Cours de pneumatique : principes et applications

La pneumatique
Quelques rappels avant de commencer…
Caractéristiques de l’air
L’air est un mélange gazeux dont les deux principaux composants sont :
- azote : env. 76 %
- oxygène : env. 23 %
Les autres gaz présents sous forme de traces sont : gaz carbonique, argon, hydrogène, néon,
hélium, crypton et xénon.
La masse volumique de l’air à l’état normal vaut :
air = 1,293 [kg/m3]
Par état normal on entend une mesure effectuée à :
- température normale : 0 [°C]
- pression normale : 101'325 [Pa]
Bases de physique
Grandeur Symbole Unités
Force F Newton [ N ]
Surface A Mètre carré [ m2 ]
Volume V Mètre cube [ m3 ]
Débit volumique Qv Volume à la seconde [ m3 / s ]
Pression p Pascal [ Pa ]
==
1 Pascal correspond à la pression exercée par une force de 1[N] sur une surface de 1[m2].
Dans les domaines techniques on utilise beaucoup une autre unité pour la pression :
- le bar, 1 [bar] = 105 [Pa] ou 10 [bar] = 1[MPa]
 =

Introduction
La pneumatique est une technologie utilisée pour l'exécution de tâches mécaniques depuis fort
longtemps. Aujourd'hui, la pneumatique trouve de nouveaux champs d'applications grâce au
développement fabuleux de l'automatisation.
La pneumatique est donc un des éléments, qui combiné avec d'autres technologies, nous permet
de réaliser des systèmes automatiques. En effet, le pilotage de machines ou de toute sorte
d'installations (escaliers, portes, ascenseurs, etc.) implique la mise en place d'un réseau logique
pouvant être très complexe. C'est l'action conjuguée des différents capteurs, éléments logiques,
préactionneurs et actionneurs qui nous permet d'assurer le déroulement des enchaînements des
mouvements dans les systèmes pneumatiques et semi-pneumatiques.
Ces différents éléments peuvent être représentés à l’aide de symboles que l’on assemble pour
composer des schémas pneumatiques.
Dans les schémas pneumatiques on essaye toujours d’avoir une représentation dans laquelle le
flux d’air va de bas en haut.
Actionneurs
Vérins, moteurs …
Exécution de l’ordre
Pré-actionneurs
Distributeurs de puissance
Traitement de signal Organes de traitement
Portes ET, OU, soupapes
Entrée du signal Organes d’entrée
Distributeurs à galet, boutons,…
Alimentation en énergie Appareils d’alimentation
Compresseur, conditionnement
4 2
5
1
3
14 12
1 1
2
2
1 3

Caractéristiques de l’air comprimé
AVANTAGES de la pneumatique
Quantité : L'air est pratiquement disponible partout et en quantité illimitée.
Transport : L'air peut être facilement transporté par canalisation, même sur de grandes distances.
Stockage : L'air comprimé peut être stocké dans un réservoir d'où il est prélevé au fur et à mesure
en fonction des besoins. D'autre part, le récipient lui-même peut être également transporté, par
exemple lors de l'utilisation de bouteilles.
Température : L'air comprimé est pratiquement insensible aux variations de température, d'où une
fiabilité d'utilisation même en condition de travail extrême.
Sécurité : Utilisable en milieu dangereux.
Propreté : Des fuites d'air comprimé non lubrifié n’ont aucune conséquence sur l’environnement.
Structure des équipements : La conception des différents équipements est simple, donc peu
onéreuse.
Vitesse : L'air comprimé est un fluide qui s'écoule très rapidement, ce qui permet d'atteindre des
vitesses de déplacement très élevées et des temps de réponse très courts.
Surcharge : Les outils et différents équipements pneumatiques admettent la charge jusqu'à leur
arrêt complet, donc aucun risque de surcharge.
INCONVENIENTS de la pneumatique
Préparation : L'air comprimé doit subir un traitement préalable afin d'éviter une usure prématurée
des composants pneumatiques par des impuretés ou des problèmes d'humidité.
Compressibilité : L'air comprimé ne nous permet pas d'obtenir des vitesses de piston régulières et
constantes, particulièrement à basse vitesse. Il peut aussi être difficile d’obtenir un positionnement
précis.
Force développée : L'air comprimé n'est rentable que jusqu'à un certain ordre de puissance. Pour
une pression de service normale de 6 à 7 bars (600 à 700 kPa) et selon la course et la vitesse, la
force développée limite se situe entre 20'000 et 30'000 Newton.
Echappement : L'échappement de l'air est bruyant mais ce problème est aujourd'hui en majeure
partie résolu grâce à la mise en œuvre de matériaux à bonne isolation phonique et à des
silencieux.
Rendement : à cause de l’échauffement pendant la compression de l’air on perd beaucoup
d’énergie et le rendement n’est pas très bon. Plus on veut atteindre des pressions élevées plus le
rendement devient mauvais et on doit utiliser des compresseurs à plusieurs étages.

Exercices :
1. D’après les caractéristiques de l’air comprimé trouver des domaines d’application pour la
pneumatique :
Emballage
Serrage de pièces
Formage de pièces
Entraînement d’axes
Transfert de différents matériaux
Impression et emboutissage
Ouverture et fermeture de portes
Freins sur poids lourds et trains
2. Quelles sont les caractéristiques de l’air comprimé qui peuvent la rendre intéressante pour
les domaines suivants ( expliquer pourquoi ) :
- automatisation d’une chaîne d’emballage de produits chimiques
Sécurité : pas de danger d’explosion avec les produits chimiques
Propreté : pas de salissures sur les produits à emballer
Vitesse : grande productivité
- énergie pour voitures de ville ( city car )
Stockage : l’air comprimé peut être stockée dans un réservoir sur la voiture
Propreté : pas de pollution produite par le véhicule lorsque il roule
Structure des équipements : le réservoir de stockage et le moteur sont beaucoup plus légers que
sur un véhicule électrique

Distributeurs à commande pneumatique
Les distributeurs ne sont pas toujours actionnés par de
simples commandes manuelles, dans deux cas on fait
appel à la commande pneumatique :
lorsque les vérins sont de grandes dimensions et les
vitesses sont importantes les préactionneurs doivent
être de grosse dimension pour permettre le passage
de l’air sans l’étrangler, dans ce cas l’effort pour faire
bouger manuellement le distributeur peut être trop
important
lorsque le circuit de commande est complexe
Monostable
On appelle distributeur monostable tout distributeur à deux positions ayant une commande
d’un côté et un rappel par ressort de l’autre.
Les distributeurs monostables on donc une position de repos.
Ci-dessous un distributeur 3/2 fermé au repos à simple commande pneumatique, on
pourrait aussi l’appeler distributeur 3/2 fermé au repos à actionnement pneumatique
monostable.
Commande indirecte
On parle de commande indirecte quand le
préactionneur du vérin est commandé par un ou
plusieurs autres distributeurs.
La commande indirecte permet d’avoir des signaux
de faible puissance ( commande ) sur les boutons et
de commander grâce à ceux-ci le préactionneur du
vérin ( puissance ).
Compléter le schéma de commande indirecte du
vérin à simple effet.
Distributeur 3/2 normalement
fermé à commande
pneumatique monostable.
Dessiné au repos.
Distributeur 3/2 normalement
fermé à commande
pneumatique monostable.
Dessiné actionné.
2
1 3
12
2
1 3