Les macrotendances qui influencent l'avenir de l'énergie hydraulique

« Les temps changent », comme le chantait Bob Dylan en 1964. C'était vrai à l'époque et c'est encore vrai aujourd'hui, car la technologie, sous ses diverses formes, produit des changements majeurs dans pratiquement tous les domaines de l'industrie. La force motrice ne fait pas exception, car elle s'éloigne de plus en plus des systèmes et des technologies qui ont été utilisés tout au long de son histoire.

Souvent négligé dans les discussions sur les grandes tendances du secteur, l'actualité du secteur des fluides mobiles a de vastes implications sur l'avenir de la force motrice. C'est pourquoi Power Progress a sollicité l'avis des experts suivants :

• Daniel Winter, président de Danfoss Power Solutions
• Corey Quinnell, vice-président de l'ingénierie, Husco
• Russ Schneidewind, directeur du développement commercial, HydraForce

Dans la première partie de cette série en deux parties, nous examinons les tendances observées par ces experts sur les marchés qu'ils desservent, leurs causes et leur impact sur le secteur de la transmission hydraulique mobile et ses clients. Dans la deuxième partie, nous examinerons plus en détail les obstacles auxquels le secteur est confronté et la manière dont ces fournisseurs, ainsi que d'autres, évoluent pour y faire face, aujourd'hui et à l'avenir.

Productivité et fiabilité

L'industrie de l'énergie hydraulique mobile suit de près les exigences de l'industrie OEM mobile, a noté Schneidewind.

Les systèmes hydrauliques des excavatrices gaspillent environ 70 % de leur puissance utile. Optimiser le système hydraulique améliore l'autonomie de la machine, réduit les besoins en batterie et les coûts, et peut ainsi accélérer l'électrification. (Photo : Danfoss Power Solutions)

« En ce qui concerne les équipements mobiles hors route, ils cherchent à proposer des équipements plus robustes, avec une disponibilité et un temps de fonctionnement plus longs, afin de disposer de machines facilement disponibles pour de nombreuses applications », a-t-il expliqué. « Ils recherchent également des gains de productivité. Ils veulent travailler plus rapidement et avec plus de précision, notamment pour les mouvements répétitifs. »

« Cela entraîne de nombreuses exigences différentes de la part de l'industrie de l'énergie hydraulique mobile, et cela inclut un degré plus élevé d'intégration avec l'électronique et l'hydraulique elle-même. »

Cette exigence de productivité et de fiabilité joue un rôle quelle que soit la taille de la machine.

« À mesure que les équipements deviennent plus petits, plus puissants et plus efficaces, les composants hydrauliques doivent offrir une densité de puissance plus élevée tout en minimisant les pertes d'énergie », a déclaré Quinnell. « Cela a conduit à des innovations dans les circuits hydrauliques, les pompes et les solutions électrohydrauliques intégrées, par exemple l'utilisation de capteurs pour éliminer/réduire le nombre de pièces mécaniques/la complexité, afin de maximiser l'efficacité du système. »

« De nombreux équipementiers cherchent à utiliser des pompes à plus grande cylindrée avec un régime moteur plus faible pour fonctionner dans une région plus économe en carburant du moteur diesel tout en conservant la même productivité », a-t-il ajouté.

Électronique et logiciels

Garantir cette productivité sur le terrain a toujours été la responsabilité de l'opérateur d'équipement. Mais une tendance macroéconomique qui affecte la conception des engins mobiles, et par conséquent les sous-systèmes de ces machines, a déclaré Winter, est la pénurie de main-d'œuvre qualifiée.

La plateforme MX de Husco est conçue pour une intégration électrohydraulique flexible et robuste. (Photo : Becky Schultz)

« Auparavant, l'opérateur était principalement le cerveau et le système hydraulique le muscle. Depuis trois à cinq ans, c'est devenu de plus en plus le cas, l'opérateur, l'électronique le cerveau et le système hydraulique le muscle », a commenté Schneidewind. « Pour répondre aux besoins des équipementiers en matière de disponibilité et de temps de fonctionnement, nous constatons un besoin croissant de systèmes plus flexibles. »

« L'électronique est un atout majeur, car elle permet d'avoir une architecture hydraulique similaire et d'adapter le fonctionnement ou les sensations de la machine en fonction de l'opérateur ou de l'application, en ajustant l'électronique ou le logiciel d'application », a-t-il expliqué. « Cela permet à la machine d'être plus disponible dans davantage d'applications et, dans de nombreux cas, d'augmenter sa disponibilité. »

L'électronique et les logiciels sont essentiels aux systèmes de contrôle modernes d'aujourd'hui, a reconnu Winter. « Nous voyons de plus en plus de systèmes hydrauliques dotés de commandes électroniques sophistiquées », a-t-il déclaré. « En fait, il est rare aujourd'hui de voir de nouveaux produits conçus avec des interfaces mécaniques. Presque tous nos nouveaux produits développés chez Danfoss sont exclusivement conçus pour le contrôle numérique. »

Bien sûr, nous proposons toujours des commandes mécaniques, mais l'avantage du tout numérique est d'éliminer les dispositifs mécaniques qui augmentent les coûts. Nous commençons également à voir apparaître davantage d'architectures distribuées avec des commandes au niveau des composants plutôt qu'un contrôle centralisé.

