Trends in automation - Festo
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trends in automation Le magazine clients de Festo 2.2013 Inspiration Le génie de l’eau Interview du Professeur Cornel sur les nouveaux systèmes d’approvisionnement en eau Repères Libre choix Efficacité énergétique, comparatif des technologies Synergies Feu de tout bois Marche régulière de la déligneuse à grande vitesse grâce à l’amortissement PPS Dossier L’eau, enjeu planétaire L’automatisation moderne épargne les ressources
Ajuster, c’était hier Le vérin normalisé DSBC pardonne l’oubli. Car l’amortissement de fin de course intégré PPS assure automatiquement un amortissement optimal et donc une mise en service rapide. Et l’ajustage ? Oubliez-le ! www.festo.ch/fr
L’eau, une évidence ? Chère lectrice, cher lecteur, Le dioxyde d’hydrogène, de formule H2O, que l’on connaît communément sous le nom d’eau, est le constituant légendaire de toute vie. Même si les réserves internationales en eau de 1386 km3 semblent immenses, l’eau devient une mégatendan- ce, et ce, de manière dramatique. Si l’on fait abstraction de l’eau salée, des glaciers et de l’eau en partie non utilisable, seuls 0,649 % de toutes les réserves d’eau sont encore disponibles pour la consommation. Répar- ties de manière très inégale, ces réserves se raréfient du fait de la croissance fulgurante de la population. Aujourd’hui déjà, 1 milliard d’êtres humains n’a aucun accès à une eau potable propre. 2,6 milliards sont sans approvisionnement ni système d’évacuation des eaux usées. Quotidiennement, 10 000 personnes meurent des conséquences du manque d’eau. Selon l’Unesco, les deux tiers de la population mondiale seront concernés par la pénurie d’eau dès 2025 et la lutte pour l’eau deviendra un facteur de déstabilisation. Les approches essentielles pour désamorcer le « problème de Bruno Huber, Directeur Festo Suisse l’eau » sont, outre une démarche économe, de meilleures et nouvelles technologies de récupération de l’eau potable, mais aussi une exploitation multiple graduelle (eau potable, eau ambiante, eau de rinçage). L’une des conditions essentielles de gestion efficace des réserves d’eau est l’automatisation étendue. Ici aussi, Festo entre en jeu. Grâce à les produits et applications issus de l’automatisation de processus, Festo fournit une contribution essentielle à l’automatisation, qu’il s’agisse de récupération de l’eau potable ou de traitement des eaux usées. Découvrez, sur les pages qui suivent, plus d’informations sur les projets réalisés en matière d’alimentation en eau et d’évacuation des eaux usées et inspirez-vous en pour vos applications. Cordialement, Bruno Huber
Dossier L’eau, enjeu planétaire : l’eau propre gagne en importance avec la croissance de la population mondiale. Ce numéro de trends in automation montre comment les technologies de process et d’automatisation modernes permettent d’optimiser la gestion de cette ressource vitale. trends in automation 2.2013 Editorial 3 Panorama 6 NanoForceGripper : Festo dans le monde 47 Soft Stop 49 Jeu-concours/Mentions légales 50 12 étude du Bionic Learning Network. Repères Force d’adhérence sans énergie Les geckos sont les artistes grimpeurs parmi les reptiles. Ils parviennent à s’agripper même sur du verre. Les 8 « Un sujet brûlant porte sur l’ap- provisionnement en eau potable et l’évacuation des eaux usées des ingénieurs du Bionic Learning Network ont examiné leur pattes de près. 12 mégapoles en forte croissance. » Le bon choix Quelle est la plus efficace des énergies : Inspiration l’électricité ou la pneumatique ? Service d’info Quels sont les avantages de l’une des Vous pouvez maintenant technologies par rapport à l’autre ? consulter en ligne les Le génie de l’eau Pour certains experts, une question de brochures ou les Le Professeur Peter Cornel fait partie convictions. 14 télécharger sur des sommités mondiales de la distribution www.fest.ch/fr/trends et de l’assainissement de l’eau. Dans l’interview, il parle des défis à relever dans Sélectionnez le numéro les mégapoles et de l’avenir technolo- is souhaité. C’est tout ! gique d’une gestion durable de l’eau. 8
2.2013 trends in automation Sommaire 4 5 – 16 La consommation mondiale d’eau a triplée au cours des 50 dernières années. Impulsions 34 Projet pilote réussi : Bassin de rétention des eaux pluviales automatisé à autarcie énergétique. Dossier L’eau, enjeu planétaire Synergies L’approvisionnement mondial en eau propre et l’assainissement énergétiquement efficace des eaux usées font partie des grands Pays des ressources Fabrication ultra-rapide des pipettes défis de l’avenir. Une automati- La Russie fait partie des nations du globe Grâce aux installations à grande vitesse sation de process qui ménage les possédant le plus grand nombre de de Zubler Handling AG, la fabrication des ressources, jouera à cet égard un ressources naturelles. Son industrie pro- consommables pour le génie médical est rôle déterminant. 16 ductrice a également mis le cap sur à la fois rapide et fiable. 42 la croissance. 30 Autres articles du même dossier Economie d’énergie par la pneumatique Le génie de l’eau 8 Réguler la pluie A Saint-Pétersbourg, la technique d’auto- Réguler la pluie 34 Les bassins de rétention des eaux plu- matisation pneumatique Festo contribue au Economie d’énergie par viales évitent la surcharge des stations traitement de l’eau potable avec des solu- la pneumatique 44 d’épuration. Un système de commande tions énergétiquement efficaces. 44 automatisé à actionneurs pneumatiques fonctionnant en autarcie énergétique Entre nuage de pluie et robinet est garant de la sécurité mais aussi de Grâce à ses systèmes de formation pour faibles coûts. 34 le secteur de l’eau, Festo Didactic propose des formations axées sur la pratique et Parfaitement emballés contribue directement au fonctionnement Une came électronique et des axes élec- durable des stations d’épuration et des triques à courroie crantée reproduisent centres de distribution des eaux. 22 parfaitement les mouvements d’une main humaine. 36 1,2 million Le portail d’assistance Festo propose de A vos planches, prêts, partez ! nombreuses informations d’après-vente, La nouvelle déligneuse à grande vitesse même via smartphone. 24 de Söderhamn Erikssons optimise le dressage des planches. Des vérins nor- Deux mondes en mutation malisés DSBS à amortissement PPS lui Améliorer la productivité avec des solu- confèrent un fonctionnement silencieux tions Fluid et Motion Control d’un fournis- et une longue durée de vie. 40 seur unique. Les vannes fluidiques facilitent l’automatisation d’usine. 26
