Le point sur l'hydraulique et la pneumatique - Transmission Expert

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pales sources techniques ». Tel est, selon Jean-Marc Belot, l'objectif de la veille informative hydraulique et pneumatique menée par le Cetim depuis. 2005.
27 Veille technologique du Cetim

Le point sur l’hydraulique et la pneumatique Voilà maintenant six ans que le Cetim mène une veille informative dans les domaines hydraulique et pneumatique afin d’aider les acteurs de la profession à prendre les bonnes décisions en fonction des grandes évolutions technologiques. Présentés en mai dernier lors d’une journée « Transmissions et Roulements », les résultats de cette démarche permettent d’identifier plusieurs axes de réflexion. mécatronique, Health-Monitoring et maintenance prédictive, actionneurs hybrides et intelligents, sûreté de fonctionnement - sont définis en partenariat avec le syndicat professionnel Artema. Présentée à l’occasion de la 2ème journée « Transmissions et Roulements » organisée le 24 mai dernier par le Cetim dans ses locaux de Senlis, cette démarche est menée selon quatre principaux angles de vision concernant respectivement

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Cetim/Jean-Marc Belot

 « Faire gagner du temps aux hydrauliciens et pneumaticiens par un pré-tri de données obtenues à partir d’une large surveillance des principales sources techniques ». Tel est, selon Jean-Marc Belot, l’objectif de la veille informative hydraulique et pneumatique menée par le Cetim depuis 2005. Les travaux du Centre technique des industries mécaniques sont complétés par une veille Mécatronique dont les thèmes - capteurs, conception

Figure de synthèse : le nuage de « Tags » de l’hydraulique.

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les axes de recherche dans le monde, les aspects fonctions et les marchés, les grandes vagues technologiques et leur intégration par l’hydraulique et la pneumatique et l’importance de l’intelligence collective.

Conception et simulation La consultation de quelque 300 sources (bibliographies, laboratoires, congrès, internet…) a permis à Jean-Michel Belot

d’identifier six grands domaines de recherche actuellement menées dans le monde à court, moyen et long termes. A savoir, la conception et la simulation, les fluides, l’étanchéité et la protection, les applications industrielles, les applications mobiles, la surveillance et la sécurité. Au-delà de quelques approches génériques, les travaux de simulation, modélisation et prototypage virtuel sont essentiellement traités, sur le long

28 terme, par le biais de cas particuliers qui peuvent concerner, par exemple, un transporteur incluant son hydraulique, un treuil de relevage minier, une récupération d’énergie dans l’absorbeur de chocs d’un véhicule, la transmission hydraulique d’une machine télécommandée, la simulation mécatronique et fluidique d’une pompe à piston axial, la cavitation d’une pompe à pistons axiaux… A moyen terme, les travaux de conception incorporent souvent un degré d’innovation important. Jean-Marc Belot évoque ainsi un chariot élévateur à moteur à piston libre, la transmission hydrostatique d’engins mobiles, une pompe gerotor à engrenages plastiques, des actionneurs hydrauliques légers en composites ou une bicyclette hydrostatique. Ils peuvent aussi avoir trait au développement de produits tels qu’un ensemble pompe/moteur numérique comparé à une conception à glace de distribution, un transformateur hydraulique numérique à pompe en ligne à 2 pistons indépendants, une transmission innovante et une technologie de commande pour pompes à fluides, le développement d’un embrayage rapide pour mouvements linéaires, l’appariement de vannes proportionnelles et de vérins symétriques et asymétriques, une méthode de conception théorique de pompes à engrenage externe ou encore la réduction des étranglements dans les lignes hydrauliques flexibles. D’autres travaux de conception et de simulation sont menés dans les domaines de l’architecture mécatronique et de l’automatisation. On peut notamment citer la synchronisation et la détection de position de vérins, la mesure de débit avec un capteur d’émission acoustique ou la commande Ethernet à bord de machines mobiles complexes. Enfin, Jean-Marc Belot évoque quelques travaux de simulation dans les domaines de l’acoustique - sur des machines hydrostatiques - et de la génération du bruit, de sa transmission via les

canalisations hydrauliques ou de sa réduction sur les pompes à engrenages externes et à pistons axiaux.

