CHP 2 CND Complet [PDF]

Zitiervorschau

Chapitre 2

LE CONTRÔLE NON DESTRUCTIF (CND)

Plan du Chapitre 2

I. II. III. IV. V.

CND Frottements Modes de lubrification Viscosité Huiles, graisses et autres lubrifiants

Définition CND 3

Le (C.N.D.) développé vers les années 1960, est un ensemble de méthodes qui permet de caractériser l'état d'intégrité de structures industrielles (ex: ponts), sans les dégrader, soit au cours de la production (ex: les pièces des fonderies ne sont jamais exemptes de défaut), soit en cours d'utilisation. Il faut donc déterminer (à la casse, de façon empirique) quelle taille de défaut est acceptable et ensuite pouvoir les détecter, sans casser la pièce, et la remplacer si besoin. On parle aussi de : Essais Non Destructifs

Définition CND 4

Dans la pratique, les spécialistes en CND sont amenés à interpréter des résultats de contrôles par rapport à des critères établis en liaison avec le concepteur de la pièce. Dans cet esprit, on peut définir le CND comme: «l’ensemble des procédés d'examen de pièces qui permet de s'assurer de l'absence de défauts qui pourraient nuire à leur tenue en service».

Utilisation 5

l'industrie automobile (contrôle des blocs moteurs) ; l'industrie pétrolière (pipelines, tubes, soudures, réservoirs) ; l'industrie navale (contrôle des coques) ; l'aéronautique (poutres, ailes d'avion,…); l'aérospatiale et l'armée; l'industrie de l'énergie (réacteurs, chaudières, tuyauterie,...) ; le ferroviaire en fabrication et en maintenance (essieux, roues, bogies);

Et en règle générale dans tous les secteurs produisant : des pièces à coût de production élevé en quantité faible (nucléaire, pétrochimique...); des pièces dont la fiabilité de fonctionnement est critique (BTP, nucléaire, canalisation de gaz...).

Techniques et Normes 6

Il existe un grand nombre de techniques pouvant être utilisées pour réaliser du contrôle non destructif : (radiographie, ultrasons, ressuage, thermographie, bruit Barkhausen, courants de Foucault...). La norme EN 473, une norme AFNOR européenne (EN) et française (NF) ayant pour objet la qualification et l'agrément du personnel pour les contrôles non destructifs, en date d'avril 2006: • Constructions métallurgiques et Soudage • Fabrication et Maintenance ou Gros Equipements et Mécanique

Utilisation 7

Le CND d’un produit ou d’un objet peut toujours être effectué à trois stades différents de son cycle de vie * : En amont de toute fabrication (réception): les CND peuvent être utilisés pour analyser un ouvrage, une installation, un lot de pièces et ainsi vérifier ses spécifications de qualité en comparaison de celles définies dans le cahier des charges. Au cours de la fabrication : les CND jouent le rôle d’outil de contrôle d’un procédé souvent automatisé et impliquant un appareillage installé sur la ligne de production. Durant son utilisation : les CND s’effectuent lors de maintenance ou à la suite de détection d’anomalies de comportement du matériel. Au vue de l’importance des conséquences dues à une non-détection d’un défaut grave, il est primordial qu’il soit d’une très grande fiabilité. * La Confédération Française pour les Essais Non Destructifs (COFREND).

Classification 8

On peut classer les méthodes de contrôle non destructif en deux grandes familles : les techniques d’inspection de surface et celles de contrôle en profondeur, dans le volume du matériau. La détection des défauts de surface : Différentes techniques peuvent être utilisées pour détecter de nombreux types de défauts localisés soit en surface, soit dans une zone proche de la surface (piqûres, fissures, inclusions, piqûres de corrosion...) dont notamment l' examen visuel, le ressuage, la magnétoscopie et les courants de Foucault… La détection des défauts volumétriques : Certaines techniques de contrôle permettent de localiser et de dimensionner des défauts présents dans la masse des matériaux: criques internes (moulage) , porosités, inclusions (soudures)…. Il s’agit notamment du contrôle par ultrasons, de la radiographie, la thermographie…

Méthodes 9

Pour chaque procédé, on retrouve les 3 phases essentielles L'excitation est bien souvent caractérisée par un rayonnement de nature électromagnétique ou une vibration mécanique et un champ magnétique. La perturbation est définie la pièce et l'anomalie qu'elle contient. La révélation est assurée soit par l'œil, soit par des systèmes de capteurs traduisant sous forme de signaux électriques la réaction entre l'excitation et la perturbation.

L’inspection visuelle VT 10

C’est la méthode la plus simple et la plus commune. Elle consiste à observer la surface par des moyens globaux comme l’œil humain, des loupes, des miroirs, des endoscopes, des caméras vidéo, ... On peut même utiliser des robots pour inspecter des endroits dangereux ou difficiles d’accès tels les réseaux de canalisation et les réacteurs nucléaires. Le contrôle visuel permet la détection de tout défaut débouchant en surface : fissures, rayures, porosités…

Le ressuage PT 11

Cette méthode est utilisée pour révéler la présence de défauts débouchant en surface de pièces, qui ne peuvent pas être décelées par un examen visuel. Elle consiste : • à appliquer sur la surface de la pièce nettoyée un liquide coloré ou fluorescent, qui va s’infiltrer à l’intérieur des défauts. • Après élimination par lavage de l’excès de liquide, la surface est recouverte d’un révélateur qui aspire le liquide contenu dans les défauts et donne une tache colorée. • On observe la tache résultante sous un éclairage adapté

Le ressuage PT 12

*Cetim :centre technique des industrie mécaniques, Mesurexpo Octobre 2012 (p14/24)

Les courants de Foucault ET 13

Cette méthode s’applique à tous les matériaux conducteurs de l’électricité. Elle consiste à créer dans ces matériaux des courants induits par un champ magnétique variable. Ces courants induits, appelés courants de Foucault. La présence d’une anomalie dans la pièce contrôlée perturbe la circulation des courants de Foucault, entraînant une variation de l’impédance du capteur (Bobine) qui est fonction de la conductivité électrique, de perméabilité magnétique, distance capteur – pièce, discontinué .

Les courants de Foucault ET 14

Domaine d’application * Matériaux concernés : Tous les matériaux électriquement conducteur. Quelques difficultés de contrôle sur les matériaux ferromagnétiques (dues à leurs propriétés magnétique). Défauts détectables : Les défauts débouchant ou proches de la surface. La profondeur dépend du matériau concerné et de la fréquence utilisée. Limitations de la méthode :  Pas de contrôle sur matériaux non conducteurs  Limitations en profondeur de détection (pas de détection en interne)  Obligation d’échantillons de référence pour la plupart des applications. *Cetim :centre technique des industrie mécaniques, Mesurexpo Octobre 2012

La thermographie IR 15

Le contrôle par thermographie consiste à produire dans la structure à tester un échauffement local homogène et à mesurer les luminances, d’établir une cartographie (zones isothermes) et de suivre son évolution dans le temps après un certain temps de latence. Les défauts présents constituent des obstacles à la transmission de la chaleur dans le matériau et donnent naissance en surface à des anomalies thermiques pouvant être détectées par une caméra infrarouge. A partir des ces mesures on quantifie alors l’urgence d’intervention. Remarques: En maintenance, il ne s’agit pas de connaître avec la plus grande précision la température absolue d’un point, mais plutôt d’identifier les zones thermiques anormales et de quantifier l’urgence d’intervention.