Comme peint Lorsque l’eau et la terre ferme se ren- lagunes en perpétuel changement. Sur la contrent, elles produisent des images photo, l’embouchure du Khor al Adaid qu’un peintre n’aurait pu mieux imaginer. ressemble par sa forme et ses couleurs L’un des exemples les plus impression- à un large éventail arborescent. Là où nants de la force créatrice de l’eau est l’eau salée du golf persique et les dunes fourni par le Khor al Adaid au sud du Qatar. de sables culminant à 70 m du désert Le flux et le reflux y parcourent un détroit Rub al-Chali se confondent, un écosystème de dix kilomètres de long et de seule- unique en son genre s’est formé au cours ment 600 m de large qui débouche dans de millénaires. un lac intérieur. La force du courant y est énorme. Il y creuse un paysage de
Interview Le génie de l’eau Le Professeur Peter Cornel fait partie des sommités mondiales de la distribution et de l’assainissement de l’eau. Dans l’interview de trends in automation, il décrit entre autres comment des installations de traitement d’eau semi-centralisées permettent d’économiser jusqu’à 40 pour cent de l’eau potable. Dans les mégapoles croissantes du monde se développe aujourd’hui l’avenir technologique d’une gestion durable de l’eau. Vous êtes en charge de la discipline Technologies des eaux qualité proche de la nature, mais autorisant aussi un usage usées de l’université technique de Darmstadt, dirigez des projets multiple. de recherche, intervenez comme expert et éditeur de journaux scientifiques et êtes membre du comité directeur de nombreux Vous évoquez les expériences européennes avec la organismes. Quelle est cette force qui vous anime ? protection des eaux. D’autres nations doivent-elles encore passer par ce développement ? Professeur Peter Cornel : Lorsque j’étais étudiant en génie chimique, la forte pollution des eaux dans l’Europe des années Cornel : Par rapport à de nombreuses nations économiques 1970 m’a marqué. Devant les barrages du Main et du Rhin actuellement en plein développement, nous avons en Allemagne s’accumulaient des montagnes de mousse. C’est à cette époque et en Europe une avance de plusieurs décennies en matière seulement qu’on a commencé à prendre conscience de l’environ- d’infrastructure et de technologie de traitement des eaux usées. nement. Ce qui m’a animé jusqu’à ce jour, ce n’est pas en Les mêmes erreurs que nous avons commises au cours des premier lieu le perfectionnement de procédés et d’appareillages années 50 et 60 en privilégiant la croissance économique, ont qui ne sont que les moyens de la fin, mais la protection de la été commises et le sont encore sous une forme similaire par nature et des eaux. Il faut cependant être suffisamment réaliste les pays en développement. Par exemple en Corée et dans les pour comprendre que les fleuves fortement fréquentés tels états dits tigres asiatiques dans les années 90. Nous obser- que le Rhin, le Main, le Neckar et autres ne peuvent plus avoir vons également cette évolution en Chine : la priorité est d’abord aujourd’hui une eau de qualité comparable à celle d’un torrent accordée à la croissance, l’environnement vient seulement de montagne resté intact. L’objectif doit être une grande des années plus tard. Une chose mérite à cet égard d’être notée : ce n’est pas le soucis de l’environnement qui est à l’origine de la protection de l’environnement, mais ce sont presque tou- Portrait jours des nécessités économiques. Lorsque l’agriculture se Professeur Peter Cornel plaint p. ex. de la toxicité de l’eau fluviale utilisée pour l’irrigation, il en résulte la nécessité économique de nettoyer les eaux usées Peter Cornel a effectué des études de génie chimique avant leur rejet dans les eaux courantes. Les coûts de produc- à l’université de Karlsruhe, Allemagne, où il a soutenu tion d’eau potable augmentent également au fur et à mesure que une thèse de doctorat en 1983. Il a ensuite effectué des la pollution des eaux fluviales augmente. Le moteur est ici recherches à l’université Stanford en Californie. Après non pas l’écologie mais l’économie. 14 années d’activités dans la construction internationale d’installations, il a pris la direction, en tant que profes- Peut-on par conséquent transposer en l’état en Extrême- seur en technologie des eaux usées, de l’institut IWAR de Orient les stratégies appliquées au cours des dernières décennies l’université technique de Darmstadt. Depuis 2005, il est en Europe ? professeur à titre honorifique de la Qingdao Technical University en Chine. Le Professeur Peter Cornel fait partie Cornel : Les problèmes des pays en développement se distinguent des sommités mondiales du domaine de la distribution et nettement de ceux que nous avons ou avions en Europe. Une de l’assainissement de l’eau. Des organismes de recherche question majeure est soulevée par l’approvisionnement en eau tels que la communauté de recherche allemande (Deutsche potable et l’évacuation des eaux usées des mégapoles en forte Forschungsgemeinschaft) et le ministère fédéral de l’édu croissance. Lorsque je me suis rendu à Shanghai, il y a vingt cation et de la recherche ainsi que de nombreux journaux ans, la ville comptait près de sept millions d’habitants, on estime scientifiques font confiance à son savoir et à son expé- qu’elle en compte aujourd’hui 17 à 22 millions. A la fin des rience en tant qu’expert. Outre ses nombreuses fonctions années 90, nous avons discuté, avec les collègues de l’université de direction dans des comités scientifiques, le professeur de Tongji, de l’évacuation des eaux usées ainsi que de la taille Cornel est également membre du comité de direction du et de la conception de la nouvelle installation d’épuration. German Water Partnership.
