L'industrie des véhicules de chantier tout électriques est-elle plus que des prototypes et du battage médiatique ?
De nouvelles machines arrivant dans les parcs de location de l'industrie de la construction pourraient être un signe avant-coureur du type de véhicules tout-terrain que les entreprises de construction et de services publics utiliseront bientôt de plus en plus sur les chantiers. Pour rappel, les concessionnaires de matériel Sunbelt Rentals et United Rentals ont réalisé des investissements importants dans les véhicules électriques en achetant chacun des centaines de camions Ford F-150 Lightning. L'année dernière, Sunbelt a annoncé un partenariat stratégique avec Doosan Bobcat pour investir "dans une grande flotte de chargeuses compactes sur chenilles Bobcat T7X entièrement électriques et de pelles compactes électriques". L'automne dernier, à Bauma, Komatsu a fait la démonstration d'une chargeuse compacte sur pneus entièrement électrique, la première du genre.
Si tous les fabricants d'équipements d'origine (OEM) du secteur de la construction veulent y parvenir, ils devront transformer les prototypes que de nombreux fabricants expérimentent en machines prêtes pour la production, comme le Bobcat T7X. Cela implique de concevoir des machines et de transformer les processus et les capacités de fabrication en convertissant les moteurs diesel en batteries ou en piles à combustible. Le passage à des machines entièrement électriques, prêtes pour la production, exigera également des fabricants qu'ils convertissent les commandes hydrauliques en commandes de mouvement électriques, qu'ils transforment les machines et qu'ils forment leur personnel.
Grâce à l'actionnement et à l'alimentation entièrement électriques, les équipementiers de véhicules hors route, les sociétés de location de matériel et les opérateurs peuvent réduire les coûts de maintenance globaux et améliorer la sécurité et le développement durable (en réduisant la consommation de carburant, d'huile et les émissions). Dans le cadre de cet article, la durabilité est définie comme l'utilisation d'une ressource de manière à ne pas l'épuiser ou à ne pas l'endommager à jamais.
Qu'en est-il de la technologie tout électrique ?
Dans le cas d'un véhicule de chantier entièrement électrique, le groupe motopropulseur est alimenté par une batterie et un ensemble mécatronique (moteur électrique, batterie, électronique de puissance et vérins électriques) pour contrôler les besoins de la machine en matière de traction et d'actionnement. Les véhicules tout-terrain électriques sont également équipés d'un module de commande de véhicule électrique (EVCM) intégré, d'une unité de traitement informatique et d'un logiciel pour contrôler le mouvement, détecter et surveiller les tâches qu'ils accomplissent.
Cette mécatronique interconnectée aide la machine à manœuvrer, à contrôler les mouvements et à envoyer des signaux pour soulever, incliner, inverser et avancer en toute sécurité. Chaque axe de la machine peut être contrôlé indépendamment et avec précision. Cependant, ils sont reliés entre eux par des logiciels, des capteurs et des données télémétriques, ce qui permet au fabricant de développer facilement des fonctionnalités utiles pour ses clients par le biais de modifications logicielles peu invasives. Cela s'apparente à la manière dont Tesla et Apple introduisent de nouvelles fonctionnalités par le biais de mises à jour logicielles, au lieu d'échanger du matériel. Le système tout électrique décrit ci-dessus permet cette capacité dans les véhicules tout-terrain. Un tel cadre logiciel numérique rend un véhicule de construction prêt pour l'automatisation, ce qui permet aux équipementiers de construire des machines numériques et configurables par logiciel pour les utilisateurs.
Autrefois, les travailleurs transportaient une série de produits et d'outils autonomes pour effectuer leur travail. Pensez à un téléphone portable, à un appareil photo numérique, à un GPS et à un ordinateur qui vous reliait à l'internet. Lorsque ces produits ont été intégrés dans un seul et même produit, de nouvelles fonctionnalités ont été créées, une nouvelle valeur ajoutée a été créée et de nouvelles industries ont même vu le jour. Il en va de même pour la valeur de la connexion numérique de plusieurs sous-systèmes de machines. La connectivité crée une valeur entièrement nouvelle pour les machines de construction, tout en rendant la construction plus sûre, plus productive, plus autonome et plus durable.
