400
2900
1
2900
14500
1
14500
18400
0
0
5000
0
0
6895
0
0
6050
0
0
8055
0
0
2000
0
0
17400 €
Total :
En jaune figurent le prix des éléments de pré-équipement d’un bouteur (câblages et kit
hydraulique de différentes gammes), à ajouter au prix d’une machine qui n’en dispose pas d’office.
Equipement 3D niveleuse - système GCS900 Mono Antenne
Pièce
Cat M série 1 ARO
Boitier Cabine CB460
Récepteur GNSS MS992
Simple mât fixe (mât acier+rehausse+support)
Capteurs de dévers/profil en long/rotation
4400
1
4400
18400
1
18400
13400
1
13400
2660
1
2660
4380
1
4380
5000
0
0
Total :
43240 €
Tableau IV.3 : Liste des références et des prix des équipements en guidage d'une pelle, d'un bouteur et d'une niveleuse
40
Afin d’obtenir l’avis d’un professionnel, j’ai présenté mes travaux et mon étude financière au
directeur TOARC du lot 10. Cet entretien m’a permis d’établir un compte-rendu des intérêts et des
inconvénients du système pour ce chantier. Voici les principaux points qui ont été abordés :
Sur le principe de fonctionnement de la plateforme, il n’est pas fondamentalement intéressant
de connaître en temps réel le volume géométrique extrait lors d’une opération d’excavation. Les
rapports journaliers établis par les chefs d’équipes et hebdomadaires consultés par les chefs de
chantier sont suffisants en termes de fréquence pour la détermination des mouvements de terre.
L’intérêt réside plutôt dans la capacité à mesurer si les godets des pelles et les bennes des
tombereaux atteignent leur charge nominale, c’est-à-dire la charge maximale de matériaux autorisée.
Cette information consultable en temps réel par un chef d’équipe sur le terrain permettrait de remplir
les véhicules au maximum afin d’améliorer le rendement des opérations d’excavation.
Sur le chantier en cours, il existe deux techniques sur le terrain de détermination du volume
de matériaux contenu dans les véhicules de transport. La première consiste à peser les camions avec
une balance, ce qui entraine une perte de temps à chaque passage (de l’ordre d’une minute). La
seconde consiste à se référer aux feux tricolores des pesons équipés sur les tombereaux qui
indiquent qualitativement la charge de matériaux atteinte avec une marge d’erreur de 10%, laquelle
est trop importante pour calculer avec précision le volume global de matériaux déblayés. Une
alternative est donc recherchée pour estimer plus finement les volumes déplacés sans perte de
rendement.
La capacité de la plateforme à coupler les fonctionnalités de suivi du mouvement de terre et
de gestion du guidage d’engins semble particulièrement attractive car elle permet de regrouper dans
un même service ces deux fonctions pourtant très liées et jusqu’alors séparées.
La principale contrainte relevée du système est son manque de flexibilité dans la répartition
des engins sur le chantier, car l’ensemble du parc de machines doit être équipé pour assurer une
détermination réelle et exploitable des volumes de matériaux déplacés. Dans l’optique d’une
installation de ce système, il faudrait mener une session de test dans une zone nécessitant un petit
nombre d’engins de manière à éprouver ses possibilités, ses limites et sa fiabilité.
Concernant le coût des logiciels et des équipements, il n’est pas un problématique pour
l’entreprise d’investir dans du matériel de guidage dont le montant s’élève à environ 10% du prix de la
machine pré-équipée, car le système est rapidement rentabilisé. En effet, les principaux bénéfices
proviennent des estimations affinées des volumes de matériaux déplacés, de l’économie sur le
nombre et la mobilisation des opérateurs jusqu’ici nécessaires à la réalisation des ouvrages
élémentaires. De plus, le système est interchangeable entre les machines de même type et peut
fonctionner jusqu’à défaillance du matériel.
Cet entretien s’est conclu sur le constat que dans le domaine des TP français, les nouvelles
techniques ont beaucoup de difficultés à trouver preneur. La raison est que les professionnels de ce
milieu sont attachés aux méthodes qu’ils appliquent traditionnellement et acceptent mal le
changement. Malgré cela, les nouveaux systèmes se répandent progressivement lorsqu’ils font la
preuve de leur efficacité. Ainsi, il ne serait pas surprenant que dans une vingtaine d’années ce genre
de système soit démocratisé sur la plupart des chantiers.
Ces équipements représentent un investissement de départ important pour l’entreprise, mais
sont très rapidement rentabilisés grâce à l’amélioration de la production qu’ils entrainent, aux
opérations supplémentaires de contrôle qu’ils dispensent et aux fautes qu’ils permettent d’éviter. Nous
allons développer ces points dans la partie suivante grâce aux témoignages des professionnels qui
connaissent et/ou utilisent ces systèmes.
Les avantages de l’ensemble du système
Le principal avantage ressenti par les équipes de topographes au niveau du guidage d’engins
est la diminution des implantations de piquets, et ce particulièrement pour les phases de réglage. En
effet, les chauffeurs possèdent les projets chargés dans leurs engins et peuvent donc travailler en
autonomie pour les opérations d’excavation de matériau et de réglage de talus. Pour ce dernier, le
guidage permet de tailler des talus réguliers et conformes au projet, à l’inverse de la méthode
traditionnelle qui utilise les équerres, ce qui entraine la formation de bosses et de talus trop gras ou
trop maigres (respectivement trop larges ou trop creusés).
Ce système permet également d’économiser les matériaux lors des phases de régalage (ce
qui consiste à répandre un matériau sur une faible épaisseur, formant une couche qui sera ensuite
réglée) en évitant aux engins de déposer les matériaux sur une largeur trop importante pour retailler
ensuite (50 cm d’excédent sur un profil avec la méthode traditionnelle contre 10 cm avec le guidage).
Les risques de fautes de la part des topographes ou des chauffeurs sont réduits grâce aux
projets chargés dans les contrôleurs des engins. Les reprises des travaux coûteuses en temps et en
argent sont donc moins fréquentes. J’en ai fait personnellement l’expérience lors de mon stage ST2
effectué à Monaco, durant lequel une erreur ponctuelle d’implantation a nécessité la remise au travail
d’une raboteuse pour un coût de 5000 euros. Si l’engin avait été équipé de matériel de guidage
automatisé, la faute aurait été automatiquement évitée. Bien que le système de guidage ait un coût a
priori important (de l’ordre de 50 000 euros pour une machine sans pré-équipement), il est rapidement
rentabilisé grâce aux fautes et aux reprises qu’il évite (ici le seuil de rentabilité est atteint au bout de
10 fautes), d’autant plus qu’il peut être équipé sur d’autres machines et être utilisé jusqu’à défaillance.
Par ailleurs, les bases permanentes apportent une couverture continue d’une zone en
mesures GNSS ainsi qu’un confort de travail accru aux équipes de topographes. En effet, les
opérateurs sur le terrain n’ont plus besoin d’installer plusieurs fois par jour les pivots sur les bornes du
chantier, mais se contentent d’emporter le mobile et de se connecter à la base la plus proche. Cela
permet de gagner quotidiennement du temps (de l’ordre de 30 min à 1h) avec la seule contrainte de
changer les batteries de la base une fois par semaine.
Enfin, ce système permet d’éliminer les trajets entre le bureau et le terrain pour charger ou
modifier un projet sur le contrôleur du mobile GNSS ou de la cabine de la machine. En effet, les
bureaux, les locaux des opérateurs de terrain et les emplacements de garage des véhicules de
chantier ne se trouvent pas au même endroit, c’est pourquoi le transfert de données via Internet
permet de relier toutes ces personnes qui travaillent ensemble.
