Analyse Vibratoire 2026
Diagnostic des Roulements par Analyse Vibratoire

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Module 4 : Diagnostic des Roulements par Analyse Vibratoire 30 min de lecture

Technique d'Enveloppe (Démodulation) et Détection Précoce

L'envelopping est la technique la plus puissante pour détecter les défauts de roulement à un stade très précoce, bien avant qu'ils ne soient visibles dans le spectre FFT classique. Elle exploite les impulsions haute fréquence générées par les chocs sur les bagues et les billes pour les rendre "lisibles" à basse fréquence.

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Principe physique : du choc à l'impulsion haute fréquence

Quand un élément roulant frappe un défaut (piqûre, écaillage), il génère un choc mécanique très bref (< 1 ms). Ce choc excite les fréquences propres du roulement et de la structure (généralement entre 2 000 et 20 000 Hz). La vibration résultante est une impulsion haute fréquence amortie qui décroît rapidement avant le choc suivant.

Le problème : dans le spectre FFT classique, ces impulsions haute fréquence sont noyées dans le bruit de fond. Leur énergie, bien que significative à haute fréquence, est trop faible pour apparaître clairement. De plus, la modulation d'amplitude de ces impulsions par la rotation de l'arbre crée des bandes latérales complexes autour des raies de résonance, rendant le diagnostic direct très difficile.

L'envelopping résout ce problème en extrayant l'enveloppe temporelle des impulsions haute fréquence, c'est-à-dire la courbe qui suit les maxima successifs du signal. Cette enveloppe varie précisément à la fréquence des chocs (BPFO, BPFI...), ce qui la rend directement lisible dans un spectre FFT de l'enveloppe.

Analogie radio : la modulation d'amplitude (AM)

La démodulation d'enveloppe fonctionne exactement comme le démodulateur AM d'une radio. La fréquence porteuse (résonance du roulement, 5-20 kHz) transporte le signal modulant (la fréquence de choc BPFO, 100-500 Hz). Le démodulateur extrait le signal modulant de sa porteuse — ce qui donne directement le spectre des fréquences de choc. C'est pourquoi la technique est aussi appelée démodulation d'amplitude.

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Procédure d'envelopping : les 4 étapes du traitement

Le traitement d'envelopping est un enchaînement de quatre opérations numériques appliquées au signal d'accélération brut. La plupart des analyseurs de terrain du marché l'effectuent automatiquement en un seul bouton.

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Filtrage passe-bande haute fréquence (bande d'enveloppe)

On filtre le signal d'accélération brut pour ne conserver que la plage de fréquences contenant les résonances du roulement (typiquement 2-10 kHz, ou 5-20 kHz selon la machine). Cette étape élimine le bruit basse fréquence (balourd, engrenages) et isole les impulsions de choc. Le choix de cette bande est l'étape la plus critique.

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Rectification (valeur absolue)

On prend la valeur absolue du signal filtré : les parties négatives sont repliées vers le haut. Cette opération transforme le signal oscillant (positif et négatif) en un signal toujours positif, dont les pics correspondent aux impulsions de choc.

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Lissage (filtrage passe-bas) → extraction de l'enveloppe

Un filtre passe-bas lisse le signal rectifié et extrait son enveloppe : la courbe qui suit les maxima successifs des impulsions. Cette enveloppe varie lentement (aux fréquences BPFO, BPFI...) par rapport aux oscillations rapides du signal filtré.

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FFT de l'enveloppe → spectre d'enveloppe

On calcule la FFT du signal d'enveloppe. Les raies dans ce spectre correspondent directement aux fréquences de choc (BPFO, BPFI, BSF, FTF) et leurs harmoniques. Si une raie apparaît exactement à BPFO : défaut de bague extérieure confirmé, même si rien n'était visible dans le spectre d'accélération direct.

"Un spectre d'enveloppe propre, c'est juste du bruit de fond plat. Quand une raie apparaît à BPFO ou BPFI, même petite, c'est un défaut. Il n'y a pas de "BPFO normal" : les raies de roulement dans l'enveloppe sont toujours anormales."

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Choix de la bande d'enveloppe et paramètres d'acquisition

Le choix de la bande de filtrage (bande d'enveloppe) est l'étape la plus déterminante de l'envelopping. Une bande mal choisie peut rater des défauts ou introduire de faux positifs. La bande idéale doit encadrer une zone de résonance du roulement, sans inclure les composantes basse fréquence (rotation, engrènement) qui parasiteraient le résultat.

Machine Vitesse Bande d'enveloppe recommandée Raison
Machines lentes (paliers papeterie, mines) < 300 tr/min 500 Hz – 2 000 Hz Résonances à basse fréquence, éviter le bruit de fond très basse fréq.
Machines industrielles courantes 300 – 3 000 tr/min 2 000 Hz – 10 000 Hz Bande standard. Couvre la résonance de la plupart des roulements industriels.
Machines rapides (broche, turbine) > 3 000 tr/min 5 000 Hz – 20 000 Hz Les résonances sont poussées en haute fréquence. Capteur HF nécessaire.

