Brevet FR2045777A1 — publié le 19710305

La présente invention se rapporte à un niveau à cordeau, grâce auquel il est possible d'effectuer des nivellements de prS cision d'une manière particulièrement simple es Pour exécuter des nivellements de courte portée, tels que par exemple des nivellements ruraux ou de terrassement on fait souvent appel à des appareils de visez de fonctionnement e. de précision bien connus, du type lunette a nivette serve ou libre, théodolite. Quelles que soient leurs qualités propres, ces différents appareils ont cependant l'inconvénient d'etre assez coûteux, meme pour des modèles relativement simples. Ils nécessitent en effet un trépied lourd et encombrant, une mire graduée dite "parlante" ils nécessitent également un personnel qualifié et compétent pour son utilisation correcte. Par ailleurs, le temps du notamment au grand soin indispensable aux mises en stations successives-des appareils de visée au cours d'un nivellement, est loin d'entre négligeable, et dans certains cas peut s'avérer excessif, eu égard à la rapidité avec laquelle on peut devoir disposer des résultats du nivellement. Afin de remédier à ces divers inconvénients, on pourrait imaginer un dispositif comportant un niveau à balancier, dont 1' équilibre horizontal est assuré, par un contrepoids placé sur un des bras du balancier, tandis que l'autre est sollicité en bout, par un cordeau de longueur fixe,reliant ce bras à l'endroit dont on veut connaître la dénivellation par rapport au lieu de stationnement. Ce dernier dispositif est assurément moins coûteux que les premiers nommés, mais il présente l'inconvénient de ne pouvoir être équilibré valablement que pour une seule longueur de cordeau à la-fois, toute modification de la longueur de celui-ci nécessitant obligatoirement un nouvel équilibrage du balancier, cordeau déployé, ce qui compromet sérieusement la précision de l'équilibrage à effectuer et allonge considérablement la durée des opérations. Le niveau à balancier, objet de la présente invention, permet de remédier de façon élégante, simple, rapide et efficace à tous ces inconvénients. Avant d'en définir les caractéristiques constitutives, on va en exposer ci-après les principes et en décrire un mode de réalisation. La figure 1 représente schématiquement un appareil de nivellement du type à balancier et à cordeau, mais non muni des modifications et perfectionnements faisant l'objet de la présente invention. Sur cette figure 1, un balancier représenté schématiquement par le barreau 1 est supposé en parfait équilibre horizontal autour d'un axe également horizo@tal 2, (perpendiculaire au plan du schéma), l'équilibre étant contrôlé par un niveau à bulle 3 dont la bulle est entre les repères. Les extrémités du balancier situées sur êaxe de symétrie (passant par 2) dudit balancier sons repérées en 4 et 8. On attache en 4 un cordeau 5, dont l'autre extrémiter 6 est placée au meme niveau que 4 ; le cordeau 5 est pesant et prend la forme d'une chatnette son poids se reportant par moitié en 6 et 4, rompt l'équilibre du balancier 1 qui s incline dans le sens de la flèche 7 jusqu'à ce que la chaînette 5 (devenue 5') soit tangente en 4 ' à l'axe du balancier à nouveau en équilibre, mais cette fois en position in clinée. Dans cette position, la bulle de la nivelle n'est plus entre ses repères, les trois points 6, 4 et 8, ne sont plus sur une même horizontale et on ne peut effectuer de mesure de dénivellation entre 6 et le lieu de stationnement.Pour rétablir l'équili- bre horizontal du balancier 1, on dispose, par exemple en 9, un contrepoids pouvant se déplacer dans la partie du balancier com- prise entre 2 et 8, jusqu'à ce que la bulle revienne entre ses repères. A ce moment, le balancier reste en équilibre quelle que soit la flèche de la chaînette puisque la moitié du cordeau, dont le poids est reporté en 4 est toujours