Distributeurs et organes de régulation :
fiables, compacts, économes et communicants

Dans certaines conditions extrêmes (atmosphères salines, températures élevées), les composants classiques, même classifiés IP65 pour les composants électriques, se dégradent avec la corrosion ou les chocs. « De nombreux clients nous ont demandé d’y réfléchir » souligne Ludovic Stachowiak, responsable du service technique hydraulique chez Bosch Rexroth, division applications industrielles. « Nous avons proposé une option sur l’ensemble de nos distributeurs, avec deux niveaux de protection anti-corrosion : J3 et J5. Les matériaux sont en inox, à quoi s’ajoutent un traitement de surface à base de zinc sur certaines pièces, et des peintures spécifiques sur d’autres parties du distributeur. Une des principales demandes de nos clients, c’est la fiabilité des composants. Dans la sidérurgie, chaque arrêt de ligne de production peut coûter très cher. Les clients de ce secteur surveillent en particulier de près la delta P (différentiel de pression) exercé sur ces composants… Ces derniers doivent également résister aux agressions chimiques, à la poussière » précise-t-il.
Pour autant, un utilisateur final n’aura pas les mêmes besoins qu’un fabricant de machines. Le premier s’attardera sur la fiabilité, la maintenabilité des composants. Le second prendra en compte la valeur ajoutée d’un composant par rapport aux produits de la concurrence, sur un marché déjà bien pourvu. Même préoccupation pour Webtec, implanté en France depuis 1992, et présent essentiellement sur les marchés agricoles et travaux publics. L’entreprise oriente ses recherches vers le ferroviaire ou les applications marines. 

« Nous venons de sortir une gamme de distributeurs en inox, destinée à l’oil & gas et à l’offshore, surtout aux États-Unis, la marine et les atmosphères explosives (ATEX). La dernière demande à laquelle j’ai répondu concerne le marché du nucléaire, autrement dit un marché de niche » détaille Jérôme Lesoin, directeur commercial Webtec.
Exemple d’application extrême : l’exploitation des mines d’or en Afrique du Sud, qu’il faut aller chercher de plus en plus profond, jusqu’à deux kilomètres sous terre. Descendre ou remonter des hommes, à cette distance, prend énormément de temps. À telle enseigne que le matériel, en cas de panne, est abandonné au fond. Les diviseurs sont donc commandés depuis la surface. « Nous avons développé avec Sandvik un débitmètre qui permet de mesurer en permanence le débit de lubrification des outils coupants dans la mine. Toute anomalie est détectée et le forage aussitôt arrêté. Ce système permet d’éviter la casse avant qu’elle ne survienne. L’avenir, c’est ça : la commande, depuis un smartphone, d’une opération de forage ou de pelles de chantiers, par exemple. Notre rôle, en la matière, c’est d’assurer que l’information passe grâce à nos composants » souligne Jérôme Lesoin. La société développe également des distributeurs jusqu’à un demi pouce d’orifice, et travaille sur des formats de trois quarts jusqu’à un pouce pour les débits les plus importants, qui n’existent pas à ce jour sur le marché. « Notre objectif est de faire progresser le chiffre d’affaires de 10 % par an sur les cinq prochaines années. En production, nous nous équipons de deux nouveaux centres d’usinage. Nos capacités vont considérablement augmenter. Idem pour les bureaux d’études : 8 % du CA est investi dans la R&D chaque année. La société Gesmar, près de Colmar, est spécialisée dans la fabrication et la maintenance de matériel ferroviaire. Pour la fermeture d’une porte de wagon, ils nous ont demandé un distributeur à haute pression particulièrement robuste. Nous leur avons proposé le distributeur 180. »

Moins gourmands en énergie…
Autre thème récurrent : la consommation d’énergie. C’est une préoccupation constante. Pour les clients de Webtec, notamment. Ces derniers optaient jusqu’à présent pour le bloc foré équipé de cartouches, pour diminuer le câblage par flexibles, et gagner du même coup en compacité. Mais les cartouches entraînent une forte perte de charge, d’où le besoin de compenser en consommant davantage de pression, donc d’énergie. Les distributeurs sont désormais étudiés pour optimiser la circulation des fluides, et intégrer au maximum ses composants. Jérôme Lesoin détaille : « Nous utilisons de plus en plus des outils virtuels pour simuler le fonctionnement des distributeurs, avant même la production du prototype en impression 3D. L’hydraulique n’étant pas une science exacte, cette étape est cruciale. Nos études nous ont également permis d’imaginer le remplacement du diviseur de débit par deux valves au lieu d’une, ce qui permet de limiter la perte de charge inhérente aux diviseurs et rend les circuits plus performants. »

