La pelle electrique est-elle en train de creuser la tombe de nos machines traditionnelles?

Ou en sont les machines sans emissions?

 
Que vous soyez du côté des activistes ou des climatosceptiques, cela ne change rien ou presque à l'évolution évidente de la société. La conscience écologique est de plus en plus perceptible dans notre secteur, par exemple dans les normes environnementales plus strictes. Zéro émission, voilà sans doute l'objectif final à long terme. Reste à savoir dans quelle mesure les fabricants peuvent déjà y parvenir sans sacrifier la force, l'autonomie et la facilité d'utilisation. Nous commençons par examiner les pelles électriques, et dans le prochain article, nous nous intéresserons aux chargeuses sur roues.

l'hydraulique, une force inegalee

 
Le développement d'une pelle électrique ayant plus ou moins les mêmes caractéristiques qu'une machine diesel nécessite une équipe d'ingénieurs de haut niveau. Alors qu'avec les voitures électriques, il suffit de rendre le groupe motopropulseur lui-même électrique, avec les pelles, il faut aller beaucoup plus loin. Les systèmes conventionnels traditionnels fonctionnent comme suit depuis des années: un moteur à combustion interne entraîne la pelle via une pompe et un moteur hydrostatiques, tandis que les opérations d'excavation sont également alimentées par une prise de force (PTO - power take-off) et des soupapes hydrauliques.
Les mouvements de creusage - qui constituent en fin de compte la prise de force la plus importante - devraient donc en théorie pouvoir également tirer de l'énergie de l'entraînement électrique d'une machine électrique. Et il y a plusieurs façons d'y arriver.
Mais avant d'en parler, il est utile d'analyser une machine traditionnelle. Si nous utilisons autant l'hydraulique - et non le pneumatique, par exemple - dans ce type de machine, c'est parce que cette technologie peut développer nettement plus de puissance sur une petite surface. En d'autres termes, la concentration de la puissance est plus élevée. Cela permet de travailler avec des petits cylindres, ce qui ne serait pas le cas d’une configuration pneumatique. L'utilisation de l'hydraulique avait cependant un inconvénient, car comme ces cylindres ont besoin d'huile hydraulique, l'efficacité énergétique était bien moindre. Et c'est exactement la raison pour laquelle l'électrification de ces machines a été difficile.
Aujourd'hui, nous constatons que les solutions hydrauliques gagnent énormément en efficacité. La pompe volumétrique numérique en est un excellent exemple, qui non seulement fonctionne rapidement et avec précision, mais garantit également un excellent rendement même à faible débit et à charge partielle. Si nous combinons cela avec de meilleures vannes de contrôle et une surveillance étroite de l'installation, le désavantage en termes d'efficacité s’en trouve encore réduit. C'est également l'une des raisons pour lesquelles - outre le prix en baisse des batteries - les machines électriques gagnent du terrain.

Quelles machines?

 
Tout évolue très vite aujourd’hui. Alors qu’il y a peu, nous ne voyions que des mini-pelles compactes en version électrique, c’est à présent au tour des plus gros modèles. D’ailleurs, cela ne devrait pas s’arrêter là. Ce n'est qu'une question de temps avant que presque toutes les machines diesel se retrouvent avec un équivalent électrique, y compris les machines de +10 tonnes, bien qu'il soit difficile de savoir quand exactement.

pourquoi changer?

 
Quand on demande ce que les gens attendent d’une pelleteuse, les réponses sont sensiblement les mêmes: une puissance suffisante pour effectuer la tâche, un fonctionnement fiable et un prix abordable. Les développements en matière d'électrification se concentrent donc sur l'autonomie, la baisse des prix et l'augmentation de la puissance sans sacrifier la compétitivité.
Et c'est là que le bât blesse: les machines électriques sont encore plus chères et les avantages qui sont cités pour le contredire - moins de besoin d'entretien, pas de diesel plus cher - sont peut-être un peu trop abstraits par rapport à la différence de prix évidente. Nous ne sommes donc pas encore prêts à nous débarrasser des machines diesel pour de bon, d'autant plus que les émissions ont également été fortement réduites ces dernières années.
Selon les fabricants, les moteurs électriques ne nécessitent pratiquement aucun entretien et n'ont pratiquement pas de pièces d'usure qui doivent être remplacées périodiquement. Cela signifie moins de temps d'arrêt, mais aussi moins de coûts pour les pièces de rechange et le temps de maintenance. En outre, le fonctionnement plus silencieux est souvent cité comme argument.
Côté fiabilité, nous pouvons constater que le profil de consommation des pelles est très diversifié: la vitesse et le couple changent constamment, tandis que les conditions de travail peuvent également varier considérablement. Il y a également une exposition continue aux vibrations et aux pics de charges. Cela nécessite une certaine robustesse de l'entraînement.

les normes en faveur des modeles electriques

 
Toutefois, les autorités législatives jouent également un rôle dans le choix des mécanismes. Par exemple, il y a les normes d'émission bien connues, qui imposent des exigences de plus en plus strictes aux machines de construction, entre autres. Elles trahissent également l'évolution à laquelle s'attendre: un secteur de la construction totalement exempt d'émissions. Les chiffres des Pays-Bas montrent que les machines mobiles de construction et d'agriculture représentent 8% des émissions de CO₂, 19% des émissions de NOx et 18% des émissions de particules (du total des émissions du trafic routier). Il est donc logique que notre secteur soit lui aussi incité à devenir plus vert et que cela soit garanti de plus en plus dans la législation.

Differentes approches

L'avenir s'annonce donc sans émissions, même si cela n'est pas synonyme d'électricité pour autant. D'autres technologies, comme l'hydrogène, sont également à l'étude (voir encadré). Le terme 'électrique' étant encore relativement nouveau, nous constatons actuellement des approches très diverses parmi les fabricants. 

