Analyse Vibratoire 2026
Fondamentaux du Signal Vibratoire

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Module 1 : Fondamentaux du Signal Vibratoire 25 min de lecture

Nature des Vibrations Mécaniques et Grandeurs Physiques

Une machine tournante vibre en permanence. Comprendre la nature physique de ces vibrations — leur origine, leurs grandeurs caractéristiques et leurs relations mathématiques — est le prérequis indispensable avant toute analyse spectrale ou diagnostic.

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Qu'est-ce qu'une vibration mécanique ?

Une vibration mécanique est un mouvement oscillatoire d'une masse autour d'une position d'équilibre. Ce mouvement se répète de façon plus ou moins périodique dans le temps. Toute machine comportant des pièces en rotation — moteur, pompe, ventilateur, réducteur — génère des vibrations, même en parfait état.

La maintenance prédictive par analyse vibratoire repose sur un principe simple : la signature vibratoire d'une machine change quand un défaut apparaît. Un balourd, un roulement dégradé, un désalignement — chacun de ces défauts ajoute ou modifie des composantes spécifiques dans le signal vibratoire. L'analyse permet de détecter ces changements bien avant qu'ils n'entraînent une panne.

Origines des vibrations dans les machines tournantes

Forces centrifuges

Tout déséquilibre de masse en rotation génère une force centrifuge tournante. C'est l'origine du balourd, la cause de vibration la plus fréquente en industrie.

Fréquence : égale à la vitesse de rotation (1x).

Chocs périodiques

Un défaut localisé (piqûre sur bague de roulement, dent cassée d'engrenage) génère un choc à chaque passage. Ce choc excite les fréquences propres de la structure.

Fréquences : caractéristiques du composant défectueux (BPFO, BPFI, GMF...).

Forces d'engrènement

Dans un réducteur, le passage des dents génère une force périodique. Même un engrenage sain vibre à sa fréquence d'engrènement (Gear Mesh Frequency).

Fréquence : rpm × nombre de dents / 60.

Vibration "normale" vs vibration "anormale"

Toutes les vibrations ne sont pas des défauts. Un moteur en parfait état vibre à sa vitesse de rotation et à ses harmoniques. Les roulements sains génèrent un bruit de fond haute fréquence. L'analyse vibratoire consiste à distinguer la signature normale d'une machine des composantes anormales qui signalent un défaut émergent. Pour cela, il faut connaître la signature de référence (baseline) et surveiller les écarts.

Ne pas confondre deux sujets qui portent le même nom. Cette formation traite des vibrations de la machine, mesurées pour diagnostiquer son état. L'exposition des salariés aux vibrations mécaniques — valeurs déclenchant l'action, valeurs limites, calcul de l'exposition quotidienne — est un tout autre sujet, réglementaire celui-là, traité par notre calculateur d'exposition aux vibrations.

"Une machine parfaite vibrant à zéro n'existe pas. L'objectif de l'analyste n'est pas de supprimer les vibrations, mais de surveiller leur évolution et d'interpréter les changements."

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Les trois grandeurs physiques : déplacement, vitesse, accélération

Une vibration peut être caractérisée par trois grandeurs physiques liées entre elles par dérivation temporelle. Le choix de la grandeur mesurée dépend de la plage de fréquences d'intérêt et du type de défaut recherché.

Déplacement (d)

Unité : micromètre (µm) ou mm crête-à-crête

Domaine : basses fréquences (1 - 200 Hz)

Applications : paliers lisses, grandes machines lentes (turbines, compresseurs alternatifs). Mesure directe par proximètre à courants de Foucault.

Norme : série ISO 20816, dont la partie 1 a repris la mesure sur l'arbre en absorbant ISO 7919-1.

Vitesse (v)

Unité : mm/s RMS

Domaine : fréquences moyennes (10 - 1000 Hz)

Applications : surveillance générale des machines tournantes courantes (pompes, moteurs, ventilateurs, réducteurs).

Norme : série ISO 20816, qui a remplacé ISO 10816.

Accélération (a)

Unité : m/s² ou g (1 g = 9,81 m/s²)

Domaine : hautes fréquences (100 Hz - 20 kHz)

Applications : détection des défauts de roulements, engrenages et cavitation. Mesure par accéléromètre piézoélectrique.

Technique : envelopping, kurtosis, analyse haute fréquence.

Relations mathématiques entre les trois grandeurs

Pour un signal sinusoïdal pur de pulsation ω = 2πf :

De... Vers... Opération Formule (amplitude)
Déplacement (d) Vitesse (v) Dérivation temporelle v = d × ω = d × 2πf
Vitesse (v) Accélération (a) Dérivation temporelle a = v × ω = v × 2πf
Accélération (a) Vitesse (v) Intégration v = a / (2πf)
Vitesse (v) Déplacement (d) Intégration d = v / (2πf)
Choix de la grandeur selon la fréquence

À haute fréquence, un déplacement infime génère une accélération énorme (a = d × (2πf)²). Inversement, à basse fréquence, un grand déplacement correspond à une accélération très faible. C'est pourquoi : les proximètres surveillent les basses fréquences (arbres lents), les vélocimètres la plage intermédiaire, et les accéléromètres les hautes fréquences (roulements, engrenages). La plupart des appareils modernes mesurent l'accélération et intègrent numériquement pour obtenir la vitesse.

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Valeurs caractéristiques de l'amplitude : RMS, crête, facteur de crête

Pour quantifier l'amplitude d'un signal vibratoire, plusieurs valeurs sont utilisées. Chacune a sa signification et son domaine d'application. Les connaître est indispensable pour interpréter correctement une mesure ou comparer des seuils normatifs.

