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Marcel GUILLON : Ingénieur Civil de l’Aéronautique - Ingénieur-Conseil - Ancien Directeur Technique de Air Équipement
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans les machines et les installations industrielles, pour transporter l’énergie jusqu’à son point d’utilisation, on emploie :
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des vecteurs mécaniques : arbres, courroies, pignons, etc. ;
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le vecteur électricité ;
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des vecteurs fluides :
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des gaz, on parle alors de pneumatique,
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des liquides, on parle alors d’hydraulique.
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Dans un certain nombre de cas, et très souvent lorsqu’il s’agit d’asservissements de puissance, l’hydraulique apporte la meilleure solution. C’est la démonstration de cette affirmation qui constitue le sujet du présent article.
Ces dernières années, dans l’industrie (machine-outil, robotique, etc.), l’hydraulique a reculé au profit de l’électricité. On peut trouver à ce recul de multiples raisons :
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effet d’entraînement des progrès foudroyants de l’électronique (pourquoi ne pas confier aussi à l’électricité les fonctions de puissances ?) ;
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progrès spectaculaire des moteurs électriques : aimants aux terres rares (samarium-cobalt) et moteurs à commutation électronique (brushless motor) ;
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manque dramatique de compétences hydrauliques, surtout en France (notre système d’enseignement n’est-il pas responsable ?) ;
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mauvaise réputation de l’hydraulique, fille des préjugés et de l’incompétence (l’hydraulique ça fuit, c’est sale, ça gaspille de l’énergie, c’est capricieux et inaccessible au calcul !) ;
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effet de mode (l’hydraulique, c’est périmé !).
S’il existe effectivement actuellement de bonnes raisons pour une rectification de frontière entre les domaines de l’hydraulique et de l’électricité, l’hydraulique n’en reste pas moins irremplaçable dans un grand nombre de secteurs : du freinage automobile à la stabilisation des plates-formes off shore, en passant par l’univers des engins agricoles et de travaux publics, ou le pilotage des avions modernes.
De plus, l’alliance hydraulique-électronique-informatique ouvre des secteurs nouveaux en permettant de répondre à des besoins que l’on avait à peine osé formuler jusqu’à maintenant, par exemple la suspension active des véhicules, le contrôle actif généralisé des aéronefs, etc.
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2. Points forts de l’asservissement hydraulique
Généralement, l’asservissement hydraulique n’est pas une solution très bon marché. Son domaine ne sera donc pas celui des systèmes à performances médiocres et à critères de choix essentiellement économiques. Il faut penser à l’asservissement hydraulique lorsqu’il est le seul à offrir la performance dont on a besoin, ou lorsqu’il la réalise mieux que les systèmes concurrents.
On trouvera ci-après une liste (une liste mais non un classement) des performances que l’on doit considérer comme les points forts de l’asservissement hydraulique.
2.1 Performances dynamiques
Les asservissements hydrauliques sont actuellement les plus performants lorsque l’on recherche simultanément puissance et rapidité de réponse. Qu’on l’exprime en termes de fréquence de coupure, de temps de réponse ou de constante de temps équivalente, sa vitesse de réponse à un ordre imprévu est une caractéristique essentielle d’un asservissement.
Fréquence de coupure : fréquence pour laquelle, en régime permanent, le déphasage entre un ordre d’entrée sinusoïdal et la réponse du système (ou le premier harmonique de cette réponse) atteint un certain angle Φ le plus souvent 45o, parfois 90o. Il convient donc de préciser : fréquence de coupure à 45o (ou à 90o).
Temps de réponse : temps au bout duquel la réponse du système à un ordre en échelon atteint un certain pourcentage de sa valeur définitive, par exemple 95 % ; on parle alors d’un temps de réponse à 5 % (ou pour 90 %, on parle alors d’un temps de réponse à 10 %).
Constante de temps équivalente : lorsqu’un système physique S peut, en première approximation, être assimilé à un système du premier ordre S1 , sa constante de temps équivalente est la constante de temps du système S1 .
Électroniquement, on sait mobiliser très vite des puissances très faibles. Électriquement, on peut mettre en œuvre des puissances considérables, à condition de disposer d’un certain délai. L’asservissement hydraulique permet de mobiliser rapidement des puissances importantes. Ainsi, un système de pilotage électrohydraulique de missile balistique :
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a...
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