Analyse Vibratoire 2026
Diagnostic des Roulements par Analyse Vibratoire

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Fréquences de Défaut de Roulement (BPFO, BPFI, BSF, FTF)

Les roulements sont les composants les plus surveillés en maintenance prédictive vibratoire. Chaque type de défaut — bague externe, bague interne, bille, cage — génère des impulsions à une fréquence précise et calculable à partir de la géométrie du roulement. Connaître ces fréquences est la clé du diagnostic précoce.

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Anatomie d'un roulement et paramètres géométriques

Un roulement à billes standard se compose de quatre éléments : la bague intérieure (inner race), la bague extérieure (outer race), les éléments roulants (billes ou rouleaux) et la cage (séparateur). En fonctionnement normal, ces quatre éléments roulent les uns sur les autres avec un contact théoriquement ponctuel (billes) ou linéaire (rouleaux), sans glissement.

Paramètres géométriques clés
  • Dm : Diamètre primitif (pitch circle diameter) — diamètre moyen du cercle passant par les centres des billes
  • d : Diamètre des éléments roulants (billes ou rouleaux)
  • Z : Nombre d'éléments roulants
  • α : Angle de contact entre l'élément roulant et les bagues (typiquement 0° pour les roulements radiaux, 15-25° pour les roulements obliques)
  • Fr : Fréquence de rotation de l'arbre (Hz)
Principe de génération des impulsions

Quand un élément roulant passe sur un défaut localisé (piqûre, écaillage, fissure) sur une bague ou une bille, il génère un choc mécanique bref.

Ce choc excite les fréquences propres du roulement et de sa structure environnante (fréquences de résonance), générant une impulsion haute fréquence amortie en quelques millisecondes.

La répétition périodique de ces chocs à la fréquence caractéristique du défaut est ce que l'analyse vibratoire détecte et identifie.

Où trouver les paramètres géométriques ?

Les paramètres d, Dm, Z et α sont fournis par le fabricant du roulement dans ses catalogues techniques ou bases de données en ligne. La plupart des logiciels d'analyse vibratoire du marché intègrent directement ces bases de données. Il suffit de saisir la référence du roulement pour obtenir les fréquences BPFO, BPFI, BSF et FTF automatiquement.

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Les 4 fréquences de défaut : BPFO, BPFI, BSF, FTF

Chacune des quatre fréquences correspond à un composant spécifique du roulement. Elles sont toutes calculées à partir des mêmes paramètres géométriques et de la fréquence de rotation Fr. La convention internationale utilise les acronymes anglais : Ball Pass Frequency Outer race, Ball Pass Frequency Inner race, Ball Spin Frequency et Fundamental Train Frequency.

BPFO — Bague Extérieure

Ball Pass Frequency Outer race

BPFO = (Z/2) × Fr × (1 − d/Dm × cosα)

Ce qu'elle mesure : fréquence à laquelle chaque bille passe sur un défaut localisé de la bague extérieure (fixe).

Ordre typique : 3 à 4 fois Fr. Le défaut le plus fréquent (bague ext. supporte la charge maximale).

BPFI — Bague Intérieure

Ball Pass Frequency Inner race

BPFI = (Z/2) × Fr × (1 + d/Dm × cosα)

Ce qu'elle mesure : fréquence de passage des billes sur un défaut de la bague intérieure (tournante avec l'arbre).

Ordre typique : 5 à 7 fois Fr. BPFI > BPFO pour le même roulement.

BSF — Bille / Élément Roulant

Ball Spin Frequency

BSF = (Dm/(2d)) × Fr × (1 − (d/Dm)2 × cos2α)

Ce qu'elle mesure : fréquence de rotation de la bille sur elle-même. Un défaut de bille génère 2 impacts par tour de bille (contact sur les 2 bagues).

Ordre typique : 2 à 3 fois Fr. En pratique : 2 × BSF dans le spectre.

FTF — Cage

Fundamental Train Frequency

FTF = (Fr/2) × (1 − d/Dm × cosα)

Ce qu'elle mesure : fréquence de rotation de la cage. Un défaut de cage génère des impulsions à FTF.

Ordre typique : 0,35 à 0,43 × Fr (sous-harmonique). Souvent confondue avec l'oil whirl.

Relation entre les fréquences

Note importante : FTF = BPFO / Z. La cage tourne Z fois moins vite que la fréquence de passage des billes sur la bague extérieure. De même : BPFO + BPFI = Z × Fr (pour un roulement à angle de contact nul). Ces relations permettent de vérifier la cohérence de vos calculs.

