Depuis quelques années, l'optimisation des coûts énergétiques est devenue une préoccupation essentielle pour les industriels poussés par la maîtrise des coûts, le respect des réglementations, etc. Que ce soit pour la consommation électrique et en eau, la facture en air comprimé, en gaz et d'autres utilités, les fabricants et les organisations tentent de sensibiliser, avec de plus en plus souvent de réussite compte tenu aussi du contexte économique difficile. Dans le domaine de l'air comprimé qui est largement mis en œuvre dans l'industrie (outils et transport pneumatiques, coussins d'air, soufflage, séchage…), cela se traduit par la mise en place de capteurs et de solutions logicielles pour identifier les sources de fuites des réseaux, optimiser la consommation des équipements et, plus généralement,gérer d'une manière plus précise et plus efficace l'air comprimé.

Si certains éléments sont plus auscultés, et donc améliorés, que d'autres dans le cas de recherche des fuites, il n'empêche que tous les composants pneumatiques de la chaîne d'approvisionnement en air comprimé évoluent pour des raisons diverses et variées, à l'instar des actionneurs (vannes et vérins), des automatismes… C'est le cas évidemment aussi des distributeurs et électrodistributeurs. Ces derniers mois a d'ailleurs été lancé un certain nombre de nouveaux produits, comme les AV03 et AV05 d'Aventics (nouveau nom de l'activité pneumatique de l'allemand Bosch Rexroth, depuis son indépendance début 2013), les électroniques G3 et 580 d'Asco Numatics (groupe américain Emerson), la série SY de SMC. D'où la curiosité de voir quelles sont les tendances du côté des îlots de distribution pneumatique…

Avant de nous intéresser aux raisons de la demande en îlots de distribution pneumatique, un petit rappel sur le rôle d'un distributeur. Dans les systèmes automatisés, selon le site internet Wikipédia, cet élément de la chaîne de transmission d'énergie a pour fonctions de commuter et contrôler la circulation des fluides sous pression. Généralement constitué d'un tiroir qui coulisse dans un corps, le distributeur met en communication des orifices (connectables ou non) suivant plusieurs associations. Le tiroir peut être actionné par un levier, une bobine, un piston ou un ressort de rappel (pour ceux disposant d'une position neutre ou stable).

Les îlots sont aujourd'hui bien souvent privilégiés

Si l'on revient au monde de la pneumatique, la multiplication des distributeurs au plus près de chaque actionneur et autres organes pneumatiques a rendu leur mise en œuvre plus difficile et surtout plus coûteuse. « Il fallait en effet tirer autant de câbles électriques – signaux commandés directement par un automate – et de tuyaux qu'il y avait d'organes pneumatiques à contrôler », rappelle Vincent Meunier,ingénieurApplication automatisme service Support technique chez Aventics France. « Nous avons été les premiers en 19891990 à avoir l'idée de regrouper des terminaux, d'où également aujourd'hui une offre assez large en termes d'îlots de distribution », précise Frédéric Moulin, chef produits Gamme pneumatique chez Festo France. La centralisation au sein d'îlots de distribution pneumatique ne s'est toutefois pas faite du jour au lendemain. « L'air comprimé a été d'abord regroupé sur des embases communes il y a plus de quinze ans, puis les fonctions électriques quelques années après », poursuitVincent Meunier (Aventics France). Cela n'étonnera donc personne que « les îlots de distribution pneumatique soient très utilisés et de plus en plus mis en œuvre d'ailleurs », constate Hubert Bechler, responsable Systèmes pneumatique et automatisme chez Bürkert France. Les industriels s'orientent aujourd'hui plus vers les îlots que vers les distributeurs, car c'est plus avantageux. « Il y a déjà moins de tuyaux et de câbles à tirer, d'où des gains en termes de temps d'installation et de coûts. S'il y a une dizaine d'années, les clients hésitaient – une solution avec seulement cinq distributeurs ou moins n'était pas intéressante économiquement –, la baisse des coûts,via celle de l'électronique et des matériaux (les polymères ont remplacé des matériaux plus nobles), rend désormais la mise en œuvre de quelques distributeurs pneumatiques rentable », explique Vincent Meunier (Aventics France).

Pour de nombreux industriels, l'air comprimé est un élément essentiel dans leurs moyens de production, ce qui implique une gestion optimisée à tous les niveaux de la chaîne pneumatique. La distribution en fait partie. Dans ce secteur, les industriels privilégient de plus en plus souvent des solutions centralisées, appelées îlots de distribution pneumatique.