« Les développements des nations économiques en pleine expansion pourront dans dix, vingt ans servir de modèle pour l’Europe. » Peter Cornel, Institut IWAR TU Darmstadt L’installation est à présent terminée et elle est, pour autant les villes pour l’irrigation des jardins publics. Ainisi, la même que je sache, la plus grande au monde. Mais personne à l’époque eau n’est pas utilisée une seule fois, mais trois fois. ne pouvait prévoir une telle croissance exponentielle de la population de sorte qu’elle ne répond déjà plus aujourd’hui Un des gros avantages de ces installations semi-centralisées aux exigences. est la souplesse d’agrandissement de leur taille en fonction de la croissance urbaine. Elles permettent de bien mieux Comment y faire face ? maîtriser la conception prévisionnelle des mégapoles qu’avec des solutions de distribution et d’évacuation centralisées. Cornel : De tels développements exigent des solutions qui Les installations semi-centralisées sont idéales pour des unités dépassent les structures disponibles dans le monde occiden- urbaines de 50 000 à 70 000 habitants. tal. Alors que nous utilisons l’eau en règle générale une seule fois puis l’évacuons comme eau usée, les mégapoles ne peuvent Existe-t-il déjà de telles installations semi-centralisées de pas se permettre un tel usage extensif. On ne peut pas transpor- traitement et d’utilisation des eaux ? ter l’eau sur de longues distances, lui faire subir un traitement de haute qualité puis ne l’utiliser qu’une seule fois. Les systèmes Cornel : à Qingdao, l’institut IWAR construit en collaboration centralisés, constitués d’une grande station d’épuration, alimen- avec notre université partenaire à Tongji ainsi qu’avec la ville tée par des canalisations d’eau usée, ne sont plus d’actualité de Qingdao et les organisateurs des floralies internationales car ils sont incompatibles avec la croissance urbaine en Asie et 2014 de même qu’avec le soutien des ministères de la re- ne satisfont plus aux exigences de protection des ressources. cherche allemand et chinois, une installation de référence pour 12 000 personnes. En plus de la distribution et de l’épuration Comment faire face aux nouveaux défis que posent les de l’eau, l’installation se charge également des déchets mégapoles à la distribution et à l’assainissement de l’eau ? organiques tels que ceux de la cuisine. L’énergie qui en est extraite assure l’autarcie énergétique de l’installation. Cornel : Les nouvelles unités d’habitation des mégapoles Nous contribuons ainsi non seulement au traitement de l’eau chinoises sont souvent construites pour plusieurs dixaines de mais aussi à l’élimination des déchets. milliers d’habitants par un seul investisseur. Il est alors sensé que celui-ci construise en même temps les équipements de Ceci montre clairement que les solutions écologiques de distribution et d’assainissement de l’eau. Les eaux usées peu l’avenir mettront en œuvre plusieurs disciplines. Le traitement polluées des douches, éviers et lave-linge, dites eaux grises des eaux usées et des déchets font également intervenir peuvent être nettoyées puis être réutilisées comme eau sanitaire la gestion de la chaleur et de l’énergie. Le traitement des eaux ou industrielle pour les chasses d’eau. Ceci permet d’économi- usées nécessite en effet de l’énergie et celle-ci peut être ser entre 30 et 40 pour cent de précieuse eau potable. La qualité extraite des déchets. Le succès des solutions semi-centralisées de l’eau sanitaire ou industrielle suffit pour les toilettes. Ces est aussi déterminé pour une part croissante par le degré eaux peuvent être nettoyées à peu de frais pour être incolores, d’automatisation. Notamment dans le domaine de la télésur- inodores et hygiéniquement irréprochables. L’eau fortement veillance sous forme de techniques de mesure en ligne qui polluée des toilettes et éventuellement de la cuisine peut être simplifient et accélèrent les opérations de contrôle-commande. nettoyée en cas de besoin de sorte à pouvoir l’utiliser dans Viennent s’y ajouter des solutions efficaces du domaine de
2.2013 trends in automation Inspiration 10 11 – Informations de première main : Le Professeur Peter Cornel en conversation avec notre rédacteur. l’automatisation de process qui réduisent la consommation ponibilité régionale est fort disparate, c.-à-d. qu’il y a de l’eau énergétique des installations et en accroissent la fiabilité. en excès dans certaines régions tandis que règne la pénurie dans d’autres. Ces développements sont-ils aussi une voie d’avenir pour les actuels pays de haute technologie ? Les mers toutefois constituent en principe une réserve mondiale suffisante. La désalinisation de l’eau de mer est cependant Cornel : Le développement qui a lieu dans les mégapoles profite coûteuse en énergie et exacerbe la question d’une transforma- des progrès et de l’expérience acquise en Europe et aux USA. tion neutre en CO2 de l’énergie. L’énergie dite « biologique », L’Allemagne fait aussi partie à cet égard des leaders technolo- c.