Passer à plus d'automatisation

Les OEM sont chargés de fournir des solutions adaptées à la dynamique d’une main-d’œuvre en évolution, ce qui signifie qu’un niveau croissant d’automatisation est nécessaire.

Les fonctionnalités autonomes et semi-autonomes peuvent aider les propriétaires d'équipements à remédier aux pénuries de main-d'œuvre et de compétences en améliorant la productivité et la précision des opérateurs. (Photo : Danfoss Power Solutions)

« Auparavant, on avait un opérateur très efficace, expert pour ce type d'équipement. Aujourd'hui, on trouve de moins en moins d'opérateurs qualifiés, au profit de généralistes, parfois amenés à utiliser plusieurs types de machines », a souligné Schneidewind. « L'automatisation est ce que les équipementiers souhaitent réellement pour accroître leur productivité. Le secteur de la transmission hydraulique doit être capable de répondre à cette demande. »

« La demande de machines autonomes et semi-autonomes dans l'agriculture, la construction et la manutention est en hausse », a déclaré Quinnell. « L'agriculture et la manutention sont en avance sur ce segment grâce à un fonctionnement plus précis que les environnements et les tâches variés auxquels sont confrontés les engins de chantier. »

Jusqu'à présent, dans le domaine des équipements de construction, les progrès ont consisté en grande partie en ce que Schneidewind décrit comme une assistance à l'automatisation pour les fonctions répétitives, telles que le retour au creusement ou le retour à la hauteur pour les chargeuses sur pneus utilisées dans les applications de chargement de camions.

« Cela peut être fait plus rapidement et plus précisément grâce à une fonction automatisée où il suffit de cliquer sur un bouton après avoir défini la limite, puis ce godet descend rapidement à la position nécessaire pendant que l'opérateur se dirige vers la pile », a-t-il expliqué.

Permettre ce type de fonctionnement semi-autonome et même entièrement autonome sur une machine nécessite « une électronique de haute puissance, un logiciel avancé et le savoir-faire pour tout assembler », a déclaré Winter.

« Il ne suffit plus d'être un fournisseur de composants », a-t-il déclaré. « Il faut une compréhension approfondie des applications et une expertise en systèmes et logiciels. »

Focus sur la durabilité

Selon Winter, une deuxième tendance majeure affectant l'énergie hydraulique mobile est la durabilité. « La protection de l'environnement et la hausse du prix des carburants stimulent la demande de systèmes hydrauliques plus performants », a-t-il noté, « et accélèrent le rythme de l'électrification. »

Les équipementiers sont sous pression pour réduire la consommation de carburant et les émissions, a déclaré Quinnell, ce qui exige que les systèmes hydrauliques deviennent plus efficaces et intégrés à des sources d'énergie alternatives.

Nouvelle série de distributeurs compacts pilotés EDG-OBE de Bosch Rexroth avec électronique intégrée. (Photo : Bosch Rexroth/Hydraforce)

« Le défi réside dans le fait que chaque équipementier – et même les différentes catégories de machines au sein d'un même équipementier – adopte une stratégie unique pour améliorer l'efficacité de ses machines et sélectionner des sources d'énergie alternatives », a-t-il poursuivi. « Pour rester compétitif et répondre à ces besoins variés, Husco a développé des plateformes de vannes flexibles et modulaires, adaptables à la stratégie spécifique de chaque équipementier. »

Concernant l'électrification, Quinnell a cité l'adoption croissante des systèmes électrohydrauliques et entièrement électriques. « Les constructeurs intègrent des commandes hydrauliques intelligentes, des actionneurs électrifiés (sur les petites et micro-machines) et des groupes motopropulseurs à batterie ou hybrides pour améliorer le rendement énergétique et réduire l'impact environnemental. »

Mais malgré cette évolution, il est convaincu que l'hydraulique conservera sa place. « Si les actionneurs entièrement électriques gagnent du terrain dans certaines applications (principalement dans les petites et micro-machines) ou pour des fonctions spécifiques sur des machines plus grandes, l'hydraulique reste essentielle lorsqu'une densité de puissance et une force élevées sont requises », a déclaré Quinnell.