Les avantages d'une machine tout électrique
Les avantages d'une machine tout électrique en termes d'entretien sont identiques à ceux offerts par l'industrie automobile. Les systèmes tout électriques ont moins de composants, de capteurs, de connexions, de filtres et de fluides à entretenir. La réduction du nombre de pièces se traduit par une diminution des points de défaillance et une utilisation accrue du véhicule. Le passage d'actionneurs hydrauliques à des actionneurs tout électriques signifie également que le constructeur de machines élimine les fuites qui peuvent se produire avec le fluide hydraulique. Les fluides ont un coût de possession et un impact sur l'environnement. La propulsion et la commande de mouvement entièrement électriques réduisent également (et dans certains cas éliminent) le bruit d'un véhicule tout-terrain, ce qui réduit la pollution sonore et améliore l'environnement de travail. En ce qui concerne la sécurité, l'élimination des grosses pompes hydrauliques sur ces machines permet aux opérateurs et aux travailleurs à côté d'une machine de se parler et de s'entendre facilement.
Les défis des véhicules tout-terrain électriques
L'un des déficits électriques couramment cités est que l'actionnement tout électrique n'est pas aussi puissant que les systèmes hydrauliques conventionnels. Le contraire a été prouvé avec les équipements de construction compacts. Les machines entièrement électriques sont aussi performantes, voire plus, que celles équipées de systèmes hydrauliques. Par exemple, lorsqu'un moteur diesel tourne au ralenti, son couple est réduit et le moteur doit monter en puissance pour répondre à la demande de la machine, quelle que soit la charge. En revanche, les moteurs électriques offrent à l'opérateur un couple instantané et maximal à vitesse nulle.
De même, l'industrie de la défense produit depuis des années des véhicules terrestres dotés de commandes électriques. Dans l'industrie spatiale, la technologie de commande électrique des mouvements gère la puissance et le mouvement des panneaux solaires sur les satellites et le pivotement (ou gimbaling) du moteur ou de la tuyère d'échappement d'une fusée. La technologie des batteries a évolué au cours des dernières années pour permettre le fonctionnement des chargeuses compactes, des excavatrices et des chargeuses-pelleteuses. Cela dit, d'autres avancées dans la technologie des batteries sont nécessaires pour électrifier des véhicules plus grands tels que les bulldozers et les niveleuses.
Un autre défi pour une flotte de véhicules de construction entièrement électriques est de recharger rapidement une batterie dans le même laps de temps que celui nécessaire pour faire le plein d'un véhicule de construction. C'est un problème important pour les automobiles qui parcourent de longues distances, mais les véhicules tout-terrain utilisés pour creuser, transporter et soulever des charges ne parcourent pas de longues distances. Grâce aux capacités de charge rapide disponibles aujourd'hui, un chef de chantier pourrait disposer d'une station de recharge transportable et recharger les véhicules sur le chantier tout au long de la journée de travail.
Réflexions finales
Dans dix ans, nous constaterons une transition remarquable entre les machines analogiques et les machines numériques intelligentes. Cette évolution permet le contrôle robotique des véhicules tout-terrain et une multitude de données au niveau de la machine. Avec des conceptions et des systèmes de fabrication adaptés, les équipementiers peuvent récolter ces données et obtenir des informations clés qui augmentent la productivité du chantier. Lorsqu'un équipementier associe ses machines connectées à des capteurs et des capacités avancés, ces informations dépassent les limites de la télématique de flotte traditionnelle. Au fur et à mesure que les machines et les systèmes deviennent plus intelligents, l'intelligence artificielle peut servir de catalyseur pour obtenir des informations encore plus poussées qui permettront à l'industrie des véhicules hors route d'adopter à grande échelle des machines numériques intelligentes.
La simulation de vol est un précurseur possible de l'évolution de l'industrie de la construction vers l'électrification. Pendant des décennies, les simulateurs hauts de deux étages dans lesquels les pilotes montaient pour obtenir leur certification FAA étaient alimentés par des moteurs hydrauliques. Seule la technologie hydraulique pouvait survivre aux exigences des systèmes de ces simulateurs massifs qui basculaient d'avant en arrière pour imiter les décollages, les atterrissages et d'autres manœuvres aériennes. Mais une fois que la technologie de commande de mouvement électrique a atteint la maturité nécessaire pour répondre aux exigences du système et du cycle de vie, les simulateurs entièrement électriques, plus propres, plus silencieux et moins coûteux à entretenir, à installer et à exploiter, ont dominé le marché des simulateurs. Aujourd'hui, le marché des simulateurs de vol est entièrement électrique.
-ScottScheffler est le directeur marketing de Moog Construction, qui fait partie de Moog Inc.