-à-d. l’énergie sous forme de biogaz ou de biocarburants n’est giques. Comme nous devrons également, à l’avenir, réviser pas vraiment une solution car les végétaux fournisseurs d’énergie notre approche en matière d’utilisation de l’eau, changement consomment également des quantités considérables d’eau. climatique oblige, les développements des nations écono- Pour produire un litre de biocarburant, on a besoin, selon le lieu miques en pleine expansion pourront dans dix, vingt ans nous et les conditions générales, de plusieurs centaines de litres d’eau. servir de modèle. D’où la nécessité de technologies innovantes, énergétiquement La population mondiale ne cesse d’augmenter et l’ONU efficaces. Quelle peut être leur contribution à l’avenir ? s’attend d’ici 2025 a une population de 8 milliards d’habitants, voire de 11 milliards en 2100. Les réserves d’eau du globe Cornel : Nous devons faire baisser la consommation d’eau suffiront-elles pour tous ? spécifique. Par la mise en œuvre de techniques nouvelles et efficientes mais aussi en changeant nos habitudes d’utilisation. Cornel : Les pronostics de croissance de la consommation Si les nouvelles technologies permettent de faire nettement d’eau sont par nature difficiles, car la consommation d’eau baisser la consommation d’eau, elles relâcheront également la n’augmente pas proportionnellement à la croissance de pression exercée sur les milieux politiques. Car ceux-ci auront la population. La question décisive est de savoir comment à l’avenir à relever de grands défis. Les pays riverains de fleuves évoluera l’économie mondiale. D’une part la consommation et lacs devront s’accorder sur la quantité d’eau que chacun d’eau augmente dans les ménages et l’industrie avec le est en droit de prélever. Ceci comporte sans nul doute un fort bien-être. Les habitudes alimentaires jouent également un potentiel de conflit. C’est en cela que la technologie peut rôle. Nous utilisons 80 à 85 pour cent de l’eau pour la pro soutenir la politique. Si des solutions mondialement efficaces duction d’aliments. Plus il y aura d’individus qui passeront de distribution et d’assainissement de l’eau sont mises en d’une alimentation majoritairement végétarienne à la con place, la consommation d’eau pourra être maintenue à un niveau sommation de viande, plus la consommation d’eau de l’agri supportable. Elles aideront les populations, garantiront et culture augmentera. Par ailleurs nous gaspillons actuellement amélioreront une qualité de vie qui ne sera pas assurée au détri- encore beaucoup d’eau notamment par des techniques ment de la nature, évitant ainsi des conflits d’intérêt. d’irrigation inefficaces. L’inondation à grande échelle des champs consomme nettement plus d’eau que l’irrigation au goutte-à-goutte en sous-sol. Ces tendances opposées ne facilitent pas les prévisions. Mais de nos jours déjà la dis
Recherche : étude NanoForceGripper Force d’adhérence sans énergie Les geckos sont les artistes grimpeurs parmi les reptiles. Ils parviennent à s’agripper même sur du verre. Les ingénieurs du Bionic Learning Network ont examiné leur pattes de près. Résultat : le NanoForceGripper. Il assure la préhension en douceur et énergétiquement efficace de surfaces sensibles. Photo : © iStockphoto.com/GlobalP Adhérence pure : le gecko se déplace sans difficulté même sur des surfaces de verre.
2.2013 trends in automation Repères 12 13 – Projet de recherche NanoForceGripper : le préhenseur bionique saisit Le préhenseur sous microscope : la nanostructure de la feuille des smartphones grâce aux forces de Van-der-Waals et les relâche grâce grossie 400 fois. à l’effet FinRay. L es geckos peuplent la terre depuis Son secret est dévoilé par le microscope préhenseurs. Le NanoForceGripper plus de 50 millions d’années. Le électronique : un véritable tapis de poils retient durablement la pièce prise sans secret de leur succès est sous leur très fins. Entre chacun de ces poils et les nécessiter d’énergie. Une faible force pattes. Les doigts de pieds des molécules de surfaces lisses agit l’inter antagoniste est uniquement requise pour petits grimpeurs possèdent une énorme action de Van-der-Waals. La force d’un relâcher la pièce. Le mécanisme push- force d’adhérence. Une raison suffisante petit poil est infime. Mais pour le gecko push incorporé au préhenseur actionne pour les spécialistes Festo de bionique comme pour le NanoForce Gripper, elle est automatiquement la structure adaptative de les imiter dans un projet de recherche multipliée par 29 000 par cm2. Le gecko lors du dépôt de la pièce saisie. Grâce actuel, bien sûr non pas en grimpant est ainsi capable de tenir jusqu’à 10 kg à sa structure innovante, le NanoForce- mais avec le NanoForceGripper. Le préhen- d’une seule patte. Gripper se passe d’actionneurs ou de seur bionique imite avec succès la patte commandes additionnels. du gecko. Il est capable de saisir et de Lâcher en douceur par l’effet de nageoire relâcher la surface absolument lisse d’un Le dessous du NanoForceGripper est Réduction de la consommation smartphone sans y laisser de traces. revêtu d’une feuille dite Gecko nanoplast. d’air comprimé Le préhenseur a été conçu dans son Cette étude de conception montre Les nanoforces adhèrent fortement ensemble en 2012 dans le cadre d’une ce que pourrait être une automatisation Son nom est tout un programme. Le Nano étude du Bionic Learning Network Festo. énergétiquement efficace à l’avenir. Elle ForceGripper, un prototype, fonctionne Dans une