Les cellules de charge (en anglais, load cells) sont des composants essentiels dans tout système de pesée industriel. Qu’il s’agisse de balances, de ponts-bascules, de trémies de pesée, d’équipements de dosage ou de systèmes de pesée en mouvement, elles assurent la conversion d’une force (poids, traction, compression) en un signal électrique mesurable. Grâce à leur précision et leur fiabilité, elles constituent la technologie de référence pour la mesure de poids dans de nombreux secteurs : agroalimentaire, logistique, chimique, pharmaceutique, etc.
Introduction aux cellules de charge
Une cellule de charge est un transducteur qui mesure une force (généralement le poids) et la convertit en un signal électrique proportionnel à cette force. On les retrouve dans des dispositifs de pesée pouvant aller de quelques grammes à plusieurs centaines de tonnes.
Cette technologie est devenue incontournable en raison de sa grande précision, de sa stabilité et de sa fiabilité à long terme. Avec l’essor de l’électronique et la digitalisation de l’industrie, les cellules de charge s’intègrent aisément à des indicateurs de pesée, des systèmes d’acquisition de données (SCADA), des automates programmables (PLC) ou encore des plateformes cloud de surveillance en temps réel. Elles offrent ainsi des solutions de contrôle et de supervision de plus en plus précises et automatisées.
Principe de fonctionnement
La majorité des cellules de charge industrielles s’appuient sur le principe des jauges de contrainte (strain gauges). Ces petites jauges, collées sur un support (corps de la cellule de charge) en aluminium, en acier ou en acier inoxydable, voient leur résistance électrique varier en fonction de la déformation du matériau.
Déformation du corps de la cellule de charge Lorsqu’une force est appliquée sur la cellule, le matériau se déforme très légèrement de manière élastique.
Variation de résistance des jauges Les jauges de contrainte, solidement fixées sur la surface de la cellule, subissent la même déformation. Leur résistance électrique change donc proportionnellement à l’effort appliqué.
Pont de Wheatstone Pour amplifier cette variation de résistance, on utilise souvent un montage en pont de Wheatstone. Ce dispositif électronique permet une mesure beaucoup plus précise de la déformation.
Signal de sortie La minuscule différence de résistance est convertie en une tension électrique, généralement exprimée en millivolts par volt (mV/V). Ce signal est ensuite traité par un indicateur de pesée ou un système électronique de mesure, qui l’interprète en unités de poids (kg, g, t, etc.).
Grâce à cette configuration, les cellules de charge atteignent des niveaux de précision très élevés, avec des classes de précision pouvant aller jusqu’à 0,01 % de la charge nominale.
Les principaux types de cellules de charge
Il existe plusieurs catégories de cellules de charge, chacune étant adaptée à des applications et des plages de mesure spécifiques.
Cellule de charge en flexion ou cisaillement (Shear Beam / Bending Beam)
Les cellules de type viga en flexion ou en cisaillement (Shear Beam) sont conçues pour des capacités allant de faibles à moyennes charges. Elles sont largement utilisées dans les systèmes de pesée de trémies, les plateformes de pesée et les systèmes de dosage de taille petite ou moyenne.
Avantages :
Design robuste et compact.
Bonne précision et répétabilité.
Capacité à tolérer des charges excentrées modérées.
Applications typiques :
Petites plateformes de pesage dans l’agroalimentaire ou la chimie.
Pesage de trémies d’alimentation.
Contrôle de poids sur lignes de production.
Cellule de charge à colonne (Canister Load Cell)
Ces cellules se distinguent par leur forme cylindrique, avec une colonne centrale qui supporte la force verticale. Elles sont idéales pour des charges élevées, pouvant aller de quelques tonnes à plusieurs centaines de tonnes.
Avantages :
Très grande robustesse, idéales pour des charges extrêmement lourdes.
Bon comportement sur le long terme.
Résistantes aux environnements industriels difficiles.
Applications typiques :
Ponts-bascules pour camions et wagons.
Silos de grande capacité.
Grues et engins de levage lourd.
Cellule de charge à point unique (Single Point)
Les cellules dites Single Point sont conçues pour supporter une charge appliquée en un seul point, sans perte significative de précision. On les retrouve principalement sous les petites et moyennes plateformes de pesée, comme les balances de commerce.