Fluides et étanchéité Les fluides font également l’objet de nombreux travaux de recherche dans le monde. A long terme, il s’agira principalement de fluides « avancés et intelligents », qu’ils soient multi-domaines à base d’huile synthétique à excellent comportement en température et résistants au cisaillement ou magnétorhéologiques et électrorhéologiques. Sont aussi concernées la modélisation de la commande afin de réduire le coût de filtration ou encore la simulation du vieillissement du fluide. A échéance plus brève, les travaux portent sur l’élimination des bulles, l’hydraulique à eau avec de nombreux cas concrets (manipulateur, commande synchrone, valve de commande de direction proportionnelle, simulateur de machines mobiles, valves proportionnelles utilisant l’eau du robinet…) et la filtrabilité des fluides biodégradables même si, dans ce dernier cas, Jean-Marc Belot note « un certain tassement de l’intérêt porté aux fluides bio »… L’étanchéité et la protection bénéficient aussi de toute l’attention des chercheurs, qu’il s’agisse du taux de fuite des joints, de joints d’arbres de large diamètres à contreface microstructurée par laser, de la protection contre la corrosion des systèmes d’étanchéité, des revêtements zincnickel pour composants hydrauliques ou, à plus long terme, des études concernant le contact tribologique…

Applications industrielles et mobiles Les axes de recherche à court et moyen terme sur les applications industrielles de l’hydraulique et de la pneumatique sont centrés sur la production d’énergie. Conjoncture oblige, l’énergie

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29 des vagues, les éoliennes et les barrages sont à l’honneur avec, par exemple, la simulation d’un convertisseur d’énergie des vagues, la surveillance anticipée des pannes d’éoliennes offshore, des éoliennes repliables hydrauliquement dans les régions sujettes aux tempêtes et des servo-systèmes et transmissions hydrostatiques pour éoliennes. Le nucléaire n’est pas oublié avec la conception hydraulique de la pompe principale d’un réacteur PWR, par exemple. L’efficacité énergétique figure aussi parmi les principales préoccupations, avec des recherches sur la régulation d’énergie par commande à vitesse variable, la régénération efficiente, les pertes d’énergie dans les accumulateurs à piston, les éco-

de vitesse et de couple ». Dernier axe de recherche - mais pas le moindre - un ensemble surveillance/sûreté/diagnostic qui fait l’objet d’une attention particulière en termes de condition monitoring, d’analyse et de maintenance du fluide, de diagnostic en ligne (suivant l’EN 13849) et de sûreté mécatronique.

Intégration multitechnique « L’hydraulique et la pneumatique présentent des atouts dans toutes les fonctionnalités nécessaires », fait remarquer JeanMarc Belot. Qu’il s’agisse des fonctions de « performance » (force et puissance, course de déplacement, précision et souplesse, tenue à la charge), des

« Les technologies hydrauliques et pneumatiques absorbent très convenablement les vagues d’innovation et devraient donc continuer à en bénéficier… » nomies d’énergie des pompes hydrauliques… Jean-Marc Belot cite enfin les domaines plus traditionnels de la production minière (convoyage), des machines de moulage par injection (commandes de position, vitesse variable), des presses (manipulateurs, freins, commande servo-hybride) et de l’outillage hydraulique des centres de tournage et de perçage. L’efficacité énergétique occupe également une place de premier plan sur les machines mobiles, avec des travaux sur les commandes électrohydrauliques, la mesure de l’efficience énergétique, le load sensing, etc… Autres thèmes à l’honneur : les transmissions hydrauliques hybrides, les systèmes de freinage et l’hydraulique mobile « haute énergie » ou « à plus large plage

fonctions de « service » (facilité de mise en œuvre, maintenabilité, fiabilité, durée de vie, sécurité, alimentation et autonomie) ou des fonctions de « contrainte » (respect de l’environnement, poids et encombrement, liberté architectonique, résistance aux contraintes de l’environnement). L’ingénieur du Cetim en veut pour preuve la forte présence de ces technologies dans les marchés mobiles, stationnaires et d’extraction « qui continuent à proposer de nouvelles applications hydrauliques et pneumatiques ». Ainsi, sur le marché français des technologies de transmission, le poids relatif en valeur de l’hydraulique est de 45% et celui de la pneumatique de 15% ; la mécanique ressortant à 35% et l’électrique à 5%. Les marchés d’applications sont

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PRODUITS et robots, les théâtres et applications foraines, le forage et la pétrochimie… D’une manière générale, fait remarquer Jean-Marc Belot, l’examen de l’ensemble de ces applications fait ressortir « une intégration multitechnique de plus en plus poussée, en particulier mécatronique ».