La thermographie IR 16

Apports de la thermographie – – – –

Mesure sans contact (à distance) Température très élevée. Surface très petites. Interprétation rapide et facile.

• Conséquences: – Pas d ’arrêt du processus. – Sécurité.

La thermographie IR 17

Applications: Domaine électrique • connecteur. • équilibrage des phases • courants de fuite • défaut d’éléments capacité, fusible, circuit électroniques

• dérive d’un système batteries transformateur

La thermographie IR 18

Applications: Domaine mécanique • • • •

Défauts de désalignement. Défauts de soupapes, clapets Dispositifs soumis à vibrations (frictions) Ensemble des systèmes soumis à des efforts

Surchauffe d’un moteur

• Exemple de défaut sur un ensemble poulie-courroie

Température anormale d’un réducteur

La thermographie IR 19

Applications: Isolation thermique Outil de détection: • matériau réfractaire. • pertes d’énergie. • étude comparative (gain ) • infiltrations d’eau sur un bâtiment

La thermographie IR 20

Applications: Surveillance d’installations

Surveillance de niveau. Recherche de fuite: • canalisation. • systèmes hydrauliques. • Réservoir.

Détection de fuite sur une canalisation

Les ultrasons UT 21

Le contrôle par ultrasons utilise la propagation d'une onde dans les matériaux. Une vibration mécanique engendrée par un palpeur émetteur se propage dans la pièce en se réfléchissant sur les faces. Une partie du faisceau est interceptée par le défaut et renvoyée vers un palpeur récepteur qui convertit la vibration en signal électrique visible sur un oscilloscope. On observe sur l'écran un écho caractéristique apparaissant à une distance donnée sur la base de temps. La détection d'un défaut (position et taille) se fait par le calcul du temps mis par l'écho pour faire le trajet aller-retour, par comparaison avec le temps mis dans l'épaisseur de pièce exempte de défaut. Ce type de contrôle permet la détection précise de la position des défauts dans le volume de la pièce. Les US varient entre 16 000 et 10 000 000 Hertz, non perceptible par l'oreille.

Frottement et Usure (Introduction) 22

L’étude des problèmes de frottement-usure en mécanique fait appel au concept de système tribologique

Définition de la Tribologie : Discipline regroupant sciences et technologies s’intéressant aux interactions entre surfaces en contact, à leurs causes, à leurs effets et aux moyens de les amplifier ou de les réduire. La tribologie traite des problèmes de contact, de frottement, d’usure et de lubrification.

Frottement et Usure (Introduction) 23

l’usure correspond à la « perte progressive de matière de la surface active d’un corps, par suite du mouvement relatif d’un autre corps sur cette surface». Du point de vue du pratique (mécanicien), la notion d’usure est beaucoup moins restrictive car elle s’applique généralement à tout évènement conduisant à une perte de fonction des composants ou systèmes. La perte de fonction correspond aux dysfonctionnements qui peuvent résulter : - Evolutions dimensionnelles, géométriques des pièces; l’accroissement des jeux dû à une perte de cote (dégradation de la précision…) ou le colmatage des interfaces par l’accumulation de débris comme blocage, coincement...; - Phénomènes de dégradation des surfaces (rayures, sillons, cavités,...).

Frottement et Usure (Introduction) 24

Usures et dégradations Dans l’ensemble des secteurs industriels concernés par l’usure, plus de deux tiers des problèmes rencontrés relèvent de la mécanique (dans ce domaine, 30 % des avaries sont imputables à l’usure). Liée aux déplacements de deux corps l’un par rapport à l’autre, l’usure se rencontre plus particulièrement sur toutes les machines dont les fonctions utilisent les actions de contact : transmission des forces ou mouvements entre les différentes parties constitutives, guidages en rotation ou translation, assemblages, étanchéités.... « Usure des contacts mécaniques Problématique et définitions ». Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique. BM 5 065 − 1. Avril 2001

Frottement et Usure (Introduction) 25

Usures et dégradations Dans un contact mécanique frottant, les causes possibles de l’usure sont extrêmement variées. Les différents types de phénomènes intervenant, séparément ou simultanément, sont du: • effets du contact proprement dit : interactions mécaniques, chimiques, métallurgiques, entre les deux corps en présence. • effets de l’environnement (atmosphère, lubrifiant...) : actions physicochimiques dues à la composition du milieu, actions mécaniques induites par la nature, la propreté de ce milieu (caractère abrasif d’une ambiance polluée par exemple).

Classification de l’usure 26

Selon la quantité de matériau perdue, on distingue : • l'usure douce ou ultra-douce • l'usure sévère • l'usure catastrophique

OA : l'usure est rapide (rodage) AB : utilisation normale de la machine BC : la destruction des éléments de la machine

Usure adhésive 27

Lorsque deux corps en contact sont en glissement, des jonctions élémentaires sont formées au niveau des points de contact sous l’effet du déplacement. À un instant donné, la charge appliquée est supportée par l’ensemble des jonctions existantes. Une jonction adhésive est produite. Soit la jonction est peu résistante et les deux corps se séparent sans aucune modification, soit la jonction est relativement résistante et il y a la formation d'une fissure dans le corps le moins résistant.

Phénomènes élémentaires de l’usure adhésive : formation de transfert

Usure adhésive 28

Usure adhésive (Grippage)

Usure abrasive 29

L’usure abrasive correspond au cas où un corps dur déforme plastiquement, avec ou sans enlèvement de matière, un corps plus mou. • l'usure abrasive à deux corps: les sillons sont formés parallèlement à la direction de déplacement des aspérités (Partie saillante) abrasives. • l'usure abrasive à trois corps: les particules abrasives dures sont libres dans l'interface et déforment plastiquement les surfaces frottantes en créant des empreintes.

À trois corps

À deux corps

Usure par fatigue 30

Les contraintes mécaniques générées par le frottement peuvent entraîner la création et la propagation de fissures, selon des processus différents en fonction du type de matériau considéré: Dans le cas des matériaux ductiles (typiquement la plupart des matériaux métalliques), on parle d’usure par fatigue superficielle ou par délamination. On distingue les phases d’initiation et de propagation de fissures en sous-couche qui conduisent, à terme, à la formation d’écailles dans les zones de frottement. Cet endommagement apparaît en général pour des nombres de cycles de sollicitations élevés. Pour les matériaux à comportement fragile (typiquement les céramiques), et pour lesquels on parle d’usure par fracturation, les fissures se produisent dans les zones les plus contraintes en tenions. Elles ne sont pas associées à un phénomène de fatigue superficielle mais à un dépassement d’un seuil de rupture.