41
42
Ce système assure de même le suivi en temps réel des opérations d’excavation, de remblai et
de déplacement des matériaux sur les zones du chantier où travaillent les machines équipées. Des
rapports sont publiés périodiquement qui permettent de localiser les engins et de connaître leur
niveau d’activité, ce qui est utile pour organiser la répartition des machines sur le chantier si des
besoins se font sentir dans des zones différentes.
b. Installation des bases GNSS
Le lot 10 mesure 4,5 km de longueur au niveau de la trace, auxquels s’ajoutent 5,2 km de
raccordements aux voies ferrées existantes. La topographie du lot est légèrement vallonnée et
présente des zones accidentées à cause de l’alternance des portions de remblais et de déblais. Suite
à l’étude de ces éléments, deux bases GNSS sont installées à des endroits stratégiques du chantier.
 La première est fixée sur le toit des installations de chantier, et rayonne sur toute la partie
Nord du lot. A cet endroit, elle est alimentée par l’électricité des locaux et peut se raccorder à Internet
en mode filaire. Il s’agit d’un espace sécurisé et durable qui assure la pérennité de la base GNSS.
 La seconde est positionnée au sommet d’une colline, à proximité d’une éolienne. Elle est
installée au sommet d’un pilier PVC rempli de béton armé de 5 m de haut hors-sol, sur une platine
commandée à un ferronnier. Elle bénéficie ainsi d’un horizon dépourvu d’obstacles pour émettre les
corrections sur toute la partie Sud du lot 10. Elle est alimentée par des batteries d’une autonomie
d’une semaine, et peut être reliée au réseau 3G via une carte SIM.
Figure IV.1 : Position des bases GNSS
Les bases GNSS installées se composent des éléments suivants :
Une antenne Leica AX1203+
Un récepteur Leica GX1230 GG
Une radio Satelline-3AS(d)
Une antenne dipôle pour diffuser les ondes radio
Une batterie ou un raccordement au réseau électrique
Figure IV.2 : Éléments d'une base GNSS et illustration des sites d’accueil
Configuration des radios
Cette étude vise à déterminer s’il est possible sur ce chantier de s’affranchir des radios pour
l’envoi des corrections GNSS vers les mobiles et les machines. Toutefois, la tenue de ce projet dans
le cadre d’un vrai chantier rend nécessaire la mise en place d’un système sûr et fiable, afin de ne
souffrir d’aucun retard dû aux expérimentations inhérentes à l’étude. C’est pourquoi nous conservons
la communication par radio pour garantir l’activité du réseau GNSS durant la recherche.
La configuration des radios a été très complexe et chronophage. La situation à résoudre était
la suivante : tout d’abord, le parc matériel du lot 10 est composé d’équipements GNSS de 3 marques
différentes travaillant simultanément : Leica, Trimble et Topcon. L’interface de communication entre
ces appareils est la radio qui présente des caractéristiques importantes pour permettre les échanges :
 Un modèle de radio qui dépend du constructeur, chacun présentant des modes de
communications spécifiques. Les associations sont Satel pour Leica, Pacific Crest pour Trimble et un
format propriétaire pour Topcon.
 Un type protocole qui régit le processus de communication entre les radios. Il doit être le
même pour l’émetteur que le récepteur du message, sinon elles ne peuvent pas interagir entre elles.
Le souci principal d’un parc de matériel utilisant plusieurs marques est que les radios n’utilisent pas
toutes le même protocole, et donc peuvent avoir des difficultés pour fonctionner ensemble. Les
protocoles les plus utilisés en topographie sont : Satel, PCC (Pacific Crest), Trimtalk.
 Un format de message qui définit la structure et le contenu des corrections GNSS que
communique le récepteur au mobile. De même qu’avec le protocole, une configuration de message
différente rend impossible l’échange de données entre les radios. Les formats les plus utilisés sont le
Leica LLK, CMR/CMR+ et RTCM v3.
 Une fréquence d’émission/réception qui définit la bande passante utilisée pour l’envoi des
données. Les radios doivent se connecter à un même canal pour communiquer entre elles. Il faut
cependant veiller à ce que les bases émettent à des fréquences différentes, pour éviter que les
mobiles passent d’un récepteur à l’autre durant une opération. Il est possible pour cela de louer des
fréquences à l’ANFR (Agence Nationale des Fréquences). La démarche consiste à envoyer à
l’ARCEP un dossier comportant le descriptif technique de la solution de radiocommunication (Autorité
de Régulation des Communications Électroniques et des Postes).
43
44
Le formulaire de demande d’autorisation d’utilisation de fréquences assignées pour un réseau
indépendant apporte à l’ARCEP des informations sur l’identité du demandeur et le type système
installé. Les principaux renseignements à fournir sont les suivants (Annexes IV.1 & 2):
Identification du demandeur (raison sociale, représentant, coordonnées, etc.)
Identification des utilisateurs du réseau
Plan d’ensemble du système mis en place (fiche signalétique des bases)
Renseignements techniques généraux (bande de fréquence et la largeur nécessaire, type de
canaux, nombre de bases)
Description avancée des bases (coordonnées d’implantation,
d’antennes et leurs caractéristiques)
équipements, nombre
L’entreprise Razel-Bec possède à l’origine du matériel Leica équipé de radios Satelline-3AS
de 2003 qui supportent uniquement le protocole Satel, ce qui ne permet pas la communication avec
les radios Trimble et Topcon. Elles ne sont donc pas adaptées au système que l’on veut mettre en
place, et doivent être remplacées par des radios utilisant des protocoles compatibles. Les nouvelles
radios Satel-3AS(d) intègrent le protocole Trimtalk, à l’instar des radios Trimble et Topcon. Une série
de tests est donc lancée pour vérifier le bon fonctionnement du dispositif, mettant en œuvre une base
GNSS Leica équipé en radio et de mobiles de chaque constructeur. Les premiers résultats sont
mitigés, car les constatations suivantes ont été faites :
Protocole Trimtalk :
 Le mobile Leica ne reçoit aucun signal de la base et ce quel que soit le récepteur utilisé.
 Le mobile Trimble reçoit le signal, mais on constate lors du contrôle sur un point connu un
écart altimétrique de 23m. Les paramètres affectés sont le modèle de géoïde de référence et
le système de projection, et la faute provient de la valeur saisie pour la constante altimétrique de 23,57m dans le fichier de calibration de l’appareil Trimble. Le remplacement de ce fichier par un
nouveau fichier paramétré en Lambert93 et Raf09 a permis l’élimination de cette faute.
 Le mobile Topcon fonctionne parfaitement avec ce système, avec une précision centimétrique
sur les coordonnées des points.
Protocole Pacific Crest :
 Le mobile Leica communique avec sa base sans aucun souci.
 Les mobiles Trimble et Topcon n’interprètent pas le signal envoyé par la base.
Des tests supplémentaires effectués par Leica ont révélé que le problème lors de l’utilisation
du protocole Trimtalk provient de l’obsolescence du firmware des récepteurs GNSS et des radios (le
firmware est le logiciel implanté dans l’appareil par le fabricant). En effet, le firmware est trop ancien
pour supporter les nouveaux protocoles développés par les autres constructeurs. Les récepteurs et
les radios ont donc été renvoyés chez les spécialistes de Leica fin qu’ils réactualisent leurs firmwares.
A l’issue de ces mises à jour, des nouveaux tests ont été menés durant lesquels les récepteurs
communiquaient parfaitement avec la base. Des mesures ont été effectuées sur des bornes alentours
afin de vérifier la précision fournie par le système. Les résultats figurent dans la partie V.d.
Détermination des coordonnées des bases
Les coordonnées 3D des bases doivent être mesurées avec une précision proche voire
inférieure au centimètre. En effet, ces stations serviront au positionnement des futurs levers avec un
mobile GNSS et du guidage des engins pour les opérations d’excavation et de réglage. La qualité de
leur détermination a donc un impact direct sur les travaux effectués par les topographes et les
chauffeurs de machines.
Les coordonnées des deux bases GNSS sont déterminées par relèvement au tachéomètre
Trimble SPS730 et son prisme 360° actif. Voici la méthode de travail utilisée pour cette opération :
 Afin d’atteindre en toute sécurité les pas de vis où sont fixées les antennes GNSS, nous
avons loué un camion-nacelle d’une capacité d’élévation de 15 m. Elle permet à deux opérateurs
maximum de mettre la station en place.
