Actionneurs hydrauliques rotatifs - vérins rotatifs et moteurs hydrauliques

22 septembre 2026 par

EBS Industries, Ahmed Ennouri

Vérins rotatifs, moteurs hydrauliques, équations et solutions Parker Hannifin

L’actionneur rotatif (ou moteur hydraulique) a la même fonction que l’actionneur linéaire : il transforme l’énergie hydraulique en énergie mécanique et dépend de la pression du circuit et du débit qui y circule. Il transforme cette énergie en couple (force de rotation) ou en travail, exprimé en N·m (ou plus fréquemment en daN·m).

Entraînements pivotants

L’actionneur pivotant doit développer un couple pour exécuter le travail exigé par la machine. Rappel : le couple est le produit de la force développée par la longueur du levier (Couple = N × m = N·m).

Pour bien sélectionner un entraînement pivotant, on se pose quelques questions :

Quel sera le couple (en daN·m) exigé par le montage ?
Quelle sera la vitesse d’exécution du pivot ?
De combien de degrés de pivot aura-t-on besoin ?
Quel est l’espace disponible sur la machine ?

Entraînements en rotation complète — les moteurs hydrauliques

Les entraînements en rotation complète, communément appelés « moteurs hydrauliques », sont des actionneurs rotatifs. Ils transforment l’énergie hydraulique en énergie mécanique par un mouvement de rotation continu.

Leur apparence et leur principe ressemblent beaucoup aux pompes volumétriques. Mais leur rôle est inverse : une pompe fournit un débit et une puissance au circuit, tandis que le moteur fait partie du circuit et est entraîné en rotation par le débit de la pompe — il transforme l’énergie hydraulique en énergie mécanique.

Caractéristiques de fonctionnement

Il existe plusieurs types de moteurs, différant par leurs dimensions et par la nature de leurs pièces mobiles internes. Tous remplissent le même rôle : transmettre un mouvement de rotation à une charge. Les caractéristiques qui régissent leur fonctionnement sont donc les mêmes.

Couple (T)

Le couple est la capacité d’une force à engendrer un mouvement de rotation. Il n’est pas nécessaire qu’il y ait un mouvement de rotation pour qu’un couple existe. Toutefois, si le couple est suffisamment élevé pour vaincre la friction et la résistance de la charge à entraîner, un mouvement de rotation est alors engendré.

Les unités utilisées pour exprimer le couple sont, dans le système métrique, les newtons-mètres (N·m) ; dans le système anglais, on parle de livres-pouces (lb·po).

Le couple fourni par un moteur hydraulique dépend de deux facteurs importants : la cylindrée (C) du moteur et la chute de pression (Δp) entre les deux orifices du moteur.

La cylindrée d’un moteur est le volume (ou la quantité) de fluide qu’il faut fournir au moteur pour que son arbre d’accouplement effectue une révolution complète (360°). Le fluide fourni entraîne le déplacement des pièces mobiles internes, et donc de l’arbre d’accouplement. Elle s’exprime en centimètres cubes par révolution (cm³/r) ou en pouces cubes par révolution (po³/r). Plus la cylindrée est élevée, plus les dimensions du moteur sont grandes.

Le second facteur qui influence directement le couple est la chute (ou différence) de pression (Δp) que le fluide subit en passant de l’orifice d’admission à l’orifice de refoulement du moteur.

Le couple théorique d’un moteur hydraulique est donné par l’équation mathématique suivante :

Vitesse de rotation

La vitesse de révolution dépend de la quantité d’huile fournie et de la cylindrée :

n = QV × 1000 / C

QV = débit en litres par minute (L/min)
n = vitesse de révolution en tours par minute (r/min)
C = cylindrée en centimètres cubes par révolution (cm³/r)

La vitesse est directement proportionnelle au débit et inversement proportionnelle à la cylindrée.

Puissance

Phyd = QV × Δp / 60000

QV = débit (L/min)
Δp = chute de pression (kPa)
Phyd = puissance hydraulique (kW)

Pméc = T × n / 9550

n = vitesse (r/min)
T = couple (N·m)
Pméc = puissance mécanique (kW)

Rendements

Rendement volumétrique ηv : les pertes viennent des fuites d’huile internes entre les pièces mobiles. Certains moteurs fuient plus que d’autres, d’où un rendement volumétrique plus faible.

