Pneumatique ou électrique ? Qui est le plus économe en énergie ?

Pneumatique ou électrique, voici une question qui paraît triviale. Mais elle n’a pas de réponse simple. En réalité, quelque soit la technologie utilisée, mal mise en œuvre, elle aura une mauvaise productivité. ou pire, elle sera un gouffre énergétique. Une comparaison directe de deux axes correctement dimensionnés  – l’un électrique et l’autre pneumatique – et pilotés en situation réelle est la meilleure façon de révéler les avantages et inconvénients des deux technologies. Mais ce n’est pas toujours réalisable !

Rendement théorique et réalité

Les constructeurs annoncent des rendements de l’ordre de 80-90% pour les moteurs électriques. D’autre part, un rendement de 10% est souvent attribué à l’air comprimé (par les constructeurs d’axes électriques notamment !). Donc avec ces valeurs, il semble évident qu’un système pneumatique nécessite 8 à 15 fois plus d’énergie que le système électrique correspondant. Cependant, si l’on creuse un peu plus l’application, on se rend compte que l’efficacité de 80-90% des axes électriques, ne s’applique qu’aux moteurs en fonctionnement permanent (par exemple les pompes, ventilateurs, etc…). Pour les opérations cycliques, ou pour les mouvements asservis, qui sont des applications communes dans le domaine de la manipulation de pièces dans l’industrie, la réalité est bien différente. Dans ce cas, l’efficacité des axes électriques est bien plus basse.

La réelle efficacité des axes électriques et pneumatiques, on l’a dit, dépend des spécificités de l’application. Vitesse, accélération, capacité de charge, et effort nécessaire, temps de cycle, temps de maintien sous effort, ratio poids/puissance, précision, mode de contrôle du mouvement, rigidité du système, efficacité, robustesse,… Tous ces facteurs ont un impact. En fonction des besoins de l’application, les technologies citées ont toute deux des avantages et des inconvénients. La tâche à effectuer va donc complètement influer sur le choix de la technologie.

Applications type, axes, pinces…

Par exemple, pour une tâche simple de mouvement, un axes électrique peut être efficace. Mais pour une fonction de pressage ou de rivetage, le niveau d’effort attendu et la durée des opérations sont importantes. Dans ce cas le pneumatique peut être plus intéressant. Maintenant si cette opération de pressage a besoin d’être surveillée avec un retour d’effort et une régulation de celui ci, un axe électrique type press-kit électrique va redevenir plus intéressant.

Si nous regardons maintenant du coté des pinces électriques ou pneumatiques, le choix de la technologie va dépendre d’une définition claire de la tâche à réaliser. Un pince normalement fermée (NC) par exemple ne nécessitera de l’énergie que pour l’ouverture. Une pince normalement ouverte, nécessitera de son coté de l’air comprimé pour rester en position fermée, mais ne consommera pas d’air pour rester fermée. La pince électrique, d’autre part aura besoin d’énergie pendant toute l’opération de préhension. Elle ne sera efficace d’un point de vue consommation d’énergie, seulement pour les applications avec beaucoup de préhension avec cycle court et/ou sur des courses importantes. Les applications qui nécessitent d’importants efforts de serrages pour des périodes importantes auront tout intérêt à être implémentées avec des préhenseurs pneumatiques.

Voici quelques règles empiriques à considérer pour l’efficacité énergétique.

• Petite course, force de préhension importante, long temps de maintien sous charge, alors une solution pneumatique sera intéressante.
• Longue course, faible force de maintien, petite durée de maintien sous charge, alorsun technologie électrique sera plus efficiente.

De manière générale, vous ne devriez pas choisir une technologie seulement sur des aspects d’efficacité énergétique. D’autres points sont importants : les coûts d’achat, la robustesse, le poids, l’environnement, les coûts d’installation et de maintenance. La mesure de toutes ces variables se fait à travers une méthodologie d’analyse que l’on appelle le TCO (Total cost of ownership). Nous ferons un article à ce propos. Par exemple un préhenseur plus léger, mais plus cher peut influer sur le dimensionnement de toute la chaîne cinématique du système de manipulation. Il peut donc réduire les coûts d’achats et les énergies mises en jeu lors du mouvement.

Quatre points clefs pour une conception orientée efficacité énergétique.

1. Comprendre les besoins réelles de l’application.
2. Choisir les bonnes technologies en fonction des spécifications de l’application.
3. Optimiser le dimensionnement des composants en utilisant les logiciels mis à disposition des fabricants. Cela vous permettra de valider différentes solutions sans avoir recours à des test réels coûteux.
4. Prendre contact avec des fabricants neutres d’un point de vue technologique. Cela permet d’avoir toute les options en mains pour prendre votre décision.

En résumé, il y a de la place aussi bien pour la pneumatique que pour l’électrique dans vos applications. Prenez le temps de faire une analyse poussée de vos besoins. Il n’y a pas de solution miracle pour optimiser la consommation de vos systèmes. La problématique est a aborder dans son ensemble avec une évaluation de tous les paramètres. C’est de cette manière que vous aurez une vision claire sur les potentiels gains économiques liés à l’efficacité énergétique.