Indicateurs scalaires complémentaires à l'envelopping

Kurtosis (K)

Mesure le caractère "impulsif" du signal. Kurtosis = 1,5 pour un sinus pur, 3 pour un bruit gaussien.

Seuils : K < 3 : normal | K = 3-5 : attention | K > 5 : défaut de roulement

Limite : il diminue quand le défaut devient très avancé, le signal impulsif redevenant continu.

Indicateurs d'énergie d'ondes de contrainte

Indicateurs propriétaires (SEE, SPM, HFD… selon le constructeur de l'analyseur) : ils mesurent l'énergie des ondes de contrainte dans une bande très haute fréquence, de l'ordre de quelques centaines de kilohertz. Ni la bande exacte, ni l'échelle, ni les seuils ne sont normalisés.

Avantage : très sensible aux débuts de défaut, même sur roulements très lents.

Limite : ils nécessitent un équipement spécifique, des seuils propres à chaque machine, et ne se comparent pas d'un outil à l'autre.

RMS haute fréquence

Valeur RMS de l'accélération dans la bande haute fréquence (2-20 kHz). Simple et efficace.

Utilité : suivi de tendance facile. Une élévation progressive indique une dégradation du roulement même sans analyse spectrale.

Usage : surveillance continue sur les machines critiques.

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Lire un spectre d'enveloppe et établir le diagnostic

Le spectre d'enveloppe se lit comme un spectre FFT classique, mais les fréquences interprétées sont uniquement les fréquences de défaut de roulement (BPFO, BPFI, BSF, FTF) et leurs harmoniques.

Ce que l'on voit dans l'enveloppe Diagnostic Niveau de sévérité
Spectre plat, bruit de fond homogène Roulement sain. Pas de défaut détectable à ce stade. Normal
Raie BPFO isolée, amplitude faible Début de défaut bague extérieure. Impulsions périodiques commencent. Léger — surveiller
BPFO + 2×BPFO + bandes latérales ±Fr Défaut bague extérieure modéré. Écaillage en cours. Stade 2. Modéré — planifier
Harmoniques BPFO nombreux (3x, 4x, 5x...) Défaut de bague extérieure avancé : il s'étend sur la bague. Sévère — intervenir
BPFI + harmoniques + bandes lat. ±Fr Défaut bague intérieure. Les sidebands ±Fr confirment : c'est bien la bague int. (tournante). Modéré à sévère
2×BSF présent (rarement BSF seul) Défaut d'élément roulant. Rare, souvent lié à une contamination ou à un impact au montage. Modéré
Forêt de raies, bruit de fond élevé Roulement en fin de vie. Défaut généralisé. Risque de casse imminente. Critique — arrêt urgent
Avantage clé : la détection la plus précoce

La démodulation d'enveloppe révèle un défaut de roulement bien avant qu'il ne devienne visible dans le spectre de vitesse, et souvent avant le spectre direct d'accélération. C'est, parmi les techniques vibratoires, celle qui offre le délai d'alerte le plus long — assez pour commander la pièce et planifier le remplacement au prochain arrêt programmé. La durée réelle de ce délai dépend de la charge, de la vitesse et de la lubrification : elle ne se prédit pas, elle se mesure sur la pente de la tendance.

Dans le dernier chapitre de ce module, nous verrons comment organiser la surveillance des roulements dans le temps : les 4 stades de dégradation, les indicateurs de tendance, et la matrice de décision pour choisir le bon moment d'intervention.

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Questions fréquentes

Une démodulation. Les chocs d'un roulement excitent des fréquences de résonance très élevées, mais c'est la périodicité de ces chocs qui porte l'information. On filtre donc la bande haute fréquence, on en extrait l'enveloppe — la courbe qui joint les maxima — puis on calcule la FFT de cette enveloppe : les raies BPFO ou BPFI apparaissent alors nettement.

Parce qu'elle isole l'énergie des chocs au lieu de la noyer. Dans un spectre classique, l'impulsion d'un défaut naissant est répartie sur toute la bande et reste très inférieure au 1×. Après filtrage et démodulation, cette même énergie se concentre en une raie identifiable.

Elle doit englober les fréquences de résonance excitées par les chocs, en général entre quelques kilohertz et quelques dizaines de kilohertz, et exclure les composantes basse fréquence de la machine. C'est le réglage le plus déterminant de la méthode : une bande mal choisie ne révèle rien.

Un bruit de fond plat, sans raie marquée. Toute raie apparaissant à BPFO, BPFI, BSF ou à leurs harmoniques est anormale, même de faible amplitude : contrairement au spectre classique, il n'existe pas de niveau « normal » pour ces fréquences dans une enveloppe.

Sources & références

Ressources liées

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