 Tout d’abord, nous avons installé le matériel nécessaire au fonctionnement de chaque base.
Nous avons commencé par fixer les antennes des radios en hauteur, respectivement sur le pilier près
de l’éolienne et sur le mât métallique installé sur les locaux permanents. Cette configuration améliore
la distance de propagation des ondes radios afin de couvrir au moins l’ensemble du lot 10. Ensuite,
les paratonnerres et les câbles servant à connecter le récepteur GNSS à l’antenne Leica et la radio
Satelline-3AS(d) à l’antenne « râteau » sont insérés dans un tube imperméable (gaine PVC) jusqu’au
lieu d’accueil des instruments de réception (chambre téléphonique, bureau de Thomas). Ils assurent
la survie de ces derniers en cas de surtension électrique due à un orage.
 Nous avons ensuite déterminé les coordonnées approchées des bases par lever GNSS en
vissant une antenne-récepteur Leica GS15 sur les pas de vis du pilier et du mât. Cette étape fournit
des coordonnées des stations indépendantes du lever tachéométrique, utiles pour simplifier la
méthode de compensation de ces points.
Figure IV.3 : Mise en place et détermination de la base GNSS sur le pilier.
Installation de la nacelle – Fixation de l’antenne radio – Lever GNSS de la station
 L’étape suivante consiste à relever les bases au tachéomètre. Pour cela, l’appareil est mis en
station sur les bases et relève les stations alentour en visant le prisme 360°. Celui-ci est positionné
sur des bornes des cheminements polygonaux primaires et secondaires choisies en fonction de leur
répartition autour de la station. Au moins trois bornes sont relevées et les mesures d’angles et de
distances sont enregistrées.
 Les données sont ensuite traitées au bureau sous Covadis pour déterminer plus finement les
coordonnées finales des stations grâce à une compensation par les moindres carrés (Annexe IV.3).
45
46
V.
EXPERIMENTATION DU SYSTEME
Maintenant que les notions théoriques ont été expliquées et que les simulations du système
sur ordinateur sont fonctionnelles, il est temps de passer à l’utilisation pratique de ce système, de
manière à connaître l’état du réseau, la précision des mesures, etc.
a. Tests de réception du réseau 3G
Le bon fonctionnement de la plateforme TCC dépend directement de la qualité du réseau 3G
de la zone de travail. Ce réseau est l’unique moyen de transfert des informations numériques et des
observations GNSS entre les éléments du système que nous voulons mettre en place. Nous devons
donc nous assurer de la fiabilité du réseau 3G couvrant le lot 10.
D’une part, nous étudions le degré de couverture de la zone par les différents opérateurs
téléphoniques. Ceux-ci publient des cartes de couvertures qui indiquent de manière graphique le type
de réseau présent sur une portion de territoire (3G, EDGE, etc.). Ces informations sont contrôlées par
l’ARCEP qui établit ses propres cartes de couvertures à l’issue de campagnes de tests des réseaux.
L’ensemble de ces données facilite le choix de l’opérateur le plus propice à offrir la qualité de service
nécessaire au bon fonctionnement du système.
Avant de poursuivre, nous allons comparer les caractéristiques des différents types de
réseaux (EDGE, 3G, etc.) utilisables à proximité du lot 10 afin de justifier le choix de la 3G pour le
transfert de nos données.
 GSM (Global System for Mobile communications ou 2G) est un réseau devenu standard
téléphonique en 1982 qui assure essentiellement le transport de la voix et de données numériques de
faible volume (SMS). Le débit maximal autorisé par cette norme est de 1,2 ko/s, soit 9,6 kb/s.
Rappel : 1 octet équivaut à 8 bits
 EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution ou 2,75G) est une évolution de la norme GSM
développée par certains opérateurs pour proposer une alternative à la 3G. Ce réseau assure une
circulation améliorée des données numériques uniquement, la voix transitant toujours par le réseau
GSM. Le débit maximal en réception est fixé à 48 ko/s, ce qui assure le transfert de volumes plus
importants de données (e-mails) et d’accéder à Internet.
 UMTS (Universal Measurement for Telecommunication Service ou 3G) est une norme dont
l’objectif est le développement des applications multimédia sur les téléphones mobiles grâce à des
débits importants atteignant jusqu’à 240 ko/s.
 HSUPA (High Speed Uplink Packet Access ou 3G+) est une évolution logicielle de l’UMTS qui
augmente la vitesse de transfert des données jusqu’à 900 ko/s pour Orange et 1,8 Mo/s pour SFR.
[Source : UFC-QueChoisir (Juillet 2010), Que pensent les consommateurs de leur connexion 3G ?]
La Figure V.1 représente les cartes ayant servi à faire une première évaluation du réseau
auquel nous allons nous connecter.
Figure V.1: Cartes de couverture 3G des opérateurs téléphoniques vers Villognon
L’analyse qualitative des cartes nous permet de constater que le réseau 3G Bouygues ne
couvre pas la totalité du lot 10 et risquerait de laisser certaines zones sans connexion Internet. Cet
opérateur n’est donc pas adapté à nos besoins, à l’inverse d’Orange et de SFR dont les réseaux
présentent une couverture complète. Afin de savoir lequel de ces deux réseaux est le plus performant,
nous analysons la carte de positionnement des antennes-relais, dont les extraits représentatifs sont
présentés dans la Figure V.2 [Source :Cartoradio@ [2012], Carte des Antennes Relais,
www.antennesmobiles.fr] :
Emprise du lot 10
4 km
Figure V.2 : Répartition des antennes 3G Orange et SFR à proximité du lot 10
Nous constatons que le réseau SFR possède les antennes-relais les plus proches des
emprises du chantier, nous pouvons donc nous attendre à ce qu’il fournisse un meilleur signal que le
réseau Orange. Des tests sont effectués pour vérifier cette hypothèse et y apporter des éléments
concrets (portée réelle, etc.).
47
48
Pour réaliser les essais, nous utilisons le logiciel MDMA (Mobile Data Monitoring Application)
qui fonctionne sur ordinateur en association avec une clé 3G.
Figure V.3 : Extrait de l’interface du logiciel MDMA
La puissance du signal reçu est quantifiée dans la case RSSI (Received Signal Strength
Indicator) et illustrée par une échelle graphique. La mesure de la puissance du signal en fonction de
son rapport à une autre valeur normalisée est exprimée en décibels (dB). Le symbole du décibel est
combiné avec le symbole de l’élément utilisé pour la comparaison, par exemple le dBm correspond au
rapport de la valeur du décibel avec 1 milliWatt. La formule générale qui relie ces deux valeurs est la
suivante :
Puissance (en dB ou dBm) = 10 * log10 (Signal/Référence)
[Équation 1]
où :
Signal est la puissance du signal (par exemple 0,5 ou 10 mW)
Référence est la puissance de référence (par ex 1 mW)
A la vue de cette expression, nous constatons que la valeur de la puissance (dbm) est
fonction du logarithme décimal de la valeur de puissance du signal (mW). Nous en déduisons qu’il
serait normal de trouver des valeurs négatives pour la puissance du signal en dBm si la valeur Signal
est inférieure à 1mW.
Cette grandeur caractérise aussi la sensibilité des cartes du récepteur (en dBm ou mW) qui
détermine la puissance minimale devant être reçue par le récepteur pour avoir un certain débit de
données. Si la puissance reçue est inférieure à ce seuil, le débit de données devra être réduit pour
retrouver des performances acceptables. Il est donc plus avantageux d’utiliser des cartes avec des
seuils de sensibilité de réception le plus bas possible.