Si l’on replace les transmissions hydrauliques et pneumatiques dans une perspective historique, on remarque qu’elles ont du absorber « des vagues

nombreuses », remarque JeanMarc Belot qui cite les exemples de la suspension avant d’un dumper articulé, de dispositifs robotiques pneumatiques pour le médical et l’alimentaire et des systèmes microélectromécaniques (MEMS). De nombreux développements sont aussi en cours dans la pneumatique. Par exemple, un muscle pneumatique à hydrure métallique, le réglage pneumatique de confort des sièges d’avion ou la précision de positionnement (nanométrique, auto-positionnement à distance via le web, production automatique à 100% de modules photovoltaïques).

La mécatronique aura également son rôle à jouer en matière de durabilité avec le développement de l’hydraulique hybride. L’efficacité énergétique poursuit son évolution, notamment via la réduction de pression - le « down-pressurizing » faisant suite au « downsizing » et au « downspeeding » - et les fluides hydrauliques multigrades à haute efficacité énergétique. Enfin, le « remanufacturing » monte en puissance et se différencie du recyclage en ce sens que « la forme de la pièce est préservée : il n’y a pas démantèlement, fusion ou façon-

technologiques de plus en plus courtes et intenses en termes d’innovations », analyse JeanMarc Belot. Alors que la vague « Informatique, internet, télécom et biotechnologique » commencée dans les années 1980 a déjà atteint son apogée, nous commençons à entrer dans la vague suivante qui englobe la durabilité, la productivité des ressources, la conception globale, le biomimétisme, la chimie verte, l’écologie industrielle, les énergies renouvelables et la nanotechnologie verte. « La mécatronique s’applique à des niches toujours plus

Jean-Marc Belot relève également le développement de commandes haptiques pour dispositifs électriques. Il peut s’agir de commandes restituant les sensations ou d’un avatar de la machine où l’informatique affective retranscrit le « ressenti » de la machine sous la forme d’un personnage réalisé en réalité virtuelle. En outre, l’essor de la communication entre composants, entre machines et avec l’environnement bat son plein. « Les composants pourront bientôt avoir chacun leur adresse IP », prévoit-il ! C’est ce qu’il appelle « l’internet des objets ».

nage de nouvelles formes ». Des outils et des méthodes de « Lean Remanufacturing » se mettent notamment en place… Sur la base de ces différentes évolutions, Jean-Marc Belot voit notamment l’avenir à travers un prisme multi-technologique qui doit permettre de « mettre en valeur le potentiel de l’hydraulique et de la pneumatique ». Ces technologies « absorbent très convenablement les vagues d’innovation (mécatronique, communication, durabilité) » et devraient donc continuer à en bénéficier… n

Vagues technologiques

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Cetim/Jean-Marc Belot

« nombreux, vivants et actuels », affirme Jean-Marc Belot. L’automobile et la mécatronique font ainsi bon ménage avec la part importante prise par l’électronique dans le groupe motopropulsion, l’instrumentation de bord et les organes de sécurité. Dans l’aéronautique, l’hydraulique évolue « au plus près de la pièce à mouvoir » et représente quelque 12% du prix d’un A380 par exemple ! Le secteur naval est toujours un gros utilisateur d’hydraulique, notamment en sécurité, même si l’électrique dispose d’applications sur les remorqueurs, paquebots, bateaux de pêche et méthaniers.

Les vagues technologiques

Le ferroviaire se distingue par une forte présence de la pneumatique qui représente 10% du prix d’une locomotive, tandis que la mécatronique est en croissance pour certaines commandes (portes, pantographes, freinage). Sur les engins de chantiers, l’hydraulique continue d’être incontournable pour les vérins de puissance (400 bar) et les transmissions hydrostatiques. Elle évolue grâce aux commandes mécatroniques. Les applications industrielles ne sont pas en reste avec l’emballage, l’alimentaire et l’imprimerie, les machines-outils

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