Rendement mécanique ηméc : le couple réel est toujours inférieur au couple théorique, à cause des frottements internes. Un rendement de 90 % signifie que 90 % du couple théorique est disponible à l’arbre.

Rendement total ηtot : il tient compte des deux :

ηtot = ηv × ηméc = (Pméc / Phyd) × 100

Principaux types de moteurs hydrauliques

Le principe est le même pour tous : une différence de pression entre l’admission et le refoulement s’applique sur les pièces mobiles internes, reliées à l’arbre, et les entraîne en rotation. On distingue les moteurs à engrenages, à palettes et à pistons.

Moteurs à engrenages

Réplique des pompes volumétriques à engrenage. De constitution simple, ils sont les moins coûteux, mais offrent un rendement volumétrique (ηv) peu élevé.

À denture externe

Le fluide sous pression fait tourner les deux roues dentées en sens opposé. Une roue est reliée à l’arbre et fournit le couple de sortie. L’huile emprisonnée dans les alvéoles n’a pas d’effet sur le couple (pression identique) ; c’est en s’éloignant de la paroi du carter que les dents sont soumises à la différence de pression.

À denture interne (croissant et gérotor)

Deux types principaux : à croissant et à gérotor. Le fluide sous pression oblige les deux roues à tourner dans le même sens, avant d’être évacué à basse pression par le refoulement.

Il existe aussi un moteur à denture interne dit orbital, conçu selon le principe du gérotor : la roue à denture interne est fixe (stator), tandis que la roue à denture externe tourne selon un mouvement orbital à l’intérieur du stator.

Le mouvement orbital est transformé en rotation transmise à l’arbre par un arbre intermédiaire à cardans.

Moteurs à palettes

Fonctionnement inverse de la pompe à palettes : le débit pénètre par l’admission, oblige le rotor et les palettes à tourner, et s’évacue par l’échappement, entraînant l’arbre de sortie. À l’arrêt, des ressorts assurent le contact des palettes et permettent le démarrage.

Ces moteurs sont à cylindrée constante : couple constant pour une pression donnée, vitesse approximativement proportionnelle au débit. Ils doivent être protégés par une soupape de sûreté (jusqu’à 175 bar pour certains modèles).

Nomenclature du moteur à palettes

N°	Pièce
1	Vis
2	Couvercle
3	Glace de distribution
4	Rondelle à ressort
5	Palette
6	Anneau
7	Goupille
8	Rotor
9	Clavette
10	Arbre
11	Circlips
12	Joint de l’arbre
13	Roulement extérieur
14	Roulement intérieur
15	Joint de glace
16	Joint statique
17	Corps

Deux palettes consécutives d’une alvéole ne présentent pas la même surface de poussée (elles suivent le contour de l’anneau) : la pression exerce une force plus grande sur la palette la plus éloignée de l’axe. La résultante des forces opposées donne naissance au couple.

Le débit sous pression régnant entre les palettes 1 et 2 exerce une force plus grande sur la palette 2 que sur la palette 1. La résultante des deux forces opposées donne naissance au couple, et le moteur est entraîné en rotation. Lorsque deux palettes consécutives ont quitté les chambres d’admission, l’huile de l’alvéole reste enfermée jusqu’à ce qu’une palette atteigne un orifice de sortie B ou B1, où l’espace entre l’anneau et le rotor diminue et chasse l’huile par l’échappement.

Le fonctionnement de tous les moteurs hydrauliques dépend de l’étanchéité entre l’admission et l’échappement. Une fuite interne réduit la vitesse, donc le rendement : on nomme cette perte le « glissement ». Dans les moteurs à palettes, deux zones d’étanchéité sont critiques : la zone radiale (contact palettes/anneau) et la zone latérale (contact plaque de poussée / ensemble anneau-rotor-palettes).

En dirigeant le liquide sous pression dans l’un ou l’autre orifice (corps ou couvercle), on change le sens de rotation du moteur. Deux clapets anti-retour à bille, incorporés à la plaque de poussée, maintiennent toujours celle-ci plaquée contre l’anneau et le rotor quel que soit le sens, garantissant l’étanchéité latérale.

