Des capteurs à l’affût des défauts de lubrification et de fonctionnement des organes en service

Afin d’anticiper les casses d’organes en service commercial, l’AEF réalise actuellement des essais afin de valider le suivi de l’état de santé des huiles par télédiagnostic. Le rôle des capteurs mis en place consiste à suivre en temps réel les principales caractéristiques des huiles afin d’alerter en cas de détection d’une anomalie.

Focus sur les huiles moteur

Les résultats des analyses d’huile effectuées en laboratoire ont permis de mettre en évidence les principaux défauts rencontrés en service (Fig. 1). Il s’agit de pollutions par du silicium du ballast, de l’eau, du liquide de refroidissement, des métaux d’usure, de dilution par le gazole, d’oxydation et de baisse du TBN (Total Base Number qui traduit la basicité d’origine de l’huile).

Pour cette étude, des capteurs capacitifs, conductimétriques et électrochimiques ont été sélectionnés. En parallèle, un bain d’huile a été confectionné de manière à reproduire la plage de température et le flux de l’huile dans l’organe en service (Fig. 2). Une partie des tests effectués à l’AEF a consisté à faire vieillir l’huile à haute température (120 °C) et à suivre son vieillissement. L’effet combiné de la température et de l’air entraîne une oxydation accélérée de l’huile. Les données des capteurs ont été comparées avec les résultats du suivi de l’oxydation obtenus par des mesures en laboratoire. Quelques résultats permettent de mettre en évidence le potentiel de ces capteurs (Fig. 3).

Lors du vieillissement accéléré des huiles, on constate que les courbes d’évolution du facteur de perte (Fig. 3a) et de l’indice d’oxydation (Fig. 3b) sont très bien corrélées. L’huile a en effet tendance à s’oxyder lors de son vieillissement, ce qui se traduit bien par l’augmentation du facteur de perte. L’utilisation de capteurs est donc adaptée au suivi du vieillissement de l’huile. A terme, ces capteurs alerteront les agents selon l’état de dégradation de l’huile. Pour cela, il suffira de fixer des seuils d’alerte comme illustré sur la Fig. 4.

Ceci représente une piste intéressante pour la maintenance prédictive. L’autre avantage de ces capteurs est qu’ils peuvent être utilisés pour d’autres applications telles que les organes de transmission. Ils offrent la perspective de suivre le vieillissement normal de l’huile sous air, de détecter des pollutions non désirées, d’anticiper des casses et d’optimiser les pas de maintenance.

La compatibilité des éléments de filtration des circuits de carburant avec des biodiesels.

Pour atteindre ses objectifs ambitieux en termes de réduction des émissions de gaz à effet de serre, la SNCF se lance, entre autres, dans une démarche de substitution du gazole ferroviaire par du biocarburant issu de la filière Colza, le B100. Dans le cadre de cette démarche, la vérification de la compatibilité du B100 avec le Matériel thermique existant représente une étape indispensable. Des différences de composition chimique entre les deux carburants, comme par exemple une teneur plus élevée en eau et en oxygène du B100, sont susceptibles de provoquer la corrosion des moteurs et circuits de carburant. 

L’AEF a ainsi réalisé pour le compte de la Direction de l’Energie une étude sur les dégradations susceptibles de se produire sur les filtres et préfiltres équipant les moteurs Régiolis et AGC : les phénomènes de corrosion / vieillissement prématurés des constituants métalliques et des joints élastomères assurant l’étanchéité.  

Un protocole d’essai reproduisant les conditions d’exploitation de ces filtres a été élaboré. Différentes caractéristiques des filtres et préfiltres immergée à 50°C dans le Gasoil Non Routier et dans le B100 pendant 42 jours ont ainsi été suivies : 

• Dans le cas des éléments métalliques, la variation de masse ainsi que les modifications en termes de composition chimique et de morphologie, à l’aide d’un Microscope électronique à Balayage (MEB).
• Pour les élastomères, les variations de masse et de volume ainsi que de la dureté.

Cependant, concernant les éléments d’étanchéité, le B100 s’est avéré plus agressif que le gazole non routier, provoquant une augmentation sensible de leur volume et ainsi qu’une chute importante de leur dureté. 

Ces éléments ont ainsi démontré un risque non négligeable de fuites au niveau des joints élastomères des filtres lors de l’exploitation des équipements. Une étude complémentaire de compatibilité et de qualification d’élastomères plus résistants au B100 est actuellement en cours. Ces élastomères, si les résultats s’avèrent satisfaisants, seront alors soumis à un essai en condition réelle. 

En ce qui concerne la réduction des émissions de polluants dans l’air, des essais devront être réalisés prochainement afin de comparer en ligne les émissions issues de la combustion de gazole non routier et celles issues de la combustion de biocarburants de type B100.

Des tests pour étudier l’impact du vieillissement

Les films adhésifs sont de plus en plus utilisés pour le design des trains, mais une question se pose, est-ce qu’un film est plus ou tout aussi durable qu’une peinture ? L’AEF et le CIM expérimentent …

La durée de vie des peintures et pelliculages sur le matériel roulant représente un enjeu économique important pour la SNCF car l’exposition aux rayons solaires peut en effet dégrader ces revêtements. Il est donc important de les qualifier sur le long terme par des essais.

