Analyse vibratoire : défauts, mesures et surveillance

Qu'est-ce que l'analyse vibratoire en maintenance ?

Une machine tournante produit des vibrations liées à sa rotation, aux efforts transmis et à ses composants. Un défaut peut modifier leur amplitude, leurs fréquences ou leur évolution. L'analyse vibratoire mesure ces signaux pour rechercher une anomalie et orienter le diagnostic. Elle se prête à la maintenance conditionnelle lorsque le signal permet de détecter une dégradation avant une perte de fonction et laisse une fenêtre d'action suffisante.

L'objectif n'est pas d'éliminer toute vibration. Une machine saine peut vibrer dans ses conditions normales ; une valeur plus élevée ne signifie pas automatiquement un défaut donné. Il faut connaître la vitesse, la puissance, le montage, le type de palier et les conditions de charge. Une signature mesurée constitue un indice à confronter aux autres informations, pas une preuve isolée de cause.

Quels défauts peut-on rechercher ?

Un balourd correspond à une répartition de masse qui génère un effort périodique en rotation. Un désalignement concerne la géométrie entre arbres ou éléments accouplés. Les défauts de roulements peuvent générer des impacts dont les fréquences dépendent des composants et de la cinématique. Ces descriptions donnent des pistes, mais plusieurs défauts peuvent coexister et produire des signatures voisines.

Évitez le raccourci « une fois la vitesse signifie toujours balourd » ou « deux fois signifie toujours désalignement ». Un montage, une résonance, un effort variable ou une déformation peuvent modifier le signal. Le diagnostic demande la comparaison entre points, directions, phases si disponibles et conditions d'exploitation, puis des vérifications ciblées.

Quelles grandeurs mesure-t-on et avec quelles unités ?

Le déplacement s'exprime notamment en micromètres, la vitesse vibratoire en millimètres par seconde et l'accélération en mètres par seconde carrée ou en g, selon l'instrument. Ces grandeurs décrivent le même mouvement différemment et ne sont pas interchangeables sans considérer la fréquence. Précisez aussi si la valeur est efficace, crête ou crête-à-crête, ainsi que la bande de mesure.

Une valeur globale résume l'énergie du signal dans une bande définie. Un spectre sépare les composantes fréquentielles ; un signal temporel montre les impacts et variations dans le temps. L'analyse d'enveloppe peut aider à rechercher certaines modulations ou impulsions, notamment pour les roulements, sous réserve d'un réglage et d'une interprétation adaptés. Aucun affichage ne remplace la connaissance de la machine.

• Noter la grandeur et son unité pour chaque mesure.
• Conserver la bande de fréquence et les paramètres d'acquisition.
• Repérer le point, la direction et le montage du capteur.
• Associer vitesse de rotation, charge et état de fonctionnement.
• Comparer des résultats mesurés avec les mêmes conventions.

Comment choisir les capteurs et les points de mesure ?

L'accéléromètre est courant pour les tournées sur machines tournantes ; d'autres capteurs peuvent être nécessaires selon la machine et le phénomène, notamment pour les déplacements d'arbre. Choisissez une plage fréquentielle, une sensibilité et un montage adaptés. Le mode de fixation influence la réponse : une mesure au contact manuel n'est pas équivalente à une fixation préparée et répétable, surtout aux fréquences élevées.

Placez les points sur des zones représentatives de la transmission des vibrations, généralement près des paliers et sur une structure appropriée. Définissez les directions radiales et axiales pertinentes. Identifiez les points de façon durable et évitez les capots souples comme référence par défaut. Les accès doivent être sûrs : ne rapprochez pas un capteur, un câble ou une main d'un organe mobile sans une méthode et des protections adaptées.

Pour une surveillance permanente, vérifiez alimentation, environnement, fixation, transmission et qualité des données. Un capteur connecté ne supprime pas le besoin de contrôler les mesures ni de comprendre les alertes. Un défaut de fixation ou de câble peut produire un signal anormal qui ressemble à une évolution de la machine.

Quelles normes orientent la mesure et l'évaluation ?

La série ISO 13373 traite de la surveillance et du diagnostic vibratoire des machines : principes généraux de mesure, traitement et présentation des données, puis démarche de diagnostic selon les parties. La série ISO 20816 traite de la mesure et de l'évaluation des vibrations ; il faut sélectionner la partie correspondant à la machine et aux conditions. ISO 20816-1 donne des lignes directrices générales.

