Le besoin urgent de remplacer les combustibles fossiles, les chocs répétés dans la chaîne d'approvisionnement en pétrole et en gaz et les avancées techniques combinées à la diminution des coûts des systèmes électriques sont autant de facteurs qui nous conduisent vers l'électrification et transforment nos manières de vivre et de travailler.
Pour beaucoup d'entre nous, la révolution de l'électrification se traduit surtout par la prolifération des véhicules électriques sur la route. Mais cette transformation est plus spectaculaire encore dans des secteurs comme l'agriculture, l'exploitation minière et la production des énergies traditionnelles et renouvelables. Dans presque tous les secteurs qui ont recours au mouvement linéaire, l'une des meilleures façons de tirer profit de l'électrification est de remplacer les vérins hydrauliques par leurs équivalents électriques.
L'actionnement linéaire électrique implique la conversion d'un mouvement rotatif produit par un moteur électrique en un mouvement linéaire, au moyen de vis à billes, de crémaillères, de tapis roulants ou d'autres composants de transmission. Cette technologie peut remplacer facilement les systèmes hydrauliques qui comprennent un groupe hydraulique pour mettre un fluide sous pression, des tuyaux et des fixations pour transmettre ce fluide, des soupapes pour contrôler son débit et des cylindres pour le contenir, avec des pistons qui transmettent la charge en réponse aux variations de pression du fluide.
L'utilisation de systèmes hydrauliques pour effectuer des tâches lourdes remonte à des milliers d'années et la première presse hydraulique, prototype des vérins actuels, a été brevetée en 1795. Ces systèmes hydrauliques se sont avérés efficaces et généralement fiables. Cela étant dit, quels sont les avantages de l'actionnement électrique, et pourquoi tant de secteurs se convertissent-ils à l'électrique ?
Efficacité
Les groupes hydrauliques nécessitent leur propre alimentation électrique. Toutefois, ils sont deux fois moins efficaces que les actionneurs linéaires électriques pour convertir la puissance électrique en travail physique. De plus, un groupe hydraulique doit fonctionner en permanence pour maintenir la pression, alors qu'un moteur électrique consomme peu ou pas d'énergie lorsqu'il ne tourne pas. De nombreuses applications de mouvement linéaire ne fonctionnent que de manière intermittente : une transition de l'hydraulique vers l'électrique peut donc permettre des économies considérables, tant pour la consommation énergétique que pour les coûts.
Amélioration du contrôle et de la précision
Les vérins hydrauliques ne permettent pas d'ajuster un mouvement avec précision. Le piston possède une plage de mouvement limitée, définie par la longueur du cylindre, et les variations de pression et de viscosité du fluide hydraulique empêchent un positionnement très précis. En revanche, un servomoteur couplé à un actionneur linéaire de bonne qualité permet un positionnement extrêmement précis. De même, l'actionneur peut avoir pratiquement n'importe quelle longueur selon les besoins de l'application.
Moins de problèmes de maintenance, plus de fiabilité
Les systèmes hydrauliques intègrent de nombreux composants qui nécessitent d'être entretenus et qui sont sujets à des problèmes de performance et de pannes. Le groupe hydraulique est un appareil compliqué en lui-même, qui repose sur de nombreux composants supplémentaires (cylindres, soupapes de contrôle, filtres à huile, tuyaux, fixations, etc.) qui sont autant de sources potentielles de problèmes. Le fluide hydraulique peut se salir, les variations de température peuvent affecter sa viscosité et des fuites se produisent forcément. La maintenance de ces systèmes est coûteuse, et le coût des temps d'arrêt en cas de panne peut être catastrophique.
Les moteurs électriques et les actionneurs linéaires sont quant à eux des dispositifs relativement simples, qui nécessitent peu d'entretien. En outre, s'ils sont bien conçus, ils sont beaucoup plus fiables dans des conditions variées (températures extrêmes, scénarios de lavage, exposition aux intempéries, atmosphères dangereuses).
Responsabilité environnementale
Tel que mentionné plus haut, les groupes hydrauliques présentent une mauvaise efficacité de conversion de l'énergie électrique en travail. Mais ce n'est pas tout. Dans les applications en intérieur, l'énergie est généralement fournie par un générateur sale et bruyant. Le groupe hydraulique est lui-même à l'origine d'une pollution sonore importante. Plus grave pour l'environnement, quasiment tous les systèmes hydrauliques présentent tôt ou tard des fuites, parfois catastrophiques. Dans un environnement industriel, les fuites peuvent contaminer des produits et des processus. En extérieur, elles peuvent nuire aux communautés, à la faune et à l'approvisionnement en eau, entre autres.
Les vérins électriques, eux, présentent une bien meilleure efficacité énergétique. Dans le cas d'applications extérieures, ils peuvent utiliser une alimentation électrique plus petite et plus silencieuse, voire fonctionner sur batterie. Les moteurs électriques sont très silencieux, surtout en comparaison des groupes hydrauliques. Et bien sûr, les vérins ne requièrent pas de fluides sous pression, n'entraînant donc pas de fuite.
Coût total
Selon l'architecture de la solution, le coût initial d'un système de vérin électrique peut être supérieur à celui d'un système hydraulique. Toutefois, l'actionnement électrique permet de réduire les coûts en matière d'énergie, d'entretien, de temps d'arrêt et de dépollution, ce qui le rend nettement plus économique à long terme.
Capacités d'innovation
Fondamentalement, chaque vérin hydraulique constitue un seul système isolé. La coordination d'un mouvement entre plusieurs systèmes hydrauliques ne peut se faire qu'à un niveau relativement rudimentaire, sans la précision requise par les applications industrielles hautement intégrées, les systèmes mobiles contrôlés autonomes, les robots collaboratifs et les autres innovations qui transforment notre monde.
De plus, il n'existe pas toujours de pompes à air comprimé ou hydrauliques pour un réglage particulier, ou adaptées à une machine précise. L'énergie électrique est en revanche presque toujours disponible pour alimenter les commutateurs, les capteurs, les écrans, les API et les autres dispositifs requis par les systèmes hautement performants. Il est parfaitement logique d'utiliser cette même source d'énergie pour simplifier votre machine tout en rendant possible une commande de mouvement coordonnée et plus précise. C'est le mouvement électrique qui crée notre avenir, pas le mouvement hydraulique.
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