installation pilote, il prélève illustre l’exploitation intelligente d’un avec des forces qui s’exercent au niveau des smartphones sans prise mécanique, énorme potentiel d’économie d’énergie à atomique et moléculaire : les forces dites en se posant directement à la surface partir de composants d’automatisation de Van-der-Waals. Ce sont également de l’écran. Pour pouvoir se détacher de existants. La mise en œuvre de NanoForce- celles dont se sert le gecko. Sans sécré- cette structure lisse, les chercheurs Gripper permet de réduire durablement la tions collantes ou ventouses, le petit Festo ont étudié de près le gecko et plus consommation d’air comprimé par rap- grimpeur escalade des plans verticaux. précisément ses doigts. Le gecko dé- port aux autres systèmes à aspiration. tache ses poils, retenus par les forces de Le préhenseur bionique ouvre donc non Van-der-Waals, tout simplement en dé seulement de nouvelles perspectives roulant ses pattes. Le NanoForceGripper de préhension « sans contact ». Il montre procède de la même façon en se servant aussi de façon impressionnante com- d’un autre principe bionique : l’effet ment des technologies novatrices contri- finRay qui imite les nageoires codales de buent à une fabrication industrielle poissons. Lorsqu’une force est appliquée, durable selon le mot d’ordre « de la nature la structure de maintien du NanoForce- pour la nature ». Gripper, plane à l’origine, s’incurve. La sur- face de maintien active, revêtue de la www.festo.com/fr/nanoforcegripper feuille, rétrécit progressivement et l’objet retenu se détache en douceur. Maintien sans énergie Le principe de détachement du Nano ForceGripper d’une surface repose sur l’effet push-push. Le maintien sans Mécanisme push-push : Activation de énergie et la préhension énergétiquement Images animées : la structure sans actionneurs ni commandes efficace avec mécanisme push-push Flashez simplement le code QR additionnels. sont des nouveautés dans le domaine des et visionnez la vidéo.
Efficacité énergétique, comparatif des technologies Le bon choix Quelle est la plus efficace des énergies : l’électricité ou la pneumatique ? Quels sont les avantages de l’une des technologies par rapport à l’autre ? Pour certains experts, une question de convictions. Mais les préjugés l’emportent souvent sur les faits. Ce comparatif met les choses au clair. S elon l’application, l’efficacité 20 et 30 Ws. Si les actionneurs doivent par énergétique est une question de contre demeurer dans une position fonction. « Cette fonction doit donnée, la consommation d’énergie de être d’abord clairement définie l’actionneur électrique monte en flèche avant que l’utilisateur puisse opter pour à 247 Ws. Ce qui représente près de la technologie d’entraînement, électrique vingt fois la consommation d’énergie de Roland Volk, ou pneumatique ou une combinaison des l’actionneur pneumatique (11 Ws). Innovation and deux » explique Roland Volk, conseiller Technology Festo en matière d’efficacité énergétique. L’actionneur pneumatique profite du fait Management Festo Que faut-il comprendre concrètement ? qu’il n’a besoin d’énergie que pendant La comparaison directe de deux action- le court moment de montée en pression. neurs de même dimension, l’un élec- Le maintien en place proprement dit « En automati trique, l’autre pneumatique, dans diverses fonctions montre où se situent les avan- se passe complètement d’une nouvelle injection d’air comprimé et ne consomme sation, l’efficacité tages respectifs. Le comparatif examine des déplacements du point A vers le point donc pas d’énergie. L’actionneur élec- trique en revanche consomme en perma- énergétique B. Les consommations d’énergie qui en résultent se distinguent nettement. nence du courant pour rester dans la position voulue. Plus l’arrêt dure, plus la dépend toujours consommation d’énergie de l’actionneur de l’application Fonction 1 : déplacement et arrêt Lors du déplacement sans force de pro- électrique augmente par rapport à l’actionneur pneumatique. industrielle consi- cess additionnelle, l’actionneur électrique consomme 25 Ws soit seulement un tiers Fonction 2 : préhension dérée. » de l’énergie requise par l’actionneur Les résultats du comparatif des pinces pneumatique (78 Ws). Dans la fonction électriques et pneumatiques sont « Pousser avec force de process », les similaires. Ils montrent bien combien la deux technologies sont quasi à égalité bonne solution dépend d’une définition avec une consommation d’énergie de claire de la fonction à exécuter. Si l’on