ISO 20816-3:2022 concerne des machines industrielles couplées de plus de 15 kW dans son domaine de vitesse et ses conditions définies. Ses critères ne doivent pas être appliqués indistinctement à toutes les machines, notamment aux équipements hors de ce domaine. Consultez la partie applicable, les prescriptions constructeur et les références historiques. Une norme d'évaluation globale ne fournit pas automatiquement le diagnostic précis d'un roulement.

Comment lire un exemple sur un motoréducteur ?

Exemple illustratif : un moteur tourne à 1 500 tr/min, soit 1 500 / 60 = 25 Hz. Une composante à 25 Hz correspond donc à une fois sa fréquence de rotation. À charge et montage supposés comparables, une mesure de vitesse globale passe de 2,0 à 3,2 mm/s entre deux tournées. L'augmentation relative est de (3,2 − 2,0) / 2,0 = 60 %. Ces valeurs fictives illustrent une tendance et ne fixent pas un seuil acceptable.

Si la composante à 25 Hz évolue aussi, le technicien examine les points voisins, les directions et le contexte. Il vérifie notamment les fixations, les conditions de charge et les données complémentaires avant de retenir un balourd. Sur un motoréducteur, la vitesse de l'arbre de sortie diffère de celle du moteur : les composantes liées à la denture et aux roulements demandent les caractéristiques appropriées.

Une hausse globale peut venir d'une modification d'exploitation plutôt que d'une dégradation. Confirmez la répétabilité, puis décidez selon la criticité, la tendance et le diagnostic. Si une réparation est retenue, comparez ensuite les mesures dans les mêmes conditions pour vérifier l'effet, en conservant les réglages de mesure.

Comment mettre en place une surveillance vibratoire ?

1. Sélectionnez les équipements critiques dont les dégradations ciblées sont mesurables.
2. Définissez les points, directions, capteurs et conditions d'acquisition.
3. Établissez une référence après vérification de l'état et du fonctionnement.
4. Fixez les tournées ou la surveillance permanente selon les modes de dégradation.
5. Définissez les alertes, le responsable d'analyse et la procédure de confirmation.
6. Préparez l'intervention et vérifiez la mesure après action.

La périodicité doit être cohérente avec la vitesse de dégradation et la possibilité d'intervenir. Une tournée très espacée peut manquer une évolution rapide ; une collecte très fréquente peut produire beaucoup de données sans décision. Commencez avec un programme exploitable par les personnes disponibles, puis ajustez à partir des résultats. Documentez les anomalies confirmées et les alertes liées aux conditions d'exploitation.

• Cibler les machines prioritaires
• Définir tournées, tâches et déclencheurs
• Tracer diagnostic et intervention

Quelles limites faut-il garder à l'esprit ?

Une machine à vitesse variable, un phénomène transitoire ou une faible vitesse peuvent demander des réglages et une méthode spécifiques. Les signaux de procédé, les résonances et les défauts de montage du capteur compliquent l'interprétation. Un défaut qui ne produit pas de signal mesurable à l'endroit et dans la bande choisis peut rester invisible. Une mesure stable ne garantit pas que toutes les fonctions sont sûres.

Complétez les vibrations par des observations, la thermographie, les données électriques ou l'analyse de lubrifiant selon le défaut recherché. Distinguez une alerte de surveillance, une hypothèse de diagnostic et une décision de maintenance. La maintenance prédictive exige encore un modèle et des données permettant d'estimer une évolution future ; un capteur et un seuil ne suffisent pas à annoncer une date de panne.

• Compléter avec la thermographie industrielle
• Comprendre les prérequis de la prédiction

Références de méthode : ISO 13373-1, ISO 13373-2 et ISO 13373-3. Références d'évaluation : série ISO 20816, partie à sélectionner selon la machine. Ces références guident la démarche sans remplacer les données constructeur ni l'expertise nécessaire au diagnostic.

Quelles sources de référence consulter ?

• AFNOR : NF EN 13306, terminologie de la maintenance : Référence pour le vocabulaire de maintenance, les défaillances et les activités.
• INRS : diagnostic vibro-acoustique (ND 2082) : Méthodes de diagnostic des machines à partir de leurs vibrations et de leur bruit.