L’idée de base de tout système hydraulique est très simple: La force appliquée en un point est transmise à un autre point à l’aide d’un fluide incompressible. Le fluide est presque toujours une sorte d’huile. La force est presque toujours multipliée dans le processus. L’image ci-dessous montre le système hydraulique le plus simple possible:

Un système hydraulique simple composé de deux pistons et d’un tuyau rempli d’huile les reliant. Cliquez sur la flèche rouge pour voir l’animation.

Sur ce dessin, deux pistons (rouges) s’insèrent dans deux cylindres en verre remplis d’huile (bleu clair) et reliés l’un à l’autre par un tuyau rempli d’huile. Si vous appliquez une force vers le bas à un piston (celui de gauche sur ce dessin), la force est transmise au deuxième piston à travers l’huile dans le tuyau. L’huile étant incompressible, l’efficacité est très bonne — la quasi-totalité de la force appliquée apparaît au niveau du deuxième piston. La grande chose à propos des systèmes hydrauliques est que le tuyau reliant les deux cylindres peut avoir n’importe quelle longueur et forme, ce qui lui permet de serpenter à travers toutes sortes de choses séparant les deux pistons. Le tuyau peut également bifurquer, de sorte qu’un maître-cylindre peut entraîner plus d’un cylindre esclave si désiré.

Ce qui est intéressant avec les systèmes hydrauliques, c’est qu’il est très facile d’ajouter une multiplication (ou une division) de force au système. Si vous avez lu Comment fonctionne un Bloc et un Tacle ou Comment fonctionnent les engrenages, vous savez que la force d’échange contre la distance est très courante dans les systèmes mécaniques. Dans un système hydraulique, il suffit de changer la taille d’un piston et d’un cylindre par rapport à l’autre, comme indiqué ici:

Multiplication hydraulique. Le piston de droite a une surface neuf fois supérieure à celle du piston de gauche. Lorsque la force est appliquée au piston gauche, il déplace neuf unités pour chaque unité que le piston droit déplace, et la force est multipliée par neuf sur le piston droit. Cliquez sur la flèche rouge pour voir l’animation.

Pour déterminer le facteur de multiplication, commencez par regarder la taille des pistons. Supposons que le piston à gauche mesure 2 pouces de diamètre (rayon de 1 pouce), tandis que le piston à droite mesure 6 pouces de diamètre (rayon de 3 pouces). La surface des deux pistons est Pi * r2. L’aire du piston gauche est donc de 3,14, tandis que celle du piston droit est de 28,26. Le piston de droite est 9 fois plus grand que le piston de gauche. Cela signifie que toute force appliquée sur le piston gauche apparaîtra 9 fois plus grande sur le piston droit. Donc, si vous appliquez une force descendante de 100 livres au piston gauche, une force ascendante de 900 livres apparaîtra à droite. Le seul hic est que vous devrez appuyer sur le piston gauche de 9 pouces pour soulever le piston droit de 1 pouce.

Les freins de votre voiture sont un bon exemple d’un système hydraulique à piston de base. Lorsque vous appuyez sur la pédale de frein de votre voiture, elle appuie sur le piston du maître-cylindre du frein. Quatre pistons esclaves, un à chaque roue, actionnent pour appuyer les plaquettes de frein contre le rotor de frein pour arrêter la voiture. (En fait, dans presque toutes les voitures sur la route aujourd’hui, deux maîtres-cylindres entraînent chacun deux cylindres esclaves. De cette façon, si l’un des maîtres-cylindres a un problème ou provoque une fuite, vous pouvez toujours arrêter la voiture.)

Dans la plupart des autres systèmes hydrauliques, les vérins hydrauliques et les pistons sont reliés par des vannes à une pompe fournissant de l’huile à haute pression. Vous en apprendrez plus sur ces systèmes dans les sections suivantes.