Hydraulique 101

Tu passes devant un chantier de construction et tu vois de la machinerie lourde en action. Les moteurs ronflent. Tout à coup, tu entends un gros bruit. Les machines soulèvent des tonnes de terre et d’acier. Comment ces machines peuvent-elles faire ça aussi facilement? Grâce à la force hydraulique.

L’hydraulique permet aux machines de transmettre de la force d’un point à un autre en utilisant un fluide qui n’est pas compressible. Dans la plupart des cas, cela augmente aussi la force appliquée à une extrémité pour un effort donné.

L’hydraulique fonctionne d’après le même principe qu’un levier mécanique, une machine simple qui fonctionne comme une bascule. Quand on pousse sur un bout d’un levier pour le faire baisser, l’autre bout monte. Si le levier est bien conçu, une machine peut soulever un objet très lourd sans grand effort. Ceci est particulièrement vrai lorsque le point d’appui du levier se trouve près de la charge à soulever.  

Cependant, un vérin hydraulique possède de gros avantages par rapport à un levier mécanique. Voici comment fonctionne un vérin hydraulique.

Comment fonctionne un vérin hydraulique?

Dans un dispositif hydraulique, un tuyau flexible ou rigide relie un cylindre de petit diamètre à un cylindre de gros diamètre. Le fluide incompressible se trouve à l’intérieur du tuyau. En appliquant une force au petit cylindre, une force beaucoup plus grande est appliquée au gros cylindre. La force, dans ce cas-ci, est multipliée par un montant égal à la différence dans la surface du cylindre.

Lorsqu’un cylindre d’un diamètre A1 applique une force de F1, il parcourt une distance de d1. Le cylindre qui lui est relié avec un diamètre de A2 exercera une force de F2 et parcourra une distance de d2.

Comme la force est plus grande, le gros cylindre parcourt une plus petite distance. Rappelle-toi que le travail est égal à la force appliquée multipliée par la distance parcourue (T = fd).

L’installation d’un système hydraulique peut permettre aux machines de faire des choses extraordinaires. Tu peux relier deux cylindres avec un tuyau flexible ou rigide sur une longue distance. Cela te permet de placer le premier cylindre dans une pièce, et le deuxième, dans une autre partie d’un bâtiment, et de transmettre facilement la force le long des coins ou à travers des murs. 

L’hydraulique est souvent utilisée pour les pièces mobiles de systèmes mécaniques qui doivent lever ou pousser des objets lourds. Le train d’atterrissage d’un avion utilise plusieurs vérins hydrauliques pour mettre les roues en place et amortir l’atterrissage de l’avion. 

Qu’est-ce qu’une unité hydraulique?

Dans les systèmes hydrauliques simples, le petit cylindre doit parcourir une distance beaucoup plus grande que le gros cylindre. Cela veut dire que le petit cylindre est limité dans la distance qu’il peut pousser ou tirer. Pour rendre un système hydraulique encore plus puissant, on peut remplacer le petit cylindre par une pompe. Cela crée quelque chose qui fonctionne comme le petit cylindre, mais la « distance de déplacement » devient infinie. La pompe continue de faire sortir le fluide d’un réservoir et pousse le gros cylindre jusqu’à ce que le réservoir soit vide. Ces unités hydrauliques sont installées sur des engins de chantier et des appareils de levage lourds. La plupart des gros avions ont des unités hydrauliques pour faire bouger les volets et les gouvernails de direction. Une seule unité hydraulique peut alimenter des douzaines de cylindres; elle est limitée seulement par la puissance de la pompe et la capacité du réservoir.

Qu’est-ce qu’un fluide hydraulique?

Le choix du fluide à l’intérieur du système hydraulique est très important car il doit soutenir d’énormes pressions, dans l’ordre des milliers de psi (livres par pouce carré).

Le savais-tu? 

L’unité de pression basée sur le SI (système international d’unités) est le pascal (Pa). 1 psi = 6 894,76 Pa.

Les huiles hydrauliques sont spécialement formulées pour fonctionner uniformément selon un vaste éventail de pression et de température. De plus, les gaz ne se dissolvent pas en elles. Ceci est important parce que les gaz dissous forment des bulles sous certaines conditions, ce qui peut créer des problèmes. 

Le savais-tu? 

Les systèmes hydrauliques et pneumatiques sont semblables. Les systèmes hydrauliques utilisent des fluides sous pression, tandis que les systèmes pneumatiques utilisent des gaz. Chaque système a ses avantages et ses inconvénients.

L’hydraulique cachée

Les composants hydrauliques sont souvent cachés sur les machines. Les voitures utilisent l’hydraulique pour arrêter quatre tonnes d’acier avec une légère pression du pied (à l’aide des servofreins). Les entreprises de fabrication et d’expédition utilisent des robots qui peuvent soulever et déplacer des caisses et d’autres pièces à l’aide de bras hydrauliques. 

Il y a de l’hydraulique partout autour de toi! La prochaine fois que tu remarqueras qu’un travail énorme est facilement accompli, vois si tu peux repérer les systèmes hydrauliques. 

Le savais-tu? 

Le moteur d’un avion peut avoir besoin d’autant de puissance que deux ou trois voitures pour démarrer son système hydraulique en raison de la pression élevée nécessaire.