équilibrée par le contrepoids. Toutefois, ainsi qu'il a été dit plus haut, cet équilibre n'est valable que pour une longueur de cordeau invariable, ce qui rend le dispositif peu pratique et peu sûr. Pour remédier de façon efficace à ces inconvénients, on fait, conformément à l'invention, usage d'un dispositif à balancier dont le principe est décrit ci-après (Fig 2). Un balancier schéniatisé par le barreau 10 peut osciller autour d'un axe horizontal dont la trace est en 11. Une nivelle 12 réglable, repose sur le balancier 10, avec son milieu au droit de 11. Exactement à midistance entre l'axe 11 et l'extrémité 13 du balancier se trouve une bobine 14 pouvant tourner autour d'un axe 15, fixe et solidaire du balancier. Sur la bobine 14 est enroulé un cordeau 16 d'extré mité 17.Par traction, le cordeau peut sortir du balancier en un endroit 13', choisi à l'extrémité 13 du balancier, et tel que la ligne imaginaire 1-3'-11 soit rigoureusement horizontale lorsque la bulle est entre les repères de la nivelle celle-ci ayant été au préalable rigoureusement réglée une fois pour toute9 par rapport à ladite ligne. Un contrepoids 18 de poids approprié, et réglable en position, est disposé sur le balancier entre 11 et 1' extrémité 19. Il permet, (grâce à la nivelle),l'équilibrage horizontal parfait du balancier, pour autant qu'on ait eu soin de dérouler le cordeau 16 depuis 15 jusqu'à 13', cette longueur de cordeau restant constante lors de tout déroulement. En pratique, ltéqùilibrage est possible en accrochant sur l'axe il 11 anneau terminal matérialisant généralement l'extrémité 17.On élimine de ce fait l'influence du poids de l'anneau ou du tenon constituant ladite extrémité. Il y a lieu également de remarquer que le centre de gravité de l'ensemble du dispositif doit être situé au droits de 11 et un peu en-dessous de cet axe. L'équilibrage horizontal réalisé dans les conditions cidessus est valable pour toutes les longueurs du cordeau, pour autant toutefois que l'extrémité 17 de ce cordeau soit au même niveau que 13', ce que l'on contrôle en vérifiant que la bulle de la nivelle est entre ses repères. En effet, supposons que n soit le nombre de mètres courants de cordeau enroulés suT la bobine 14, et Q le poids métrique du cordeau, il s'ensuit que le poids total du cordeau est Qn, et si L est la distance horizontale entre 13 et 1t, le "moment" du poids du cordeau par rapport au point 11 est, très sensiblement égal à + . (Cette relation est par-ailleurs rigoureusement vraie si l'axe 15 est dans le même plan que 13' et 11, et -à mi-distance exacte entre 13' et 11. Si l'on déroule x mètres de cordeau en maintenant l'ex- trémité 17 au niveau de 13', le moment du poids du cordeau (restant sur la bobine) par rapport à 11 sera + - Qx2L (1) tandis que, la partie du cordeau sorti, et dont le poids est supporté par 13' (c'est-à-dire en fait, la moitié du cordeau sorti), aura un moment par rapport à 11 égal à 9 (2). On voit immédiatement que 2 le moment résultant (1) + (2) vaut QnL Qx1 QxL QnL Constante indépendante de x Il suffit donc bien d'équilibrer une fois pour toutes le balancier comme dit plus haut, pour pouvoir être sûr qu'il reste: équilibré quel le que soit la longueur et la flèche du cordeau sorti (sous la condition que 17 soit et reste au niveau de 13', ce que l'on vérifie précisément avec la nivelle). Etant donné qu'en pratique, il nést pas possible d'éliminer tout frottement dans la rotation de l'équipage autour du pivot 11, la faible composante horizontale du cordeau non tendu pourrait ne pâs permettre de stabiliser le balancier dans sa position d'équilibre horizontal.Pour vaincre ce frottement, il peut être alors nécessaire d'opérer une légère traction sur le cordeau. Cette traction, variable avec la portée entre station et point de nivellement, ainsi qu'avec la flèche prise par le cordeau n1a absolument aucune