1. Introduction et contexte technique

Dans la conception de centrales et circuits hydrauliques modernes — qu'ils soient destinés aux engins mobiles de chantier (pelles, grues, nacelles) ou aux équipements industriels lourds (presses, compacteurs, centrales de serrage) — le contrôle précis des pressions et de la sécurité des charges est une priorité critique. Deux composants fondamentaux répondent à ces exigences opérationnelles :

1. Les valves de freinage (Brake Valves) : elles sont essentiellement du même type que les soupapes de sécurité ou les soupapes de séquence, auxquelles on a apporté quelques modifications.
2. Les valves de décharge (Unloading Valves) : clés de voûte de l'efficacité énergétique dans les circuits à double pompe (Haute Pression / Basse Pression, ou Hi-Lo), elles permettent de basculer la pompe à grand débit (BP) vers le réservoir à pression nulle dès que la haute pression requise est atteinte.

Cet article présente une analyse technique approfondie de ces deux familles de valves, en s'appuyant sur les solutions développées par un leader mondial de la technologie oléohydraulique : Parker Hannifin.

💡️ Note d'ingénierie — efficacité énergétique & sécurité. L'optimisation énergétique des centrales d'énergie fluide repose sur le bon appariement entre la dynamique du récepteur (vérin/moteur) et le séquencement de l'alimentation en fluide. L'utilisation conjointe de valves de freinage et de valves de décharge à haut débit permet de réduire la consommation électrique ou carburant de plus de 40 % sur les cycles de presse et de levage.

2. Les valves de freinage (Brake Valves)

Comme leur nom l'indique, elles sont destinées à freiner une charge motrice (sur un vérin ou un moteur). Elles sont parfois appelées valves d'équilibrage.

Elles convertissent la totalité de l'énergie hydraulique qui les traverse en chaleur (comme tout frein !). La puissance calorifique dégagée vaut :

Pcalorifique dégagée= Δp · Qv

Une valve de séquence, dans sa phase d'ouverture, peut se comporter comme une valve de freinage. Les soupapes de freinage sont d'ailleurs essentiellement du même type que les soupapes de sécurité ou de séquence, moyennant quelques modifications.

Le montage suivant met en évidence la nécessité d'employer une soupape de freinage dans certaines applications.

Circuit sans soupape de freinage

Sans freinage, la charge motrice entraîne le vérin : la pression s'effondre côté alimentation (choc).

Circuit avec soupape de freinage

La soupape de freinage impose une contre-pression et maîtrise la descente de la charge.

Freinage d'un vérin dans les deux sens

Sélection d'une soupape de freinage

Lors de la sélection d'une soupape de freinage, il faut considérer la différence de pression qui existe entre la sortie et l'entrée d'un actionneur lorsqu'il est soumis à une charge négative. La quantité de fluide qui y circule détermine la taille des orifices et le composant.

Exemples de montage

Montage A : valves de freinage retenant la charge, commandées par une pression de pilotage (faible) provenant de l'alimentation de l'autre voie.

Montage B : idem, mais avec action de la pression générée par la charge.

Elles sont conçues comme des valves de séquence fonctionnant dans leur phase d'ouverture (voir courbe de réponse de ces appareils). Leur technologie à tiroir entraîne de légères fuites internes : elles ne peuvent donc pas être utilisées pour maintenir une charge en position.

3. Les valves de décharge en circuit double pompe (Haute & Basse Pression)

3.1 Principe du circuit Hi-Lo (Haute Pression / Basse Pression)

De nombreuses machines hydrauliques (presses à découper ou former, compacteurs de déchets, machines d'injection, systèmes de bridage d'usinage) fonctionnent selon un cycle à deux phases bien distinctes :

1. Phase de rapprochement rapide : nécessite un grand débit à faible pression pour déplacer rapidement l'actionneur (déplacement à vide).
2. Phase de travail / pressage : nécessite un petit débit sous une pression très élevée pour fournir la force maximale.

Pour éviter d'utiliser une pompe unique de très forte cylindrée sous haute pression — ce qui exigerait un moteur démesuré et générerait une chaleur considérable — les ingénieurs utilisent un circuit à double pompe (Hi-Lo).

La soupape de décharge sert à libérer le fluide vers le réservoir grâce à un pilote externe. Dans le cas classique, c'est le débit de la grosse pompe qui est déversé au réservoir. Le fonctionnement du tiroir principal est identique à celui de la soupape de séquence.

Voici quelques recommandations lors de l'utilisation d'une soupape de décharge :

• La soupape de sécurité doit être réglée à au moins 1 MPa de plus que la soupape de décharge.
• Pour éviter la contre-pression dans la canalisation de retour de la soupape, il faut installer un drain externe.
• Il faut s'assurer que la soupape de sécurité a un calibre suffisant pour supporter les deux débits simultanément.