Moteurs à pistons axiaux à axe droit

À cylindrée fixe

Construction semblable à la pompe à pistons axiaux à axe droit, mais fonctionnement inversé. La puissance est approximativement proportionnelle à la vitesse (à pression constante), et la vitesse de l’arbre est proportionnelle au débit d’entrée (rapport jusqu’à 12 à 1 à couple constant). Le fonctionnement peut être continu ou intermittent, dans les deux sens (par inversion du débit).

Le couple est directement proportionnel à la cylindrée et à la différence de pression admission/refoulement. La cylindrée étant fixe, on ne fait varier le couple qu’en modifiant la pression différentielle. La pression agit sur les pistons côté admission et crée une force selon l’axe du piston ; cette force, inclinée par rapport au plateau, se décompose : la composante parallèle au plateau, perpendiculaire à l’axe et à distance de celui-ci, crée le couple qui entraîne le bloc-cylindres, les pistons et l’arbre.

À cylindrée variable

Ces moteurs fournissent un couple qui varie avec la position de l’étrier (donc de la cylindrée). La puissance disponible à l’arbre est approximativement proportionnelle à la vitesse pour une pression différentielle constante. Ils fonctionnent en continu ou intermittent, changent de sens par inversion de débit et peuvent être bloqués sous charge.

La force génératrice du couple dépend de l’angle du plateau : elle diminue lorsque l’angle décroît. Une cylindrée plus petite exige une vitesse plus grande pour absorber le même débit : la vitesse est inversement proportionnelle au couple, d’où un risque de survitesse si un système ne réduit pas le débit d’entrée. Une butée limite l’angle minimum, ou un compensateur limite le débit.

Le compensateur assure le positionnement automatique du plateau. Toute augmentation de la charge élève la pression admise ; cette pression agit dans le passage « A » et, lorsqu’elle dépasse la force du ressort taré, soulève le piston compensateur qui déplace l’étrier vers un angle plus grand. La cylindrée augmente, la vitesse diminue et le couple augmente pour faire face à la charge. Le tarage du ressort fixe le seuil d’action et évite le blocage du moteur.

Moteurs à pistons axiaux à axe brisé

À cylindrée fixe

Construction identique aux pompes à pistons à axe brisé à cylindrée constante (avec de légères modifications des surfaces de la glace de distribution et du bloc-cylindres). Puissance variable, couple constant à pression différentielle constante. L’huile sous pression, dirigée par la glace dans les alésages du bloc-cylindres, repousse les pistons ; l’axe du bloc étant décalé angulairement par rapport à l’arbre, les pistons engendrent la rotation. Angle fixe de 23° ou 30° selon le modèle. Le sens de rotation dépend de l’orifice d’admission choisi.

À cylindrée variable

Construction identique aux pompes à pistons à axe brisé à cylindrée variable. Travail à haute pression, jusqu’à 210 voire 350 bar selon le modèle. L’huile pénètre par la bride d’entrée, traverse l’axe d’articulation, l’étrier et le bloc de distribution, puis les alésages du bloc-cylindres ; le décalage angulaire impose la rotation des pistons. Le changement de sens s’obtient uniquement par inversion de l’écoulement.

Le déplacement de l’étrier (par volant à main, commande hydromécanique ou compensateur de pression) règle le couple et la vitesse. Le couple varie en raison inverse de la vitesse, d’où une puissance en bout d’arbre approximativement constante lorsque pression et débit d’entrée sont constants. Le fonctionnement doit être sans choc : un freinage hydraulique approprié est appliqué au moteur.

Moteurs à pistons radiaux

La distribution s’effectue par un boisseau cylindrique comportant un orifice d’admission et un orifice de refoulement. L’huile fournie à un piston par l’entremise du boisseau cylindrique crée une pression ; le piston pousse, via sa bielle, sur la came excentrique de l’arbre et amorce sa rotation. En tournant, le boisseau alimente successivement les pistons et refoule simultanément l’huile des pistons opposés.

Offre technologique de Parker Hannifin

Parker Hannifin détient une position de leader sur le marché des actionneurs rotatifs et des moteurs hydrauliques. Quelques gammes spécifiques :

1. Division Parker Helac (séries L10, L20, PowerSight) : actionneurs rotatifs hélicoïdaux incontournables sur les engins de chantier (orientation de godets, bras de nacelles).