Et l’énergie ?
Une autre façon de comprendre l’hydraulique est de penser à l’énergie.
Nous avons déjà vu que les vérins hydrauliques peuvent nous donner plus de force ou de vitesse, mais ils ne peuvent pas faire les deux en même temps – et c’est à cause de l’énergie. Regarde à nouveau le graphique du pistolet à eau ci-dessus.Si tu appuies rapidement sur le tuyau étroit (avec un peu de force), le piston du tuyau large se déplace lentement (avec beaucoup de force). Comment cela se fait-il ? Une loi fondamentale de la physique, appelée loi de la conservation de l’énergie, stipule que nous ne pouvons pas créer de l’énergie à partir de rien. La quantité d’énergie utilisée pour déplacer le piston est égale à la force utilisée multipliée par la distance parcourue. Si notre pistolet à eau produit deux fois plus de force à l’extrémité large qu’à l’extrémité étroite, il ne peut se déplacer que de moitié. C’est parce que l’énergie que nous fournissons en poussant vers le bas est transportée tout autour du tuyau jusqu’à l’autre extrémité. Si la même quantité d’énergie doit maintenant déplacer deux fois la force, elle ne peut parcourir que la moitié de la distance dans le même temps. C’est pourquoi l’extrémité la plus large se déplace plus lentement que l’extrémité la plus étroite.
L’hydraulique en pratique
Vous pouvez voir l’hydraulique à l’œuvre dans cette pelleteuse.Lorsque le conducteur tire sur une poignée, le moteur de la pelleteuse pompe du fluide dans les tuyaux et les câbles étroits (en bleu), forçant les vérins hydrauliques (en rouge) à se déployer. Les vérins ressemblent un peu à des pompes à vélo fonctionnant en sens inverse. Si vous mettez plusieurs vérins ensemble, vous pouvez faire en sorte que le bras d’une pelleteuse s’étende et bouge comme celui d’une personne, mais avec une force bien plus grande. Les vérins hydrauliques sont en fait les muscles de la pelleteuse :
Photo : Plusieurs vérins hydrauliques différents sont à l’œuvre dans cette pelleteuse. Les vérins sont représentés par des flèches rougeset les tuyaux et câbles hydrauliques étroits et flexibles qui les alimentent en bleu.
Chaque vérin fonctionne comme un pistolet à eau à moteur diesel en marche arrière:
Photo : Gros plan sur les béliers hydrauliques d’une pelleteuse.
Le moteur pompe du fluide hydraulique dans l’un des tuyaux fins pour faire sortir le bélier plus épais avec une force beaucoup plus grande, comme ceci :
Photo : Comment un bélier hydraulique multiplie la force.
Vous vous demandez peut-être comment un bélier hydraulique peut se déplacer à la fois vers l’intérieur et vers l’extérieur si le fluide hydraulique le pousse toujours d’une seule direction.La réponse est que le fluide ne pousse pas toujours de la même façon. Chaque bélier est alimenté depuis des côtés opposés par deux tuyaux séparés.Selon la direction dans laquelle le fluide se déplace, le bélier pousse soit vers l’intérieur, soit vers l’extérieur, très lentement et en douceur, comme le montre clairement cette petite animation :
Photo : Un bélier hydraulique se déplace soit vers l’intérieur, soit vers l’extérieur, selon le sens de circulation du fluide hydraulique.
La prochaine fois que vous serez dehors, voyez combien de machines hydrauliques vous pouvez repérer. Vous pourriez être surpris du nombre de camions, de grues, de pelleteuses, de dumpers, d’excavateurs et de bulldozers qui en utilisent.Voici un autre exemple : un taille-haie hydraulique à l’arrière d’un tracteur. La tête de coupe doit être robuste et lourde pour tailler dans les haies et les arbres, et le conducteur ne peut en aucun cas la soulever ou la positionner à la main. Heureusement, les commandes hydrauliques font tout cela automatiquement : avec plusieurs articulations hydrauliques, un peu comme une épaule, un coude et un poignet, la fraise se déplace avec autant de souplesse qu’un bras humain :
Photo : Un taille-haie hydraulique typique.
L’hydraulique cachée
Toutes les machines hydrauliques ne sont cependant pas aussi évidentes ; parfois, leurs vérins hydrauliques sont cachés à l’abri des regards. Les ascenseurs ( » lifts « ) gardent leurs rouages bien cachés, il n’est donc pas toujours évident de savoir s’ils fonctionnent de manière traditionnelle (tirés vers le haut et vers le bas par un câble relié à un moteur) ou s’ils utilisent plutôt l’hydraulique. Les petits ascenseurs utilisent souvent de simples vérins hydrauliques montés directement sous ou à côté de la cage d’ascenseur. Ils sont plus simples et moins chers que les ascenseurs traditionnels, mais peuvent utiliser une puissance assez importante.
Les moteurs sont un autre exemple où l’hydraulique peut être cachée à la vue. Les moteurs électriques traditionnels utilisent l’électromagnétisme : lorsqu’un courant électrique circule dans des bobines à l’intérieur, il crée une force magnétique temporaire qui pousse contre un anneau d’aimants permanents, faisant tourner l’arbre du moteur.Les moteurs hydrauliques ressemblent davantage à des pompes fonctionnant en sens inverse. Les moteurs hydrauliques ressemblent davantage à des pompes fonctionnant à l’envers. Dans un exemple, appelé moteur hydraulique à engrenages, le fluide entre dans le moteur par un tuyau, faisant tourner une paire d’engrenages en prise étroite, avant de ressortir par un autre tuyau. L’un des engrenages est relié à l’arbre du moteur qui entraîne ce dernier, tandis que l’autre (« le pignon fou ») tourne simplement librement pour compléter le mécanisme. Alors qu’un bélier hydraulique traditionnel utilise la puissance d’un fluide pompé pour pousser le bélier en avant et en arrière sur une distance limitée, un moteur hydraulique utilise un fluide à débit continu pour faire tourner l’arbre aussi longtemps que nécessaire. Si vous voulez que le moteur tourne dans le sens inverse, il suffit d’inverser le débit du fluide. Si vous voulez le faire tourner plus vite ou plus lentement, vous augmentez ou diminuez le débit du fluide.
Artwork : Un moteur à engrenages hydraulique simplifié. Le fluide (jaune) entre par la gauche, fait tourner les deux engrenages et ressort par la droite. L’un des engrenages (rouge) alimente l’arbre de sortie (noir) et la machine à laquelle le moteur est relié. L’autre engrenage (bleu) est un pignon fou.
Pourquoi utiliser un moteur hydraulique plutôt qu’un moteur électrique ? Là où un moteur électrique puissant doit généralement être très gros, un moteur hydraulique tout aussi puissant peut être plus petit et plus compact, car il tire son énergie d’une pompe située à une certaine distance. Vous pouvez également utiliser des moteurs hydrauliques dans des endroits où l’électricité n’est pas viable ou sûre, par exemple sous l’eau, ou lorsqu’il y a un risque que des étincelles électriques créent un incendie ou une explosion. (Another option, in that case, is to use pneumatics—the power of compressed air.)
