Sigma Powertrain cible les équipements miniers, pétroliers et gaziers

La transmission TerraMax de Sigma Powertrain. (Photo : Sigma Powertrain)

Une demi-douzaine de camions miniers sont stationnés au siège social de Sigma Powertrain à Livonia, dans le Michigan. Ce sont des modèles réduits en métal moulé sous pression à l'échelle 1/50e, installés dans la salle de conférence, mais ce petit détail n'enlève rien à l'impact de leur présence. Banlieue ouest de Détroit, Livonia fait partie de la « Motor City », la capitale de l'automobile. La région est entièrement dédiée à l'industrie automobile et aux camions légers.

« Je ne me laisse pas guider par les circonstances, je me laisse porter », a déclaré John Kimes, fondateur, président et PDG de Sigma Powertrain. « Nous avons commencé par développer des solutions de transmission pour les applications commerciales. Notre idée était de développer le logiciel et de démontrer l'efficacité de notre technologie sur les camions de classe 8, en remplacement des transmissions manuelles automatisées. Notre philosophie de conception repose sur le principe suivant : quel que soit le type de transmission que nous développons, nous prenons en compte le scénario le plus défavorable et nous concevons en conséquence. »

Une entreprise remplie d'ingénieurs

Fondée en 2016, la technologie de base de Sigma Powertrain comprend des architectures de boîtes de vitesses à rapports multiples brevetées, des mécanismes d'embrayage, des dispositifs électromécaniques pour groupes motopropulseurs électriques, des logiciels de contrôle et des systèmes de protection des composants à autosurveillance.

« Notre entreprise est composée d'ingénieurs qui conçoivent et commercialisent des produits », a déclaré Kimes. « Nous ne réalisons ni moulage ni usinage, car nous n'en avons pas besoin. Le marché actuel offre largement assez de capacités. Je m'apprête à doubler les effectifs de l'entreprise, et il s'agira uniquement de personnel de soutien. »

John Kimes, fondateur, président et chef de la direction, présente des camions de transport minier et des solutions de transmission dans la salle de conférence du siège social de Sigma Powertrain, situé dans la région de Détroit. (Photo : Chad Elmore)

Tout en évoquant l'évolution de l'entreprise, Kimes a ensuite déplacé les maquettes de camions de transport sur la table de la salle de conférence, où elles étaient garées roues levées.

« Un Australien nous a demandé si nous pouvions adapter notre technologie aux camions miniers à transmission mécanique », explique Kimes. « Nous avons étudié la transmission utilisée. C'est un composant lourd, fixé en porte-à-faux sur l'essieu arrière. Cet essieu possède son propre système et intègre de nombreuses technologies. Pour que les entreprises minières électrifient leurs flottes, la transmission mécanique est vouée à disparaître ; elles auront besoin de camions équipés de moteurs-roues et de trains épicycloïdaux. »

Remplacements boulonnés

Le camion-benne à dix roues qui a permis à Sigma Powertrain de faire ses premiers pas dans l'industrie minière a été lancé en 2019, mais n'a pas dépassé le stade de prototype. Pour Kimes, cependant, l'idée avait germé. L'équipe a donc poursuivi ses recherches sur les camions-bennes.

« Nous avons constaté que le système que nous concevions pour l'exploitation minière devait s'adapter à la place de la transmission d'origine. Tout devait être monté sur l'essieu », a déclaré Kimes. « Nous avons conçu une transmission très compacte qui transmet un couple supérieur à celui du gros moteur diesel situé à l'avant. »

La nouvelle transmission TerraMax à répartition de puissance de Sigma repose sur l'architecture TerraMax à cinq vitesses entièrement électrique de la marque et se monte directement en remplacement des transmissions d'origine des camions de transport de grande taille. Selon l'entreprise, elle combine les meilleurs atouts des transmissions mécaniques, des systèmes hybrides et de la propulsion électrique au sein d'une plateforme modulaire unique. Elle a été conçue pour une durée de vie de 30 000 heures en conditions de transport intensif.

Dans la catégorie TerraMax 250 tonnes, une transmission mécanique achemine la majeure partie de l'énergie directement aux roues, tandis que des moteurs électriques gèrent le flux de puissance et les variations de consommation. Cette conception permet au moteur diesel de fonctionner dans sa plage de consommation optimale, tandis que le freinage régénératif récupère l'énergie en descente et la restitue à la batterie pour la montée suivante.

Sigma Powertrain a installé une chaîne de montage à son siège social de Livonia, dans le Michigan. (Photo : Sigma Powertrain)

Gestion des cas particuliers

Les camions de transport d'une capacité de 100 à 150 tonnes utiliseraient un système avec un seul moteur de 1 MW à cinq vitesses, tandis que les camions de transport ultra-lourds de la gamme des 250 tonnes seraient équipés d'une paire de moteurs de 1 MW, soit en hybride à répartition de puissance, soit à cinq vitesses.