Usure par fatigue 31

Q : Effort normal , T : Effort tangentielle

Exemple de fissuration par fatigue

Amorce d’une fissure en sous couche dans un palier

Usure par fatigue 32

Usure par fatigue superficielle (délamination)

Usure par érosion 33

L’usure par érosion résulte de perte de matière par un fluide chargé de particules en contact avec la surface d’un matériau ; elle conduit à la création d’impacts et de rayures sur les surfaces. En pratique, ce type d’usure est observé sur les systèmes soumis à un flux de produits liquides ou pâteux chargés d’abrasif, et circulant à vitesse élevée : pièces de robinetterie, de pompes…

Érosion par un fluide chargé. Piston de pompe véhiculant un fluide à base d’alumine

Usure par cavitation 34

L’usure par cavitation est un phénomène d’usure associé à une fatigue superficielle du matériau sous l’effet des ondes de choc dues à l’implosion de bulles de vapeur (variation de pression et de vitesse très forte). Elle peut conduire à la formation d’écailles, de cavités dans des zones particulières de haute température ou de dépression.

Usure par corrosion 35

Ce processus d'usure est dominé par une réaction chimique (séche) ou électrochimique (humide) avec le milieu environnant. Cette réaction est créée par le frottement et conduit à la formation d'une couche superficielle qui protège contre l'usure adhésive.

Arbre d’hélice en inox . Corrosion en milieu marin.

Arbre en acier non inox pour un bateau naviguant en eau douce..

Corrosion chimiques des rivets

Usure par fretting 36

Le fretting désigne généralement une situation pour laquelle un mouvement oscillatoire de faible amplitude se produit entre deux surfaces au contact. L’usure par fretting se rencontre dans de nombreux systèmes mécaniques et assemblages en construction mécanique soumis à des vibrations: Aéronautiques, génie civil, et contacts électriques. On peut distinguer: •fretting wear: Lorsque les faibles débattements résultent de vibrations externes appliquées à des surfaces qui ne sont pas soumises à des déplacements imposés. •fretting corrosion (corrosion de contact): est un fretting en présence d’un milieu corrosif. La corrosion est une conséquence, et non une cause du dommage. Les débris de corrosion agissent alors comme abrasif. •fretting fatigue: on utilise ce terme lorsque des phénomènes de fatigue se produisent au niveau des contacts sous l'effet de sollicitations cycliques.

Usure par fretting 37

Les dommages identifiés sur les surfaces sont: les oxydes et le débris, les rayures, les transferts, la déformation plastique, la fissuration en sous-couche, la fissuration en surface…

Fretting-Wear

Fretting corrosion

Fretting fatigue

Analyse qualitative de l’usure 38

Analyse quantitative de l’usure 39

Perte de masse Consiste à faire fonctionner un mécanisme pendant un temps connu puis à le peser afin de déterminer sa perte de masse. La précision de la mesure peut être de l’ordre du dixième de milligramme pour des pièces d’une masse inférieure à 200 g. Inconvénients: • elle n’est pas valable pour de lourdes pièces • elle nécessite un nettoyage poussé et reproductible car on pèse en même temps les oxydes et les poussières se trouvant sur la pièce ou dans ses porosités • elle ne permet pas de quantifier l’usure qui ne correspond pas à une perte de masse

Analyse quantitative de l’usure 40

Perte de cote Cette méthode est employée dans le cas des usures entraînant un changement de géométrie qui peut être quantifié par une mesure dimensionnelle

Analyse quantitative de l’usure 41

Mesure d’empreintes de microdurté Vickers Cette technique extrêmement précise fait appel à un microindenteur Vickers (outil). Elle consiste à créer sur une pièce une empreinte de Micro dureté et à mesurer l’évolution de la diagonale D avec l’usure

Frottement et Usure (Introduction) 42

Usures et dégradations Étant de gros consommateurs d’énergie, de matières premières (matériaux – lubrifiants) et de main-d’œuvre (maintenance...), frottement et usure ont un impact économique considérable, par ex: D’après une étude CETIM* [1990], le coût de l’usure en France, est 25 milliards d’euros, soit près de 3 % du PIB. Les coûts de maintenance représentent, à eux seuls, près de 50 % du coût global. Aux USA, dans les années 80, les pertes par frottement dans le système piston-segments-chemise des moteurs à combustion interne sont estimés à 0,7 % de la consommation énergétique totale. *CETIM: le centre technique des industrie mécanique.

Le Frottement (Tribologie) 43

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Définition

Le frottement (ou friction) est une interaction qui s'oppose au mouvement relatif entre deux systèmes en contact

Le Frottement Types Il existe un certain nombre de types de frottement. Les principaux sont : 44

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a) Le frottement sec agit entre deux surfaces en contact non lubrifiées (statique ou dynamique). b) Un frottement fluide est une force de frottement qui s'exerce sur un objet qui se déplace dans un fluide ; elle dépend de la viscosité du fluide mais aussi de la vitesse relative de l'objet et du fluide.

Le Frottement 45

Considérons un bloc solide de poids W (W=mg) reposant sur une surface horizontale. La réaction N est normale à la surface. Si on applique une force horizontale P pour mettre le bloc en mouvement, il y a alors une réaction horizontale F, une force de frottement tangentielle due aux irrégularités de la surface. Le sens de cette force est toujours opposé au mouvement du corps.

Le Frottement 46

Si l’intensité de P augmente, l’intensité de la force de frottement F augmente aussi jusqu’à une valeur maximale Fm correspondant au début du glissement du bloc. Dès que le bloc est en mouvement l’intensité de F chute à une valeur inférieure Fc. Cette force de frottement est appelée force de frottement cinétique et demeure approximativement constante.

Karen, Priscilla LAWS, Edward REDISH et Patrick COONEY (2004). Understanding Physics. Hoboken, Wiley , 1224 p

Le Frottement 47

L’expérimentation a démontré que la valeur maximale de Fm est proportionnelle à la composante normale N de la réaction sur la surface. Fm = µs N µs =

coefficient de frottement statique (coefficient de frottement d’adhérence) Fc = µc N

µc = coefficient de frottement cinétique (dynamique)

coefficient de frottement de glissement.

Le coefficient de frottement n’est donc pas une propriété intrinsèque des matériaux, puisqu’il dépend de toutes les variables du système tribologique qui influent sur ces phénomènes.

Le Frottement 48

Origine des efforts résistants. Conséquences pratiques

Les forces tangentielles opposées au déplacement trouvent leur origine dans deux groupes de phénomènes qui agissent conjointement dans la plupart des situations :  les phénomènes mécaniques : déformation des surfaces à échelle microscopique (rugosités) ou macroscopique.  les phénomènes physico-chimiques : liaisons interfaciales et forces d’adhérence entre les deux corps en présence.

Le Frottement 49

cas particuliers de l’utilisation positive du frottement

Par exemple : Pour accroître les caractéristiques d’adhérence entre deux corps (mécanismes d’entraînement, assemblages...) ou pour absorber de l’énergie (freinage), on cherchera donc à augmenter le plus possible le coefficient de frottement. La maîtrise du coefficient de frottement est un critère déterminant pour la fiabilité et la sécurité de fonctionnement de certains composants tels que les assemblages. Ainsi le rôle de certains traitements de surfaces est principalement dévolu au contrôle des couples de serrage sur les éléments de visserie, de boulonnerie...

Le Frottement 50

Le coefficient de frottement dépend : • Du couple de matériaux en contact

• De la lubrification • De l’état de surface des matériaux • De la température

Moteur VCR-i monté dans une Peugeot 407 (pour montrer chemise piston…).

