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L’énergie pneumatique est l’énergie emmagasinée dans un gaz sous forme mécanique du fait qu’il est comprimé. Un système pneumatique exploite cette énergie pour induire un mouvement mécanique à l’aide d’un gaz comprimé. À l’instar des systèmes hydrauliques, les systèmes pneumatiques font partie du domaine de la mécanique des fluides. Tandis qu’un système hydraulique utilise des fluides, un système pneumatique s’appuie sur l’air comprimé. L’air présente l’avantage d’être écologique, économique et de permettre des champs d’application divers. C’est pourquoi les outils et machines pneumatiques sont aussi prisés.

Les principes de l’énergie pneumatique

Le terme de pneumatique vient du grec « pneuma », qui signifie « vent » ou « souffle ». Il désigne de nos jours un domaine technique varié utilisant l’air comprimé ou les systèmes exploitant l’énergie pneumatique issue de l’air comprimé. La pneumatique permet le transport et le stockage d’énergie. Si les vérins pneumatiques sont typiquement associés à cette technique, des systèmes plus spécifiques et complexes l’utilisent également, comme par exemple les systèmes de mise sous vide ou encore les ressorts pneumatiques. Ils conviennent aussi parfaitement pour amortir les chocs.

Les systèmes pneumatiques utilisent l’air ambiant comprimé. Dans la plupart des systèmes, celui-ci dispose d’une surpression de 6 bars, mais dans les systèmes haute pression, tels que ceux employés pour les conduites de gaz, la surpression peut atteindre les 18 bars. La pression la plus importante est employée pour la fabrication de bouteilles en plastique notamment, et peut alors frôler les 40 bars.

Comment fonctionne la production de l’énergie pneumatique ?

Dans les systèmes pneumatiques, l’air est transporté sous sa forme comprimée via des soupapes. L’énergie stockée sous forme d’air comprimé est alors transformée en énergie cinétique, pour mettre en mouvement un piston de vérin, par exemple.

En principe, chaque commande pneumatique est composée de quatre éléments :

  • La création de l’air comprimé : L’air ambiant est aspiré par un ou plusieurs compresseurs, puis il est comprimé, pour atteindre 6 à 40 bars selon les cas. Pour l’air haute pression utilisé pour une durée déterminée seulement, on utilise un compresseur à vitesse variable. La compression de l’air crée de la chaleur, qui peut être utilisée dans les chauffages, par exemple.
  • Le traitement de l’air comprimé : L’air comprimé est traité pour éliminer les impuretés telles que la poussière ou le pollen. Pour ce faire, plusieurs systèmes de filtration sont employés. Le traitement est une étape importante pour prolonger la durée de vie des systèmes pneumatiques.
  • La distribution de l’air comprimé : Le transport de l’air comprimé aux consommateurs se fait par des tuyaux. Afin d’éviter que l’air ne soit de nouveau contaminé, les tuyaux doivent être hermétiques, étanches et exempts de rouille.
  • L’utilisation de l’air comprimé : L’air comprimé est introduit via des soupapes ou des vérins. Le nombre de positions de commutation et de raccords varie en fonction du domaine d’utilisation et de l’appareil. Le travail mécanique à l’aide de l’air comprimé est effectué par ce que l’on appelle des organes de travail (généralement des vérins pneumatiques).

Les normes AFNOR déterminent la façon dont le circuit de commutation doit être agencé selon les différents systèmes et appareils pour la production de l’énergie pneumatique.

Un vérin pneumatique est un actionneur pneumatique qui rend possible une transformation de l’énergie de l’air comprimé en un travail mécanique. Un vérin pneumatique est soumis à des pressions d’air comprimé qui permettent de réaliser des mouvements dans un sens puis dans l’autre. Les mouvements alors obtenus peuvent être linéaires mais aussi rotatifs.

Quels sont les domaines d’application de l’énergie pneumatique ?

Les systèmes pneumatiques sont utilisés dans divers branches et domaines. On les retrouve dans la manutention, la robotique, la technique médicale, ainsi que dans les moteurs et le transport. Ces systèmes sont installés dans les freins pneumatiques des camions et des bus, par exemple. Ils sont également utilisés dans les pneus, ainsi que dans divers gerbeurs et autres chariots de manutention. Quant au transport par tubes pneumatiques, celui-ci permet d’expédier rapidement de petits objets et aussi des liquides. Certains outils pneumatiques fonctionnent uniquement avec de l’air comprimé et sont employés dans la pulvérisation de vernis ou pour d’autres traitements de surface, par exemple.

Systèmes d’énergie pneumatique : avantages

Les systèmes fonctionnant à l’énergie pneumatique présentent de nombreux avantages. Premièrement, le « matériau » utilisé, à savoir l’air, est à la fois écologique, économique et disponible partout. Celui-ci est non seulement facilement utilisable dans la quantité voulue, mais est également facile à transporter sur de longues distances.

Voici d’autres avantages concernant les systèmes pneumatiques :

  • La capacité de stockage : L’air comprimé est facile à stocker dans un récipient à pression adapté. Celui-ci peut alors être transporté.
  • La résistance aux variations de température : L’air comprimé est insensible aux variations de température.
  • La sécurité : Aucun risque d’explosion ou d’incendie avec l’air comprimé.
  • L’écologie : Les fuites d’air comprimé ne causent aucun dommage environnemental.
  • La structure simple des systèmes : Cela permet des solutions économiques.
  • La rapidité : L’air comprimé est un fluide de travail rapide.
  • Le réglage en continu des forces et des vitesses : Le niveau de pression peut être adapté à la tâche en question.
  • La puissance : Fortes puissances pour un espace relativement restreint.
  • La robustesse : résiste à la surcharge.
  • L’inutilité d’un système de refroidissement : L’air assure déjà un refroidissement suffisant des différents composants.

Parmi les inconvénients éventuels de l’énergie pneumatique, on compte un faible rendement : bien que la chaleur créée lors de la compression de l’air puisse être réutilisée, une certaine quantité d’énergie est perdue. Le froid peut également poser un problème. Lorsque l’air comprimé circule à travers les équipements et les machines, il peut fortement refroidir et éventuellement geler. En outre, le travail avec des circuits pneumatiques est bruyant. Cela dit, un dispositif silencieux peut facilement y remédier. Il faut également savoir que la puissance des systèmes d’air comprimé est limitée.

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