Dès les années 1990, l'idée de regrouper ensemble des terminaux apparaît. La centralisation se fait d'abord au niveau de l'air comprimé qui est regroupé sur des embases communes, puis au niveau des fonctions électriques. Résultats : il y a moins de tuyaux et de câbles à tirer, d'où des gains en termes de temps d'installation et de coûts.

Mais il ne faut toutefois pas croire que les îlots ont totalement envahi les machines et les lignes de production… « Par habitude aussi, les clients utilisent, selon les cas, des têtes de commande ou des îlots de distribution pneumatique.On retrouve alors les deux technologies sur un site donné. La centralisation des commandes dans un coffret, elle, offre d'autres avantages, comme un accès aux différents éléments sans moyens particuliers et à hauteur d'homme », souligne Hubert Bechler (Bürkert France). Ou tout simplement, dans certains cas, comme en agroalimentaire où des nettoyages très sévères sont de rigueur, des terminaux isolés ou une armoire avec un design hygiénique (présence d'un toit incliné, entre autres) sont plus adaptés.

Si, à l'origine, l'apparition des premiers îlots de distribution pneumatique faisait suite à une demande de regroupement de fonctions aux contraintes différentes, en particulier en automatisme, afin de faciliter la mise en route, la maintenance et le diagnostic des distributeurs, les améliorations apportées aux modèles plus récents d'îlots poursuivent les mêmes objectifs… en allant encore plus loin. « Les évolutions techniques portent maintenant sur l'intelligence, l'ajout de fonctions pneumatiques également, la compacité et la légèreté des îlots, ainsi que l'intégration des réseaux,en particulier basés sur Ethernet », résumeVincent Meunier (Aventics France). Nous reviendrons plus tard sur les bus de terrain… Et Hubert Bechler (Bürkert France) d'ajouter: « Les utilisateurs recherchent de plus en plus d'intégration, de sécurité – le SIL [ Safety Integrity Level , NDLR] est une notion très importante en chimie et en pharmaceutique, de par les normes, par exemple – et de diagnostic. On en distingue deux types : les diagnostics locaux, via des Led de différentes couleurs, et les diagnostics déportés via les bus de terrain - c'est ce qui évolue.»

Concilier compacité accrue et débits élevés

Intéressons-nous pour commencer à la réductionde la taille des îlots de distribution pneumatique. «A l'image de notre modèle 501 pour le pilotage de vannes et de vérins,les îlots voient leur taille réduire. Cela est très important pour les clients car il n'y a plus beaucoup de place sur les machines. Et des îlots compacts sont plus faciles à intégrer dans les armoires,sans compter les gains de coûts », explique Yannick Guenard, responsable des ventes Europe pour les îlots de distribution d'Asco Numatics (Emerson Industrial Automation). Dans le cas du modèle 501, sa largeur n'est que de 11mm, soit une économie de place de 40% comparée à un modèle de 18mm de largeur, pour un débit de 400l/min. « Mais cela ne doit pas se faire au détriment du débit qui est la spécification la plus importante.En raison de la longueur de tube entre le distributeur et l'actionneur, il apparaît forcément une perte de charge », poursuit-il.

Pour Marc-Olivier Orny, responsableProduct Management chez SMC Pneumatique, fabricant qui a lancé il y a moins d'un an la série SY (modèles SY3000, SY5000 et SY7000, dotés d'un corps de largeurs respectives de 10, 15 et 18mm), « l'amélioration des performances de débit, qui ne concerne d'ailleurs pas que les îlots de distribution pneumatique, permet de piloter des actionneurs plus importants, même avec des îlots de petite taille.» Une autre demande du marché concerne les montages combinés: différentes tailles correspondant à autant d'actionneurs différents doivent pouvoir cohabiter sur un même îlot, pour des raisons de coûts principalement. Et la liste des améliorations facilitant la vie des utilisateurs ne s'arrête pas là. « En plus de proposer différents types d'embase,nous avons joint un connecteur M12 Sub-D 25 broches orientables.Le client n'a ainsi plus besoin de choisir à la commande l'orientation du connecteur (perpendiculaire ou parallèle au bloc) et il dispose également d'une seule et même référence », ajoute Marc-Olivier Orny (SMC Pneumatique). On peut encore signaler les progrès faits au niveau des raccordements pneumatiques. « Les îlots sont souvent intégrés dans des coffrets, ce qui peut rendre plus difficile leur raccordement aux actionneurs.Grâce à une flasque de montage,en fait des tubes déjà installés à travers des presse-étoupes, il est possible de s'affranchir des traversées de coffret, ce qui garantit une réduction du temps de manœuvre (aucun perçage de trous pour les traversées) et des coûts. De tels îlots prêts à l'emploi facilitent aussi le revamping de matériels existants, même en atmosphères explosibles », explique Hubert Bechler (Bürkert France). A noter que SMC propose lui aussi ces îlots avec la série SY.