Le Frottement 51

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Exemples de coefficients de frottement

Valeurs indicatives de s et c Nature des matériaux en contact Acier sur acier Acier sur fonte Acier sur bronze Téflon sur acier Fonte sur bronze Nylon sur acier Bois sur bois Métaux sur bois Métal sur glace Pneu voiture sur route

Adhérence s = fs = tan s

Frottement c = fc = tan 

A sec

Lubrifié

A sec

Lubrifié

0,18 0,19 0,11 0,04

0,12 0,1 0,1

0,15 0,16 0,1 0,04 0,2 0,35 0,4 à 0,2 0,5 à 0,2 0,02 0,6

0,09 0,08 à 0,04 0,09

0,1 0,65 0,6 à 0,5 0,8

0,2 0,1

0,08 à 0,04 0,12 0,16 à 0,04 0,08 à 0,02 0,3 à 0,1 sur sol mouillé

Manifestation du frottement 52

Les manifestations du frottement sont : - l’usure - l’échauffement - le bruit

Effet de l’usure sur un pneu

La fonction lubrification 53

La fonction d'un lubrifiant est de favoriser le mouvement ou le glissement entre deux surfaces frottantes. D'une manière générale, les lubrifiants : REFROIDIR :(l’évacuation des calories). La circulation de l'huile évacue les calories, et élimine les risques de fusion et de détérioration. Un moteur, surtout aujourd'hui avec les technologies de pointes ou les difficultés de circulation, peut chauffer anormalement jusqu'a 400°. L'huile refroidit les parties essentielles du moteur que le liquide de refroidissement du radiateur ne peut pas atteindre, comme l'arbre à cames, les bielles et les pistons. L'huile assure ainsi jusqu'à 35 % de la fonction de refroidissement.

La fonction lubrification 54

ETANCHER : (la protection contre l’entrée d’impuretés) Contribuer à parfaire l’étanchéité du moteur : (L’huile protège constamment les pièces d’agressions comme les poussières aspirées par le moteur, l’eau et l’acide résultant de la combustion…). NETTOYER :(l’évacuation des impuretés). L’huile permet l’évacuation des impuretés grâce au filtre à huile et à la vidange pour maintenir la propreté des pièces moteur (automobile).

La fonction lubrification 55

LUBRIFIER :(la réduction des frottements et de l’usure) Diminuer les frottements et les résistances dans les machines, améliorer leur rendement et économiser l'énergie. (La viscosité d'une huile moteur devrait rester constante malgré des écarts de température. L’huile ne doit pas se liquéfier à la chaleur). Elles permettent aussi de : • Protéger les organes lubrifiés contre les diverses formes de corrosion et d'usure, donc contribuer à leur longévité ; • Transmettre de l'énergie ou de la chaleur ; • Assurer l'isolation électrique ; • Améliorer l'état de surface des pièces usinées ;

Les modes de lubrification 56

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Lubrification ponctuelle

La méthode consiste à mettre le lubrifiant avant le mouvement ou durant le mouvement. Cela peut se faire de manière manuelle, (ex: en déposant des gouttes d'huile avec une burette, en plaçant de la graisse avec les doigts si celle-ci n'est pas toxique, ou bien en appliquant le lubrifiant avec un pinceau. Exemple: une chaine de vélo, des gonds d'une porte... Cette lubrification peut aussi s‘effectuer par projection à l'aide d'un aérosol (bombe).

Les modes de lubrification 57

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Alimentation continu

Dans le cas d'un dispositif fermé, il est possible d'avoir un réservoir de lubrifiant (liquide). Une pompe assure la circulation du lubrifiant vers les parties en mouvement et le lubrifiant retourne vers le réservoir lorsque le dispositif est à l'arrêt. C'est le cas notamment de l'huile pour les moteurs à explosion. Le lubrifiant se dégrade et se charge en débris d'usure, il faut donc vidanger régulièrement le réservoir et le remplir avec du lubrifiant neuf. On peut également faire tremper la mécanique dans un lubrifiant liquide, on parle alors de « bain d'huile » ou de barbotage. Le carter ne doit en aucun cas être complètement rempli.

Composition d’une huile 58

les huiles minérales : Les huiles minérales proviennent de la distillation et du raffinage du pétrole brut ( afin d’ôter les contaminants naturellement présents, sans toutefois les éliminer à 100%). D'un prix peu élevé, elles présentent des performances moyennes . Le procédé d’obtention de ces huiles n’est pas parfait : les molécules obtenues sont de tailles différentes, ce qui nuit à l’homogénéité de l’huile et limite ses possibilités d’application. Les huiles minérales sont, et de très loin, les plus utilisées aussi bien dans les applications automobiles qu'industrielles. les huiles de semi synthèse Les huiles de semi synthèse s'obtiennent à partir d'un mélange d'huiles minérales et d'huiles de synthèse (généralement 70 à 80% d'huile minérale et 20 à 30% d'huile de synthèse). (un bon rapport qualité/prix)

Composition d’une huile 59

Les huiles de synthèse ou synthétiques La différence se situe au niveau du raffinage beaucoup plus élaboré dans le cas d'une huile synthétique. Le produit obtenu est plus pur et de meilleure qualité. Toutefois, il ne suffit pas uniquement d'éliminer plus d'impuretés, il s'agit également de sélectionner les molécules de manière à concevoir un produit totalement adapté à la lubrification voulu. On rajoute ensuite les additifs nécessaires pour répondre à un service voulu. Ces huiles ont des performances élevées, en particulier pour des objectifs et des conditions de service difficiles. Ces huiles offrent des performances supérieures : − indice de viscosité plus élevé. − résistance élevée à la chaleur (stabilité thermique: aux changement chimiques suite à une hausse de °C en absence d’oxygène) − meilleure résistance à l'oxydation (haute °C en présence d’oxygène) − volatilité faible (le lubrifiant résiste à l’évaporation ).

Principaux lubrifiants 60

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lubrifiants d'origine minérale :

Liquides : paraffine, naphte huiles obtenues par distillation du pétrole. Ses molécules comportent des caractéristiques de lubrification variées, bonnes et moins bonnes. Pâteux : Graisses à base d'huile de pétrole, vaseline. Solides :Talc, mica, bisulfures de molybdène et de tungstène, graphite, cires, résines, oxyde de zinc, Polytétrafluoroéthylène PTFE (Téflon)

Talc montage pneu

Lubrifiant au graphite

Graisse minérale au Téflon

Principaux lubrifiants 61

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Lubrifiants d'origine synthétique :

Liquides : Huiles synthétiques, obtenues à partir de produits simples issus de la pétrochimie (silicones : démoulage du caoutchouc dans les industries d'injection, métaux liquides : fluide d'usinage,…). Pâteux : Graisses de synthèse silicones pour lubrification et protection contre l’humidité, le plus souvent sous forme d’aérosols, pour la lubrification et la protection contre l’humidité du métal, bois, plastique. Graisse graphitée pour lubrification sèche (particules de graphite) et l’étanchéité et pour les hautes frictions mécaniques,… Solides : polyéthylènes, Plastiques fluorés (PTFE), Nano Poudre graphite…

Graisses de silicones Graisses graphitée Poudre graphite

Téflon

Principaux lubrifiants 62

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La graisse

Les graisses sont obtenues par dispersion d'un agent gélifiant dans une huile. L'agent gélifiant est un savon métallique obtenu par la réaction d'un acide gras ou d'un corps gras sur une base. Remarque: (d’après SKF) La lubrification à la graisse offre des avantages indéniables par rapport à la lubrification à l’huile : • La graisse a moins tendance à fuir, elle contribue à l’étanchéité et protège les surfaces des roulements contre la corrosion. • Ses points faibles résident dans sa durée de vie et un pouvoir de refroidissement limités.