« L'optimisation hydraulique est importante pour les machines conventionnelles, mais aussi – peut-être plus encore – pour les machines électriques », a affirmé Winter. « Prenons l'exemple d'une pelle. Le système hydraulique gaspille 70 % de la puissance utile qu'il reçoit. En réduisant ce chiffre, nous améliorons l'autonomie de la machine, voire le nombre de batteries nécessaires, ce qui diminue les coûts et accélère l'adoption des véhicules électriques. »

Chez Danfoss, nous continuons à développer des composants hydrauliques plus performants et à optimiser les composants existants, mais aujourd'hui, le principal levier d'efficacité se situe au niveau des systèmes. De plus en plus de variables entrent en jeu, et nous pouvons optimiser le fonctionnement des machines, et donc la consommation d'énergie, grâce aux logiciels.

Pas mutuellement exclusif

Winter a ajouté : « On pense souvent à tort que l'hydraulique et l'électrique s'excluent mutuellement. En réalité, ils se complètent dans de nombreux cas. »

Par exemple, même si un système de propulsion électrique pourrait remplacer un système hydrostatique, les engins tout-terrain de grande puissance dépendent encore de l'hydraulique pour leur conversion de puissance robuste et efficace. L'électrique a remplacé l'hydraulique dans certaines applications de faible puissance et rotatives, mais il est difficile de remplacer l'hydraulique linéaire par des solutions électrifiées économiques, robustes et compactes.

Efficacité de conduite

Selon Winter, l’impact le plus important de l’électrification réside dans la nécessité d’améliorer considérablement l’efficacité du système hydraulique.

« Dans les machines électriques de première génération, les constructeurs ont tendance à remplacer le moteur à combustion interne par un moteur électrique et des batteries, tout en conservant le système hydraulique quasiment inchangé. Dans de nombreuses applications, cela produit une machine dont l'autonomie est insuffisante. Autrement dit, elle ne peut pas effectuer une journée de travail complète avec une seule charge », a souligné Winter.

Le système de commande numérique de flèche HydraForce EHBL avec HF-Impulse 2.0 est conçu pour économiser l'énergie et améliorer la précision des vannes EHBL, ainsi que pour optimiser le développement et la maintenance grâce au logiciel de configuration et de programmation HF-Impulse 2.0. (Photo : HydraForce/ Bosch Rexroth)

« Pour leurs machines de deuxième génération, les équipementiers se concentrent sur l'optimisation du système hydraulique en envisageant des architectures et des technologies alternatives telles que l'abaissement par gravité, le comptage indépendant, les systèmes zonaux et la récupération d'énergie », a-t-il poursuivi. « Chez Danfoss, nous avons réalisé plusieurs conversions de machines, notamment une chargeuse sur pneus et une chargeuse-pelleteuse. Nous travaillons également sur une excavatrice. Cela nous a permis d'acquérir une expérience concrète pour guider les équipementiers dans leurs propres démarches, non seulement sur l'électrification, mais aussi sur l'optimisation du système hydraulique. »

Ainsi, même si Winter reconnaît que l'électrique prendra de plus en plus de place sur l'hydraulique à long terme, il pense également que l'hydraulique prendra à son tour des parts de marché sur les solutions mécaniques dans certaines applications. « La demande en hydraulique ne va pas chuter de sitôt », a-t-il assuré, « les acteurs du secteur n'ont donc pas à s'inquiéter. »

L'efficacité est également au cœur de l'argumentation de Schneidewind en matière d'énergies alternatives. « Que le système d'alimentation soit électrifié, diesel, hybride, voire à hydrogène ou autre – le méthane, par exemple, potentiellement sur les marchés agricoles –, tout est une question d'efficacité », a-t-il déclaré. « La puissance d'un véhicule est limitée, compte tenu de l'espace disponible pour la transporter. Le système hydraulique doit donc optimiser l'utilisation de l'énergie disponible. »

Une nouvelle architecture est nécessaire

Schneidewind prévoit que cette efficacité accrue sera obtenue grâce à de nouvelles architectures et de nouveaux systèmes hydrauliques. « Cela nécessitera une perte de charge plus faible, des techniques de contrôle avancées et l'intégration de davantage d'électronique et de capteurs », a-t-il prédit. « Je dirais que ce sera le plus grand défi pour l'industrie : à quoi ressemblent ces systèmes, comment les promouvoir et comment le client intègre-t-il ce nouveau type d'architecture à ses machines ?

« Ce sera l'un des plus grands défis, mais c'est aussi une opportunité pour les entreprises capables d'offrir ce type d'accompagnement à leurs clients, d'opérer ces changements et de démontrer des gains d'efficacité de 25 %, 30 %, 40 %, 45 % », a poursuivi Schneidewind. « Les technologies hydrauliques et hydrauliques mobiles ont encore beaucoup à offrir en termes d'efficacité. »

Note de l'éditeur : cet article a été publié pour la première fois dans le numéro d'avril 2025 de Power Progress. Ne manquez pas la deuxième partie de cette série dans un prochain numéro de Power Progress.