Lorsqu’il s’agit d’avions, les systèmes hydrauliques sont souvent le meilleur choix par rapport aux systèmes électriques et mécaniques. C’est certainement le cas pour le train d’atterrissage du Boeing 747. Cependant, une question demeure : pourquoi ne pas utiliser un système pneumatique au lieu d’un système hydraulique ?
Par rapport à l’hydraulique, les systèmes pneumatiques offrent plusieurs avantages :
- Les systèmes hydrauliques nécessitent de l’huile pour effectuer l’opération alors que les systèmes pneumatiques fonctionnent à l’air comprimé. L’utilisation d’un système pneumatique au lieu d’un système hydraulique élimine la nécessité de transporter 100 litres d’huile hydraulique à chaque vol. Il est bien connu qu’une augmentation du poids d’un avion augmente la consommation de carburant, et donc n’est pas souhaitable.
- Une ligne de retour n’est pas nécessaire (l’air peut être directement évacué dans l’atmosphère).
- Une fuite mineure n’entraîne pas de résultats catastrophiques.
- La vitesse d’un système pneumatique peut être très élevée.
Alors pourquoi le train d’atterrissage du Boeing 747 n’utilise-t-il pas de système pneumatique ?
Les raisons sont les suivantes :
- Les systèmes pneumatiques ne sont pas conçus pour fonctionner à des pressions très élevées. Il faut environ 3 minutes pour générer une pression de 6 bars dans un système fermé de 450 litres, alors imaginez le temps qu’il faudra pour atteindre 300 bars ! Cela indique le temps de réaction du système. En comparaison, les systèmes hydrauliques sont extrêmement rapides et offrent un temps de réaction très faible.
- Les systèmes pneumatiques basse pression peuvent atteindre la pression souhaitée assez rapidement par rapport aux systèmes pneumatiques haute pression (il faut moins de temps pour atteindre une pression de 50 bars que pour atteindre une pression de 300 bars). Par conséquent, on pourrait dire que l’industrie aéronautique pourrait utiliser les systèmes pneumatiques basse pression pour améliorer le temps de réponse. Alors pourquoi ne le font-ils pas ?
Complications notables
a) Pour générer la même force d’actionnement, les systèmes hydrauliques à basse pression ont besoin d’un cylindre considérablement grand et de tuyaux de grande taille (F=P*A). Lorsque la pression (P) diminue, la section transversale (A) doit augmenter pour maintenir la même force. Cela augmente l’espace consommé par le système.
b) La grande taille du cylindre et des tuyaux augmente le volume du système. L’augmentation du volume augmente la quantité d’air entrant. Avec un compresseur à vitesse fixe, la quantité d’air fournie par minute est constante et, par conséquent, le système prend plus de temps pour atteindre la basse pression requise avec une augmentation du volume. Ainsi, même un système pneumatique à basse pression a un temps de réaction très élevé.
c) La taille d’un réservoir pneumatique est importante par rapport à un réservoir hydraulique (en moyenne, elle est douze fois plus grande pour la même application). Un réservoir hydraulique stocke du liquide à la pression atmosphérique alors que le réservoir pneumatique stocke du gaz à haute pression et doit donc être solide et volumineux. Le système pneumatique est donc encombrant, consommant un espace que l’industrie aérienne ne peut se permettre.
d) Un avion fonctionne dans des conditions dynamiques. Au sol, il peut se trouver à une température ambiante de 30°C, et à une altitude de croisière de 35 000 pieds, les températures peuvent atteindre -50°C. Cela change la pression du système, et donc la position du piston. Cela modifie la pression du système, et donc la position du piston peut changer avec l’altitude. S’il n’est pas contraint, le train d’atterrissage peut s’ouvrir directement sans aucune force extérieure à haute altitude !
e) La commande passe continuellement de la position au sol à la position de croisière. Les fluides subissent également des changements de viscosité avec les changements de température, mais la pression de l’huile dans le système reste la même (système fermé !). Le système est donc stable, même avec une commande manuelle à différentes altitudes. Cela dit, pour le contrôle, il a besoin d’un ordinateur pour filtrer l’entrée, sur la base du comportement du fluide à différentes altitudes de contrôle.
Résumé d’un système hydraulique par rapport à un système pneumatique :
| Système hydraulique | Système pneumatique | |
| Charge nominale | Haut | Bas |
| Cycle de vie | Très élevé | Modérée |
| Accélération | Très élevée | Modérée |
| Vitesse de fonctionnement | Faible | Très élevé |
| Besoin de maintenance | Faible (l’huile lubrifie les composants du système) |
Haut (pas d’autolubrification) |
| Rigidité | Haut | Bas |
| Autres effets | Fuites d’huile | Bruit extrême |
| Efficacité | 50-80% | 50%< ; |