2.2013 trends in automation Repères 14 15 – L’efficacité énergétique est payante D’autres mesures, autres que le choix de la technologie, électrique ou pneumatique, influencent la consommation d’énergie en production. Les utilisateurs peuvent se procurer des résultats concrets avec le calculateur d’économies Festo. Une entreprise travaillant sur trois équipes et disposant d’une puissance de compresseur de 160 kW peut ainsi économiser jusqu’à 16 pour cent des coûts d’exploitation simplement en utilisant des venturis à économiseur d’air. www.festo.ch/calculateur La solution est dans la bonne combinaison : La solution la plus efficace est souvent une combinaison des technologies électriques et pneumatiques comme c’est le cas sur de nombreux systèmes de manipulation Festo. considère la consommation d’énergie sance, l’entraînement pneumatique lors de la préhension, la pince pneumati offre des avantages. que surclasse la pince électrique lorsque les cycles sont longs et comprennent Lors du choix d’un système d’entraîne- peu d’opérations de préhension. La pince ment, il convient également de tenir 1 2 pneumatique n’a besoin qu’une seule compte du coût total d’exploitation (Total fois d’air comprimé pour le maintien per- Cost of Ownership). Les systèmes d’en manent. Aucune énergie pneumatique traînement pneumatiques ont un coût n’est nécessaire pendant la durée de la d’acquisition 8 à 10 fois inférieur à celui prise. La pince électrique qui nécessite des systèmes d’entraînement élec- de l’énergie électrique pendant toute la triques. Le coût d’exploitation est, selon durée de la prise, ne peut être énergéti- la course et la durée de cycle, supérieur 3 4 quement plus efficace que la pince pneu- à celui des actionneurs électriques matique que si l’application comporte ce qui peut se traduire par des durées des cycles courts avec de nombreuses d’amortissement de plus de dix ans. opérations de préhension. www.festo.ch/fr/energysaving C’est l’application qui décide www.festo.ch/fr/energyefficiency L’électricité s’avère avantageuse pour les 5 6 fonctions de pur déplacement à grande vitesse sur de longues courses. L’entraîne ment électrique est en règle générale énergétiquement efficace lorsque les spécifications exigent un positionnement flexible, des profils de déplacement is 2.13-01 | is 2.13-02 variables ou des vitesses élevées. Si l’on Services d’économie d’énergie | 7 8 souhaite par contre une manipulation Energy Efficiency@Festo robuste ou une grande densité de puis- www.festo.ch/fr/trends Mesures d’efficacité énergétique 9 10 1 Réduire le niveau de pression 2 Réduire les pertes de pression 3 Réduire les volumes à mettre sous pression et à l’échappement 4 Proscrire les surdimensionnements 5 Réduire la consommation de courant 6 Réduire les fuites 7 Réduire le poids 8 Raccourcir les longueurs de tuyau 9 Récupé- rer l’énergie 10 Circuits économiseurs d’air 11 12 11 Réduire le frottement 12 Couper l’énergie
Elixir de vie et potentiel économique L’eau, enjeu planétaire
2.2013 trends in automation Impulsions 16 17 – L’un des plus grands défis de l’avenir est l’approvisionnement mondial en eau propre. L’assainissement énergétiquement efficace des eaux usées y est intimement lié. Une automatisation de process ménageant les ressources jouera à cet égard un rôle déterminant.
A première vue, l’eau semble de la vie, il est également le préalable compliqué et coûteux. Le traitement être une ressource quasi inépui- de notre civilisation moderne. La pluie, des eaux usées est un lourd défi à relever sable. Or l’apparence trompe. source de notre alimentation en eau pas seulement pour l’économie et la S’il est vrai que les deux tiers de potable, permet la culture de plantes utiles politique des pays en développement et la surface du globe sont couverts d’eau, et l’aquaculture. De nos jours encore, pays émergents. 0,3 pour cent seulement sont disponibles les fleuves comptent parmi les principales sous forme d’eau potable. Parmi les voies de transport des marchandises. La consommation d’eau augmente 1,38 milliards de mètres cubes environ qui Sans oublier : l’eau est le plus important Le Secrétaire général du cinquième constituent les réserves d’eau totales élément de l’industrie. Forum Mondial de l’Eau, Oktay Tabasa- de notre planète, 48 millions de mètres ran, a rappelé en mai 2009 que la cubes sont de l’eau douce. La plupart Protéger l’eau par une gestion efficace consommation mondiale d’eau augmen- n’est pas directement utilisable car il s’agit et économique doit être l’un des princi- tera de 40 pour cent au cours des de la glace des calottes polaires, des paux objectifs des prochaines décennies. 20 prochaines années. Si la consomma- glaciers et des étendues de permafrost. Les hommes ont besoin de biens indus- tion d’eau actuelle s’élève à près de Le reste de l’eau du globe, soit près de triels, la production de biens industriels 4 500 milliards de mètres cubes par an, 97,5 pour cent, est constitué d’eau salée nécessite d’énormes quantités d’eau elle sera selon Tabasaran dans deux ou saumâtre. et les hommes ont aussi besoin d’eau décennies de 6 900 milliards de mètres propre pour vivre. L’un des objectifs prio- cubes. Sans compter que la consom- La croissance exige de la responsabilité ritaires de l’industrie devrait être, après mation d’eau mondiale a déjà triplée au Cet élément qui est un enjeu planétaire, avoir utilisé l’eau, de la restituer à la cours des 50 dernières années. Les ne se contente pas de préserver le cycle nature à l’état pur, ce qui est cependant causes sont, entre autres, l’augmentation H2O L’eau non seulement façonne la nature de manière fascinante, elle est aussi unique par la diversité de ses formes physiques. Car l’eau se distingue de tous les autres composés chimiques de la terre par le fait qu’elle est la seule molécule à exister à l’état liquide, solide et gazeux. On ne parle cependant d’eau qu’à l’état liquide. L’état solide est de la glace et l’état ga- zeux de la vapeur d’eau.