« Notre boîte de vitesses est conçue pour 5 MW. Deux moteurs indépendants sont donc connectés à un train d'engrenages commun, qui alimente la transmission et fournit une puissance commune aux roues », explique Kimes. « En remplaçant simplement la transmission et le système hydraulique par les nôtres, l'exploitant minier réaliserait 15 % d'économies de carburant grâce à la réduction des pertes parasites. Et si la récupération d'énergie se fait lors de la descente dans la mine, on obtiendrait 15 % d'économies supplémentaires. Ce pourcentage importe peu si le camion de transport est un véhicule électrique à batterie, mais nous pensons que la plupart de ces camions seront des hybrides série. »

Ces camions sont équipés de moteurs diesel surpuissants, car ils ont besoin de toute cette puissance pour les situations extrêmes, comme au démarrage, lorsqu'ils sont en pleine charge. Une fois lancés, mes besoins en couple diminuent. Ces camions, sans aucune électrification, possèdent des moteurs diesel monstrueux pour gravir les pentes. Lorsqu'on complète ou remplace ce moteur diesel par un système électrique capable d'effectuer ce travail, il doit fournir une puissance moyenne, et non une puissance de pointe. J'ai simplement besoin d'un groupe électrogène diesel capable de me permettre de terminer un cycle avec une marge de sécurité, et d'une batterie juste assez puissante pour me permettre de monter la route minière. Lors de la montée de la mine, qui représente le cas particulier, la combinaison batterie et diesel me fournit la puissance nécessaire pour gravir la pente.

« Quand ma batterie est déchargée en haut, elle se recharge car je suis alors en dessous de la puissance moyenne. À la descente, je régénère l'énergie tout au long du parcours. Arrivé en bas, je la recharge, et ainsi de suite. Avec TerraMax, le moteur et la batterie sont plus compacts. Un installateur en Australie calcule une réduction de 43 % grâce à notre système, combiné à un groupe électrogène diesel plus petit. Voilà le principe de ces systèmes. »

La transmission de la série MID est commercialisée depuis quelques années. (Photo : Sigma Powertrain)

Transmissions en production

Alors que Sigma Powertrain prépare la transmission TerraMax pour la production, elle commercialise déjà deux transmissions plus petites, spécifiées par plusieurs constructeurs automobiles. Sigma a également concédé sous licence une grande partie de sa technologie brevetée d'embrayage électronique.

L'entreprise a lancé la transmission MID Series il y a trois ans pour les véhicules utilitaires électriques légers et moyens. Cette boîte de vitesses à trois rapports utilise une technologie d'embrayage électrique brevetée et un logiciel développé en interne. Selon l'entreprise, ce groupe motopropulseur permet aux constructeurs automobiles d'améliorer l'autonomie d'au moins 10 %, de réduire la taille du groupe motopropulseur de 30 % et d'alléger le véhicule en remplaçant un système à entraînement direct plus volumineux. Les conducteurs de véhicules utilitaires de classe 1 à 6 équipés d'une transmission MID Series constateront des changements de vitesse quasi imperceptibles et une nette amélioration en côte.

Disponible en version prête à l'emploi, la série MID utilise des moteurs électriques Cascadia Motion, Dana TM4 et autres, et intègre un onduleur, un échangeur de chaleur, un contrôleur de groupe motopropulseur et une pompe à huile. Avec ces moteurs, elle fonctionne comme un groupe motopropulseur 100 % électrique (BEV) à trois vitesses développant 300 ch. De conception modulaire, les moteurs peuvent être remplacés selon les besoins en puissance et la configuration peut être adaptée à un essieu électrique ou à une transmission centrale.

lisse comme du beurre

L'autre produit de transmission, Emax, est une boîte de vitesses à rapports multiples pour véhicules utilitaires de classe 6 à 8. Selon l'entreprise, sa conception à rapports multiples permet aux clients de réaliser des économies en évitant le surdimensionnement des moteurs. Ses embrayages électromécaniques lui permettent d'encaisser un couple maximal de 5 200 Nm dans un format compact de seulement 45,7 cm de long. De conception modulaire, les moteurs, les carters et les arbres de sortie peuvent être changés pour s'adapter à différentes applications.

Après les lancements de TerraMax, Kimes s'est dit enthousiaste quant à ce que cette architecture pourrait signifier pour l'avenir des applications à haute puissance telles que les camions de transport, les navires et les installations de fracturation hydraulique.

« Je suis parti au Texas pour discuter avec des techniciens de pompes de fracturation », explique Daniel Knieper, vice-président Logiciels chez Sigma Powertrain. « La disponibilité est primordiale là-bas. Si l'une de ces pompes tombe en panne sur un site, il peut falloir jusqu'à quatre semaines pour la remettre en marche. Elles peuvent pomper jusqu'à trois barils de pétrole par minute ; une immobilisation de quatre semaines engendre donc des coûts considérables. Notre TerraMax élimine les embrayages hydrauliques massifs. Au Texas, les techniciens m'ont expliqué qu'une interruption de couple pendant un changement de poste est inacceptable ; il faut donc un partage de puissance. »

« Il n'y a aucune interruption de couple, c'est d'une douceur incroyable », a déclaré Kimes. « Dans le secteur maritime, cette même transmission pourrait être hybride parallèle. On maintient le diesel dans une plage de fonctionnement optimale grâce à la répartition de la puissance. Mais à quai, on fonctionne en mode tout électrique aux vitesses de manœuvre. En mer, on passe en mode hybride, voire en mode tout diesel alimenté par le même groupe motopropulseur. »