Avantages :
Permettent de peser sur un plateau avec une seule cellule.
Intégration et installation simples.
Précision adéquate pour les basses et moyennes charges.
Applications typiques :
Balances de comptoir dans la distribution et le commerce.
Petites plateformes de pesée industrielles.
Instrumentation de laboratoire.
Cellule de charge en compression et traction (S-Type)
Comme leur nom l’indique, les cellules S-Type sont reconnaissables à leur forme de « S ». Elles sont polyvalentes puisqu’elles permettent de mesurer à la fois la traction et la compression. Les plages de capacité sont très variées, ce qui les rend adaptées à de nombreux domaines.
Avantages :
Mesure de la tension et de la compression dans un seul capteur.
Montage facile pour des applications suspendues (par exemple, trémies pendantes).
Bonne linéarité et fiabilité.
Applications typiques :
Lignes de dosage et d’emballage.
Balances suspendues.
Contrôle de tension sur câbles ou cordages.
Autres conceptions
On trouve également d’autres types de cellules de charge, telles que les cellules en forme d’anneau, les cellules dites button (très compactes), ou les cellules hydrauliques et pneumatiques pour des cas d’utilisation spécifiques. Ces dernières sont choisies lorsque les contraintes de température, de vibrations ou de compatibilité chimique sont très exigeantes.
Applications industrielles des cellules de charge
La polyvalence et la précision offertes par les cellules de charge les rendent indispensables dans de nombreux secteurs :
Agroalimentaire : Suivi du poids en ligne de production, dosage automatique des ingrédients, pesée dans les silos de stockage des matières premières.
Logistique et transport : Ponts-bascules pour camions, wagons, chariots élévateurs, systèmes de pesage sur convoyeurs pour le tri automatique des colis.
Production et fabrication en série : Contrôle de la qualité du poids des pièces ou des ensembles, vérification du remplissage (bouteilles, boîtes, sachets), systèmes de dosage.
Industrie chimique et pharmaceutique : Pesée de réactifs, dosage très précis des composants, suivi des stocks de produits chimiques dangereux.
BTP et mines : Ponts-bascules pour les camions lourds, suivi de la charge sur les grues de chantier, mesure du transport de matériaux en vrac.
Agriculture : Alimentation animale dans les exploitations d’élevage, pesée de bétail, suivi des intrants et des récoltes.
Grâce à leur fiabilité et leur grande précision, les cellules de charge sont devenues un outil incontournable pour la gestion de la production, la sécurité et l’efficacité opérationnelle dans ces multiples domaines.
Critères de sélection d’une cellule de charge
Le choix de la cellule de charge la mieux adaptée dépend d’un ensemble de facteurs :
Capacité de mesure : La cellule doit supporter la charge maximale prévue dans l’application. Un marge de sécurité (généralement 20 % à 30 %) est conseillée pour éviter tout risque de surcharge.
Précision et classe de tolérance : Chaque secteur a ses exigences de précision. Les standards internationaux (comme l’OIML) classent les cellules de charge selon différentes classes de précision (C3, C4, etc.). Plus la précision requise est grande, plus il faudra choisir une cellule de qualité supérieure.
Environnement de travail :
Température : Certains modèles résistent mieux aux températures extrêmes.
Humidité et étanchéité : Les niveaux de protection IP (IP67, IP68, etc.) garantissent une résistance à l’eau et à la poussière.
Agents chimiques ou corrosifs : Un matériau comme l’acier inoxydable peut être requis.
Méthode de montage : On distingue la compression, la traction, la flexion, etc. Choisir le type de cellule de charge le plus approprié garantit une mesure stable et sûre.
Dimensions et encombrement : L’espace disponible dans la machine ou la structure influence le choix du format de la cellule. Les cellules de faible hauteur sont parfois préférables en cas de contraintes mécaniques.
Compatibilité électronique : La sensibilité (exprimée en mV/V), la résistance d’entrée et de sortie, ou encore le type de connecteur doivent être compatibles avec l’indicateur ou le système de supervision.
Budget et fiabilité : Le rapport qualité-prix est essentiel. Une cellule plus onéreuse mais plus durable peut se révéler moins coûteuse sur le long terme, grâce à un entretien réduit et une durée de vie accrue.