Au niveau de la qualité de la réception des données via le réseau 3G, ces informations ne
nous sont à priori pas très utiles. Elles vont toutefois nous permettre de choisir une valeur-seuil audelà duquel la puissance de signal nécessaire est suffisante pour le bon transfert des données dans le
système. Cette valeur sera déterminée lors du test de mesure du débit de la connexion 3G (voir partie
V.b).
Intéressons-nous maintenant aux tests menés en utilisant des clés 3G Orange et SFR. Ces tests
visent à déterminer la portée et l’intensité de la couverture des réseaux 3G Orange et SFR. Les
résultats apparaissent dans le Tableau V.1 :
Orange (12/07/2012)
Zone de test (et
nature du lieu)
RBT 1762 - Début
RBT 1762 - Milieu
RBT 1762 - Fin
RBT 1762 - BT
VIA 1769 – BT (pied
de falaise, h = 20m)
RBT 1773 - Début
(Giratoire)
RBT 1773 - Fin
DBT 1780 - Début
DBT 1780 - Fin
RBT 1786
DBT 1792 - Début
DBT 1792 - Fin
DBT 1792 - PRO 1795
DBT 1800 (Dépôt)
DBT 1807 (Dépôt)
DBT 1807 - Fin
SDM 1815
PRO VN1 - 0m
PRO VN1 - 300m
PRO VN1 - 500m
PRO VN1 - 800m
RD 116 (Pont-route
existant)
SFR (25/07/2012)
Puissance
Qualité Réseau Puissance
Qualité
signal (dBm) signal (%) capté signal (dBm) signal (%)
-83
37%
-70
-80
-85
59%
44%
37%
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
-90 à -97
22%
EDGE
-101
15%
-87
-100
-109
-80
-99
-107
-91
-83
-91
-77
-59
-83
-73
-63
-75
-71
-73
-69
-75
-67
-73
-83
-59
33%
19%
7%
44%
19%
7%
30%
33%
26%
44%
74%
44%
59%
67%
52%
59%
52%
59%
52%
59%
52%
44%
70%
3G
3G
3G
3G
3G
3G
EDGE
3G
3G
3G
3G
3G
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
-89
-105
-89
37%
7%
30%
Réseau
capté
EDGE
HSUPA
HSUPA
HSUPA
HSUPA
HSUPA
-101
-87
-87
-73
15%
30%
33%
52%
-99
-85
-91
-91
-99
19%
37%
30%
30%
15%
-103
-81
-81
15%
41%
44%
-61
-77
-55
67%
44%
74%
-69
-61
59%
67%
-65
67%
-63
-95
67%
22%
: indique qu’aucun test n’a été effectué à cet endroit précis.
Tableau V.1 : Mesures relatives aux réseaux Orange et SFR 3G
HSUPA
HSUPA
HSUPA
EDGE
EDGE
HSUPA
HSUPA
HSUPA
HSUPA
HSUPA
HSUPA
HSUPA
EDGE
HSUPA
HSUPA
HSUPA
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
EDGE
HSUPA
49
50
L’analyse de ce tableau de mesures conduit aux observations suivantes :
Le réseau Orange 3G couvre exclusivement la moitié Nord du lot 10 sauf les zones difficiles
d’accès (falaise, végétation dense), ce qui concorde avec la position de l’antenne à Mansle
visible sur la carte de la Figure V.2. L’étendue du réseau SFR est plus importante, et présente
une qualité de signal supérieure à celle d’Orange (en moyenne 25% pour SFR contre 19%)
grâce au plus grand nombre d’antennes autour du lot 10.
Il est à première vue étonnant que le PRO VN1 ne capte pas le réseau HSUPA de SFR
malgré la présence d’une antenne 3G à moins de 3 km. Une explication peut être que ce lieu
se situe 2m en contrebas de la LGV existante et présente une forte densité de masques (mur
végétal, voiles du Saut De Mouton, élévation de dépôts et talus, etc.), ce qui rend la
pénétration du signal difficile. Cette hypothèse est renforcée par la récupération du signal sur
le pont-route de la RD116 qui surplombe la LGV existante.
La couverture EDGE des deux opérateurs présente une qualité de signal élevée (en moyenne
57% pour SFR et 52% pour Orange). Nous savons que le débit fourni par ce réseau est 5 fois
inférieur à celui de la 3G, nous étudierons donc s’il peut malgré assurer le transfert de
données numériques et d’observations GNSS de façon satisfaisante.
La couverture globale des réseaux 3G et EDGE du lot 10 a été déterminée, et SFR a été
défini comme étant l’opérateur susceptible de fournir la meilleure qualité de service. L’étape suivante
de l’étude consiste à tester dans les conditions réelles la vitesse de transmission des données via ces
réseaux.
b. Tests du débit des réseaux 3G et EDGE
Dans cette partie, nous évaluons le débit des connexions 3G et EDGE en certains endroits du
chantier. En effet, les informations numériques doivent transiter assez rapidement pour permettre les
échanges des projets entre les ordinateurs du bureau et les contrôleurs sur le terrain, ainsi que la
réception des mesures GNSS avec une fréquence suffisante pour le guidage dynamique des engins.
Pour mener cet essai, deux approches ont été envisagées. La première consiste à utiliser un
testeur téléchargé sur Internet (Speedtest.net par exemple) qui renseigne sur le Ping de la connexion
(temps que met une information pour aller et revenir du serveur de test) et les débits montant (envoi
de données) et descendant (téléchargement). C’est un procédé facile et rapide d’utilisation, mais
assez boite noire dans le sens où le module présente uniquement les résultats mais pas la façon ni
les éléments qui lui permettent d’y arriver. Cela nous amène ainsi à la deuxième approche dont les
résultats devraient être corroborés par la première. Ce mode opératoire consiste à calculer
manuellement le débit des connexions 3G et EDGE en mesurant le temps nécessaire à la réception
d’un fichier de volume connu. Pour ce faire, nous avons mis des fichiers de tailles différentes sur TCC
(500ko, 5Mo et 10Mo) que nous téléchargeons depuis le chantier grâce au simulateur de contrôleur
installé sur un ordinateur portable. Des tests ont été effectués dans différentes zones du chantier, et
les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau V.2:
Temps de transfert (s)
Débits (ko/s)
Zone
500ko
5Mo
10Mo
500ko 5Mo 10Mo
RBT 1762 - Milieu
RBT 1773 - Fin
RBT 1786
DBT 1792 - Début
DBT 1800
RD 116
Bureau (EDGE)
9
8
40
27
78
50
55.6
62.5
125.0 128.2
185.2 200.0
13
59
92
38.5
84.7
4
18
125
32
103
+10 min
77
150
-
125.0 156.3 129.9
27.8 48.5 66.7
4.0
-
108.7
Débit
mesuré
(ko/s)
79.8
155.0
60.0
218.8
162.5
40.0
7.5
Tableau V.2: Calcul du débit de la connexion SFR 3G+ par transfert de fichiers de tailles différentes
Nous constatons tout d’abord une variation du simple au double des valeurs de débits entre
les fichiers 500ko et 5Mo. Cela s’explique par le fait que le transfert est si rapide dans le premier cas
que la connexion n’a pas le temps de se stabiliser et d’atteindre sa vitesse de pointe. Ensuite, les
débits mesurés par le testeur concordent globalement avec les valeurs obtenues grâce aux transferts
de fichiers. Ce dernier constat permet d’affirmer que les mesures effectuées sont fiables.
A la vue des résultats décrits dans le tableau, nous concluons que le réseau 3G+ est très
efficace pour l’échange des fichiers numériques par Internet. En effet dans la plupart des cas, le
volume moyen des données à transférer est inférieur à 500ko avec des exceptions n’excédant pas les
2 Mo, ce qui assure un temps de réception très court. Dans les zones où les appareils ne reçoivent
pas la 3G+, le réseau EDGE prend le relais avec une efficacité relative, en affichant un débit
nettement plus faible mais satisfaisant en comparaison avec le temps de trajet nécessaire pour
retourner au bureau. Ce constat est valable pour l’envoi d’un faible volume de fichiers qui prend moins
de 5 minutes. Dans le cas de fichiers plus lourds, l’utilisation de l’EDGE n’est pas rentable et entraine
une perte de temps par rapport à la manipulation manuelle au bureau.