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Exemple de calcul complet sur un roulement 6210

Appliquons les formules sur un roulement à billes à une rangée de type 6210 — série 62, alésage 50 mm, diamètre extérieur 90 mm, d'où un diamètre primitif Dm de 70 mm —, monté sur un moteur tournant à 1 500 tr/min (Fr = 25 Hz). Le nombre de billes et leur diamètre ne sont pas normalisés : ils varient d'un fabricant à l'autre pour une même désignation. Les valeurs ci-dessous sont celles d'une exécution courante ; relevez toujours celles du catalogue du roulement réellement monté avant d'exploiter un calcul.

Paramètres du roulement 6210
Z : 10 billes
d : 14,3 mm
Dm : 70 mm
α : 0° (contact radial)

Ratio d/Dm = 14,3 / 70 = 0,204. cos(0°) = 1.

Fréquence Formule appliquée Résultat (Hz) En ordres (x Fr)
BPFO (10/2) × 25 × (1 − 0,204) 99,5 Hz 3,98x
BPFI (10/2) × 25 × (1 + 0,204) 150,5 Hz 6,02x
BSF (70/(2×14,3)) × 25 × (1 − 0,204²) 58,6 Hz 2,35x
FTF (25/2) × (1 − 0,204) 9,95 Hz 0,40x

Comment identifier ces fréquences dans le spectre ?

Raie spectrale directe

Une raie apparaît exactement à la fréquence calculée (ici 99,5 Hz pour la BPFO).

Stade : début de défaut, amplitude encore faible. Souvent accompagnée de bandes latérales espacées de Fr (modulation par la rotation).

Harmoniques de la fréquence

Raies à 2×BPFO, 3×BPFO... indiquant un défaut plus avancé.

Stade : défaut modéré à sévère. Plus le nombre d'harmoniques visibles est élevé, plus le défaut est avancé.

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Limites du calcul théorique et pièges courants

Piège Cause Solution
Fréquences légèrement différentes des calculs Glissement partiel des éléments roulants (surtout à faible charge). Les formules supposent un roulement pur sans glissement. Accepter un écart de ±5% autour de la fréquence théorique lors de la recherche dans le spectre
FTF confondue avec oil whirl La FTF (0,35-0,43x) est voisine de la plage de l'oil whirl (0,43-0,48x). La machine n'a pas de palier lisse mais une raie sub-harmonique apparaît. Vérifier le type de roulement : si roulement à billes, c'est FTF. Si palier lisse, c'est oil whirl.
Raies BPFI masquées BPFI est modulé en amplitude par Fr (la bague int. tourne). La raie BPFI peut être entourée de sidebands ±Fr qui la noient. Chercher la raie BPFI et ses bandes latérales espacées de Fr. Utiliser l'envelopping (module suivant).
Résolution insuffisante Si Δf > 1 Hz, la BPFO (99,5 Hz) et un harmonique de rotation (100 Hz = 4x) peuvent être confondus. Utiliser une résolution Δf ≤ 0,5 Hz pour séparer les raies de roulement proches des harmoniques de rotation.
Roulement sain invisible dans spectre vitesse Les défauts de roulement débutants ont une énergie très faible en basse fréquence. Le niveau global en mm/s ne les détecte pas. Utiliser la mesure en accélération et la technique d'envelopping (voir chapitre 4.2).

"Les fréquences calculées sont un guide de recherche, pas une certitude. Cherchez toujours dans une fenêtre de ±5% autour de la valeur théorique et vérifiez la cohérence avec les bandes latérales et les harmoniques."

Dans le prochain chapitre, nous allons voir comment la technique d'enveloppe (démodulation d'amplitude) permet de détecter les défauts de roulement bien avant qu'ils ne soient visibles dans le spectre direct, en isolant les impulsions haute fréquence générées par les chocs.

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Questions fréquentes

Ce sont les quatre fréquences caractéristiques d'un roulement. BPFO (Ball Pass Frequency Outer race) correspond à un défaut de bague extérieure, BPFI à un défaut de bague intérieure, BSF (Ball Spin Frequency) à un défaut d'élément roulant et FTF (Fundamental Train Frequency) à la rotation de la cage.

À partir de sa géométrie : nombre d'éléments roulants, diamètre des éléments, diamètre primitif et angle de contact, combinés à la fréquence de rotation. Les constructeurs publient ces paramètres dans leurs catalogues, et la plupart des logiciels d'analyse intègrent des bases de données de roulements.

Parce qu'elles dépendent d'un rapport géométrique qui n'est pas entier : les éléments roulants glissent légèrement en plus de rouler. C'est précisément cette non-synchronicité qui permet de distinguer un défaut de roulement d'un défaut d'arbre, dont toutes les composantes sont des multiples entiers de la rotation.

Pas à un stade utile. Le niveau global en vitesse efficace est mesuré sur 10 à 1 000 Hz, alors qu'un défaut de roulement naissant s'exprime bien plus haut en fréquence et avec une énergie faible. Quand il fait bouger le niveau global, le roulement est déjà en fin de vie. La détection précoce passe par la technique d'enveloppe.

Sources & références

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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.
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