Composition d’une huile 63

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Les additifs:

Un additif désigne une substance qui est introduite dans un mélange pour apporter une propriété spécifique.

Composition d’une huile 64

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Les additifs: (quelques exemples)

Antioxydant: Supprimer, ou tout au moins ralentir les phénomènes d'oxydation du lubrifiant. Contribuer à l'espacement des vidanges par une meilleure tenue aux hautes températures. Anti-corrosion : Empêcher l'attaque des métaux ferreux, attaque due à l'action conjuguée de l'eau, de l'oxygène de l'air et de certains oxydes formés lors de la combustion. Ils forment un film protecteur Anti-friction (usure): Former une couche qui protège contre l’usure en évitant le contact direct entre les surfaces. Anti-congelant : Permettre au lubrifiant de garder une bonne fluidité à basse température (de -15°C à -45°C).

Composition d’une huile 65

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Les additifs: (quelques exemples)

Détergent: Eviter la formation de dépôts ou de vernis sur les parties les plus chaudes du moteur telles que les gorges des pistons. Anti-mousse: Le moussage de l'huile peut être dû a la présence d’autres additifs. Les additifs détergents agissent dans l'huile comme du savon dans l'eau : ils nettoient le moteur mais ont tendance à mousser. Désaérant : Favorise la séparation des gaz de l’huile. Amélioration d’indice de viscosité: Permettre à l'huile d'être : - Suffisamment fluide à froid (faciliter le démarrage en abaissant le point d'écoulement entre -15 et -45°C suivant les huiles). - Visqueuse à chaud (éviter le contact des pièces en mouvement). Additif extrême pression: réduire les couples de frottement et économiser l'énergie et de protéger les surfaces des fortes charges. Apporter au lubrifiant des propriétés de glissement spécifiques, en particulier aux organes équipés d'engrenages ou de garnitures travaillant dans l'huile ( boîtes de vitesse, freins immergés, ..).

Propriété des huiles Propriétés physiques Couleur : C’est par transparence que l’on évalue la couleur d’une huile en la comparant à celles de verres étalons. Il existe plusieurs méthodes d’évaluation. La couleur d’une huile de base est d’autant plus claire qu’elle est mieux raffinée mais les additifs assombrissent pratiquement toujours les huiles de base. La couleur de l’huile évolue en cours d’utilisation. Surtout pour les huiles moteurs qui deviennent rapidement noires, mais cela est aussi vrai pour les huiles claires (fluides hydrauliques, huiles turbines, etc.) qui se colorent par oxydation ou en raison de la pollution. Masse volumique Densité : Pour un liquide, c'est la masse de l'unité de volume à une température donnée (15°C) en kg/m3 ou encore en kg/dm3 ou g/cm3. Les valeurs courantes pour les huiles de pétrole varient de 0,85 à 0,95 kg/dm3 et dépendent de l'origine des produits. La densité diminue avec la température selon des lois complexes. La comparaison de la densité d'une huile usagée avec celle de l'huile neuve permet de détecter d'éventuelles pollutions.

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Propriété des huiles 67

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Propriétés physiques

Point d'écoulement Le point d’écoulement est la température la plus basse à laquelle le fluide coule encore lorsqu’il est refroidi, sans agitation, dans des conditions normalisées. (début de cristallisation ou de solidification). L'huile est refroidie progressivement dans des bains à -18°C, -35°C,etc… Tous les 3°C le tube est incliné pendant 5 sec. jusqu’au figeage. Ajouter 3°C. Unité : °C

Température ambiante

-27°C

-30°C

ex: point d'écoulement = - 27°C

Propriété des huiles 68

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Propriétés chimiques

Combustibilité: point d'éclair, point de feu : C’est la température à laquelle il faut chauffer un fluide afin que les vapeurs émises s’enflamment au contact d’une flamme et s’éteignent aussitôt : c'est le point éclair ( point d’inflammabilité). Si on chauffe davantage, il arrive un moment où la combustion continue durant au moins 5s : c'est le point de feu. Ces deux températures sont très variables avec les paramètres locaux et en particulier avec la présence d'eau en suspension dans l'huile. Leur mesure fait l'objet de normes. Teneur en eau : L'eau est l'un des principaux ennemis des lubrifiants. Dans les environnements humides, lorsqu'un lubrifiant reçoit de l'eau directement ou par condensation de vapeur, ses performances sont en général fortement diminuées.

Propriété des huiles 69

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Propriétés physiques

Viscosité :

De toutes les propriétés des huiles, la viscosité est certainement la plus importante. Elle détermine en effet l’essentiel des pertes par frottement et l’épaisseur des films d’huile. La viscosité d’un fluide est la résistance qu’il oppose au glissement interne de ses molécules au cours de son écoulement. C’est son aptitude à pouvoir s’écouler plus ou moins facilement (viscosité inverse fluidite). Celle donnée dans les fiches techniques des fournisseurs est la viscosité cinématique, plus facile à mesurer que la viscosité dynamique.

Propriété des huiles 70

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Propriétés physiques

Viscosité cinématique ν (plus utilisée): Déterminée en mesurant, à une température donnée, la durée de l'écoulement d'un volume connu de liquide à travers un appareil comportant un orifice ou un tube calibré. Unités : m²/s : (m2s-1) (System International) Stokes (St) ou centistoke (cSt:); 1St = 10-4 m2s-1 =1 cm2/s 1 cSt = 1mm²/s. Viscosité dynamique (vraie/réel) μ : Produit de la viscosité cinématique par la masse volumique du fluide : Unités : Pa s (Pascal seconde) ou N s / m². Unité longtemps utilisée la poise (P) et centipoise. 1 poise (P) = 0,1 Pa s; 1 Pa s =1000 centipoise = 1000 cP . NB: Le Pa.s est aussi appelé Poiseuille (PI), ancienne unité encore utilisé la poise (Po ou P) avec 10Po=PI.

