Le système hydraulique d'un excavateur ou d'une chargeuse peut exiger très peu de puissance hydraulique pendant certaines phases de travail et, quelques secondes plus tard, solliciter un débit élevé pour actionner un ou plusieurs vérins ou moteurs hydrauliques. Produire en permanence le débit et la pression maximaux serait inefficace. Les systèmes load-sensing (LS) résolvent ce problème en faisant réagir la pompe aux sollicitations réelles du circuit hydraulique.

Qu'est-ce que le load-sensing ?

Le load-sensing est un système de commande hydraulique qui ajuste automatiquement le débit de la pompe en fonction de la pression et du débit requis par les actionneurs. Comme son nom l'indique, le système détecte la charge hydraulique. Cette charge crée une certaine pression dans le circuit, et cette information est transmise à la régulation de la pompe via un signal LS.

Dans les systèmes hydrauliques mobiles, une pompe à cylindrée variable ajuste son déplacement pour fournir le débit requis tout en maintenant un différentiel de pression spécifié au-dessus de la pression de charge. Le load-sensing n'est donc pas simplement une question de « produire de la pression quand nécessaire » — son objectif est de faire en sorte que la puissance hydraulique suive la demande du système.

Comment fonctionne le load-sensing ?

Le principe de base peut se résumer ainsi : demande → pression de charge → signal LS → régulation de la pompe → débit requis. Lorsque l'opérateur active une fonction hydraulique, l'actionneur rencontre une certaine résistance au mouvement. Cette charge détermine la pression nécessaire pour effectuer le travail. Le circuit LS envoie un signal au régulateur de pompe correspondant généralement à la pression de charge la plus élevée parmi les fonctions en cours d'utilisation.

La pompe augmente ou diminue sa cylindrée pour fournir le débit requis tout en maintenant une petite marge de pression au-dessus de ce signal. Lorsque la demande change, le débit de la pompe s'ajuste en conséquence. Ce principe permet une régulation continue et dynamique de la puissance hydraulique.

Qu'est-ce que la marge load-sensing ?

La marge LS est la différence maintenue entre la pression de refoulement de la pompe et la pression de charge communiquée via le circuit LS. Sous forme simplifiée : pression pompe = pression de charge + marge LS. Cette marge fournit la chute de pression nécessaire pour que l'huile circule à travers les distributeurs de commande et pour que le débit soit régulé.

Par exemple, si une fonction nécessite une certaine pression pour déplacer une charge, la pompe ne fonctionne pas exactement à cette pression. Elle fournit une pression légèrement supérieure. La valeur effective de la marge LS varie selon la conception et les réglages du système — les valeurs typiques se situent entre 10 et 30 bar.

Load-sensing : régulation de pression ou de débit ?

Les deux sont impliqués, mais ils remplissent des fonctions différentes. La pression est déterminée principalement par la résistance que l'actionneur doit surmonter. Le débit détermine principalement la vitesse de déplacement d'un vérin ou la rotation d'un moteur hydraulique. Le système load-sensing utilise l'information de pression de charge pour commander la pompe et fournir le débit requis sans maintenir une pression inutilement élevée par rapport à ce que la charge exige.

Cette distinction est importante : la pompe produit du débit ; la résistance à ce débit crée de la pression. Dans un système piloté par joystick, la commande de pression électronique permet une régulation encore plus précise de ce principe fondamental.

Que se passe-t-il en l'absence de demande hydraulique ?

Lorsque les distributeurs de commande sont en position neutre et qu'aucune fonction ne sollicite de débit, une pompe LS à cylindrée variable réduit substantiellement son déplacement. La pompe reste prête à répondre lorsqu'une nouvelle demande apparaît, mais évite de faire circuler en permanence un grand volume d'huile lorsqu'aucun travail utile n'est effectué. Cela réduit les pertes de puissance et la génération de chaleur par rapport aux architectures hydrauliques moins efficaces.

Dans cet état de veille, la pompe maintient une pression de repos légèrement supérieure au réglage delta P du régulateur load-sensing. Le débit ne tombe pas littéralement à zéro — la consommation interne, les fuites et d'autres besoins dépendent de la conception du système.

Composants principaux d'un système load-sensing

Les conceptions varient, mais un système LS typique peut inclure les éléments suivants :

  • Pompe à cylindrée variable – Généralement une pompe à pistons axiaux capable de modifier sa cylindrée en fonction de la demande.
  • Régulateur de pompe – Régule la cylindrée de la pompe en réponse au signal LS et aux limites de pression du système.
  • Ligne LS – Transmet le signal de pression de charge au régulateur de pompe.
  • Distributeurs directionnels – Contrôlent la direction et la quantité de débit délivré aux différents actionneurs.
  • Compensateurs de pression – Dans les systèmes équipés, ils aident à maintenir un différentiel de pression contrôlé à travers les vannes de dosage.
  • Actionneurs – Vérins hydrauliques et moteurs qui effectuent le travail mécanique.

Dans les distributeurs de commande haut de gamme, une galerie de signal de charge relie les ports A et B de chaque section du distributeur via une série de valves navette. Cela garantit que l'actionneur avec la pression de charge la plus élevée est détecté et renvoyé à la pompe.

Avantages du load-sensing pour les engins de chantier

Une pompe load-sensing ne produit que le débit demandé par les actionneurs — ce qui la rend économe en énergie avec moins de pertes sous forme de chaleur. Comme le montre l'exemple d'un treuil commandé par distributeur proportionnel, le maintien d'un différentiel de pression constant à travers l'orifice de commande permet un débit constant indépendamment des variations de charge. Cela se traduit par une commande plus précise des mouvements de travail.

La régulation load-sensing fournit également un débit constant indépendamment des variations de vitesse de l'arbre de pompe. Si la vitesse d'entraînement de la pompe diminue, le régulateur load-sensing augmente la cylindrée pour maintenir le delta P réglé à travers le distributeur, jusqu'à ce que la cylindrée maximale soit atteinte.

Flow-sharing et « load-sensing sensible »

Dans les systèmes avancés où plusieurs fonctions fonctionnent simultanément, un compensateur de pression à l'entrée de pression de chaque section travaille avec l'orifice sélectionné par le tiroir pour maintenir un débit constant, indépendamment des variations de pression causées par le fonctionnement de plusieurs fonctions en même temps. Ce principe est parfois appelé « load-sensing sensible » ou flow-sharing. Il garantit une répartition proportionnelle du débit disponible entre toutes les fonctions actives lorsque la demande totale dépasse la capacité de la pompe.

Intégration dans les architectures hydrauliques modernes

Les régulateurs load-sensing intègrent généralement un limiteur de pression, également appelé compensateur de pression ou pressure cut-off. Ce dispositif limite la pression maximale de fonctionnement en réduisant la cylindrée de la pompe à zéro lorsque la pression réglée est atteinte. Cette protection empêche la surcharge du circuit et protège les composants hydrauliques.

Sur les pelles mobiles et chargeuses sur pneus modernes, le load-sensing est souvent couplé à des commandes électroniques par joystick et à des systèmes de télématique qui enregistrent la consommation hydraulique. Cette intégration permet une optimisation encore plus poussée de l'efficacité énergétique et facilite la maintenance prédictive.

Pour aller plus loin dans la compréhension des systèmes de régulation hydraulique, consultez notre article sur le fonctionnement du load-sensing dans les pelles hydrauliques.