Plus compacts…
Jean-Pierre Rigat-Esselin, ingénieur électronique, division applications industrielles chez Bosch Rexroth, fait remarquer : « Nous avons développé un connecteur à électronique intégrée pour nos distributeurs tout ou rien à tiroir, qui permet de réduire la taille des armoires, puisque le relais statique de puissance se situe dans la prise, et de réduire la puissance électrique dans le solénoïde, une fois que le tiroir a basculé. Ceci a pour effet de baisser la température du composant, et permet de réaliser des économies d’énergie substantielles, compte tenu des milliers de distributeurs présents dans une usine de sidérurgie… C’est aussi une façon de prolonger la durée de vie des fluides. Nous avons testé cette électronique sur du basculement de distributeur. Les températures atteignaient 70°, et chutaient à 50° grâce à ce connecteur, de la gamme VT-SSBA1, commercialisé depuis 2017. »

La compacité apparaît également comme une des préoccupations des clients d’Eric Pasian, directeur de la filiale de Salami France : « Nous avons lancé récemment le VD8Z, un distributeur à commande électro-hydraulique proportionnelle PWM. Certains de nos clients souhaitent en effet passer de la commande pneumatique à la commande électrique. Nous sommes essentiellement positionnés dans le milieu de la benne. Dans ce contexte, une petite partie de nos clients souhaitent gagner en place dans l’espace cabine. » Développé pour des clients nord-américains, ce distributeur est actuellement en phase de présérie en Europe. Il est destiné à des applications dans l’agriculture, les engins de travaux publics, la construction ou la manutention. Salami est d’ailleurs très présent dans le secteur aéroportuaire, avec des distributeurs monoblocs. Le VDZ8 accepte jusqu'à 90 l/mn sur P et 350 bars sur A/B. Sa construction compacte est déclinée de 1 à 8 éléments, en section seule ou élément bi-bloc avec en option le traitement Zn-Ni pour une résistance de 600 h aux brouillards salins. La commande électro-hydraulique proportionnelle fonctionne en boucle ouverte on/off et proportionnelle disponible en 12 ou 24Vdc + secours manuel par poussoir ou par levier.

« La commande pneumatique contraint de tirer en cabine des faisceaux pneumatiques, d’où une perte de temps. La solution intermédiaire consiste à utiliser des commandes électro-pneumatiques, avec une double commande dans l’habitacle. Le passage à l’électrique optimise l’encombrement et réduit le temps de main d’œuvre » précise Eric Pasian.
« Ce choix répond tout autant au critère coût, puisque les clients utilisateurs ne sont pas prêts à prendre à leur charge cette plus-value. Un distributeur électro-hydraulique proportionnel représente un surcoût important comparé à un distributeur pneumatique. » Selon lui, l’électro-hydraulique est pourtant l’avenir des distributeurs, « pour couvrir le secteur des engins mobiles mais avec des débits plus faibles, aux alentours des 45 litres, comme dans le cas des machines de récolte. »
À effort identique, sur une installation hydraulique, les composants seront de taille différente selon que la pression atteint 250 ou 350 bars. Cette dernière est assez courante, désormais. Et les pressions de 400 bars et plus se profilent, à l’avenir. Plus la pression augmente, plus l’actionneur est petit. Le débit à transporter est moindre. Un point important pour les valves est donc la montée de la pression de design, afin de réduire la quantité d’huile dans les systèmes. On parle alors de downsizing des circuits hydrauliques.
Le downsizing touche également les réservoirs hydrauliques. En effet, un design particulier permettant un meilleur écoulement du fluide et l’addition de système de dégazage sur les réservoirs permettent d’en réduire drastiquement le volume. Pour un distributeur, Webtec réfléchit à la manière de faire passer un débit toujours plus important dans un organe mécanique plus compact et plus résistant aux pressions. Les études récentes ont donc porté sur les fonderies des corps de distributeur tout ou rien.

La dernière valve 4WREE 6 et 10 de Bosch Rexroth illustre la problématique de la compacité et permet de réduire les pertes de charge. Ces axes de recherche concernent aussi bien les distributeurs tout ou rien que les proportionnels.