Principales utilisation des huiles (véhicules) 71

Branche d'utilisation

Application

Lubrifiant utilisé

Qualités requises

Huile

Multigrade Détergent Antioxydant Evacuation thermique

Moteurs à essence Moteurs à combustion interne

Moteurs diesel

Transmissions mécaniques

Boîtes de vitesses mécaniques

Huile

Anti-usure

Transmissions hydrocinétiques

Coupleurs et boîtes de vitesses automatiques

Huile

Résistance à la pression Anti-friction

Circuits hydrauliques

Freins, pelleteuses, matériel agricole

Huile

Résistance à la pression

Principales utilisation des huiles (Industries) Huile 72

Paliers lisses

Divers

Graisse Huile

Roulements

Divers Graisse

Engrenages

Transmission et transformation mouvement

Huile Graisse

Circuits hydrauliques

Transmission d'efforts importants

Huile

Turbines Compresseurs

Turbines à vapeur Turbines à gaz Compression d'air, de gaz Frigorifique

Huile Huile Huile de coupe

Usinage Transformateurs électriques

Coupe sur machines-outils

Huile soluble (émulsion à l'eau) Huile

Vitesses rapides Charges excessives Vitesses lentes Températures élevées Vitesses élevées Entretien réduit, Etanchéité Anticorrosif, Anti-chocs Bain d’huile: barbotage Petits engrenages Multigrade, Anticorrosif Anti-usure Anticorrosif Evacuation thermique Antioxydant Fluidité Anticorrosif, Fluidité, Evacuation thermique Fluidité Evacuation thermique Isolant électrique Evacuation thermique

Propriété des huiles 73

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Principales classification:

Il existe principalement deux types de classification pour les huiles, qui sont différents mais également complémentaires. Classification selon la viscosité (fluidité). Classification selon le service (niveau de performance).

Classification des huiles selon la viscosité : Le premier paramètre de classification des huiles est la viscosité. Il existe dans le monde trois organismes qui s’occupent de classer les huiles selon leur viscosité : L’ISO « International Standard Organisation ». La SAE « Society of Automotive Engineering ». L’AGMA « American Gear Manufacturers Association ».

Propriété des huiles 74

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Principales classification:

Grade ISO : Depuis quelques années, l’ISO s’est imposé comme l’organisme le plus reconnu. La norme ISO divise la gamme complète des huiles industrielles en 18 classes de viscosité exprimée en [cSt] à 40oC. La valeur médiane de la viscosité de chaque classe vaut 1,5 fois celle de la classe précédente. (destiné aux huiles dites industrielles) ISO VG : International Standards Organization VG: Viscosity Grade

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Classification ISO de la viscosité des huiles Classes ISO de viscosité

L’huile de broche

L’huile de machine légère L’huile de machine lourde L’huile à cylindre

ISO VG 2 ISO VG 3 ISO VG 5 ISO VG 7 ISO VG 10 ISO VG 15 ISO VG 22 ISO VG 32 ISO VG 46 ISO VG 68 ISO VG 100 ISO VG 150 ISO VG 220 ISO VG 320 ISO VG 460 ISO VG 680 ISO VG1000 ISO VG1500

Limites de viscosité Valeur moyenne cSt à 40°C de la viscosité 1,98 à 2,42 2,88 à 3,52 4,14 à 5,06 6,12 à 7,48 9,00 à 11,0 13,5 à 16,5 19,8 à 24,2 28,8 à 35,2 41,4 à 50,6 61,2 à 74,8 90,0 à 110 135 à 165 198 à 242 288 à 352 414 à 506 612 à 748 900 à 1100 1350 à 1650

2,2 3,2 4,6 6,8 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500

Exemple : une huile ISO-VG 22 a pour limites de viscosité 19,8 et 24,2 cSt, 22 représentant la viscosité moyenne la plus probable.

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Propriété des huiles 77

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Principales classification:

Grade SAE: Le second organisme le plus reconnu est la « Society of Automotive Engineers » (SAE). La SAE s’occupe exclusivement des huiles essentiellement utilisée dans l'automobile et les véhicules industriels pour les moteurs et les transmissions. On distingue: Les huiles avec le suffixe W (Winter) sont utilisées à basse température. Ces huiles ne doivent pas excéder une certaine viscosité à une température minimale fixe (Viscosité dynamique maximale pour démarrage), ni posséder une viscosité (cinématique) inférieure à une certaine valeur en [cSt] à 100oC. Les huiles sans suffixe (à chaud) doivent avoir une viscosité en [cSt] à 100oC qui se situe dans une certaine plage. Cette mesure permet de vérifier qu’une huile qui permettrait le démarrage d’un moteur par temps froid, est suffisamment pompable (60 000 cP) De leur côté, les huiles multigrades doivent rencontrer des exigences à la fois à basse et à haute température.

Propriété des huiles 78

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Principales classification:

Remarque: Plus le 1er chiffre est petit (xx W …), plus l'huile est fluide à basse température et assure ainsi une lubrification parfaite dès le démarrage du moteur à froid. Plus le deuxième chiffre est grand (… W xx), plus l'huile reste visqueuse à haute température et permet ainsi une bonne lubrification de toutes les pièces, et ce malgré des conditions de conduite parfois sévères (autoroute).

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SAE J300 viscosity Grade for engine il (updated on 20 Jan. 2015)

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Propriété des huiles 82

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Principales classification:

Exemple : Si la viscosité d'une huile mesurée à 100o C atteint 14 centistokes, elle sera classée SAE 40 ( tableau grades de viscosité SAE pour huile moteur). De même, si elle atteint 6800 centipoises à -200 C, elle sera classée SAE l5W. Si le lubrifiant passe dans ces deux grades, on aura une huile multigrade SAE 15W40 Si le lubrifiant présente une viscosité cinématique de 14 centistokes à 100o C et une viscosité à froid qui n'entre pas dans les plages définies par la SAE (ex: 14 000 centipoises à -5 0C et donc encore supérieure aux plus basses températures) on obtient une huile monograde SAE40

Huiles monogrades et multigrades 83

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Principales classification:

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Propriété des huiles 85

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Principales classification:

Classifications des huiles pour l'hydraulique (ISO) Elles doivent assurer le bon fonctionnement des organes commandés quelle que soit la température ambiante. Elles sont utilisées dans les travaux publics (engins...), la manutention, les presses, la sidérurgie, cimenterie, transformation des plastiques, machines-outils, production d'énergie… Pour les huiles minérales on utilise les classes de base HH, HL, HM, HV, HG, ayant chacune plusieurs grades possibles identifiés par un nombre de 15 à 220. Ce nombre correspond à la viscosité cinématique moyenne à 40°C en centistokes (mm2.s-1). Les huiles HM et HV sont les plus utilisées.

Propriété des huiles 86

La norme ISO 3498 distingue :

Propriété des huiles 87

Difficilement inflammable

L - HFA

Emulsion d'huile dans l'eau

L - HFB

Emulsion d'eau dans l'huile

L - HFC

Solutions aqueuses de polymères

L - HFD

Fluides de synthèse

Ces huiles, dites "haute sécurité", sont utilisées lorsqu'il y a risque d'incendie. Elles exigent certaines précautions d'emploi à cause de leur action éventuelle sur les joints, les peintures, de leur miscibilité aux autres huiles, etc. Applications : presses, machines à forger, laminoirs, foreuses, pompes à béton…

Propriété des huiles 88

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Indice de viscosité (IV)

Caractérise sa qualité à avoir une viscosité plus ou moins stable en fonction de la température. Plus l'indice de viscosité est élevé, moins la viscosité de l'huile varie avec la température. Pour les huiles industrielles, fonctionnant souvent à une température plus ou moins stable, l'utilisation d'une huile monograde à IV = 100 est courante. Par contre, pour un moteur subissant des écarts de température dépassant 100°C, une huile multigrades à haut IV (140 à 200) est recherchée.