Valeur Définition Formule (sinus pur) Usage principal
Valeur crête (Peak) Amplitude maximale depuis zéro A Évaluation des contraintes mécaniques maximales et risque de choc
Crête-à-crête (Pk-Pk) Amplitude totale min → max 2A Mesure du déplacement sur paliers lisses (ISO 7919)
Valeur RMS (efficace) √(moyenne(x²(t))) A / √2 ≈ 0,707 × A Référence de la série ISO 20816 (ex-ISO 10816). Proportionnelle à l'énergie vibratoire.
Facteur de crête (CF) Ratio Crête / RMS CF = √2 ≈ 1,41 (sinus pur) Détection de chocs impulsionnels (roulements). CF > 3 : suspect.
Pourquoi le RMS est la valeur de référence ?

La valeur RMS est proportionnelle à l'énergie vibratoire de la machine. Doubler le RMS correspond à quadrupler la puissance dissipée en vibrations. C'est pourquoi toutes les normes de surveillance (ISO 10816, ISO 20816) expriment les seuils en mm/s RMS. La valeur RMS intègre l'ensemble du signal dans le temps, ce qui la rend peu sensible aux pics transitoires isolés mais représentative de l'état moyen de la machine.

Fréquence et période : les paramètres temporels

Période (T)

Durée d'un cycle complet d'oscillation.

Unité : seconde (s)

Exemple : moteur à 1500 tr/min → T = 60/1500 = 0,040 s = 40 ms par tour.

Fréquence (f)

Nombre de cycles par seconde. f = 1/T

Unité : Hertz (Hz)

Exemple : 1500 tr/min = 25 tours/s = 25 Hz (fréquence de rotation = 1x).

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Lire un signal temporel : premiers indices de diagnostic

Avant même de calculer une FFT, le signal temporel brut fournit de précieuses informations. Un analyste expérimenté peut identifier plusieurs catégories de problèmes en examinant simplement la forme du signal en fonction du temps.

Signal sinusoïdal régulier

Aspect : onde répétitive, amplitude constante d'un cycle à l'autre.

Interprétation : une seule fréquence dominante. Typique du balourd simple.

Facteur de crête : proche de 1,41 (sinus pur). Machine globalement saine.

Pics impulsionnels périodiques

Aspect : fond normal parsemé de pics très courts et intenses, espacés régulièrement.

Interprétation : chocs périodiques. Évocateur d'un défaut de roulement (piqûre sur bague).

Facteur de crête : élevé (> 3 à > 10). Alarme significative.

Signal modulé en amplitude

Aspect : l'enveloppe du signal oscille avec une fréquence plus basse (battement).

Interprétation : phénomène de modulation. Évocateur d'un défaut de roulement ou d'engrenage (bandes latérales au spectre).

Fréquence de modulation : liée au composant porteur du défaut.

Signal aléatoire (bruit large bande)

Aspect : aucune périodicité visible, amplitude erratique.

Interprétation : turbulence, cavitation, frottement ou défaut de lubrification. Énergie répartie sur tout le spectre.

Diagnostic : nécessite une analyse spectrale pour identifier la source.

"Le signal temporel, c'est l'électrocardiogramme de la machine. Avant de calculer quoi que ce soit, prenez 10 secondes pour regarder sa forme. Un roulement avec une piqûre vous saute littéralement aux yeux sous forme de pics réguliers."

Dans le prochain chapitre, nous verrons quels capteurs permettent de mesurer ces signaux vibratoires, comment les choisir selon l'application, et comment monter correctement un accéléromètre pour obtenir une mesure fiable et reproductible.

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Questions fréquentes

C'est un mouvement oscillatoire d'une masse autour d'une position d'équilibre. Sur une machine tournante, ce mouvement est entretenu par les forces internes : balourd résiduel, engrènement, passage des éléments roulants, turbulences. Une machine saine vibre donc en permanence — ce que l'on surveille, c'est l'écart par rapport à sa signature habituelle.

Le déplacement (µm) convient aux basses fréquences et aux mouvements d'arbre. La vitesse (mm/s) est la grandeur la plus équilibrée sur la bande des défauts mécaniques courants, ce qui explique qu'elle serve de référence normative. L'accélération (g ou m/s²) est la plus sensible aux hautes fréquences : chocs de roulement, engrènement.

Parce que la vitesse vibratoire est à peu près proportionnelle à l'énergie dissipée en vibration sur la bande 10-1 000 Hz, là où se situent la majorité des défauts mécaniques. Une même valeur en mm/s représente donc une sévérité comparable d'une fréquence à l'autre, ce qui n'est le cas ni du déplacement ni de l'accélération.

La valeur efficace intègre l'énergie du signal sur toute la durée de mesure : elle est stable et adaptée au suivi de tendance. La valeur crête retient le maximum instantané : elle est plus réactive aux chocs brefs, donc plus utile pour détecter un défaut de roulement naissant, mais aussi plus sensible au bruit de mesure.

Sources & références

Ressources liées

Seuils ISO 20816 (ex-ISO 10816) Les zones A à D, les groupes de puissance et le piège des « classes I à IV ».
BPFO, BPFI, BSF, FTF Calculer les fréquences de défaut d'un roulement à partir de sa géométrie.
Thermographie infrarouge La technique complémentaire sur les défauts électriques et les échauffements.
Analyse d'huile Usure et contamination des organes lubrifiés, là où la vibration ne voit rien.
Fondamentaux de la maintenance Où se place la surveillance vibratoire dans une stratégie conditionnelle.
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