Suite au constat que les réseaux existants assurent un débit suffisant pour transférer avec
efficacité les données numériques, nous entamons le test suivant qui vise à déterminer le degré de
fiabilité du guidage dynamique des engins via ces réseaux, au niveau de la fréquence de réception
des observations GNSS.
c. Test de précision et de réception du système GNSS via l’IBSS
Contrôle de la fréquence de réception des corrections GNSS
La fréquence d’émission des observations GNSS correspond au nombre de mesures par
seconde envoyées depuis la base GNSS permanente vers le récepteur, par le biais du modem 3G (le
SNM910 pour les mobiles GNSS et le SNM940 pour les machines). Cette fréquence varie en fonction
du mode de travail à mettre en œuvre avec le mobile GNSS. D’une part, la méthode Stop&Go
implique un lever des points à l’arrêt, donc une fréquence de l’ordre d’1Hz suffit à cette opération.
D’autre part, les opérations topographiques dynamiques comme le guidage 3D des engins nécessite
une fréquence bien plus importante, idéalement de l’ordre de 20 Hz (20 observations par seconde,
soit 1 mesure toutes les 0,05s). Par exemple, une machine de type niveleuse qui avance à 2 m/s pour
régler une couche de matériaux doit recevoir assez d’informations pour que son travail reste conforme
51
52
au projet théorique. En effet, si elle ne reçoit qu’une correction par seconde, elle règlera sur 2m avec
cette seule information et ainsi de suite à chaque intervalle de 2m. Cette fréquence n’est pas assez
importante pour obtenir une surface finale proche de celle dessinée dans le projet. Il faut donc
l’augmenter pour atteindre 20 corrections pour 2m, soit 1 correction tous les 10 cm linéaires.
Dans la théorie, les constructeurs indiquent dans la documentation technique que leur
matériel fournit la fréquence nécessaire au fonctionnement en mode dynamique. La fiche technique
de l’antenne Trimble SPS882 décrit que « la mise à niveau du positionnement du récepteur » est
modulable entre 1Hz, 2Hz, 5Hz, 10Hz et 20Hz. Par ailleurs, d’après la direction du pôle support de
Sitech, le modem 3G SNM940 présente les mêmes capacités.
Dans la pratique, les mobiles GNSS Trimble qui reçoivent des observations indiquent le seuil
de fréquence qu’ils parviennent assurer. Il ne s’agit pas de la fréquence réelle reçue, mais d’une
indication qui permet à l’opérateur de savoir si le mobile reçoit assez de corrections GNSS pour
garantir le travail qu’il effectue. Par exemple si le mobile affiche à l’opérateur un seuil d’1 Hz
seulement, celui-ci sait qu’il peut faire un relevé en Stop&Go, mais qu’il doit éviter les levers en
cinématique.
Expérimentation du système IBSS
Afin d’être utilisé pour les opérations topographiques courantes (levers, implantations) et le
guidage des machines (positionnement, excavations), le dispositif IBSS doit fournir une précision
adéquate à ces types de travaux. La grille de précision de la composante altimétrique qui régit les
travaux est la suivante :
Implantation des entrées en terre : 5 cm
Réglage de l’arase de terrassement : ± 5 cm (avec une tolérance à respecter sur l’épaisseur
de la couche pour assurer la pérennité de l’assise de la LGV)
Réglage de la couche de forme : ± 3 cm
Réglage de la sous-couche : ± 1 cm
De plus, outre ces précisions à atteindre, le système doit être opérationnel en tout point du
chantier, que ce soit dans les endroits les plus dégagés comme au point le plus bas d’un déblai, ou
encore derrière un dépôt ou un talus formant un masque. Il est donc nécessaire de vérifier que le
mobile est constamment connecté à la base, et qu’aucune rupture de signal ne vienne perturber le
travail de l’opérateur.
Pour réaliser ces tests, nous avons utilisé du matériel fourni par Trimble
dont la description et la configuration figurent dans la partie III.c – Configuration
des bases IBSS. En effet, l’installation des bases permanentes Leica n’est pas
achevée et les modèles de récepteurs sont trop anciens pour gérer les connexions
3G. Nous avons par conséquent mené les campagnes de mesure avec un pivot
GNSS que nous avons mis en station sur des bornes connues des cheminements
polygonaux primaire et secondaire situés de part et d’autre de la trace LGV.
Figure V.4 : Installation
IBSS itinérante
Dans le but d’établir une étude de précision du lever, chaque point est déterminé par plusieurs
mesures. De plus, chaque mesure résulte de la moyenne de 15 observations prises en une seule
séquence, tant que la précision du système le permet. En cas de rupture de signal et de dégradation
de la précision, le mobile attend la récupération du signal pour continuer l’enregistrement des
données. Cette élongation du temps de mesures permet de vérifier si le signal reste stable lors d’une
session de travail assez longue.
Les tableaux des mesures figurent dans les Annexes V, et les Tableaux V.3 et V.4 présentent
les résultats du calcul de précision du système GNSS par la 3G.
 Résultats du lot 10 :
Date des mesures : 13/08/2012 et 22/08/2012
Nombre d’observations pour chaque mesure : 15 (observations moyennées)
Etat du réseau : Instable (ruptures fréquentes), réception de l’EDGE uniquement
Borne
mesurée
Distance à
la base (km)
10-1818-032
10-1773-002
10-1773-003
10-1812-028
10-1780-005
222
10-1782-007
10-1780-004
10-1804-024
223
Exactitude (mm)
Précision effective (mm)
Rupture
constatée ?
0.30
0.33
0.38
0.58
0.75
0.82
1.00
1.12
1.21
1.22
mqX
19
7
14
8
3
7
5
7
18
9
mqY
8
13
14
6
10
8
9
9
2
8
mqZ
7
3
10
3
4
3
2
3
5
3
σX
16
4
8
4
2
3
3
5
6
5
σY
5
6
8
2
6
5
7
6
1
5
σZ
3
2
5
2
1
2
2
2
2
2
10-1802-022
1.41
11
20
10
4
9
4
Non
10S
10-1798-020
10-1831-039
1.59
1.77
1.89
5
18
4
11
12
19
24
4
4
4
5
3
7
4
7
4
2
1
Non
Non
Oui
Non
Oui
Oui
Non
Oui
Non
Oui
Oui
Oui
Non
Tableau V.3 : Précision du contrôle des bornes du lot 10 par liaison 3G
 Rappel des formules :
Exactitude :
[Équation 2]
Précision :
avec n le nombre d’observations effectuées et x la série d’observations étudiées
e l’écart vrai entre une observation et la valeur vraie (= coordonnées théoriques de la bornes)
v l’écart apparent entre une observation et la moyenne des valeurs des observations
53
54
 Résultats des lots 9 à 12 :
Date des mesures : 15/08/2012
Etat du réseau : Totalement stable, réception de la 3G tout le long des mesures (aucune rupture)
Borne
mesurée
Distance à
la base (km)
211
213
215
217
219
221
223
225
232
236
237
11S
241
244
246
14S
15S
17S
256
264
277
0.83
1.99
3.27
4.79
6.06
6.81
8.03
9.40
11.29
14.05
14.06
17.04
18.24
20.14
21.65
23.49
25.00
26.50
28.49
33.04
39.15
Exactitude (mm)
mqX
mqY
mqZ
15
7
4
8
9
10
4
6
14
3
4
13
7
8
18
23
10
22
12
11
4
13
11
18
6
11
18
12
7
8
10
13
17
23
3
9
6
9
19
3
15
26
10
14
12
30
3
17
6
6
5
8
10
11
18
14
31
19
4
15
4
9
15
Précision effective (mm)
σX
σY
σZ
5
3
4
3
5
5
2
0
2
1
0
3
6
2
6
6
4
9
10
6
3
9
2
13
3
5
4
3
3
6
4
7
9
7
1
2
3
5
7
2
12
11
6
7
7
4
1
6
6
3
2
3
6
3
8
7
13
7
4
12
3
0
0
Tableau V.4 : Précision du contrôle des bornes des lots 9 à 12 par liaison 3G
Les résultats présentés dans ces tableaux amènent à l’analyse suivante :
A courte portée, les mesures en elles-mêmes sont excellentes et dépassent rarement le
centimètre en altimétrie. Il s’agit cependant d’un lever effectué avec un mobile GNSS en
Stop&Go, ce qui assure la stabilité de l’antenne durant les observations. Dans le cas du
guidage dynamique des engins, nous pouvons nous attendre à des résultats moins réguliers
en termes de précision. Nous pouvons donc anticiper que le système ne sera pas adapté pour
le réglage de la sous-couche au regard de la précision attendue (± 1cm).