Plus rapides, plus précis
La rapidité offerte par l’électronique est une tendance de fond dans le domaine des distributeurs. Selon Philippe Grandchamp, directeur des ventes industriel et mobiles Parker Hannifin, « en hydraulique, l’axe de développement se fait surtout sur les proportionnels, où l’électronique évolue de manière permanente. Nous cherchons à améliorer la rapidité de fonctionnement pour favoriser les gains de production de nos clients, mais également à simplifier et optimiser les temps de mise en place, notamment dans le développement de nouveaux protocoles de communications comme Profinet ou EtherCAT, selon le standard " Industrie 4.0 ". Pour répondre à cette demande, nous avons lancé récemment la valve D*Fplus, avec protocole de communication EtherCAT. »
Frédéric Andrieu, ingénieur support technique et cotation hydraulique industrielle chez Parker Hannifin, complète : « Dans l’industrie, nos distributeurs de type Cetop possèdent une électronique très développée, en particulier le D1FP qui permet d’asservir directement l’électronique de la valve. Les applications touchent par exemple les presses d’injection dans la plasturgie. La pression de mouvement s’exerce directement sur le vérin, puisque l’électronique gère en plus l’asservissement. Les distributeurs de la gamme D30FP possèdent une grande précision et un temps de réponse court qui répond aux cadences de plus en plus élevées, pour un prix compétitif par rapport aux distributeurs à servo-valves et une plus grande facilité de mise en œuvre : un logiciel permet en effet de programmer la valve pour une mise en service rapide. »

Chez Parker, dans le domaine pneumatique, « la famille des distributeurs va du simple module jusqu’aux solutions complexes incluant mixité, communication… Les applications se développent au niveau de la robotique et des lignes industrielles (packaging et machines spéciales) » indique Philippe Grandchamp.

Performances maximales
Pour Cédric Marillier, responsable du service commercial interne Camozzi, « les éléments de contrôle représentent le cœur d'un circuit pneumatique dans lequel précision et fiabilité peuvent faire la différence. Les distributeurs et les électrodistributeurs servent à contrôler les actionneurs pneumatiques et, plus généralement, les circuits d’air comprimé. Les distributeurs, électrodistributeurs et îlots de distribution diffèrent par leurs tailles, leurs débits et leurs matériaux, en fonction des besoins de l'application qui peut demander un débit élevé et une pression basse, une efficacité énergétique, une compacité et un poids réduit. »
Chaque composant est conçu pour fournir des performances maximales en termes de débit et de consommation électrique, qu'il s'agisse de distributeurs à commande électrique, mécanique ou pneumatique. Il est essentiel pour les utilisateurs d'avoir des composants faciles à installer et à utiliser.

Du sur mesure
Chez FP Hydraulique, la production de produits propres, notamment les distributeurs, est en baisse très forte. Maxime Stedile, responsable technique , explique que « nous ne produisons désormais que pour des marchés de niche, c’est-à-dire moins de 2000 appareils par an, ou bien des marchés pour lesquels le prix n’est plus un critère de décision. »
FP Hydraulique a par exemple mis sur le marché un micro-distributeur équipé d’un pas de 26 mm, pour l’industrie, l’agricole et l’automobile, pour les fabricants de presse. La taille devient ici un critère primordial : « Nous n’allons pas sur les pièces standards, fabriquées en Asie à moindre coût. Notre activité principale reste le bloc foré, que nous hybridons avec des appareils tranche. Pour le mobile ou l’agricole, les appareils modulaires ne sont pas entièrement satisfaisants pour l’utilisateur final. Nous proposons donc de personnaliser ces blocs systèmes pour chaque client, soit en créant nos propres tranches, soit en interfaçant du bloc foré pour récupérer ses fonctions. Nous pouvons répondre aux demandes spécifiques du secteur de la Défense, par exemple. »
Bucher Hydraulics propose pour sa part plusieurs catégories de distributeurs : le monobloc, limité en possibilités à six fonctions maximum, mais plus économique et compact. D’autre part, le sectionnel, plus souple et configurable à souhait, regroupant 10 fonctions, voire plus.
Frédéric Lambs, directeur commercial, détaille : « le monobloc constitue plutôt l’entrée de gamme, pour des machines simples. Les valves sectionnelles se destineront à des machines plus sophistiquées. Plus précisément, nous proposons des distributeurs à centre ouvert (Open Centre), à centre fermé avec ou sans canal LS (load sensing), proportionnel à balance de pression en amont du tiroir (LS classique) ou en aval du tiroir (Flow sharing). L’intérêt du flow sharing est de réduire le débit automatiquement pour chaque tiroir. Cette option est plus souple pour l’utilisateur, qui pourra continuer à opérer tous les mouvements malgré la baisse de vitesse. »
La solution bloc foré est aussi très intéressante car elle permet de fabriquer une valve dans un bloc en acier ou en alu, équipé de valves en cartouches qui assurent la fonction de distributeur dans un encombrement bien plus réduit. Cette solution autorise des fonctions supplémentaires de régulation de débit, par exemple. 