Les utilisateurs recherchent de plus en plus d'intégration, de sécurité, avec la notion de Safety Integrity Level (SIL), et de diagnostic. On en distingue deux types : les diagnostics locaux, via des Led de différentes couleurs, et les diagnostics déportés via les bus de terrain.

Des fonctions en plus pour aider les utilisateurs

« Comme on peut le voir, les évolutions portent moins sur la partie interne des îlots (tiroir et bobines) que sur des fonctions supplémentaires ajoutées, ce qui évite aux utilisateurs de les intégrer eux-mêmes », précise Marc-Olivier Orny (SMC Pneumatique). Il serait trop long ici de lister toutes les fonctions ajoutées ces dernières années aux îlots de distribution pneumatique, mais on peut en citer quelques exemples. « Les modules électroniques de notre gamme G3 sont équipés de fonctions d'autotest et de diagnostic. Sans connexion réseau ni contrôleur, l'utilisateur est capable de savoir si tous les modules communiquent bien ou si toutes les bobines sont alimentées correctement, par exemple », indique Patrick Garrigues, directeur Marketing Europe d'Asco Numatics. Disponible globalement pour tous les modules connectés sur l'îlot (architecture de type îlot ou distribuée) et localement sur chaque module de sortie, l'autotest existe selon deux modes: le cycle «Sorties», où toutes les sorties sont activées environ 0,5s puis désactivées de manière séquentielle, et le mode «Entrées» pour tester toutes les entrées individuellement. Ce mode provoque une commutation des sorties des valeurs paires vers les valeurs impaires lorsqu'une entrée est activée. Ces fonctionnalités ne sont rendues possibles que par la présence d'un afficheur local qui permet de définir aisément les paramètres de configuration et de voir les éventuelles défaillances physiques(rupturedu24V,niveauxdeten-sion,court-circuit,etc.) et logiques telles que la déconnexion du bus, une erreur de communication, la défaillance d'un module. « Ce que ne permet pas du tout une simple Led rouge. En développant une véritable micro IHM dans les îlots, le dialogue avec l'opérateur est significativement amélioré (interaction directe et plus grande flexibilité). Et les gains de temps pour le dépannage et surtout la mise en route sont énormes, d'où des temps d'arrêt machine réduits », ajoute Patrick Garrigues.

Les bus de terrain se sont démocratisés dans l'industrie à partir de 2000. Aujourd'hui, ce sont les réseaux basés sur Ethernet qui progressent, tels qu' EtherCAT, Powerlink, EtherNet/IP, Profinet, etc. Les industriels s'intéressent également au standard de communication IO-Link, même s'il n'en est qu'à ses débuts…

Toujours dans la liste des fonctions désormais disponibles dans les îlots de distribution pneumatique, celles liées à la sécurité occupent une place importante. « Sur les terminaux, on retrouve ainsi des fonctions particulières pour protéger les opérateurs situés à proximité. Comme faire monter la pression progressivement au lieu d'un seul coup, ou encore de garantir un niveau de sécurité maximale en faisant en sorte que, en cas de défaillance d'un distributeur, un autre prend le relais (redondance du signal et de la fonction) », énumère Frédéric Moulin (Festo France). Et, comme toujours dans le domaine réglementaire, la Directive Machines 2006/42/CE et les normes en vigueur évoluent régulièrement, à l'instar de la fusion des normes NF EN ISO 13849-1 «Parties des systèmes de commande électriques, électroniques, électroniques programmables, hydrauliques, pneumatiques et mécaniques relatives à la sécurité - Partie 1: Principes généraux de conception » et EN/CEI 62061 «Sécurité fonctionnelle des systèmes électriques, électroniques, électroniques programmables relatifs à la sécurité» depuis le 31 décembre 2011.

La consommation électrique est un critère sur lequel les personnes ne mettent pas suffisamment l'accent. Et pourtant… Les améliorations apportées aux îlots de distribution pneumatique peuvent permettre de réduire la puissance à seulement 0,35 W, voire 0,1 W, ce qui représente des économies substantielles avec des machines intégrant N bobines.