Circuit Hi-Lo : pompe BP et pompe HP, soupape de sûreté tarée à P1 et soupape de décharge tarée à P2 (P2 < P1).

3.2 Rôle et cinématique de la valve de décharge (Unloading Valve)

Le circuit Hi-Lo combine deux pompes entraînées sur le même arbre :

• Pompe Basse Pression (BP) : gros débit (ex. 120 L/min), tarée à faible pression (ex. 30 à 50 bar).
• Pompe Haute Pression (HP) : petit débit (ex. 15 L/min), tarée à forte pression (ex. 250 à 350 bar).

La valve de décharge est installée en sortie de la pompe basse pression et pilotée par le signal de la ligne haute pression. Son fonctionnement se décompose ainsi :

Phase 1 — Approche rapide (Psystème < Pdécharge) : la valve de décharge reste fermée. Les débits BP et HP se cumulent (Qtotal ≈ 135 L/min) à travers un clapet anti-retour d'isolation. L'actionneur s'avance très rapidement.

Phase 2 — Transition et décharge (Psystème ≥ Pdécharge) : lorsque l'outil touche la pièce, la pression monte. Dès qu'elle atteint le seuil réglé (ex. 40 bar), le pilote externe applique la pression sur le piston de décharge et ouvre le clapet principal.

Phase 3 — Travail sous haute pression : la pompe BP refoule désormais directement vers le réservoir à pression quasi nulle. Sa puissance consommée devient négligeable. Le clapet anti-retour se ferme sous l'effet de la haute pression, isolant la ligne BP ; seule la pompe HP monte le système à 250 bar avec le débit strictement nécessaire.

⚡ Calcul comparatif d'efficacité énergétique — circuit Hi-Lo

Rappel. La puissance hydraulique vaut P (kW) = Q (L/min) × p (bar) / 600. En intégrant le rendement global du groupe motopompe (≈ 85 %), la puissance réellement absorbée s'estime par P ≈ Q × p / 510.

Sans valve de décharge — la grosse pompe refoule aussi contre la haute pression. Débit cumulé 135 L/min à 250 bar :
P ≈ (135 × 250) / 510 ≈ 66,1 kW

Avec valve de décharge — la grosse pompe (BP) est renvoyée au réservoir :
• Pompe HP : 15 L/min à 250 bar → (15 × 250) / 510 ≈ 7,35 kW
• Pompe BP : 120 L/min à 2 bar → (120 × 2) / 510 ≈ 0,47 kW
• Total absorbé ≈ 7,82 kW

Résultat : en phase de pressage, la puissance passe d'environ 66 kW à environ 8 kW — divisée par plus de 8, soit ≈ 88 % d'économie — et autant de chaleur en moins à évacuer.

3.3 Solutions Parker Hannifin (séries UR*E, US*E et HLSVH)

Parker propose des solutions dédiées, tant pour l'intégration en cartouche que pour les blocs manifolds prêts à l'emploi :

Séries UR*E et US*E (Slip-in Cartridge Unloading Valves) : valves de décharge à cartouche encastrable conformes à la norme DIN ISO 7368. Tailles NG16 à NG40, débits jusqu'à 4000 L/min, pression max 350 bar. La série US*E ajoute une commande d'électrovanne (vent function) pour la mise à vide forcée par signal automate.

Séries RU101, RU104 & cartouches M04A4J : cartouches à visser compactes dédiées au contrôle d'accumulateurs et de pompes secondaires. Excellente répétabilité et faible hystérésis.

Blocs intégrés Hi-Lo série HLSVH (ex. HLSVH101) : blocs monoblocs en aluminium ou fonte usinée intégrant sur le même corps l'entrée pompe HP, l'entrée pompe BP, la valve de décharge pilotée, le clapet anti-retour d'isolation HP/BP et le limiteur de pression principal.

4. Tableau des gammes Parker

Le tableau ci-dessous récapitule les caractéristiques clés des valves de décharge chez Parker Hannifin :

5. Recommandations pratiques de dimensionnement et d'intégration

Pour garantir un fonctionnement optimal et durable des valves de décharge, les règles de l'art suivantes doivent être appliquées dès la conception :

Différentiel de décharge (hystérésis) : la valve doit présenter un différentiel suffisant entre sa pression d'ouverture (mise à vide de la pompe BP) et sa pression de réengagement (reconnexion BP). Un différentiel trop faible entraîne un broutement rapide (chatter) qui détruit le siège de la valve.

Protection contre la surchauffe et filtration : les étranglements de pilotage et les orifices de décompression des cartouches logiques sont sensibles à la contamination. Une filtration minimale de 10 à 16 microns absolus (ISO 4406 18/16/13) est impérative.

6. Ressources constructeur

Accès direct à la documentation et aux portails produits de Parker Hannifin :

Sami Rekik