Propriété des huiles Indice de viscosité (IV) C'est une caractéristique fondamentale d'un fluide hydraulique qui qualifie la variation de viscosité en fonction de la température. Plus l'indice IV est grand, moins la viscosité varie en fonction de la température. L'indice a été construit en fonction des caractéristiques d'huiles de références : Indice 0 : attribuée une huile ayant une variation de viscosité importante avec la température. Indice 100 : attribuée à une huile ayant une faible variation de viscosité avec la température. 89

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L'indice de viscosité d'une huile donnée est obtenu par comparaison avec ces deux séries d'huiles de référence, notées L et H pour les indices 0 et 100 respectivement

Propriété des huiles 90

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Indice de viscosité (IV)

Pour déterminer l’IV d’une huile de viscosité U à 40° C et P à 100° C, on recherche les viscosités respectives L et H à 40° C des huiles de références ayant la même viscosité P à 100° C. L’indice de viscosité est alors donné par :

Les viscosités des huiles de référence sont données dans les tables de la Norme NF ISO 2909 "Calcul de l’indice de viscosité à partir de la viscosité cinématique" Il existe maintenant des lubrifiants dont l’IV est très supérieur à 100.

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Propriété des huiles 93

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Principales classification:

Les propriétés prépondérante dans le choix d’un lubrifiant est la viscosité : Vitesse importante viscosité faible Température importante viscosité importante Charge importante viscosité importante Jeu important viscosité importante.

Propriété des huiles 94

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Quantité de lubrifiants

Un graissage excessif est souvent plus néfaste qu’un graissage insuffisant : • Dans les compresseurs : risque d’explosion • Dans les roulements : échauffement, destruction • Dans les engrenages : perte de puissance, échauffement.

Propriété des huiles 95

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Périodicité

La périodicité de graissage est déterminée en fonction : • • •

Du type de matériel Des conditions de fonctionnement Des systèmes de lubrification.

Propriété des huiles 96

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Périodicité

Conseil : En l'absence de toute recommandation, on analyse à chaque vidange du circuit. Entre les vidanges, les fréquences conseillées sont les suivantes : Application Compresseurs d'air Compresseurs de gaz Circuits hydrauliques Compresseurs frigorifiques Turbines Réducteurs et engrenages Huiles mouvements Bains d'huiles de trempe Fluides isolants Huiles moteurs Fluides de coupe

Fréquence conseillée chaque 500 h puis espacer à 1000 h si tout paraît correct chaque 500 h puis espacer à 1000 h si tout paraît correct 1000 h de 1000 h à 2000 h 2000 h 2000 h 2000 h 2000 h 5000 h 15 000 km ou 250 h 1 à 4 semaines

Propriété des huiles 97

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Remarque

Lubrification dans les industries alimentaires: Les lubrifiants utilisés dans le secteur alimentaires et pharmaceutiques ne doivent pas être une source de contamination.

Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance 98

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Suivi

Le lubrifiant est comparable au sang de la machine. Il reflète le comportement et l’état dans lequel il circule. Le suivi de ses caractéristiques physico-chimique permet d’apprécier l’état de dégradation de l’huile et de connaître son aptitude à remplir totalement ses fonctions initiales de lubrification. La surveillance des huiles en fonctionnement a deux buts essentiels : • surveiller l’huile pour vérifier son état conforme. • surveiller, à travers l’huile, l’état de l’installation.

Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance 99

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Suivi

Elle renseigne sur : 1° L’état du fluide

Adaptation au système Niveau de performance Adaptation de l’espacement de vidange

2° L’état de la pollution (contamination)

Par des liquides Par des solides Par des produits de décomposition

3° L’état d’usure

Normale Dangereuse Accidentelle

Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance 100

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Suivi

Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance 101

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Suivi

Le suivi de la contamination permet : 



De situer l’organe défectueux, d’apprécier l’évolution et le type d’usure dans le cas d’une pollution par des particules internes; D’apprécier la nature et l’origine des agents extérieurs.

Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance 102

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Suivi

Ce suivi peut être effectué pendant le fonctionnement de l'installation, ce qui en fait une technique de maintenance préventive conditionnelle. Ses avantages principaux sont d'être facile à mettre en œuvre, peu coûteux et adaptable à tous les types de matériels. Dans le cas de matériels vitaux, le suivi des huiles en service peut être couplé avec d'autres techniques comme les mesures de vibrations.

Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance Suivi Les facteurs responsables de l'évolution d'un lubrifiant en service et conduisant parfois à le remplacer par un fluide neuf afin de protéger les mécanismes lubrifiés sont les suivants: Pollution Un lubrifiant chargé en eau, en solvants, en particules diverses (poussières, matériaux plastiques, débris de joints, fibres…) est le reflet du processus industriel dans lequel il est inséré. Particules métalliques Elles sont dues à l'usure ou à la corrosion. Ces particules proviennent des éléments du circuit parcouru au sein de la machine. Si la quantité de particules s'accroît subitement bien après la période de rodage, c'est le signe de dysfonctionnement des pièces mécaniques dont il faut rechercher la cause. Oxydation La présence d'air, de particules métalliques et les élévations de température provoquent l'oxydation des huiles. Au-delà du vieillissement normal d'un lubrifiant, une dégradation trop rapide est signe de conditions anormales de fonctionnement…

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Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance 104

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Suivi : Choix des analyses à effectuer :

Les analyses varient suivant les types de lubrifiants et les types de matériel lubrifiés. Pour obtenir un diagnostic complet sur le fonctionnement, il faut rassembler les données concernant : - les conditions de service du matériel (pollutions, poussières, température, pression, heures réelles de service); - les contraintes auxquelles le lubrifiant est soumis (volume de la bâche, qualité de la filtration, température); - les composants du circuit (nature des métaux des éléments soumis à l'usure).

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 105

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Suivi : vérifications quotidiennes:

Examen de l’aspect un simple examen visuel de l'aspect du lubrifiant permet quelques fois de détecter une pollution: • Pollution par un liquide : aspect trouble dans le cas d’une pollution par l’eau. • Pollution par des solides: présence de poussières de particules métallique de rouilles, d’écaille de peinture, de débris de joints.

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 106

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Suivi : vérifications quotidiennes

Observation de la couleur L’observation de la couleur de l’huile peut aussi renseigner sur une forte dégradation du lubrifiant par oxydation ou par altération thermique.  Si la couleur est légère, l’huile est encore bonne;  Si la couleur est foncée ou noire, il est nécessaire de faire une analyse, et si l’on trouve des particules de charbon, une vidange, un nettoyage et une vérification de l’installation seront indispensable.

https://www.fluidcar.fr/vidanger-sa-voiture/

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 107

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Suivi : vérifications quotidiennes: Test d’huile à la tache

Une goutte d’huile sur un papier filtre s’étale et présente les différentes zones circulaires suivantes : • Une ronde centrale plus ou moins grise ou noire (A); • Une auréole (couronne) plus foncée limitant la partie centrale (B) • Une zone circulaire dans laquelle se diffusent les impuretés (C); • Une zone circulaire extérieure où l’huile seule pénètre (D)

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 108

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Suivi : vérifications quotidiennes: Test d’huile à la tache

Vérifications quotidiennes : Test d’huile à la tache

 

Plus la tache centrale est foncée, plus la pollution est importante; Plus l’auréole est large et grise, plus l’huile conserve ses propriété détergentes.