Si la sécurité est une préoccupation majeure des industriels, ils devraient également se soucier d'une autre facette des îlots. « N'oublions pas en effet la consommation électrique sur laquelle on ne met pas suffisamment l'accent ! affirme Marc-Olivier Orny (SMC Pneumatique). Nous arrivons à obtenir une puissance de seulement 0,35 W, voire0,1W(au lieu de 1,5 à 1,8W), ce qui correspond, par calcul, à une réduction de 81 % de la consommation électrique. Avec une bobine unitaire ou un seul distributeur, cela ne représente pas un gain très important, mais avec une machine intégrant N bobines,les industriels voient immédiatement les économies engrangées.» Le fabricant a d'ailleurs mis en place des audits et des solutions Energy Saving pour aider ses clients à identifier les fuites et les solutions à mettre en place. Le sujet est tellement prégnant pour les industriels que le syndicat des industriels de la mécatronique Artema a fait paraître, à l'automne 2014, un guide de bonnes pratiques pour la performance énergétique des transmissions et automatismes pneumatiques.

Les réseaux basés sur Ethernet envahissent aussi les îlots

« Pour nous, les évolutions ne portent pas tant sur les îlots eux-mêmes,à savoir la possibilité d'associer différentes tailles ou les aspects liés à la sécurité,par exemple,que sur la communication.Nos développements sont ainsi plus orientés sur les contrôleurs de mouvement et d'autres types », résume Yannick Girardeau, responsable commercial Marchés industriels chez Parker Hannifin France. Pour Vincent Meunier (Aventics France), « l'“intelligence” se rapproche de plus en plus des îlots, avec le déploiement de têtes de bus et la distribution dans chaque embase reconnue automatiquement par la tête de bus, d'où une simplification accrue de la mise en œuvre.Avec la disponibilité de diagnostics et de retours d'information, les utilisateurs sont capables de mettre en place plus souvent une maintenance préventive que curative.»

Effectivement, on ne peut pas parler d'îlots de distribution pneumatique, sans évoquer les bus de terrain. « Le développement des îlots est lié à l'apparition des bus de terrain CANopen, Profibus, etc. L'idée était, comme on l'a déjà dit, de gagner du temps et de l'argent lors du câblage des distributeurs. En amenant le bus de terrain à un poste où il y avait déjà tous les éléments regroupés, il n'y avait plus qu'à installer le terminal sur la machine et brancher l'alimentation », se souvient Frédéric Moulin (Festo France). C'est ainsi que tous les fabricants proposent pour leurs îlots de distribution pneumatique des connexions électriques filaires, multifilaires, ou Multipol, et des bus de terrain (CANopen et Profibus,mais aussi DeviceNet, Interbus, Modbus…).

« Si, depuis les années 1990, les bus de terrain sont présents dans l'industrie, ils se sont démocratisés à partir de 2000. Aujourd'hui, ce sont les réseaux basés sur Ethernet qui progressent : on trouve beaucoup de réseaux Profinet de Siemens en France, mais aussi EtherNet/IP, EtherCAT, Powerlink. Même si IO-Link ne s'est pas encore démocratisé, nous faisons le pari sur une explosion de ce standard de communication pour lequel il existe déjà des terminaux,des capteurs,des vannes proportionnelles, etc. compatibles », enchaîne Frédéric Moulin.Vincent Meunier (Aventics France) confirme, lui aussi, l'intérêt pour IO-Link. « Nous avons fait le choix du protocole EtherCAT parce qu'il s'agit d'un bus de terrain affichant une fiabilité très élevée, qui se développe (moteurs, servomoteurs, îlots, etc.) et qui est le plus souvent utilisé par nos clients », renchérit Yannick Girardeau (Parker Hannifin France).

« Les bus de terrain sont entrés dans les mœurs depuis cinq, dix ans, ils ouvrent de nombreuses voies et des solutions diverses et variées,grâce,entre autres, à la possibilité de configurer un îlot comme n'importe quel autre équipement connecté au réseau », ajoute Hubert Bechler (Bürkert France). Et d'être aussi en mesure de piloter une machine depuis chez soi ! Yannick Guenard (Asco Numatics) identifie encore un autre avantage avec un réseau de terrain: « Sur un seul nœud Profibus, par exemple, on peut disposer d'un très grand nombre d'entrées/sorties en mode distribué : 17 îlots avec chacun 16 modules d'entrées/sorties, soit jusqu'à 256 entrées et 544 sorties que l'utilisateur peut panacher comme bon lui semble.»

