GENERALITES SUR LES TONDEUSES ET PELOUSES

disposent de lames hélicoïdales qui tournent lorsqu\’on les pousse. Ces tondeuses disposent de lames entraînées par un moteur électrique, qu\’il faut le plus souvent brancher avec de longs câbles électriques. Il existe néanmoins quelques modèles sur batterie. Les tondeuses thermiques disposent d\’un moteur à essence 2 ou 4 temps. Elles utilisent de l\’essence sans plomb auquel on ajoute de l\’huile ou des additifs. Certaines sont autotractées pour rendre la manipulation plus facile. Les tondeuses autoportées ressemblent à des petits tracteurs. Elles disposent d\’un siège et d\’un volant. Elles permettent de tondre rapidement de grandes surfaces. Les tondeuses automatiques sont des robots autonomes, qui vont souvent couper la pelouse avant que celle-ci ne devienne trop haute pour elles. Elles sont électriques, sur batterie, et savent généralement retrouver la base pour aller se recharger. Il existe également des modèles solaires.
Avantages Respecte l\’environnement
Léger Encombrement réduit
Silencieux
Prix Grande autonomie Effort physique limitée
Rapide Elle travaille toute seule
Inconvénients Pas adapté si la pelouse est trop haute Fil électrique à gérer Bruyant Prix
Encombrement Prix
Pas adapté si la pelouse est trop haute
Gamme de prix 75 – 100 euros 110 – 200 euros 300 – 600 euros 900 – 3000 euros 1000 – 3000 euros

I.4 Différence entre Pelouse, Gazon et Prairie
Les termes Pelouse, gazon, gazon japonais et prairie évoquent tous l’herbe verte, pourtant ils ne sont pas équivalents. Pelouse et gazon sont néanmoins très proches, au point de les confondre très souvent.
Une pelouse se présente comme un tapis vert, homogène et ras. Elle peut être purement ornementale ou être utilisée comme terrain de sport, de jeux et de détente. Elle demande d’être arrosée et tondue tous les 3 à 10 jours.
Le gazon quant à lui, il est un mélange de graminées sélectionnées pour leurs qualités complémentaire et semées en vue d’obtenir une pelouse.
La prairie n\’est pas un tapis vert, homogène et ras comme la pelouse. Naturelle ou semée, elle se compose à la fois de graminées et de fleurs.
La prairie ne se tond pas, elle se fauche une fois ou deux par an. Faucher est nécessaire pour maintenir la surface en herbe et empêcher le développement de jeunes arbres et arbustes.

Chapitre II. LA TONDEUSE AUTONOME
II. 1. Problématique
Il est sans ignorer que la tonte d’une pelouse est un travail répétitif, fastidieux et long, souvent synonyme de perte de temps. Pourtant, il ne nécessite pas une qualification élevée de la part de celui qui tond. Cette perte de temps ne se limite pas uniquement à la tonte elle-même mais également à l’entretient de la tondeuse, au stockage et à l’élimination des déchets de tonte.
Après observation et analyse, la problématique est qu’il faut tondre la pelouse de manière autonome en tenant compte de la configuration intrinsèque du lieu à tondre, et en nécessitant peu de préparation et d’entretien.
Pendant l’étude, nous avons répertorié toutes les fonctions que doit remplir la tondeuse autonome dites aussi « tondeuse robot ».
II. 2. Tâches autonomisées
La tondeuse étant autonome, elle doit réaliser certaines opérations face à la pelouse, face à la source d’énergie, à l’espace et autres.
La figure II.1 reprend les relations entre tâches à accomplir et la fonction proprement dit d’une tondeuse à utiliser.