influence sur la préci sion des opérations. En pratique, on peut opérer de plusieurs fa çons : par exemple, on fixe 17- en un endroit déterminé pris comme repère, puis on déroule le cordeau jusqu'à ce qu'on arrive au lieu dont on veut connaître la dénivellation par rapport au repère choisi. Arrivé en ce lieu, on déplace verticalement l'ensemble de l'équipage "balancier-bobine-nivelle-contrepoids", jusqu'à ce que la bulle soit entre les repères de la nivelle.A ce moment, les trois points 17, 13' et 11 sont sur une même horizontale, dont le niveau, qui est le même que celui du repère 17 peut être aisément matérialisé, si l'on se trouve près d'un poteau ou d'une paroi au moyen d'un pointeau coaxial à 11. On peut également connaître la hauteur de l'axe 11 au-dessus du sol, en notant l'indication four nie par un mètre ruban dont une extrémité, munie d'un poids suf- spirale fisant, repose sur le sol, et dont l'autre, grâce à un ressort, se trouve et reste enroulée sur un tambour solidaire de l'axe 11 d'un balancier, ledit mètre s'enroulant ou se déroulant de lui-même suivant le mouvement vertical imprimé à l'axe 11, le poids du mètre ruban n'ayant évidemment aucune influence sur l'état d'équilibre du balancier.L'ensemble du dispositif est supporté, par exemple par une poignée solidaire d'un pivot matérialisant l'axe 11, atour duquel tout l'équipage peut osciller de façon stable, puisque son centre de gravité a été fixé sous l'axe de suspension et d'oscillation 11. Pour sa construction, le dispositif peut être constitué comme suit (Fig.3) : le balancier 20 comporte une partie centrale évidée, formée de deux branches 21 et 22, servant de support à l'axe 23 sur lequel repose et tourne la bobine 24, munie du cordai 25, qui y est enroulé. Pour réaliser l'équilibrage le cordeau est déroulé jusqu'à l'extrémité 26 du balancier, qu'il quitte en cet endroit, lorsquton le tire davantage. L'autre côté 27 du balancier, est muni du contrepoids 34' servant i équilibrer le balancier autour de l'axe 28. La distance 26-23 est constructivenient égale a la distance 23-28.Par ailleurs, la base de la nivelle est construc- tivement placée parallèlevnent au plan constitué par le point 26 et l'axe 28, la nivelle ayant été préalablement vSriìée comme étant exacte par rapport à sa base (par tout moyen classique bien connu en soi). On règle alors (par exemple par vis 29) la position du contrepoids 34' jusqu'à ce que la bulle de la nivelle soit ame- née entre ses repères lorsqu'il n'y a pas de cordeau déroulé plus loin que le point 26 (étant toutefois sous-entendu que la partie déroulée du cordeau ne peut être lâche à ce moment, en quelqu'en- droit que ce soit).La vis de réglage du contrepoids permet de ramener la bulle entre ses repères si pour une raison quelconque le poids du cordeau était modifié (chqngement de diamètre ou de structure, de nature, humidité...). Le bobinage et le rebobinage du cordeau 25 sur la bobine 24 s'effectue au moyen de la manivelle 34 munie-d'un maneton 35. La manivelle 34 est encastrée dans une glissière pratiquée dans le pivot 36 matérialisant l'axe 23, et est maintenue en place grâce à une broche (non figurée) traversant pivot 36 et manivelle 34.La manivelle peut, en tournant (chemin fléché 37) autour de cette broche (perpendiculaire à l'axe 23) prendre une position "effacée" dans laquelle le maneton 35 traverse un -trou 38 pratiqué dans la flasque 22,et se loge dans une encoche 39 pratique dans le flanc 24 de la bobine, ce qui bloque cette dernière. L'équiiibrage ainsi que le nivellement sont tour jours réalisés avec la bobine en position effacée, afin d'emp2- cher tout déroulement intempestif de la bobine, en cas de traction. L'extrémité 26 du balancier est munie (Fig.4 ,représentant l'extrémité vue de face du balancier coté 26) d'un orifice dont une partie est en forme de V couché 41, dont l'axe de