L’électrification des moteurs est considérée comme une fatalité par la plupart des acteurs du hors route. Cependant, des freins se présentent quant à l’étendue de l’électrification, le calendrier et les moyens sans parler de l’impact sur les les fonctions opérationnelles d’un engin/véhicule.
Les modifications apportées au système hydraulique (souvent le système le moins efficace sur un véhicule hors route) sont considérées par de nombreux constructeurs automobiles comme nécessaires pour réaliser leurs ambitions d’électrification. Ces changements vont de l’installation de composants hydrauliques plus efficaces au remplacement complet du système hydraulique, et l’adéquation de chaque solution potentielle est déterminée par des facteurs tels que la taille du véhicule et le nombre de fonctions de travail. Selon Interact Analysis, les futures architectures de systèmes hydrauliques dans le cadre de l’électrification des groupes motopropulseurs peuvent être regroupées en trois catégories :
1. Moteur électrifié couplé à un système hydraulique centralisé 2. Moteur électrifié couplé à un système hydraulique décentralisé 3. Moteur électrifié avec remplacement hydraulique complet
À quelle vitesse l’électrique gagne le hors route ?
Dans le dernier rapport d’Interact Analysis (qui traite de tous les engins hors route (1) à l’exception des chariots élévateurs et plateformes élévatrices), il est devenu évident que de nombreux fournisseurs de produits hydrauliques craignent l’électrification car ils la considèrent comme une menace existentielle pour leur marché, tandis que d’autres la voient comme une opportunité d’innover et de se différencier.
La première chose à noter est l’adoption limitée des véhicules hors route électrifiés jusqu’en 2030. Il est vrai que même si de nombreuses discussions ont eu lieu autour de l’électrification au cours de la dernière décennie, l’adoption réelle des véhicules tout-terrain électrifiés reste limitée. Une combinaison de facteurs a conduit à une adoption lente, notamment les limites de la batterie (à la fois en termes de performances et de coût), ainsi qu’une approche généralement conservatrice de la part des équipementiers hors route quant à la mise en œuvre de changements importants au sein de leurs véhicules.
D’ici 2030, Interact Analysis prévoit qu’environ 150 000 véhicules alimentés par batterie seront vendus dans le secteur hors route (à l’exclusion des chariots élévateurs, des nacelles élévatrices et des nacelles élévatrices). 2030 pourrait représenter un point d’inflexion pour l’électrification du secteur hors route, car c’est la date fixée par de nombreux équipementiers du secteur hors route pour atteindre divers objectifs de durabilité liés aux émissions. À partir de 2030, le cabinet d’analyse table sur une croissance plus rapide du marché de ces véhicules.
Trois pistes de retournement possibles
Face à l’électrique, une grande question se pose pour les fournisseurs d’hydrauliques mobiles : quelle direction doit prendre leur portefeuille pour soutenir ces changements ?
1. Un moteur électrique avec une architecture hydraulique centralisée
Les gains les plus importants que les constructeurs automobiles verront dans une perspective de durabilité se produiront lorsque le véhicule deviendra électrique. Dans certains cas, lorsque ce changement sera effectué, il est peu probable que l’architecture hydraulique du système du véhicule change radicalement. Dans une architecture centralisée, il y aura une ou quelques pompes centralisées acheminant le fluide dans tout le système vers les fonctions de travail. Dans certains véhicules, cette conception a tout simplement un sens pratique. C’est la solution la plus rentable du point de vue de la production et elle représente le moins de risques associés à la refonte du système. Ce système nécessite le moins de refonte du point de vue du constructeur automobile, mais il ne résout pas les problèmes d’efficacité qui surviennent lors de l’utilisation d’une architecture hydraulique traditionnelle.
Sous cette architecture, les pertes résultant du système hydraulique restent importantes. En conséquence, il devient difficile d’électrifier les gros véhicules ou ceux dotés d’un grand nombre de fonctions de travail en raison des limitations du côté batterie de l’équation.
Avantages
- Solution la plus rentable (du point de vue de la production) - Système hérité, c’est-à-dire minutieusement vérifié/testé. - Représente le statu quo actuel qui est largement perçu comme moins risqué du point de vue de la conception. - Bien adapté aux applications de tracteurs qui doivent prendre en charge des systèmes d’outils non standard. Dans ce cas, le maintien d’un système hydraulique existant peut rendre l’intégration avec des systèmes d’outils tiers plus réalisable.
Inconvénients
- Le système le moins efficace des trois considérés. - Nécessite toujours un ingénieur en énergie hydraulique qualifié pour la maintenance. - Devient moins efficace à mesure que le nombre d’axes dans un système augmente.
2. Un moteur électrique couplé à un système hydraulique décentralisé
Dans cette architecture, les fonctions de travail d’une machine sont contrôlées indépendamment. Avec une pelle, les trois principales fonctions de travail comprennent une flèche, un bras et un godet. Chacun nécessitera des pressions différentes pour fonctionner de manière optimale. Dans un système hydraulique décentralisé, chaque fonction de travail aurait son propre moteur électrique, sa propre pompe et son cylindre contrôlant les mouvements.