Depuis les années 90 avec l’arrivée des TGV Duplex, tous les systèmes de peinture utilisés par la SNCF ont été validés à l’aide de tests de vieillement naturel, sur des sites dédiés, ainsi que par des tests de vieillissement accéléré réalisés en laboratoire. Ces derniers types de tests, beaucoup plus rapides, s’avèrent indispensables puisque les essais de vieillissement naturel nécessitent plusieurs années. Pour les peintures, ces 2 types d’essais sont donc aujourd’hui largement approuvés et satisfaisants. 

FOCUS SUR… le vieillissement naturel. 

Il existe 4 sites SNCF censés être représentatifs des principaux types de climats du territoire français. Un suivi du vieillissement sur 7 ans a été fait pour les peintures et de 4 ans pour les films adhésifs, en mesurant la perte du brillant et l’écart colorimétrique.

En revanche, concernant les films adhésifs, il n’existe pas d’essai fiable et reconnu de vieillissement accéléré pour évaluer leur évolution en service. Le comité technique Peinture & Pelliculage de la Famille Techno Chimie s’est donc saisi de ce problème afin de définir une méthodologie expérimentale de vieillissement accéléré des produits soumis au rayonnement solaire et destinés à la protection et à la décoration. 

Pour cela une comparaison entre des tests réalisés sur des sites naturels de plusieurs échantillons avec des essais d’exposition à une lampe à mercure ont été réalisés afin de valider une corrélation entre les deux. Les essais en laboratoire ont consisté à suivre les revêtements soumis aux radiations d’une lampe à mercure pendant 3000 h. 

Ces campagnes d’essais ont permis de trouver de bonnes corrélations entre ces deux types d’essais pour les films adhésifs vernissés, ce qui n’a malheureusement pas été le cas pour les films adhésifs type laminés. Pour ces derniers, il faudra donc mettre au point d’autres protocoles expérimentaux. De nouvelles campagnes d’essais à venir … 

Une démarche de maîtrise des risques au Fablab du Technicentre de Saint-Pierre des Corps

Les avantages de la Fabrication additive, ou impression 3D, sont nombreux. Son usage est en pleine expansion, notamment dans l’industrie ferroviaire, où elle permet d’optimiser la maintenance des équipements. L’un des intérêts majeurs de ce procédé de fabrication est la production de pièces complexes à la demande, en petite série, ce qui offre une meilleure gestion des stocks.  La large gamme de matériaux imprimables et la montée en performance des machines en font une technologie de plus en plus compétitive.

Cependant, comme toute nouvelle technologie, son développement s’accompagne de l’émergence de nouveaux risques lors de son utilisation. Du fait de sa relative jeunesse, ces risques demeurent encore peu connus et nécessitent des études spécifiques afin de les évaluer et d’identifier les mesures de prévention à mettre en œuvre.

Aujourd’hui, on recense 7 procédés relevant de cette technologie, qui ont pour point commun de réaliser une pièce par un empilement de couches de matière successives. Ils mettent en œuvre de nombreux types de matériaux, des polymères, des métaux sous forme de poudres métalliques, des matériaux composites, ce qui génère des risques différents en fonction de chacun de ces produits et procédés.

L’un des principaux risques à prendre en compte est le risque chimique. Les poudres et les liants utilisés contenant en effet de nombreux additifs chimiques, qui, lors du processus de chauffe, peuvent émettre des vapeurs et composés gazeux (Composés organiques volatils, monoxyde de carbone….) ainsi que des particules fines voire ultrafines. 

La FABLAB du Technicentre de Saint Pierre des Corps a décidé de faire appel à l’AEF afin d’initier une démarche d’évaluation des risques d’exposition au poste de travail de son procédé de fabrication additive. La FABLAB met en œuvre des imprimantes utilisant la technique du dépôt de film ou FDM (Fused Deposition Modeling) avec des matériaux plastiques du type PLA (acide polyactique), PVA (Alcool Polyvinylique) et BREAKAWAY (Polyuréthane thermoplastique et acide polylactique).

Dans un premier temps, une étude de dé-formulation de plusieurs types des matériaux mis en œuvre a été réalisée à l’aide de plusieurs méthodes analytiques (Spectroscopie Infra Rouge à Transformée de Fourier, Microscopie Electronique à Balayage…) afin de mieux connaître leur composition chimique. Ensuite, les composés organiques volatils (COV) émis en portant les échantillons à la température de mise en œuvre ont été analysés par Chromatographie en Phase Gazeuse couplé à la Spectrométrie de masse (GC-MS).  

Dans le cas d’un échantillon de type polyuréthane soumis à des conditions proches de celles de l’impression 3D, on observe (Tableau 1) ainsi majoritairement le relargage d’Hydroxotoluène  butylé (BHT), du tétrahydrofurane, de la cyclopentanone et de la 1,6-dioxacyclododécane-7,12-dione qui sont des composés couramment employés comme solvant, inhibiteur radicalaire ou sous-produits de réactions dans l’industrie des polymères. 

Ces résultats seront alors utilisés afin de pouvoir finaliser la démarche d’évaluation des risques au poste de travail, que ce soit pendant la phase d’impression, mais également lors de la phase de traitement après impression. Ils permettront de valider la mise en place des moyens de prévention adaptés, en particulier des dispositifs d’aspiration des poussières et des gaz et de réaliser les mesures réglementaires visant à s’assurer que les Valeurs Limites d’Exposition Professionnelles (VLEP) sont respectées. 

Toute cette démarche permettra ainsi de démontrer que les procédés sont mis en œuvre avec une maîtrise des risques suffisante pour assurer la sécurité des opérateurs.