symétrie 40 est coplanaire aux axes 23 et 28. Cette forme eti"V couché" permet d'utiliser des cordeaux de diamètres différents sans crainte de dénivellement quelconque à la sortie, grâce également à la chicane 42 (Fig.5 représentant une coupe schématiquement horizontale de l'extrémité du balancier côté 26), dans laquelle le cordeau 25 doit passer pour sortir du balancier. Une poignée 30 coaxiale à 28, permet de supporter tout le dispositif, sans en modifier l'état d'équilibre. Un magasin 31 sert à recevoir la partie non déroulée d'un mètre ruban 32 dont l'extrémité libre 33 est munie d'un poids, et reste en contact avec le sol pendant la manoeuvre. Il est à noter que l'emploi de ce dispositif n'est limité que par la longueur du cordeau, et qu'il peut se concevoir aussi bien à partir d'une extrémité du cordeau que de l'autre. Ayant ainsi exposé les principes sur lesquels se base l'emploi du dispositif de l'invention, on va maintenant en définir les caractéristiques essewcielles Le dispositif objet et de la présente invention est essentiellement caractérise en ce qu'il comporte a) Un balancier 20 susceptible de tourner autour d'un axe horizon tal 28, par l'intermédiaire d1un pivot approprié, tournant li brement dans un logement prévu à cet effet dans ledit balancier (avec le minimum de jeu et de frottement possible). b) Une nivelle à bulle 29 (éventuellement réglable), solidaire du dit balancier tout en lui étant sensiblement parallèle, posée sur celui-ci, avec son milieu de préférence à droite du pivot. c) Une bobine 24 munie d'un organe de bobinage et de calage, et sur laquelle est enroulé un cordeau 25 dont la longueur est ap propriée à la portée efficace souhaitée du dispositif. d) Un contrepoids 34'. e) Un support de pivot pouvant être une simple poignée 30. ensemble étant agencé de telle façon que 1 La bobine chargée de tout son cordeau, soit supportée par un des bras (d'extrémité 26) du balancier, par l'intermédiaire d'un axe 23 solidaire dudit bras, sur lequel est fixée une manivel- le 34 de rebobinage servant à caler la bobine toujours dans la mE- me position par simple rabattement du maneton (l'équilibrage de tout l'équipage est effectué avec la bobine calée au moyen du ma- neton en position rabattue),et parallèle au pivot, ledit axe étant situé exactement à mi-distance entre le pivot 28 repris sous a ,et l'extrémité 26 du bras considéré, cette extrémité étant par ailles supposée coïncider avec l'endroit oh le cordeau 25, déroulé de la bobine vers ladite extrémité, quitte cette dernière. 20 Le contrepoids 34' se trouve attaché à l'autre c8té 27 du balancier par rapport au pivot, et ait un poids et une position tels que l'équilibre horizontal du balancier chargé de tout l'équipage , soit réalisé lorsque la partie du cordeau déroulé est uniquement celle qu'il faut pour que son extrémité dudit cordeau (côté libre et non côté bobine) coincide avec l'extrémité 26 correspondante du balancier. 30 L"extrémité du balancier coté cordeau, au niveau où ledit cordeau quitte cette extrémité 26, ainsi que l'axe du pivot 28 du balancier, se trouvent dans un meme plan horizontal, lorsque la nivelle, dont les indications ont ét; préalablement vérifiées comme exactes par rapport à une base horizontale quelconque, a sa bulle exactement entre ses repères. 