2.2013 trends in automation Impulsions 18 19 – 1 tasse de café 140 litres d’eau virtuelle Eau virtuelle Une pomme moyenne contient près gagne en importance dans le contexte de 130 ml d’eau. Si l’on tient compte des flux globaux croissants de 1 kg de bananes 859 litres d’eau virtuelle de l’eau dite virtuelle, la pomme re- marchandises. Lorsque des biens présente cependant près de 70 litres s’échangent au niveau mondial, d’eau. On désigne par eau virtuelle ces transactions englobent à vrai dire non seulement la quantité d’eau qu’un aussi l’échange de l’eau virtuelle produit contient mais aussi le volume contenue. 1 steak (300 g) d’eau qui a été nécessaire à sa pro- 4500 litres d’eau virtuelle duction. Il s’agit par exemple de l’eau de pluie ou d’irrigation dans l’agri- culture ou de l’eau de refroidissement utilisée dans l’industrie. Ce terme de la population, l’urbanisation et domaines sociaux. Un des sujets essen- de l’ordre de 580 milliards de dollars US l’industrialisation croissantes ainsi que les tiels à cet égard est le défi en matière pendant les dix prochaines annnées. changements climatiques globaux. de gestion de l’eau pour satisfaire une La consommation d’eau de l’industrie doit demande croissante. L’accès équitable à avoir baissé de 30 pour cent dès 2015, Défi pour la gestion des eaux l’eau et la distribution de cet élément la construction de nouvelles installations L’eau est, depuis les débuts de l’huma- vital joueront à l’avenir un rôle de plus en d’assainissement et de désalinisation nité, source de litige. Trop d’eau ou trop plus important dans le monde. doit être accélérée et les peines encou- peu, inondations ou sécheresses, les rues pour le franchissement de valeurs civilisations évoluées de l’antiquité, du Le bien-être exige une utilisation efficace limites de qualité de l’eau renforcées. moyen-âge ou des temps modernes L’approvisionnement en eau propre est Les communes sont encouragées à mettre sont marquées par des conflits déclenchés plus que jamais un défi technique qui en place un système d’échange de quo- par cet élément qui est à la fois source préoccupe les gouvernements du globe. tas d’émission concernant la qualité de de vie et menace. Dans ce contexte, l’As- Car disposer d’eau est indispensable au l’eau de leur bassin hydrologique. Ceci semblée générale des Nations Unies bien-être et à la croissance économique. offre aux acteurs de la gestion des eaux, a déclaré 2013 année internationale de la C’est ce qu’illustre l’exemple de la Chine. opérant à l’international, de nouvelles coopération dans le domaine de l’eau. Ses dirigeants font figurer la sécurité perspectives économiques. Cette année internationale est destinée à de l’approvisionnement en eau parmi attirer l’attention sur l’importance de les principaux objectifs de leur douzième la coopération dans le domaine de l’eau et plan quinquénal. Les objectifs priori- à montrer qu’elle pourrait être l’amorce taires sont des investissements dans la d’une coopération mondiale dans d’autres distribution et le traitement de l’eau
et une technique d’automatisation modernes sont la clé qui permettra de rendre les installations de traitement de l’eau plus robustes et plus efficaces et donc d’améliorer nettement le traitement de l’eau et des eaux usées. » Comment concevoir des solutions durables pour les villes et communes à partir de l’automatisation de process, c’est ce que montre Alexander Riek, responsable chez Festo du projet « Automatisation en autarcie énergétique de réservoirs d’eau décentralisés de la gestion de l’eau ». La solution d’automatisation de l’associa- tion intercommunale des eaux usées de Weißach et de la vallée supérieure du Saalbachtal repose sur de l’énergie renouvelable, à savoir l’énergie solaire et veille à ce que l’écoulement maximal du bassin de rétention des eaux pluviales vers la station d’épuration ne soit pas Station de distribution de Nanjing : la croissance de la population et l’urbanisation font que la dépassé. Grâce à un modem GSM, l’ins- distribution d’eau en Chine doit satisfaire à de sévères exigences. tallation peut être entièrement comman- dée et surveillée à partir du poste de contrôle-commande distant de la station d’épuration. (Plus de détails à ce sujet dans l’article p. 34.) Autre exemple de mesures d’automati- L’automatisation de process ménage sation réussies du domaine de la gestion les ressources des eaux : la station d’épuration Seine La gestion durable des eaux présuppose Grésillons près de Paris. Elle traite quoti- des solutions efficaces de traitement de diennement 100 000 m3 d’eaux usées. l’eau et d’assainissement des eaux usées. L’automatisation de 28 biofiltres assure Les besoins en concepts novateurs sont l’acquisition et la supervision de toutes stimulés par la croissance des mégapoles. les données des bassins de filtration, L’automatisation des centres d’épuration ce qui a permis d’optimiser durablement et de distribution de l’eau devient un le processus d’épuration. élément indispensable du développement urbain durable. C’est ce que confirme Des projets pilotes ouvrent la voie Eckhard Roos, responsable du service La signification d’une automatisation Process Automation Management chez intégrale, de l’actionneur au niveau Festo : « Une reconception des process contrôle-commande, est illustrée par la
2.2013 trends in automation Impulsions 20 21 – station de distribution d’eau Chua Chu Kang à Singapour. Pour assainir l’eau à traiter, on utilise des filtres de sable. Le processus est entièrement commandé par des vannes, actionneurs linéaires et terminaux de distributeurs CPX/MPA Festo. Les terminaux de distributeurs communiquent via Profibus avec l’auto- Eckhard Roos, responsable Process mate de niveau supérieur. Automation Management, Festo Dans la plupart des 52 états africains, les besoins en extension de capacité des installations de traitement des eaux « L’usage efficace des res- vont également nettement augmenter à sources et de l’énergie sont des l’avenir. Festo intervient déjà sur site avec plusieurs projets. Parmi ceux-ci sujets cruciaux dans le secteur Kleinbrack – une station de traitement de l’eau du fleuve. Pour les stations de de l’eau/des eaux usées, aux- Mossel Bay, près du Cap, Festo a fourni une solution complète d’automatisation quels nous devrons accorder du processus de traitement de l’eau. toute