Hybride

 
Une approche logique des fabricants de machines traditionnelles est la version hybride parallèle, qui est similaire aux voitures particulières hybrides. Le moteur reste donc un moteur à combustion, mais un moteur électrique supplémentaire est prévu. En fonctionnement normal, un stockage électrique peut être complété, par exemple par la régénération du mouvement de rotation de la superstructure ou par le mouvement descendant de la flèche, ce qui permet de renvoyer l'excédent d'énergie dans l'accumulateur. Dans la plupart des machines, le moteur électrique peut s'enclencher via un couplage manuel comme source auxiliaire ou pour fonctionner entièrement électriquement. Cela se produit, par exemple, lors des pics de charge ou lorsque des travaux doivent être effectués quelque part dans un tunnel ou sur un chantier.
Un hybride en série est la prochaine option. Ici, l'entraînement hydrostatique est remplacé par deux entraînements électriques. L'un des moteurs joue un rôle de traction, tandis que le second fonctionne plutôt comme un générateur avec une capacité de stockage. Ici aussi, il est possible de 'récupérer' l'énergie et de la réinjecter plus tard. Notez que le moteur diesel est toujours utilisé ici: seul l'hydrostat est remplacé par les deux moteurs électriques.
La solution suivante consistera à utiliser la force générée par les mouvements descendants de la flèche pour charger à chaque fois les accumulateurs en huile hydraulique. Cette énergie pourra ensuite être réutilisée pour entraîner le moteur hydraulique auxiliaire. Le moteur auxiliaire pourra alors à son tour soutenir le système d'entraînement principal.
Grâce à la récupération et au stockage de l'énergie, les hybrides peuvent généralement consommer environ 15 à 20% de carburant en moins.
Le système plug-in est une version hybride particulière. Ici, une unité électro-hydraulique peut être connectée par câble si l'application l'exige. Il s'agit de deux systèmes distincts: d'une part, une machine à moteur diesel qui peut fonctionner de manière totalement autonome et, d'autre part, un générateur séparé.

 
100% electrique

Dans les versions 100% électriques, le système d'entraînement complet est remplacé par un groupe motopropulseur électrique, qui dispose toujours de sa propre alimentation pour alimenter la machine. Mais ici aussi, plusieurs variantes voient le jour. Le courant peut notamment être fourni par une batterie ou par votre propre câble. Comme l'alimentation par câble n'est pas toujours possible, ces versions sont minoritaires. Il existe donc un marché important pour les machines qui fonctionnent sur batterie. La batterie alimente le moteur électrique - par exemple les moteurs à aimants permanents - en énergie pour faire fonctionner la machine. Comme la vitesse de ces moteurs peut souvent être contrôlée électroniquement, la consommation s'en trouve encore optimisée.

l'importance de la qualite des batteries

 
Les systèmes de batterie qui ne peuvent alimenter l'appareil que pendant trois ou quatre heures peuvent ne pas être pratiques. La plupart des fabricants supposent donc une autonomie de 8 heures. La charge s'effectue généralement via une connexion électrique standard de 230 ou 380 V. La durée de la charge est très variable et dépend bien sûr aussi de la capacité de la batterie. On constate que la plupart des fabricants travaillent aussi avec deux modes de charge: un mode standard d'environ 12 heures et un mode de charge rapide dans lequel 80% de la batterie est complètement chargée en deux heures. Rappelons aussi qu'il reste déconseillé de vider complètement votre batterie à chaque fois, car cela nuit à sa qualité. En d'autres termes, mieux vaut recharger avant d'avoir épuisé les 8 heures d'autonomie.
En outre, plusieurs facteurs peuvent réduire l'autonomie, ce qui peut être important à court et à long terme. A long terme, nous pensons à la capacité maximale qui diminue en fonction de la durée de vie. De plus, la durée de vie d'une batterie est dans tous les cas inférieure à celle d'une grosse machine, alors gardez à l'esprit que vous devrez la remplacer après un certain temps. A court terme, on constate également que la performance d'une batterie diminue à des températures plus froides, ce qui peut compromettre le principe d'une journée de travail. En attendant, la technologie des batteries ne reste pas figée, et nous pouvons donc nous attendre à ce que ces facteurs s'améliorent considérablement dans les années à venir. Aujourd'hui, par exemple, il existe des machines qui permettent de connecter un système de batterie supplémentaire ou une pile à combustible.

 

Et l'hydrogene dans tout ça?

Le passage à l'électricité n'est a priori pas trop bon pour l'environnement. De nombreux critiques pointent du doigt la source, à juste titre: si l'électricité utilisée pour charger la batterie n'est pas produite de manière écologique, les efforts sont clairement inutiles. Il en va de même pour l'hydrogène, dont beaucoup affirment qu'il s'agit du carburant vert absolu. Un point qui mérite d'être corrigé immédiatement: l'hydrogène n'est pas un carburant, mais un vecteur d'énergie. Nous ne pouvons donc pas le mettre au même niveau que le diesel ou l'essence. La manière dont l'énergie est d'abord transformée en hydrogène puis reconvertie en électricité est très importante dans calcul de l'empreinte écologique finale. Cela dit, certains fabricants estiment que les machines à hydrogène pourraient quand même être intéressantes. Par exemple, on remarque qu'ils travaillent actuellement d'arrache-pied sur des machines qui devraient être commercialisées vers 2023. D'autres fabricants ne jurent que par les versions électriques et insistent sur le fait que ce sont les solutions d'avenir. Une période qui s'annonce pour le moins passionnante!