Installation et maintenance
Pour garantir la fiabilité et la longévité d’une cellule de charge, il est crucial de bien l’installer et d’assurer un suivi régulier :
Installation correcte :
Employer des accessoires adaptés (plaques de chargement, rotules, montages anti-vibratoires) pour aligner la force précisément.
Éviter autant que possible les forces parasites (excentrées) ou les couples de torsion.
Respecter le couple de serrage recommandé par le fabricant.
Calibrage régulier :
Toute cellule de charge peut dériver avec le temps ou sous l’effet des variations de température.
Un calibrage périodique est nécessaire pour maintenir une précision optimale. Il peut être réalisé par un organisme agréé ou un laboratoire spécialisé.
Conserver des registres de calibration et surveiller toute dérive excessive.
Nettoyage et inspection :
Les environnements salissants (poussière, produits corrosifs, etc.) exigent un nettoyage régulier de la cellule et de son support.
Vérifier l’état des câbles et connecteurs pour prévenir tout dysfonctionnement électrique.
Protection contre les surcharges :
Dans des processus où des à-coups ou chocs violents peuvent survenir, il est recommandé de recourir à des butées mécaniques ou des dispositifs de sécurité.
Surveiller en permanence les signaux de la cellule de charge pour détecter tout comportement anormal.
En respectant ces consignes, une cellule de charge peut fonctionner de manière fiable pendant de nombreuses années, assurant une excellente répétabilité et une stabilité à long terme.
Tendances et innovations
Le secteur des cellules de charge évolue en permanence. Voici quelques pistes marquantes :
Digitalisation des signaux :
L’intégration de l’électronique de conditionnement à même la cellule permet une sortie numérique directe (RS-485, CANopen, Ethernet/IP, Profinet, etc.).
Diagnostic avancé, étalonnage simplifié et suivi en temps réel de l’état de la cellule.
Technologie sans fil :
Les cellules de charge sans fil évitent le problème du câblage, notamment dans les applications mobiles ou difficiles d’accès.
Facilitent la mise en réseau de plusieurs points de mesure et la maintenance à distance.
Nouveaux matériaux et revêtements :
L’utilisation de matériaux renforcés et de revêtements hermétiques améliore la durabilité dans les environnements extrêmes (températures élevées, produits chimiques corrosifs, etc.).
Cela prolonge la durée de vie des cellules et réduit les coûts de maintenance.
Intégration à l’Industrie 4.0 :
Les données de pesée peuvent être directement partagées sur des plateformes cloud pour l’analyse (Big Data), la maintenance prédictive et l’optimisation continue des processus.
Les algorithmes d’intelligence artificielle (IA) analysent les tendances, détectent les anomalies et contribuent à la prise de décision en temps réel.
Les cellules de charge constituent l’épine dorsale de nombreux systèmes de pesée industriels. Leur capacité à fournir des mesures fiables et précises est un atout inestimable pour optimiser la production, la qualité des produits, la sécurité et la rentabilité de l’entreprise.
Pour tirer pleinement parti des avantages des cellules de charge, il est fondamental de :
Sélectionner le type de cellule adapté (capacité, précision, environnement, format).
S’assurer d’une installation correcte et d’un calibrage régulier.
Opter pour des solutions innovantes (sorties numériques, versions sans fil) lorsque le contexte d’application le requiert.
S’appuyer sur un fournisseur ou un fabricant reconnu, capable d’offrir un accompagnement technique et un service après-vente de qualité.
Au regard des besoins grandissants de l’Industrie 4.0, il est certain que les cellules de charge continueront d’évoluer, intégrant plus de fonctionnalités intelligentes et une connectivité toujours plus poussée. Ce faisant, elles resteront un outil incontournable pour accompagner la transformation numérique des entreprises et garantir un contrôle en temps réel de la production.
En somme, l’investissement dans des cellules de charge de qualité et dans une architecture de pesée adaptée apporte des bénéfices à chaque maillon de la chaîne de production : une précision accrue, un gain de productivité et une meilleure traçabilité, autant de facteurs clés pour renforcer la compétitivité et la fiabilité d’une organisation industrielle