Intérêt des différentes analyses d'huiles en maintenance 109

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Suivi : vérifications quotidiennes:

Sensation de l’odeur

En complément de l’aspect et de la couleur on peut ajouter une appréciation de l’odeur: Une huile en service ayant une odeur d’un produit pétrolier est une huile en bon état: • Odeur agréable d’amande amère. • Odeur légèrement agréable d’ail ou d’œuf pourri. Une odeur de rance indiquera une oxydation. Une odeur de brulé signifie que l’huile a été soumises à des températures élèves .

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 110

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Suivi :Mesure de la pollution particulaire par gravimétrique

Réalisée sur une membrane de microfiltration de taille variant de 0,8μ à 12μ ,elle permet d’évaluer la quantité totale de particules qu'elles soient métalliques générées par l'usure des pièces en mouvement, par l'usinage de pièces sur machines-outils, ou provenant de pollution tels rouille peinture, poussières, joints. Une pesée de la membrane permet d'obtenir la quantité de particules en poids par rapport au volume d'huile traitée

Echantillon

Membrane AVANT

Vers la pompe à vide

APRES

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 111

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Méthode de mesure de l’analyse gravimétrique

Méthode de laboratoire (balance de précision, étuve …) fondée sur la différence de poids d ’une membrane = Poids de la membrane après filtration - Poids de la membrane avant filtration Poids des polluants retenus par la membrane NB : Cette méthode requiert savoir-faire et équipements. Durée totale de la mesure : 1 heure environ. Rappel : ordre de grandeur de la mesure : 1 à 10 mg.  Inadapté pour les bains lessiviels, huiles de coupe … 111

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 112

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Suivi :Mesure de la pollution particulaire par comptage optique

Comptage optique des polluants présents sur une membrane après Filtration permet de déterminer de manière rapide les concentrations, exprimées en ppm (particules par million) en masse, des différents éléments présents dans les huiles, soit sous forme d’additifs tels que le calcium (Ca) ; sous forme de particules d’usure métalliques comme le fer (Fe), le nickel (Ni)…

MEMBRANE FILTRANTE

Compteur automatique à faisceau laser Extinction de faisceau laser

Gamme granulométrique 7 canaux : > 4, 6, 10, 14, 22, 38, 70 µm (c)

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 113

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Suivi :Mesure de l’indice d’acide TAN

Il est exprimé en milligramme de potasse (hydroxyde de potassium) par gramme d’huile (mg KOH/g). Il est appelé indice d’acidité ou de neutralisation. Le fluide hydraulique ne doit pas attaquer les métaux usuels du circuit, en particulier les aciers et le cuivre. La corrosion des métaux résulte généralement de présence d’acides dans l’huile. Pour les huiles usagées, l’acidité résulte de la détérioration en service, conséquence d’une série complexe de réactions où interviennent les phénomènes d’oxydation. L’indice d’acidité augmente quand le fluide (hydraulique) vieillit en fonctionnement. Cette caractéristique sert d’indication pour déterminer le moment où, lorsqu’une certaine valeur de l’indice d’acidité est atteinte, on doit remplacer le fluide en service par de l’huile neuve.

Automatic titration system 862 Compact Titrosampler

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 114

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Suivi :Mesure de la contamination en eau

La présence d’eau dans l’huile peut entraîner de graves défaillances sur les systèmes mécaniques et hydrauliques. Causes de présence d’eau : • Stockage des fûts à l’extérieur • Introduction via les évents, traversée cloison, etc… • Introduction via les échangeurs thermiques • Appoints, compléments de niveau • Réservoirs ouverts, • Lavage avec un nettoyeur HP Problèmes liés à la présence d’eau • Corrosion • Détérioration du fluide (oxydation, + l’acidité, variation de la viscosité) • Accélération de la fatigue des surfaces métalliques • Blocage des composants dû à la formation de gel à basse température • Perte de caractéristiques diéléctriques des fluides isolants.

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 115

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Suivi :Mesure de la contamination en eau

CONCENTRATION EAU / HUILE (LE PPM: parties par million) 10 000 PPM = 1 % 1 000 PPM = 0.1 % 100 PPM = 0.01 % Un verre d ’eau (0.20 l) dans un fut d’huile neuve provoque une pollution à 0.20/200 = 1 000 PPM ce qui est très élevé. Pour réduire les effets corrosifs de l’eau libre, la concentration d’eau dans l’huile doit rester INFERIEURE - et de loin - aux seuils de saturation. Recommandations:  Huile hydraulique : 200-400 ppm  Huile de lubrification : 50-750 ppm  Huile diéléctrique : 30-50 ppm

Méthodes d’analyses d'huiles en maintenance 116

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Suivi :Mesure de la contamination en eau

Exemple: effet de l’eau sur la durée de vie des roulements: Lubricant : SAE 20 Water Concentration 25 ppm 400 ppm 100 ppm

Bearing Life Ratio 2.59 0.52 1.00

Référence : Timken Company

1 : Barreau magnétique pour l'agitation 2 : Ballon, contenant le milieu réactionnel 3 : Colonne de Vigreux 4 : Thermomètre gradué 5 : Réfrigérant droit 6 : Entrée de l'eau de refroidissement 7 : Sortie de l'eau de refroidissement 8 : Burette 9 : Robinet 10 : Récipient de récupération du distillat

La méthode DEAN et STARK NF T 60-113 : Le seuil de détection de cette méthode est de 0,1%, généralement suffisant pour les cas de contamination par l’eau. L’eau contenue dans une prise d’essai de 100cm3 est entraînée par distillation à reflux d’un solvant non miscibles à l’eau (le xylène). Après condensation, l’eau se sépare du solvant et s’accumule dans un tube de recette gradué. C’est une méthode de laboratoire très utilisée.

Analyses d'huiles en maintenance 117

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Conclusion

L’analyse des lubrifiants en service contribue à optimiser les coûts de maintenance (directs et indirects) par une meilleure connaissance de l’état des machines et de l’évolution du lubrifiant. ( technique s’applique à l’ensemble du parc des machines lubrifiées).

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Bibliographie

« Usure des contacts mécaniques Problématique et définitions ». Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique. BM 5 065 − 1, « GUIDE DES LUBRIFIANTS » Petro-Canada Janvier 2013. « Essais non destructifs », Techniques de l’Ingénieur Réf : BM6450 v1 Mohammed CHERFAOUI, 10 juil. 2006. « Lubrifiants- Additifs à action physique ou physiologique », Techniques de l’Ingénieur, Réf : BM5344 v1, Jean AYEL, 10 janv. 2002, « Comportement du fluide en présence d’eau : séparation de l’eau Fluides hydrauliques Méthodes d’analyse », Technique de l’ingénieur, Réf : BM6017 v1 Gérard DALLEMAGNE 2003

https://www.mobil1.fr/pourquoi-une-huile-synthetique/pourquoi-une-huilesynthetique.aspx http://evolution.skf.com/fr/les-mecanismes-de-la-lubrification-a-la-graisse-dans-lessystemes-de-roulements/, https://www.fluidcar.fr/vidanger-sa-voiture/