Figure 5. Relations entre tâches à accomplir

Avec la légende des tâches définies comme suit :
FP1 : Tondre la pelouse, FP2 : S’adapter à la configuration du terrain, FC1 : Recharger la batterie, FC2 : S’orienter, FC3 : Etre facile d’utilisation, FC4 : Ne pas être perturbé par des champs magnétiques extérieurs, FC5 : Être esthétique, FC6 : Être facilement transportable et FC7 : Avoir une autonomie suffisante.
Les taches précitées répondent à la plupart des technologies des tondeuses a exception de la tondeuse autonome par le fait que :
L’orientation de la tondeuse :
Ici la tondeuse s’auto-oriente même en pleine tonte alors que, pour les autres technologies c’est l’utilisateur qui l’oriente. A l’exemple des tondeuses autotractées
L’autonomie :
Sur cette tondeuse, il y a la présence des batteries qui définissent l’autonomie énergétique, alors que dans les autres technologies fonctionnent soit avec le carburant, soit par câble électrique, ou encore quasiment l’énergie vitale humaine. A l’exemple de la tondeuse sans moteur ou à lames hélicoïdales
Recharger la batterie :
Avec la tondeuse autonome, la batterie cherche la voie de la station de charge et se recharge automatiquement. C’est qui n’est pas le cas pour les autres technologies de tondeuses.
Perturbations par des champs magnétiques extérieurs :
Cette tondeuse reçoit certains signaux électromagnétiques venant du fil périmétrique, et lui permettant de ne pas aller en dehors de la pelouse et d’éviter les parterres à fleurs.
Les autres tondeuses n’ont pas de réception pour signaux magnétiques C’est-à-dire, rien à y craindre.

Nous allons utiliser le diagramme FAST pour montrer le comment et le pourquoi de chaque tâche pour notre tondeuse.
Le diagramme FAST (Function Analysis Systèm Technique) est une technique permettant de représenter sous forme de diagramme les relations logiques existant entre les fonctions d’un sujet, en répondant aux questions « comment » et « pourquoi » pour chaque fonction. Ce diagramme est repris par la figure II.2 de la page suivante.

Figure 6. Diagramme FAST de la tondeuse

II.3 Constitution de la tondeuse autonome
Pour arriver à réaliser toutes ces tâches autonomes, la tondeuse est composée de plusieurs éléments mécaniques, électriques, électroniques et même informatiques que voici sous la forme listée :
Un moteur principal de coupe
Deux moteurs de propulsion gauche et droite
Une batterie
Deux réducteurs de vitesse
Une roue jockey en avant
Deux roues motrices
Un châssis
Un contrepoids
Les détecteurs de chocs avant et arrière
Les détecteurs de fil périmétrique
Une carte de commande
Les connecteurs
Les vis et écrous
Un carter supérieur
Une prise électrique pour la recharge
Et par ailleurs, le fil périmétrique et la station de charge

Cette Tondeuse regroupe un ensemble bien défini des pièces, chacune bien fixée à sa place et interconnectées entre elles, soit électriquement ou mécaniquement afin d’assurer le bon fonctionnement de l’ensemble. La figure 7 donne une image claire de la vue de dessus ouvert. Ci-dessous à carter supérieur ouvert.

Figure 7. Vue générale de la tondeuse, carter supérieur enlevé (EpreuveFrance2002)
Chaque pièce ainsi citée joue un rôle spécifique et possède un fonctionnement différent des autres. La gestion programmée de ces différentes pièces octroie à notre tondeuse un fonctionnement général qu’il est important de mieux expliciter.

II.4. Fonctionnement proprement dit
La machine étant un robot, pour plus de clarté, voici son fonctionnement général subdivisé en branches fonctionnelles.
Délimitation de la zone à tondre
La tondeuse robot permet la tonte autonome complète pour des superficies variées. Pour une surface supérieure à la limite de la tondeuse, plusieurs zones de tonte peuvent être délimitées.
Chacune des zones de tonte est délimitées selon son périmètre par un fil électrique tendu à même le sol, semi-enterré et alimenté par un boitier électronique qu’on appelle aussi « commutateur de périmètre ».
Lorsqu’on met en service le commutateur de périmètre, le fil périmétrique émet un champ magnétique que la tondeuse détectera lorsqu’elle approchera le contour de la zone à tondre.
Les zones interdites telles que parterre de fleurs, piscine, bassins, sont aussi délimitées par le fil à champ magnétique. Les obstacles pleins tels que les arbres et les murs sont eux directement évités par la tondeuse robot par l’intermédiaire des détecteurs dans les pare-chocs.