A longue portée, nous observons que les mesures GNSS permettent d’obtenir des écarts sur
les coordonnées très satisfaisants, en moyenne de 2 cm avec un plafond de 3 cm jusqu’à
40km. Les éléments contrôlés sont les bornes du cheminement polygonal primaire qui se
situent le long des emprises de la trace LGV, et donc dans des conditions de réception plus
favorables que pour des points situés au cœur de la trace (fond de déblai, pied de talus de
remblai, etc.). Seule une étude plus poussée de mesure de la réception du réseau 3G au sein
de la trace comme celle menée sur le lot 10 pourra définir si ces lots sont susceptibles de tirer
pleinement profit de ce type d’installation.
Les tests effectués sur le lot 10 montrent des ruptures fréquentes du signal pendant et entre
les mesures, le plus souvent dues à un relief accidenté et aux masques parsemant le chantier
qui constituent des obstacles à la propagation des ondes téléphoniques. Nous constatons
cependant que plus nous progressons dans la trace (lots 11 et 12), moins la réception des
signaux est interrompue. Une corrélation avec le type de réseau capté peut être effectuée. En
effet, le lot 10 présente une forte couverture en EDGE, tandis que les lots 11 et 12 reçoivent la
3G avec une qualité de signaux croissante. Etant donné que le mobile GNSS s’initialise
beaucoup plus facilement en présence de la 3G alors qu’il faut s’y reprendre à plusieurs fois
avec l’EDGE, cela explique la stabilité des mesures constatée sur les deux derniers lots.
Ces tests révèlent aussi que les résultats sont très dépendants de l’état du réseau, au niveau
de la couverture et du degré de saturation de celui-ci. En effet, les bornes du lot 10 ont été
mesurées lors de deux journées : une fois un jour de travail normal (13/08), une deuxième fois
un jour férié (15/08). La différence constatée est l’impossibilité de capter le réseau 3G lors
d’une journée classique, à l’inverse du jour férié où la réception était totale et continue. La
direction support technique de Sitech affirme qu’en cas de forte utilisation du réseau
téléphonique les applications comme la nôtre passent au second plan et sont reléguées sur le
réseau EDGE ou GSM.
d. Test de mesures GNSS avec communication radio
Afin de comparer l’efficacité des deux systèmes mis en concurrence sur le lot 10, nous avons
effectué une série de mesures GNSS le long de la trace à partir de la base fixée sur les installations
de chantier. Nous cherchons à déterminer les différences de performances au niveau de la portée et
de la qualité de réception du signal, de la précision des mesures, etc. Le Tableau V.5 résume les
principaux résultats d’exactitude et de précision issus des mesures relevées lors de cette session :
 Résultats du lot 10
Etat du réseau : Très stable, réception de la radio sans rupture excepté à la 10-1794-016
Mobile utilisé : Trimble SPS882
Borne
mesurée
222
10-1773-002
10S
219
10-1794-016
10-1800-21
10-1804-024
Distance à la Exactitude effective (mm) Précision effective (mm)
base (km)
mqX
mqY
mqZ
σX
σY
σZ
0.20
12
8
12
0.43
16
14
6
(une seule mesure)
1.21
5
4
14
1.52
16
4
27
2
3
2
1.66
57
35
45
4
24
7
2.25
33
33
13
11
11
4
2.71
40
49
35
34
23
3
Tableau V.5: Précision du contrôle des bornes du lot 10 avec liaison radio et mobile Trimble
55
56
Pour vérifier que les résultats obtenus avec le mobile Trimble soient bien représentatifs de la
qualité du réseau et ne dépendent pas du type de matériel utilisé, nous menons une seconde
campagne de mesures à l’aide d’un mobile Leica.
Temps d’observations pour chaque mesure : 5 secondes (observations moyennées)
Etat du réseau : Très stable, réception de la radio sans rupture
Mobile utilisé : Leica GS 10
Borne
mesurée
Z théo.
Z levé
|écart|
(mm)
222
95.193
95.189
4
10-1773-002 80.793
80.787
6
10S
93.483
93.465
18
219
61.909
61.887
22
10-1794-016 87.964
87.953
11
10-1800-021 76.866
76.85
16
10-1804-024 68.328
68.294
34
Tableau V.6: Contrôle des écarts sur les bornes du lot 10 avec liaison radio et mobile Leica
Les mesures effectuées permettent d’observer et de déduire les informations suivantes :
Nous constatons a priori que la réception du signal radio est bien meilleure et que
l’initialisation du mobile est instantanée. En effet, la communication est plus rarement rompue
entre la base et le mobile quelle que soit la distance parcourue durant la session, à l’exception
du site de la borne 10-1794-016 qui présente un obstacle forestier dense. Cette stabilité de
transfert des mesures GNSS constitue un avantage par rapport à la communication par la 3G.
Dans le cas des mesures faites par radio, la dispersion des écarts sur un même point est plus
régulière et progressive comparé à la 3G où elle semble aléatoire. La stabilité du dispositif
radio permet d’arriver à ce résultat et de prévoir la précision fournie par le système GNSS sur
l’intégralité d’un site. Même si les écarts présentés par la solution 3G sont nettement
meilleurs, le facteur aléatoire de ces résultats ne permet pas la maitrise de ce système. Cet
inconvénient nous expose à des erreurs ponctuelles difficilement décelables sans étudier
l’ensemble des mesures d’une session de travail (surtout en dynamique, comme le réglage).
Les résultats affichés montrent que le signal se dégrade assez rapidement en fonction de
l’éloignement de la base GNSS. En effet, les écarts excèdent la tolérance de 3 cm à 2,7 km
de longueur de vecteur seulement. Ce souci peut être lié à la puissance des radios (1W), trop
faible pour couvrir une plus grande distance. La solution envisagée est d’ajouter un
amplificateur de puissance (10W) pour booster la radio et lui permettre d’émettre beaucoup
plus loin. Un autre facteur pourrait être la taille des messages GNSS envoyés. Le langage
utilisé actuellement est la norme RTCM, dont les messages sont plus volumineux que ceux du
CMR+ (seul message utilisable pour la communication entre les instruments des différents
constructeurs). Le changement de langage peut amener une amélioration du transfert des
données via la radio, et donc de la précision sur les coordonnées finales des points.
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Cette étude avait pour objectif d’améliorer la gestion des informations topographiques et de
production sur les chantiers linéaires par Internet grâce à l’utilisation de deux logiciels adaptés :
Trimble Connected Community et VisionLink.
Rappelons les principales étapes que nous avons franchies, ainsi que les principaux résultats
qui ont été obtenus :
L’étude s’est déroulée au sein de l’entreprise Razel-Bec spécialisée dans les activités de
terrassement et de génie civil. Deux chantiers ont été visités afin d’obtenir les éléments pour mener à
bien ce projet : tout d’abord le chantier de la LGV Est Européenne, puis celui de la LGC Sud Europe
Atlantique. De nombreux professionnels ont été rencontrés afin d’élargir mes connaissances dans le
domaine du terrassement, notamment auprès des employés de l’entreprise partenaire du projet Sitech
qui nous ont fourni le matériel et les informations nécessaires pour la réalisation de l’étude.