Un marché en croissance

Au vu des potentiels existants et à venir des réseaux basés sur Ethernet et plus généralement des différents atouts des îlots de distribution pneumatique, on peut sans trop de risques affirmer que le secteur connaîtra une croissance. « Un marché en croissance, c'est sûr, étant donné que l'industrie en général utilise de plus en plus des îlots de distribution pneumatique avec des options et des fonctions différentes et que l'on peut avoir des îlots avec deux, trois distributeurs », confirmeVincent Meunier (Aventics France). « Le marché des équipements pneumatiques est mature en France et en Europe, d'où une croissance douce, de l'ordre de 5 à 10 % quand même,par rapport à celle à deux chiffres que connaissent les Etats-Unis et l'Asie. Ces dernières années, nous constatons par ailleurs une forte concurrence asiatique ; nous nous adaptons en développant des terminaux plus économiques, en automatisant par exemple nos productions », renchérit Frédéric Moulin (Festo France).

Le contrôleur PAC (Parker Automation Controller ; ci-dessous) est l'exemple le plus récent de la convergence technologique qui apparaît progressivement. Il s'agit en fait de l'intégration des fonctions pneumatiques et électromécaniques,voire hydrauliques dans la même machine.

En termes de secteurs, toutes les industries se sont mises à utiliser des îlots de distribution pneumatique: l'automobile, l'assemblage (machines-outils, intégrateurs, équipementiers), l'agroalimentaire (laiterie, brasserie…),le conditionnement et l'emballage, l'électronique, etc. Hubert Bechler (Bürkert France) est toutefois un peu plus nuancé: « Dans la pharmaceutique et l'agroalimentaire, il s'agit plutôt d'un marché stable, alors qu'il est croissant en chimie, en traitement de l'eau, dans les cosmétiques.» S'il n'est pas évident de trouver des chiffres précis sur le segment de marché de la distribution pneumatique, la société d'études britannique Technavio avançait, en novembre 2014, un taux de croissance annuel pondéré (CAGR) de 4,46% entre 2013 et 2018 pour le marché mondial des équipements pneumatiques,sans préciser la taille dudit marché. En France, selon les résultats de l'étude menée par Artema, les fabricants dans le domaine des transmissions et des automatismes pneumatiques ont enregistré une légère baisse annuelle en 2013 (-1,1%), à 366 millions d'euros. Mais le syndicat prévoyait une progression de l'ordre de 3 % en 2014…

Vers une convergence des technologiques ?

Compte tenu de ces progressions, les dernières années ont donné lieu à une certaine effervescence.A commencer, il y a un an, par l'annonce du nouveau nom (Aventics) qui faisait suite à la vente de l'activité pneumatique du groupe allemand Bosch Rexroth au fonds d'investissement germano-scandinave Triton. En 2008, ce sont Asco et Numatics qui fusionnent leurs activités en Amérique du Nord pour former Asco Numatics, les deux sociétés appartenant déjà à l'entité Industrial Automation du groupe américain Emerson. « Le groupe Parker Hannifin a procédé de son côté à de nombreuses acquisitions dans le domaine de la pneumatique,comme celles de Climax en septembre 2000 et de la division Electropneumatique deTelemecanique huit ans plus tôt [pour un montant de près de 40 millions de dollars, NDLR] » , rappelle Yannick Girardeau (Parker Hannifin France). Le fabricant français Climax faisait partie, avec l'américain Watts FluidAir et le britannique Maxam Pneumatics, de l'activité pneumatique d'Invensys rachetée par le groupe américain pour un montant de 38M$.

Enfin, aux dires de certains fabricants interrogés, le domaine de la pneumatique devrait connaître une tendance de fond qui aura forcément des conséquences sur le segment de marché de la distribution pneumatique, une tendance qui a d'ores et déjà débuté. « Nous constatons une convergence technologique : les machines évoluent et intègrent de plus en plus des fonctions pneumatiques et électromécaniques,voire hydrauliques.Le client,lui,préfère en effet n'avoir qu'un seul interlocuteur et simplifier la gestion de ses équipements. Pour nous, c'est un facteur différenciateur vis-à-vis de nos concurrents, car les acteurs capables de proposer les trois technologies sont rares », affirme Yannick Girardeau (Parker Hannifin France). Le contrôleur PAC ( Parker Automation Controller ) de la société en est d'ailleurs l'exemple le plus récent. Par ailleurs, « tout le monde parle de l'Industrie 4.0 et nous sommes conscients que dans un futur plus ou moins proche il faudra repenser l'interaction entre les utilisateurs et ce type d'équipements, et réfléchir sur la mise en place de cette approche ! », conclut Patrick Garrigues (Asco Numatics).