40 Le centre de gravité de tout le dispositif, soit situé un peu au-dessous du niveau du pivot, ce qui confère à l'en- semble du dispositif un équilibre stable. Selon une variante avantageuse du dispositif de l'invention, l'axe 23 se trouve un peu en-dessous, ou de préférence dans le plan passant par 26 et 28, le contrepoids 34', a son centre de gravité un peu au-dessous dudit plan, afin de placer le centre de gravité de tout le dispositif sous le niveau de 28, sans devoir alourdir ce dispositif par un surcroît de poids inutile. Par ailleurs, suivant une autre modalité intéressante du dispositif de l'invention, le contrepoids est réglable en position (verticale et horizontale) par exemple au moyen d'un système à vis, ce qui permet de réaliser très facilement toute modification souhaitée du réglage ou de la stabilité du dispositif. Selon une autre modalité du dispositif de l'invention, le pivot 28 ou son support, est muni d'un tambour sur lequel est enroulé un ruban gradué, dont l'extrémité libre est munie d'une petite masse pesante, ou d'une pédale permettant le maintien de son extrémité au sol, le tambour étant lui-meme muni d'un ressort de rappel qui lui permet de dérouler ou d'enrouler automatiquement le ruban suivant que la masse pesante est ou n'est pas suspendue au tambour. R E V E N D I C A T I O N S 10 Dispositif caractérisé en ce qu'il comporte a. Un balancier susceptible de tourner autour d'un axe horizon tal, par l'intermédiaire d'un pivot approprié, tournant libre ment dans un logement prévu à cet effet dans ledit balancier avec le minimum de jeu et de frottement possible 7 b. Une nivelle à bulle éventuellement réglable , solidaire dudit balancier tout en lui étant sensiblement parallèle, posée sur celui-ci, avec son milieu, de préférence a droit dru pivot? c. Une bobine avec système de calage et de rebobinage sur laquel le est enroulé un co-rdeau dont la longueur. est appropriée à la portée efficace souhaitée du dispositif, d. Un contrepoids/ e. Un support de pivot, pouvant être une simple poignée tout cet ensemble repris de a à e,étant agencé de telle façon que 1.La bobine chargée de tout son cordeau soit supportée par un des bras d'extrémité du balancier par l'ii- termédiaire d'un axe solidaire dudit bras et parallèle au pivot, ledit axe étant situé exactement à mi-dis tance entre le pivot repris sous a, et l'extrémi- té du bras considéré, cette extrémité étant par ailleurs supposée coïncider avec l'endroit où le cor deau déroulé de la bobine vers ladite extrémité, qui te cette dernière} 2..Le contrepoids se trouve attaché à l'autre côté du balancier par rapport au pivot et ait un poids et une position tels que l'équilibre horizontal du balancier chargé de tout l'équipage, soit réalisé lorsque la partie du cordeau déroulé est uniquement celle qu'il faut pour que l'extrémité dudit cordeau (côté libre, et non côté bobine), coïncide avec l'extrémité corres pondante au balanciers 3. L'extrémité du balancier côté cordeau, au niveau où le dit cordeau quitte cette extrémité, ainsi que l'axe du pivot du balancier se trouvent dans un même plan hori zontal, lorsque la nivelle, dont les indications ont été préalablement vérifiées comme exactes (par toute méthode connue en soi) par rapport à une base horizon tale quelconque, a sa bulle exactement entre ses repè repères. 4. Le centre de gravité de tout le dispositif, soit si tué un peu en-dessous du eau du pivot, ce qui con fère d Ensemble du dispositif un équilibre stable 2 Dispositif suivant la revendication 1, c a r a c t en r i s é en ce que au moins le contrepoids a son centre de gravite propre un peu en-dessous du plan passant par l'extrémité du balancier et par l'axe supportant celui-ci, de façon i placer le centre de gravité de tout le dispositif sous le niveau de Biaxe. 3 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le contrepoids est muni d'un moyen permettant un réglage de sa position en verticale et en horizontale, par rapport à l'axe. 40 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le pivot ou son support, est muni d'un tambour sur lequel est enroulé un ruban gradué, dont l'extrémité libre est munie d'une petite masse pesante ou d'une pédale, le tambour lui-même muni d'un ressort de rappel qui lui permet de dérouler ou d'enrouler automatiquement le ruban, la masse pesante ou la pédale maintenant l'extrémité du ruban au sol, le ruban étant attaché audit tambour par son autre extrémité