Le circuit hydraulique appliqué à l’industrie

Qu’est-ce qu’un circuit hydraulique ?

Il s’agit d’un ensemble de composants spécifiques, réunis entre eux par des éléments de tuyauterie pour former un circuit, dans lequel circule un liquide (ou fluide hydraulique). C’est ce fluide sous pression qui transmet de l’énergie dans le circuit, jusqu’aux composants chargés de transformer l’énergie hydraulique en énergie mécanique.

Les principaux composants du circuit hydraulique

On distingue trois grands ensembles à l’intérieur d’un circuit hydraulique, et chaque ensemble à sa fonction propre : création de l’énergie, transmission, conversion en énergie mécanique et utilisation. Regardons d’un peu plus près quels sont les principaux composants de chacun de ces ensembles.

Génération de puissance : la centrale hydraulique

La centrale hydraulique (ou groupe hydraulique ou encore groupe motopompe) est le cœur du circuit hydraulique. C’est elle qui va initier et entretenir le débit de fluide à l’intérieur du circuit. Sans débit, pas d’énergie hydraulique (ce serait comme essayer de faire fonctionner un barrage avec une rivière à sec).

Une centrale hydraulique comprend trois éléments principaux :

Réservoir

Le réservoir permet de stocker le fluide. Il doit avoir un volume suffisant pour alimenter le circuit dans ses différentes configurations tout en gardant un niveau suffisamment haut. Dans le cas contraire, la pompe pourrait aspirer de l’air et se désamorcer. Le réservoir contribue aussi au refroidissement du fluide en sortie de circuit, une fois que l’énergie a été utilisée pour créer un mouvement. En effet, sous l’effet de la pression et de la circulation, le fluide s’échauffe.

Pompe hydraulique

Le rôle de la pompe est d’aspirer du fluide dans le réservoir et de le refouler dans le circuit ; c’est ainsi que le débit du circuit hydraulique est généré. Il existe différents types de pompes, qui se classent en deux grandes catégories : les pompes à cylindrée fixe et les pompes à cylindrée variable. Le gros avantage des pompes à cylindrée variable est qu’elles peuvent ajuster d’elles-mêmes le débit de fluide en fonction des besoins du circuit.

Moteur

C’est un moteur électrique qui fournit l’énergie initiale au circuit. Le moteur va actionner la pompe pour lui permettre d’aspirer le fluide dans le réservoir.

La révolution de ces dernières années est l’arrivée sur le marché de centrales hydrauliques compactes, monobloc et plug&play, qui permettent de réduire l’encombrement de ce composant et la consommation de fluide dans les circuits hydrauliques.

Distribution hydraulique

Une fois le fluide pompé dans le réservoir, il est mis en pression dans le circuit. C’est cette mise en pression qui génère la puissance. Pour que le mouvement puisse avoir lieu en bout de circuit, avec la vitesse, la puissance et la précision escomptée, il faut réguler finement le débit et la pression. C’est le rôle des différents composants dont nous allons parler maintenant :

Vannes hydrauliques, blocs de distribution

Les vannes (aussi parfois appelées valves) servent à moduler le débit de fluide dans une portion du circuit. Elles sont actionnées par des systèmes de contrôle automatique, s’ouvrant plus ou moins pour offrir un passage plus ou moins important au fluide.

Les blocs de distribution (ou distributeurs) vont quant à eux répartir le fluide dans différentes parties du circuit (typiquement vers différents actionneurs). Ils jouent en quelque sorte un rôle d’aiguillage. Ces blocs jouent un rôle important dans la performance des systèmes hydrauliques. Certains d’entre eux sont aujourd’hui produits grâce à la fabrication additive, avec des conséquences positives sur leur empreinte carbone.

Régulateurs

Les régulateurs (ou limiteurs) de débit et de pression sont des organes de sécurité importants dans les circuits hydrauliques. Ils vont permettent de contenir le débit ou la pression dans une plage de valeurs donnée, correspondant à ce que les composants alimentés peuvent accepter, mais aussi à la vitesse et/ou la course maximale autorisée pour un vérin par exemple.

Accumulateurs

Autre composant intéressant et particulier aux circuits hydrauliques, l’accumulateur sert de réserve d’énergie au système. Monté en dérivation du circuit principal, il fonctionne comme un réservoir annexe dans lequel sera stocké du fluide. Le fluide pourra être utilisé quand le système en aura besoin, de deux manières : soit progressivement, pour compenser des pertes de charge par exemple, soit de manière très rapide s’il s’agit s’activer une fonction d’urgence.

Transformation en énergie mécanique

En bout de circuit, l’énergie hydraulique va être transformée en énergie mécanique pour initier un mouvement, qui peut être rotatif ou linéaire selon le composant qui est utilisé.

Moteurs hydrauliques

Les moteurs hydrauliques transforment l’énergie hydraulique en mouvement rotatif. Le débit de fluide à l’intérieur des moteurs entraîne la rotation des pièces internes (engrenages, pistons, palettes). Comme les autres moteurs, ils disposent d’un arbre pour transmettre leur énergie à d’autre composants.

Vérins

Les vérins hydrauliques sont quant à eux des actionneurs linéaires. Ils se composent d’un fût, dans lequel sont installés une tige et un piston. Le fluide va venir pousser le piston, et entraîner le déplacement de la tige qui va sortir du fût pour pousser une pièce, une porte, etc. La tige se rétracte ensuite lorsque le fluide quitte la chambre et que la pression diminue. Un circuit hydraulique peut faire appel à des vérins standards, avec différentes plages de puissance, comme à des vérins conçus sur-mesure pour une application donnée.

Le fluide, élément vital du circuit hydraulique

Depuis le début de cet article nous parlons du fluide hydraulique. Il est maintenant facile de comprendre à quel point ce fluide est vital pour le fonctionnement du circuit hydraulique. Mais à ce stade, on pourrait croire qu’il suffit qu’il soit présent en quantité suffisante. C’est loin d’être le cas.

À chaque circuit son fluide hydraulique

On ne choisit jamais son fluide hydraulique au hasard. Il doit principalement répondre à un critère de viscosité qui dépend de la température et de la pression de fonctionnement dans le système. Mais il doit aussi assurer des missions secondaires de protection contre l’usure, de lubrification et d’élimination de la corrosion et de certains polluants, pour lesquels la nature de l’huile et l’ajout d’additifs seront importants.

Et parce que la composition de chaque fluide est soigneusement étudiée par son fabricant, on ne mélangera jamais différents fluides dans un circuit hydraulique.

L’importance de la filtration

Bien qu’il semble à l’abri, enfermé dans son circuit, le fluide hydraulique peut être contaminé par des particules solides ou de l’eau. Cette contamination peut se produire :

• lorsque le fluide est introduit dans le circuit,
• via l’entrée dans le circuit d’une pollution issue de l’environnement de travail,
• à cause du fonctionnement même du circuit (particules issues de l’usure des éléments mécaniques).

Le filtre hydraulique est donc lui aussi un composant indispensable du circuit. Il va permettre de protéger les composants et d’augmenter la durée d’utilisation du fluide.

L’analyse du fluide pour éviter les pannes

70% à 90% des défaillances de circuits hydrauliques seraient dues à des problèmes de pollution du fluide. D’où l’importance de pouvoir suivre très régulièrement son niveau de contamination. Ici deux options sont possibles : prélever et tester à intervalles régulier ou instrumenter pour monitorer la pollution en continu. Le monitoring en continu est un des progrès apportés par l’Industrie 4.0 dans l’amélioration des performances des circuits hydrauliques.