Applications Mécaniques et Lubrification
Module 5 / 5
5.1 Surveillance des Roulements et Graissage Predictif par Ultrasons
Les roulements sont les composants mecaniques les plus surveilles en maintenance conditionnelle. L’ultrasonore apporte deux avantages majeurs par rapport a l’analyse vibratoire classique : la detection tres precoce des defauts naissants et la gestion precise du graissage — l’une des causes les plus frequentes de defaillance prematuree.
Pourquoi l’ultrasonore pour la surveillance des roulements ?
Un roulement degrade produit des chocs haute frequence (100–400 kHz) bien avant que les vibrations basse frequence measurables par accelerometre atteignent un niveau d’alerte. C’est cette propriete qui rend l’ultrasonore particulierement efficace pour la detection precoce.
Detection ultra-precoce
Un element roulant passant sur une micro-piqure naissante (stade 1, quelques dizaines de microns) genere un choc impulsionnel dans la plage 100-400 kHz, capte par la sonde de contact.
A ce stade, le roulement est souvent indetectable en analyse vibratoire classique (basse frequence) et parfaitement silencieux a l’oreille nue. L’US detecte plusieurs semaines ou mois avant les autres techniques.
Adaptabilite aux machines lentes
L’analyse vibratoire classique perd en sensibilite sur les machines tournant a moins de 100 tr/min (convoyeurs, rouleaux, malaxeurs). L’ultrasonore, lui, reste efficace jusqu’a 1 tr/min.
Les grandes machines lentes des industries lourdes (cimenteries, papeteries, siderurgie) sont donc un domaine d’application privilegie de l’ultrasonore roulement.
Les quatre stades de degradation d’un roulement (norme ISO 15243)
| Stade | Etat physique | Signal US (dBµV) | Signal vibratoire | Temps avant casse |
|---|---|---|---|---|
| Stade 1 | Micro-piqures naissantes | Hausse < +8 dB | Normal | Semaines a mois |
| Stade 2 | Piqures developpees | +8 a +14 dB | Frequences caracteristiques visibles | Semaines |
| Stade 3 | Ecaillage, fissures | +14 a +20 dB | Niveau global eleve | Jours a semaines |
| Stade 4 | Degradation severe, bruit audible | > +20 dB | Tres eleve, visible a l’œil | Heures |
Seuils d’alerte standards pour les roulements
Les seuils les plus utilises sont : +8 dB au-dessus de la baseline = alerte (surveiller de pres, planifier l’intervention), +14 dB = alarme (planifier le remplacement avant le prochain arret programme), +20 dB = danger (remplacement urgent, risque de casse imminente). Ces seuils sont indicatifs et doivent etre adaptes selon le type de machine et l’historique.
Protocole de mesure des roulements
Positionnement de la sonde
Bonne pratique
- Le plus pres possible du chemin de roulement : directement sur le boitier de palier, perpendiculairement a la bague externe.
- Dans la zone de charge : cote ou s’exerce la charge radiale principale (generalement en bas pour les paliers horizontaux).
- Sur metal nu : enlever la peinture ou l’oxyde si necessaire (pastille de contact polie).
- Pression constante : appuyer fermement et perpendiculairement (5-10 N).
A eviter
- Mesurer a travers un couvercle de protection epais (attenuation du signal)
- Changer l’angle ou la pression d’une mesure a l’autre (non reproductible)
- Mesurer sur une surface peinte epaisse sans nettoyer (isolation acoustique)
- Comparer des mesures faites avec des sondes differentes sans recalibration
Marquer et reproduire les points de mesure
La reproductibilite est la cle de l’analyse de tendance. Marquer physiquement le point de mesure (pastille magnetique, point de peinture, adhesif), noter le gain utilise, et mesurer toujours dans les memes conditions de charge et de temperature. Un ecart de 2 cm sur un palier peut faire varier le signal de 5 a 8 dB — suffisant pour creer une fausse alerte ou masquer un defaut reel.
Graissage predictif guidé par ultrasonore
Le graissage est la premiere cause de defaillance prematuree des roulements : surgraissage (contamination, echauffement, labyrinthes enfonces) et sousgraissage (contact metal-metal, usure acceleree) sont aussi nefastes l’un que l’autre. L’ultrasonore permet de graisser exactement la bonne quantite au bon moment.
Protocole de graissage par ultrasonore (methode SDT LUBE-ADVISOR)
Mesure initiale
Relever le dBµV avant de commencer
Injecter par petites doses
1 coup de pompe, attendre 20 s
Observer le signal
Le dB doit baisser avec la graisse
Continuer si besoin
Repeter jusqu’au plateau
Stopper au plateau
Plus de baisse = roulement plein
Mesure finale
Documenter la quantite et le dB final
Interpretation des signaux pendant le graissage
- Le dB baisse progressivement : le lubrifiant remplit le chemin de roulement et reduit les frottements. Continuer jusqu’au plateau.
- Le dB atteint un plateau stable : le roulement est lubrifie correctement. Stopper immediatement. Injecter davantage = surgraissage.
- Le dB monte pendant l’injection : la pression de la graisse enfonce le labyrinthe ou la graisse est incompatible (contact metal-metal). Stopper et analyser.
- Le dB ne bouge pas : roulement deja correctement graisse (pas de besoin) ou defaut mecanique avance (la graisse ne peut pas corriger le defaut).
Le surgraissage : un risque sous-estime
Le surgraissage est responsable d’environ 30 a 40% des defaillances prematurees de roulements selon les etudes industrielles. La pression excessive de graisse deforme les joints, provoque un echauffement par effet de fouet de la graisse, et contamine le roulement. Un programme de graissage guide par ultrasonore elimine pratiquement le surgraissage et reduit la consommation de graisse de 30 a 50%.
Ultrasonore vs analyse vibratoire : complementarite pour les roulements
| Critere | Ultrasonore | Analyse vibratoire |
|---|---|---|
| Plage de frequences | 100–400 kHz (solidborne) | 1 Hz – 20 kHz |
| Detection precoce (stade 1) | Excellent | Limite |
| Machines lentes (< 100 tr/min) | Tres bon | Difficile |
| Identification du type de defaut | Limitee (BPFI/BPFO necessitent analyse) | Excellente (spectre FFT) |
| Diagnostic global machine | Partiel | Complet (balourd, desalignement, etc.) |
| Guidage du graissage | Natif | Impossible |
| Cout de l’appareil | 1 500 – 5 000 € | 3 000 – 15 000 € |
| Facilite de prise en main | Rapide (quelques jours) | Long (plusieurs mois) |
"L’ultrasonore est le premier detecteur de defaut de roulement et le seul outil de guidage du graissage. L’analyse vibratoire est le diagnostiqueur expert qui identifie precisement le type et la localisation du defaut. Les deux sont complementaires dans un programme de maintenance conditionnelle complet."
Dans le prochain chapitre, nous abordons les autres applications mecaniques de l’ultrasonore : la detection de cavitation, les fuites internes de vannes et le controle des equipements hydrauliques.