Avantages
- Nettement plus efficace qu’un système centralisé. - Une efficacité plus élevée du système hydraulique signifie une prolongation de la durée de vie de la batterie d’un véhicule, ce qui constitue un obstacle majeur à l’électrification. - C’est un juste milieu entre l’actionnement électromécanique et un système hydraulique centralisé. - Conserve les avantages de la physique de la puissance des fluides, c’est-à-dire densité de puissance et absorption des chocs.
Inconvénients
- Ajoute du poids à l’ensemble du système dans la plupart des cas en raison du nombre de moteurs électriques requis. Il s’agit d’un changement de conception assez important qui va à l’encontre des instincts conservateurs des constructeurs automobiles.
3. Remplacement hydraulique avec actionneurs électromécaniques
Le remplacement des systèmes hydrauliques est probablement le problème le plus préoccupant pour les fournisseurs de systèmes hydrauliques. Les constructeurs automobiles ont déjà testé des véhicules avec remplacement hydraulique complet. Il s’agit généralement de machines de petite taille, plus utilisées dans les atmosphères urbaines. Par exemple, les chargeuses ont été observées comme étant parmi les premiers types de véhicules sur le marché à être dotés d’un système de remplacement hydraulique complet.
En 2022, Doosan Bobcat s’est associé à Moog Construction pour produire une chargeuse compacte sur chenilles entièrement électrique. Le résultat, le Bobcat T7X, représente l’un des premiers véhicules entièrement électriques commercialisés, c’est-à-dire pas d’hydraulique du tout. Selon Interact Analysis, l’adoption du véhicule est encore faible étant donné que le prix est nettement supérieur à celui de l’alternative non électrique. Malgré le faible taux d’adoption, ce développement donne au marché une fenêtre sur laquelle les véhicules peuvent raisonnablement gérer le remplacement hydraulique.
Avantages
- Le remplacement hydraulique élimine un système hydraulique désordonné au profit d’un système plus harmonieux avec un moteur électrique. Cela peut servir à simplifier la conception globale du système. - Pérenniser la machine pour permettre des ensembles de fonctionnalités plus sophistiqués. Dans le cadre d’un système entièrement électrique, un constructeur automobile a une bien plus grande capacité à apporter des modifications progressives à sa machine sans repenser complètement le système.
Inconvénients
- Plafond d’applicabilité limité en raison des contraintes technologiques des batteries. Actuellement, seules les applications de faible puissance conviennent, et les limitations pratiques des actionneurs électromécaniques peuvent limiter les perspectives de remplacement du système hydraulique dans les machines de puissance supérieure. La taille des actionneurs électromécaniques est prohibitive lorsque l’on dépasse les machines d’environ 15 tonnes. - Les vérins hydrauliques peuvent agir comme amortisseurs grâce à la physique de la puissance des fluides. Ce n’est pas le cas des actionneurs électromécaniques. Bien que les ingénieurs aient trouvé des moyens de compenser cela dans la conception de ces actionneurs, des questions subsistent quant aux performances sur le terrain. - Les aspects économiques du remplacement hydraulique sont encore difficiles à justifier. On estime que les actionneurs électromécaniques peuvent coûter plus de deux fois le coût de leurs homologues hydrauliques.
En conclusion
Il y a de la place pour chacune de ces architectures dans le paysage hors route. Au fil du temps, un mix de ces approches émergera et le choix de l’une plutôt que de l’autre dépendra en fin de compte des exigences uniques du véhicule. Quoi qu’il en soit, le marché de l’hydraulique se trouve actuellement à un point d’inflexion. Alors que les changements de conception des véhicules prennent souvent 3 à 5 ans, voire plus, pour être testés et mis sur le marché, l’échéancier 2030 des objectifs de développement durable communiqués par de nombreux constructeurs hors route approche rapidement. Ces changements de conception commenceront à se produire à un rythme croissant, et lorsque le système hydraulique restera intact, il sera considéré comme un « fruit à portée de main » pour réduire les pertes dans l’ensemble du véhicule. Ce point d’inflexion sera l’occasion pour les fournisseurs d’hydrauliques mobiles de se différencier les uns des autres sur la base d’une efficacité de plus en plus valorisée.
(1) Tracteurs Moissonneuses-batteuses Système forestier à arbres complets Système forestier coupé à longueur Chariots télescopiques Chariots élévateurs Nacelles à flèche Plateformes élévatrices à ciseaux Grues Chargeuses sur chenilles Bouteurs sur chenilles Excavatrices Chargeuses sur roues Chargeuses-pelleteuses Chargeuses CTL/Skid-Steer Finisseurs d’asphalte Niveleuses Rouleaux Camions malaxeurs à ciment Camions à benne basculante commerciaux Camion de transport/benne LHD souterrains Pelles minières