Figure 8. Délimitation de la zone à tondre
Stratégie de tonte
Cette stratégie repose sur quatre modes de tonte à savoir :
Tonte d’orientation T1 :
L’utilisateur ou opérateur ayant posé la tondeuse au sol en un point quelconque de la pelouse que nous pouvons nommer géométriquement point P, puis appuyé sur le bouton de démarrage, la tondeuse pivote autour d’un axe vertical dans le sens direct, et s’oriente vers le nord magnétique à l’aide la boussole électronique.
Tâche de recherche et de suivi de fil T2 :
La tondeuse avance ensuite vers le nord, jusqu’à ce qu’elle rencontre le fil périmétrique en un point qu’on ici point A.
Elle pivote dans le sens direct, et suit le conducteur périmétrique afin de tondre le pourtour de la parcelle.
Lorsqu’elle a bouclé un tour et demi de tonte périmétrique (point B), elle pivote vers l’intérieur de la parcelle et passe au troisième mode de tonde T3.
Tâche de tonte en « Zigzag » T3 :
A chaque fois que la tondeuse rencontre le fil périmétrique (point C1) ou un obstacle (point C2), elle s’arrête automatiquement, pivote autour d’un axe vertical d’un angle de 5 degrés, et continue sa translation en sens inverse.
Tâche de pivotement de 60 degrés T4 :
Après avoir pivoté de 5 degrés lors de la tache T3, si la tondeuse est dirigée vers l’extérieur de la zone délimitée, elle pivote alors à nouveau de 60 degrés puis repart pour un nouveau cycle de tonde en mode zigzag.

La figure ci-dessous représente tous ces modes de tonte sur la surface délimitée :

Figure 9. Modes de tonte

Fonctionnement de la partie opérative
Etant composé de deux roues arrières et d’une roue folle de type « jockey » à l’avant, les deux roues arrières sont chacune motorisée en courant continu via un réducteur de vitesse à engrenages de manière indépendante.
Cette indépendance permet à la tondeuse de changer de direction et même de sens à volonté en entrainant les deux moteurs par intermittence. Autrement dit, le changement de direction est obtenu grâce à une différence de rotation des deux roues arrière. La position angulaire de chaque roue est connue grâce à un capteur. Chacun des deux capteurs est constitué d\’un disque lié à l\’arbre moteur, comportant deux aimants diamétralement opposés, tournant devant un détecteur magnétique.
Les roues motrices sont montées dans un berceau dont la disposition par rapport au châssis de la tondeuse est réglable de manière à augmenter ou diminuer la hauteur de tonte à volonté.
La position en hauteur de la roue avant (celle jockey) par rapport au châssis de la tondeuse est également réglable de manière à ce qu’en association avec le réglage de la hauteur du berceau arrière, on obtienne différentes hauteurs de tonte.
La tonte est assurée par une lame unique motorisée de bonne envergure.

Voici ci-dessous la photographie ainsi que la modélisation des pièces principales de la partie opérative :

Figure 10. Photographie du berceau de la partie opérative

En voici la modélisation sous solidworks

Figure 11. Modélisation du berceau de la partie opérative

Comme les organes du corps humain, les composantes opératives de la tondeuse sont chacune commandée spécifiquement à partir d’un cerveau.

Fonctionnement de la partie commande
La tondeuse robot possède une « carte mère » regroupant les différentes fonctions de puissance et de commande.
Les seuls éléments décentralisés de la mère sont les divers capteurs qui instruisent la partie commande sur l’état du système ou les évènements instantanés qui se déroulent pendant le fonctionnement intégral ou partiel de la tondeuse.

Figure 12. Carte mère de la tondeuse autonome
Sur le carter supérieur est inséré un boitier de commande que voici en image à la figure 13.
Le boitier de commande permet de configurer les paramètres de tonte et de déplacer la tondeuse soit pour tondre manuellement, ou pour conduire la tondeuse sur la zone de tonte.

Figure 13.Boitier de commande
Après avoir répertorié les différentes composantes de base, nous ferons au chapitre suivant une étude approfondie sur chaque élément composite en vue d’un meilleur choix, pour ensuite déterminer les caractéristiques de ceux-ci après calculs.