Le vérin pneumatique est un cylindre dans lequel coulisse un piston solidaire d'une tige. L'air comprimé admis d'un côté du piston pousse celui-ci, créant un mouvement linéaire. Selon la conception interne, on distingue deux grandes familles : simple effet et double effet.

Le vérin simple effet (SE) ne possède qu'un seul orifice d'admission. L'air comprimé pousse le piston dans un seul sens ; le retour est assuré par un ressort intégré (rappel pneumatique impossible). Il est compact, peu coûteux, économe en air (50 % de la consommation d'un DE équivalent), mais limité : course courte (généralement < 100 mm), force faible (le ressort absorbe une partie de la pression), sortie ou rentrée lente. Applications typiques : éjection de pièces, serrage léger, positionnement de gabarits.

Le vérin double effet (DE) possède deux orifices, un de chaque côté du piston. L'air comprimé peut pousser le piston dans les deux directions, fournissant ainsi une force motrice à l'aller comme au retour. C'est de loin le vérin le plus répandu en industrie. La force au retour est légèrement plus faible qu'à l'aller (la tige réduit la section côté tige) : un vérin Ø 32 mm avec tige Ø 12 mm perd ~14 % de force au retour.

Au-delà de 50 mm de course, l'amortissement de fin de course devient indispensable. Sans amortissement, le piston percute violemment le fond du cylindre à chaque cycle, ce qui détruit le vérin en quelques milliers de cycles et génère un bruit caractéristique de claquement. L'amortissement est pneumatique (un bouchon à vis crée un étranglement contrôlable) ou élastique (rondelles polymère) pour les courses courtes.

À côté des vérins « classiques » à tige, plusieurs variantes spécifiques répondent à des contraintes d'encombrement, de mouvement ou d'effort particulières.

Le vérin sans tige remplace la tige par un système d'accouplement magnétique (entre piston interne et chariot externe via le tube) ou mécanique (fente longitudinale étanchée par bande métallique). Le chariot externe se déplace en suivant le piston, et reçoit la charge utile directement sur des rails de guidage intégrés. Avantage majeur : encombrement = course (au lieu de 2× course pour un vérin classique). Applications : convoyeurs, portes coulissantes, manipulation de panneaux longs.

Le vérin rotatif à crémaillère convertit le mouvement linéaire d'un ou deux pistons en mouvement angulaire via un pignon-crémaillère. Les angles standards sont 90°, 180° et 360°, avec couples de quelques Nm à plusieurs centaines de Nm. Les vérins à palette rotative offrent une alternative plus compacte mais avec moins d'angle (rarement > 270°). Applications : indexage, retournement de pièces, ouverture/fermeture de vannes quart-de-tour.

Le vérin à soufflets (« airbag ») n'a ni piston ni tige : un soufflet en élastomère renforcé toile se gonfle pour pousser une plaque. Il offre des efforts très élevés (plusieurs tonnes) sur des courses courtes (50-200 mm), avec une grande tolérance au désalignement, sans frottement ni lubrification. Application phare : suspension pneumatique de camions et bus, presses de découpe, isolation vibratoire de machines de précision.

Le dimensionnement d'un vérin commence par le calcul de la force développée. Loi fondamentale : F = p × S, où p est la pression effective (Pa) et S la section utile du piston (m²). En unités pratiques : F (daN) = p (bar) × S (cm²).

Exemple : un vérin Ø 32 mm à 6 bar développe une section πr² = 8 cm², donc F = 6 × 8 ≈ 48 daN (480 N) à la sortie. Au retour, avec une tige Ø 12 mm, S' = 8 - 1,13 ≈ 6,87 cm², donc F' ≈ 41 daN. Toujours prévoir un coefficient de sécurité de 1,5 à 2 sur la charge réelle, pour absorber pertes de charge et frottements.

Deux normes ISO standardisent les dimensions des vérins :

L'interchangeabilité dimensionnelle de ces normes (encombrements externes, fixations, courses) permet de remplacer un vérin Festo par un SMC ou Parker sans modifier la machine. C'est un atout majeur pour la maintenance et la disponibilité des pièces.

La vitesse de tige se règle par étrangleur de débit. Règle absolue : réguler à l'échappement, jamais à l'admission. La régulation à l'échappement offre un mouvement régulier et permet au vérin de fournir sa pleine force motrice ; la régulation à l'admission rend la vitesse très sensible aux variations de charge et provoque des « à-coups » caractéristiques.

Un vérin sans capteur est un vérin aveugle : l'automate ne sait pas si la tige est sortie, rentrée ou bloquée. Les capteurs de fin de course sont donc indispensables à tout automatisme.