L'importance de la technologie de commande
Frédéric Lambs ajoute : « Les traditionnelles commandes manuelles (directes ou à câbles), pneumatiques pour certain engins (techniques liées à des compresseurs de chantiers ou embarqués sur poids lourds) et électrohydrauliques, resteront dans le paysage mais seront peu à peu remplacées par des solutions plus haut de gamme car plus souples, plus précises. Dans ce sens, l'intégration de la commande du distributeur tend à faire passer le distributeur au second plan. Les lacunes de l’hydraulique tendent à être palliées par les cartes électroniques embarquées ou des commandes intelligentes qui piloteront électriquement les tiroirs des distributeurs. Nous gagnons en précision, en souplesse, mais pas en efficacité énergétique ! »
La commande de tiroir par moteur pas à pas (stepper motor) est la dernière génération de moteur. Elle permet d’assigner au tiroir une centaine de positions, par exemple. Le système s’affranchit de tous les problèmes d’huile à basse ou haute température qui perturbent la commande hydraulique classique. « Elle est déjà rentrée en grande série dans le domaine du tracteur il y a plus de 10 ans, et tend à se vulgariser sur d'autres applications du type chariot télescopique. Des tractoristes comme John Deere l’utilisent. Compte tenu du coût de ces technologies, cela suppose qu’il fasse pas mal de volume » estime Frédéric Lambs.

L’essor de l’IO-Link
C’est clairement l’IO-Link qui constitue l’avenir des distributeurs en termes de protocole de communication. « L’avenir va vers une connectivité des solutions et donc la possibilité de rendre les capteurs communicant via un réseau " IOLink " afin de remonter les données de production vers les supervisions » note Philippe Grandchamp, de Parker Hannifin.
« De ce fait la communication IO-Link connaît un essor rapide sur le marché de l'automatisation des machines, car elle constitue une méthode économique de liaison d'E/S sur le réseau. Via le module Moduflex IO-Link, les données traitées sont facilement accessibles et peuvent être surveillées par API afin de réduire, voire d'éviter les temps d'arrêt. L’hydraulique sur son aspect mécanique évoluera peu. En revanche, le fait d’associer l’électronique permet d’améliorer les performances, d’envisager des contrôles de sécurités supplémentaires mais aussi de contrôler certains appareils à distance. Demain, c’est sur ce genre de développement que travailleront les principaux constructeurs pour faciliter les installations, les mises en œuvre ou les dépannages, et permettre à l’utilisateur final un coût total de possession optimisé. »
Bondioli & Pavesi est présent exclusivement dans le secteur mobile. Stéphane Bouché, responsable hydraulique, précise que « nos distributeurs répondent aux besoins des constructeurs du marché agricole, manutention ou travaux publics. Nos gammes évoluent du distributeur à commande manuelle aux distributeurs proportionnels intégrés flow cheering. »
Ces produits répondent à deux problématiques de base : le débit et la pression. En termes de pression, Bondioli & Pavesi propose jusqu’à 350 bars, pour un bras ampliroll de type Palfinger.
Le plus utilisé avoisine 250 bars, ce qui représente 90 % de son marché. Pour le débit, l’entreprise propose jusqu’à 250 litres.
Selon le cahier des charges du client, « nous définissons avec lui le composant adapté dans notre gamme. Nous avons ensuite différentes typologies de conception de circuit. Les distributeurs proportionnels sont de plus en plus présents, la différence de prix étant de plus en plus faible. À cela, il faut ajouter la carte électronique, car les machines sont de plus en plus intelligentes. Nous travaillons précisément à intégrer une carte électronique à nos distributeurs : la commande machine pourra les piloter directement. L’interface est développée dans notre groupe. »
Conçu comme un système « plug and play », cet ensemble est facile à déployer et sera présenté à la fin de l’année 2019 pour une distribution en 2020. « Les constructeurs entendent maîtriser de plus en plus la construction de leurs machines.