L’état de l’art des moyens matériels, méthodologiques et organisationnels a été réalisé de
manière à cerner le mode de fonctionnement des chantiers actuels en France. Il débute par l’étude du
processus de création et de diffusion des plans du projet d’exécution par le Bureau d’études, puis par
le mode d’organisation et de communication entre les services d’un même chantier. Ensuite, nous
nous sommes intéressés au type de bases GNSS installé le long de la trace de la LGV, ainsi qu’au
principe et aux composants matériels des systèmes de guidage des machines. Enfin, nous avons
cherché à comprendre le mode de planification des mouvements de terre et de détermination du
volume des matériaux déplacés.
Lors de l’étude des nouveaux systèmes à mettre en place, nous avons tout d’abord défini que
l’IBSS est le système GNSS le mieux adapté aux besoins de notre chantier. Nous avons ensuite
procédé à la prise en main et à la maitrise des plateformes Internet TCC et VisionLink, de manière à
en ressortir l’ensemble des fonctionnalités qui nous intéresse. Cela correspond au niveau de
VisionLink aux modules de suivi et d’exploitation en temps réel des opérations d’excavation et de
mouvement de matériaux par les engins guidés. Du côté de TCC, il s’agit des fonctions de
manipulation des fichiers numériques, que ce soit pour le stockage de ceux-ci sur le serveur ou pour
leur transfert bidirectionnel vers les contrôleurs de terrain installés sur les mobiles GNSS et dans les
machines de chantier. L’application graphique Visual Organizer est utile pour obtenir un aperçu
immédiat et partageable des opérations qui viennent d’être effectuées sur le chantier.
Pour des raisons de délais et d’indisponibilité du matériel, tous les nouveaux équipements
n’ont pas pu être installés pendant la durée de ce stage. Pour pallier à cet inconvénient, nous avons
mené une étude de prix complète du système Trimble appliquée au lot 10. Celle-ci comprend
l’inventaire des machines et du matériel de guidage nécessaire au fonctionnement du système. Nous
avons par ailleurs déterminé les sites d’accueil des bases GNSS permanentes puis procédé à leur
réalisation. Leur mise en route a été plus longue que prévue pour cause d’incompatibilité des
différents équipements entre eux, notamment au niveau des communications radio et de
l’obsolescence des firmware des radios et des récepteurs GNSS.
Parallèlement à l’installation des bases, nous avons étudié la possibilité de mise en œuvre
d’un système basé sur les communications via Internet. Nous avons pour cela déterminé la portée de
57
58
couverture 3G du lot 10 par les différents opérateurs téléphoniques afin de sélectionner celui qui
répond le mieux à nos attentes. Une fois le choix effectué, nous avons éprouvé à l’aide de clé 3G la
qualité de réception du réseau Internet sur nos ordinateurs en tout point stratégique du lot 10. Nous
avons simultanément testé les débits de connexion fournis par l’opérateur par deux méthodes qui se
sont révélées convergentes dans leurs résultats : tout d’abord en procédant à l’envoi de fichiers
depuis le bureau vers le terrain via TCC, puis en utilisant un logiciel de calcul de débit. L’étape
suivante consistait à vérifier que le système IBSS pouvait garantir le respect des tolérances décrétées
pour les réglages des couches. Nous avons pour cela utilisé une base IBSS itinérante sur laquelle
était connecté un mobile qui nous a permis de relever les bornes connues en coordonnées présentes
en différents endroits du chantier. Nous avons ensuite procédé à la même expérience avec une base
et un mobile communiquant par radio. A l’issue de ces levers a été effectuée une étude de précision
des deux solutions qui démontra laquelle était la plus performante, mais qui mit aussi en évidence les
inconvénients inhérents à chacune d’elles.
L’étude s’est déroulée dans des conditions favorables et a permis d’atteindre la plupart des
objectifs fixés. Les conclusions que nous pouvons en tirer sont les suivantes :
Les plateformes Internet et le système IBSS développés par Trimble sont fonctionnels et
faciles à prendre en main. Leur mise en place demande beaucoup de temps, de rigueur dans
l’organisation des données numériques et du matériel topographique spécifique et onéreux. Il est donc
nécessaire de mener une étude poussée sur les besoins d’un tel système pour le chantier, de manière
à ne pas investir à perte dans un dispositif qui demande beaucoup de préparation en amont. Une fois
l’ensemble des paramètres clairement établi, le dispositif fonctionne sans accrocs, exception faites
des facteurs extérieurs qui pourraient le perturber.
Nous avons constaté comme prévu que le bon fonctionnement du système est totalement
dépendant de la qualité des réseaux Internet 3G et EDGE fournis par les opérateurs téléphoniques
qui couvrent la zone de travail. De plus, la disponibilité et le débit assuré par ces réseaux sont euxmêmes dépendants du nombre d’utilisateurs qui s’y connectent simultanément, et se dégradent
substantiellement en période de saturation. Par conséquent, la stabilité de la connexion est totalement
aléatoire et dépend de facteurs que nous ne pouvons pas maitriser, ce qui rend le système
difficilement applicable dans les conditions que nous connaissons aujourd’hui.
Le transfert des informations numériques fonctionne parfaitement à travers le réseau 3G, les
débits mesurés sont très satisfaisants même dans le cas de gros volumes de fichiers. L’outil de
synchronisation présent sur les contrôleurs est performant et gère le classement des répertoires s’il
est bien configuré. Au niveau de la connexion EDGE, seul l’échange de fichiers de faibles volumes est
intéressant car peu chronophage. Toutefois, dès que la taille des données dépasse le mégaoctet, il
faut s’attendre à des temps de transfert trop importants et non-rentables. Dans certaines zones où la
puissance du signal est réduite, la synchronisation ne s’effectue parfois pas.
Concernant le positionnement GNSS par Internet, les résultats sont de nouveau mitigés.
D’une part, la qualité des mesures GNSS est excellente quel que soit le réseau Internet utilisé et
respecte les tolérances auxquelles nous sommes soumis. Les valeurs de l’écart-type montrent que la
dispersion des mesures n’est pas importante, et l’exactitude est satisfaisante au regard de nos
besoins. D’autre part, les réticences proviennent des ruptures des signaux Internet trop fréquentes à
cause de l’instabilité inhérente aux réseaux 3G et EDGE et de l’irrégularité du relief (fond de remblai
et de déblai, masque formé par un dépôt ou un couvert forestier, etc.). Les mesures montrent une
corrélation entre le jour d’utilisation et la qualité des réseaux : pour un jour ouvré lorsque ceux-ci sont
très sollicités, les ruptures de réception se produisent très souvent, alors que durant les jours fériés
nous accédons à la 3G sans aucun souci.
Au niveau du guidage des machines et du suivi des mouvements de terre, nous n’avons pas
eu l’occasion d’équiper un engin et de mettre en pratique le système. Nous pouvons cependant
affirmer qu’au vu de l’étude logicielle menée sur VisionLink et des recherches effectuées sur les
équipements nécessaires, le suivi du mouvement des matériaux est réalisable et promet d’être
efficace, notamment grâce au tracé en temps réel des surfaces issues des excavations. Toutefois, le
contrepoids d’un tel système réside dans la nécessité d’équiper l’ensemble du parc des machines
(production et transport) ce qui représente un investissement de départ très important. La solution
serait de se contenter des fonctionnalités minimum associées aux équipements de guidage des
machines nécessaires au chantier (pelle, bouteur et niveleuse sans tenir compte des véhicules de
transport). Elle n’assure pas le suivi du déplacement des matériaux, mais permet d’être informé en
temps réel des niveaux de déblaiement ou de remblaiement des zones ciblées en fonction du projet
théorique.
Une fois ces conclusions tirées, il reste des éléments d’étude qui n’ont pas pu être traités mais
sur lesquels il serait intéressant de se pencher.