Les ILS (Interrupteurs à Lame Souple, ou reed switches) sont les plus répandus sur vérins pneumatiques. Ils détectent l'aimant permanent intégré au piston à travers la paroi en aluminium du cylindre. Ils se fixent dans une rainure longitudinale standardisée (vérins ISO 6432 et 15552 « magnétisés »), se déplacent et se serrent à la position souhaitée. Avantages : simples, fiables, bon marché (5 à 15 €), 2 fils ou 3 fils (NO/NF), tension 5 à 240 V DC/AC. Limite : durée de vie limitée en cyclage très rapide (rebond mécanique).

Les capteurs inductifs ne nécessitent pas d'aimant : ils détectent toute pièce métallique ferreuse à courte distance (1-5 mm typique). Plus robustes que les ILS, leur durée de vie est quasi illimitée (pas de contact mécanique, sortie statique NPN/PNP). Ils sont préférés en cyclage rapide ou en environnement vibratoire intense.

Les capteurs optiques (fourche, barrage, réflectif) servent à détecter le passage ou la position du chariot sur les vérins sans tige et linéaires. Enfin, les capteurs analogiques de position (potentiomètres, magnétostrictifs) offrent une mesure continue de la position de la tige — indispensable pour les vérins servopneumatiques à régulation de position (rare en pneumatique classique mais courant sur les axes pilotés).

Au-delà des vérins, l'air comprimé alimente une famille riche d'actionneurs rotatifs et de préhenseurs spéciaux. Les moteurs pneumatiques convertissent la pression en couple rotatif continu, avec deux technologies dominantes :

• Moteurs à palettes : un rotor excentré dans un stator, garni de palettes radiales mobiles qui s'écartent par force centrifuge et glissent sur la paroi. Très utilisés dans la visserie sans choc (visseuses pneumatiques, jusqu'à 10 000 tr/min), perceuses, ponceuses, démarreurs ATEX
• Moteurs à pistons (radiaux ou axiaux) : pistons alimentés successivement entraînent un vilebrequin. Couples plus élevés à basse vitesse, idéal pour treuils, mélangeurs, agitateurs en zones ATEX (gaz, poussières inflammables) où le moteur électrique est interdit
• Turbo-mètres : turbines à très haute vitesse, jusqu'à 400 000 tr/min en dentisterie (fraises dentaires) ou en chirurgie

Les pinces pneumatiques serrent les objets avec deux ou trois mâchoires actionnées par un piston interne. Configurations : parallèles (mâchoires se rapprochent en translation, prise précise), angulaires (mâchoires pivotent, prise rapide), 3 mors auto-centrants (objets cylindriques). Largement utilisées en robotique d'assemblage.

Les ventouses sous vide capturent des objets fragiles ou non-magnétiques par dépression. Le vide est généré soit par effet Venturi (un jet d'air comprimé crée la dépression dans une chambre, simple, sans pièce mobile, mais consomme de l'air), soit par pompe à vide (plus économe en énergie pour usage continu). Applications phares : manipulation de tôles, plaques de verre, cartons, picking en logistique e-commerce.

Un vérin n'est qu'une brique : sa séquence de mouvement est orchestrée par un automate programmable industriel (API) selon une logique de pilotage. Deux formalismes dominent en milieu industriel :

• GRAFCET (norme EN 60848) — diagramme fonctionnel en séquences successives. Très lisible pour décrire les phases de positionnement (« vérin A sort », « vérin B sort », « pince ferme », « vérin A rentre »…). Standard de l'enseignement et de la documentation des machines spéciales en France
• Ladder (LD, ou langage à contacts) — schémas de relais, lisible par les électrotechniciens, intégré nativement à tous les API (Schneider M340, Siemens S7, Allen-Bradley). C'est le langage de programmation effectif sur la majorité des automatismes pneumatiques industriels

Un cycle classique de manipulation « pick & place » combine 5 à 10 vérins et capteurs : descente, prise, remontée, translation, descente sur poste 2, dépose, remontée, retour. Chaque étape attend la confirmation du capteur de fin de course avant d'enclencher la suivante, gage de sécurité et de répétabilité.

Côté réglementation, l'article R4222-1 du Code du travail impose une qualité d'air sans huile ni goût pour les contacts alimentaires (interdisant le lubrificateur, voir chapitre 2.1). L'article R4324-1 impose la vérification périodique des équipements de travail, dont les machines pneumatiques. Tout vérin de force élevée (> quelques centaines de daN) doit être muni d'un dispositif de sécurité empêchant la chute par perte de pression : valve antichute, blocage mécanique ou contrepoids.