notre attention à l’avenir. » La capacité de l’installation a ainsi pu être augmentée de 15 000 mètres cubes par jour. Les travaux ont englobé la concep- tion, la livraison, l’installation, le contrôle et la mise en service de la nouvelle com- mande de débit d’eau brute et de l’instal- lation de filtration automatisée. Partenaire en technologie de l’eau Comme le montre ces exemples d’optimi- sation réussie dans le secteur du trai- Festo propose des solutions d’automatisation personnalisées pour le trai- tement des eaux usées, les installations tement communal et industriel de l’eau et l’assainissement des eaux usées. communales et industrielles de traitement Des équipements rentables, fiables et robustes chez un seul fournisseur : des eaux peuvent largement contribuer Festo fournit tout, des actionneurs jusqu’au niveau terrain, sous forme de com- à améliorer l’efficacité énergétique et à posants ou de systèmes prêts à monter. Car la pneumatique constitue une optimiser le processus de traitement de alternative intéressante et extrêmement fiable par rapport aux systèmes d’au- l’eau. Si une distribution d’eau intelli- tomatisation électriques, notamment lorsqu’il s’agit de satisfaire les exi- gente et un traitement des eaux usées gences du traitement et de l’assainissement de l’eau. La pneumatique, une des efficaces travaillent main dans la main, le principales technologies de l’automatisation, se distingue par sa robustesse nombre de ceux qui ont accès à une eau et par le faible coût des solutions systèmes. propre pourra croître sans porter préjudice à l’environnement. Pour plus de détails voir www.festo.ch/fr/wasser
Formation axée sur la pratique dans le secteur de l’eau Entre nuage de pluie et robinet L’eau est un élixir de vie. Cependant, l’approvisionnement mondial en eau propre constitue un défi de taille. Grâce à ses systèmes de formation pour le secteur de l’eau, Festo Didactic propose des formations axées sur la pratique et contribue directement au fonctionnement durable des stations d’épuration et des centres de distribution des eaux. Structure autonome : Chaque station compacte peut également être utilisée comme système d’apprentissage au- tonome. L a fourniture d’eau en quantité et Zoom sur les circuits hydrauliques qualité suffisantes doit être améli- Le système de formation modulaire EDS ® orée par une formation professi- (Environmental Discovery System Water onnelle et continue, axée sur la pra- Management), conçu par Festo Didactic tique, pour le secteur de l’eau. Yvonne en partenariat avec la société Deutsche Salazar, Global Training Business Develop- Gesellschaft für Internationale Zusam- ment chez Festo Didactic, souligne : « Une menarbeit (GIZ), simule tout le circuit de formation professionnelle et continue effi- consommation de l’eau par l’homme. Ce cace des collaborateurs dans le domaine dernier commence par l’acheminement de la maintenance, de la surveillance et de de l’eau depuis les eaux souterraines la régulation accroît l’efficacité énergé- ou les eaux de surface et s’achève à tique et réduit les coûts d’exploitation des la distribution au consommateur, où installations – ce sont des facteurs import- l’eau se transforme en eaux usées, en ants d’évolution qui vont dans le sens du passant par le stockage et le traitement. programme Green City. » Le transport de ces eaux usées jusqu’à la station d›épuration et les processus d’épuration sont reconstitués. L’eau épu-
2.2013 trends in automation Impulsions 22 23– Un succès progressif Avec l’EDS® Water Management, le système complexe de l’approvisi- onnement en eau et du traitement des eaux usées sur la base de mo- Concret : Après l’adjonc- dèles partiels est divisé en sections tion de « salissures », le claires, que l’on appréhende facile- stagiaire suit le flux des ment, et réparti sur les quatre sta- eaux usées et travaille tions d’apprentissage compactes sur des processus tels que la sédimentation, la suivantes : ventilation et le retour des boues. 1. Traitement de l’eau 2. Approvisionnement en eau 3. Transport des eaux usées 4. Traitement des eaux usées Les stations n’étant reliées que par des tuyaux isolés et les systèmes de Modèles partiels claire- commande étant individuellement ment définis : Le systè- programmables, chaque station me complexe de l’appro- compacte peut également être uti- visionnement en eau et lisée comme système d’apprentissa- du traitement des eaux usées s’articule en qua- ge autonome. tre stations d’apprentis- sage. rée s’écoule à son tour dans un réservoir influences réciproques entre différentes essais et rend les liens compréhensibles, représentant la source de prélèvement phases de procédures et d’estimer les au sens propre du terme. En outre, les d’eau brute, bouclant ainsi le circuit. répercussions de mesures isolées sur états de l’installation, qui pourraient tout le système. Il inclut des phases de s’avérer critiques dans la réalité, peuvent Aperçu de tout le système processus comme les précipitations, la être testés sans danger. Yvonne Salazar L’EDS ® Water Management transmet floculation et le dosage de chlore, la ges- souligne par ailleurs: « Grâce à l’EDS ® les compétences requises pour le tion des différentes zones de pression, la Water Management, les formations peu- fonctionnement efficace, sur le plan prévention des fuites d’eau, le transport vent être conçues en fonction de l’action énergétique, des stations de pompage, de matières solides, la désinfection et souhaitée. Les essais n’étaient autre- l’automatisation des processus et la la distribution d’eau. Après l’adjonction fois possibles qu’in vitro. Aujourd’hui, surveillance des installations. Les unités de « salissures », le stagiaire suit le nous pouvons reproduire les facteurs essentielles comme les pompes, les van- flux des eaux usées et s’exerce sur des d’influence réels et leurs interactions nes, les servovérins et servorégulateurs processus tels que la sédimentation, et transmettre ainsi une compréhen- et les capteurs ainsi que la synergie des la ventilation et le retour des boues. sion adaptée du processus. » composants individuels sont examinées par rapport à l’ensemble du système. Apprentissage par processus simulés www.festo.ch/fr/didactic Cet examen permet d’identifier les L’EDS ® Water Management propose des
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