Le premier serait de relier la base IBSS permanente à Internet via une connexion par fibre
optique. Cela nous affranchirait de l’instabilité du réseau 3G au niveau du pivot GNSS et devrait
réduire en partie le nombre de coupure si le mobile est connecté au réseau 3G le plus performant.
Le deuxième consisterait à contrôler la fiabilité du système dans le cas d’opérations
effectuées en dynamique par les machines guidées. L’expérimentation imaginée serait de lever par
tachéométrie une surface travaillée par un engin, de former un réseau triangulé à partir des points du
lever pour le comparer au projet théorique. L’étude des écarts entre les deux surfaces nous
permettrait de déterminer la précision assurée par ce système pour ce type d’opération.
Le troisième viserait à optimiser les logiciels TCC et VisionLink pour pallier à certains
inconvénients que nous avons pu relever pendant ce projet, notamment une fonctionnalité qui
permettrait de substituer le fond de carte du Visual Organizer tiré Google Earth pour importer à la
place une image géoréférencée ou un plan en .dxf ou. dwg. Cela apporterait une meilleure précision
calage lors de la superposition des couches sur le fond de carte (précision du pointé pour le
géoréférencement contre plusieurs dizaines de centimètres pour Google Earth) et éviterait en plus
l’accumulation de fonds de carte très longs à charger.
Enfin, il est important de rappeler que les systèmes de guidage d’engins, bien qu’apparus sur
le marché depuis les années 90, n’ont réussi à percer dans le milieu du BTP que depuis le milieu des
années 2000. Ces systèmes bouleversent d’une part les méthodes de travail traditionnelles des
terrassiers, qui doivent à présent composer avec des machines asservies et donc s’adapter aux
nouveaux matériels ; d’autre part celles des agents qui gèrent les mouvements de terres et qui
établissent les rapports de calcul des volumes déplacés, à cause de la capacité inédite à tracer
automatiquement les surfaces 3D des zones déblayées. Cette technique apporte une estimation fine
des volumes de matériaux extraits et élimine les marges d’erreurs assez importantes des méthodes
actuelles. Cela entraine un transfert de compétences des opérateurs de suivi des mouvements de
terre vers les services de topographie en charge de gérer ces plateformes, ce qui est en règle
générale mal accepté de nos jours et freine le développement de ces nouvelles technologies.
59
60
BIBLIOGRAPHIE
 Supports de cours :
Hottier, J.-M. [2011], La Construction – Acteurs et Missions, Cours à l’INSA de Strasbourg,
spécialité Topographie.
Ledig, J. [2011], Global Navigation Satellite System – Pour le positionnement géodésique
(G.N.S.S.), Cours à l’INSA de Strasbourg, spécialité Topographie.
 Mémoire de PFE :
Leclerc, T. [2008], Etude technique, commerciale et marketing des systèmes de guidage pour
pelle, Mémoire d’ingénieur de l’INSA de Strasbourg, spécialité Topographie, 55p.
 Fiches techniques :
Sitech [2010], Brochure GCS900 Bull
Sitech [2010], Brochure GCS900 Niveleuse
Sitech [2010], Brochure GCS900HEX 3D Pelle
Sitech [2010], SNM910 Cellular Modem
 Sites Internet :
Cartoradio@ [2012], Carte des Antennes Relais, www.antennesmobiles.fr
TCC@ [2010], Trimble Connected Community, www.myconnectedsite.com
VisionLink@ [2012], VisionLink, www.myvisionlink.com
TABLE DES FIGURES
Figure I.1: Activité du groupe FAYAT .......................................................................................... 6
Figure I.2 : Répartition géographique de l'entreprise RAZEL-BEC ............................................. 7
Figure I.3 : Effectif du groupe et répartition du CA par nature en 2011 .................................... 7
Figure I.5 : Synoptique visuel du lot 10 ...................................................................................... 9
Figure I.4 : Trace de la LGV SEA [Source : LISEA] ...................................................................... 9
Figure I.6 : Vue en plan du lot 10 [Source : Google Earth] ...................................................... 10
Figure I.7 : Types d'ouvrages d'art rencontrés dans le lot 10 [Source : LISEA] ........................ 11
Figure II.1 : Tracé de l'axe en plan ............................................................................................ 13
Figure II.2 : Insertion des tabulations....................................................................................... 13
Figure II.3 : Tracé du profil en travers type .............................................................................. 14
Figure II.4 : Restitution en plan du projet ................................................................................ 14
Figure II.5 : Création du MNT ................................................................................................... 15
Figure II.6 : Images d’une base GNSS et d’un couple d’antennes radio .................................. 17
Figure II.7 : Fonctionnement du guidage de pelle [Source : Sitech]......................................... 20
Figure II.8 : Bouteur .................................................................................................................. 20
Figure II.9 : Niveleuse ............................................................................................................... 21
Figure II.10 : PL522 ................................................................................................................... 21
Figure III.1 : Illustration du fonctionnement des réseaux VRS et IBSS [Source : Sitech] .......... 25
Figure III.2 : Modem SNM940 .................................................................................................. 26
Figure III.3 : Page d'accueil de VisionLink ................................................................................. 27
Figure III.4 : Permissions des comptes (Annexe III.3)............................................................... 30
Figure III.5 : Menus de mise en forme du site.......................................................................... 30
Figure III.6 : Exemple-type d'adresse mail ............................................................................... 31
Figure III.7 : Arborescence du serveur de données et gestion des mails (fenêtre flottante) .. 31
Figure III.8 : Communication terrain / bureau ......................................................................... 32
Figure III.9 : Synchronisation dans TCC et gestion des contrôleurs ......................................... 33
Figure III.10 : Aperçu du Visual Organizer [Source : TCC]......................................................... 35
Figure III.11 : SPS852 associé au SNM910 ................................................................................ 35
Figure III.12 : Station IBSS en activité (SPS852) et affichage du contrôleur connecté (TSC3) . 36
61
62
Figure III.13 : Schéma général du fonctionnement de TCC, de VisionLink et de l'IBSS............ 37
Figure IV.1 : Position des bases GNSS ...................................................................................... 42
Figure IV.2 : Éléments d'une base GNSS et illustration des sites d’accueil .............................. 43
Figure IV.3 : Mise en place et détermination de la base GNSS sur le pilier. ............................ 45
Figure V.2 : Répartition des antennes 3G Orange et SFR à proximité du lot 10 ...................... 47
Figure V.1: Cartes de couverture 3G des opérateurs téléphoniques vers Villognon .............. 47
Figure V.3 : Extrait de l’interface du logiciel MDMA ................................................................ 48
Figure V.4 : Installation IBSS itinérante .................................................................................... 52
INDEX DES TABLEAUX
Tableau IV.1 : Prix des logiciels TCC et VisionLink .................................................................... 38
Tableau IV.2 : Coût des machines pré-équipées ...................................................................... 38
Tableau IV.3 : Liste des références et des prix des équipements en guidage d'une pelle, d'un
bouteur et d'une niveleuse ...................................................................................................... 39
Tableau V.1 : Mesures relatives aux réseaux Orange et SFR 3G.............................................. 49
Tableau V.2: Calcul du débit de la connexion SFR 3G+ par transfert de fichiers de tailles
différentes ................................................................................................................................ 51
Tableau V.3 : Précision du contrôle des bornes du lot 10 par liaison 3G ................................ 53
Tableau V.4 : Précision du contrôle des bornes des lots 9 à 12 par liaison 3G ....................... 54
Tableau V.5: Précision du contrôle des bornes du lot 10 avec liaison radio et mobile Trimble
.................................................................................................................................................. 55
Tableau V.6: Contrôle des écarts sur les bornes du lot 10 avec liaison radio et mobile Leica 56
TABLE DES EQUATIONS
[Équation 1] .............................................................................................................................. 48
[Équation 2] .............................................................................................................................. 53

Albin ROUSSEL – Spécialité Topographie

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