Vous voulez tout connaitre sur les lubrifiants, sur leurs dégradations et sur les moyens de les expertiser ?

L’AEF propose deux formations dispensées par des experts pour mieux comprendre le rôle des composants des lubrifiants, leurs dégradations dans le temps, les risques encourus en cas de défaut de lubrification.

Ces deux formations vous donnent des moyens simples et efficaces avec 3 de vos sens pour préétablir un diagnostic de l’état des graisses sur le terrain.

Deux formations vous sont proposées par l’AEF, via le catalogue de formation du technicampus.

1-Les bases de la lubrification via la formation MA LUB

Cette formation a pour but d’apporter aux agents une culture générale sur les lubrifiants, une rigueur et efficacité dans leur travail de maintenance journalier.

Les différents items étudiés sont :

• la différence entre une huile et une graisse ;
• les caractéristiques fondamentales d’un lubrifiant ;
• le bon lubrifiant ;
• le risque encouru et les décisions à prendre dans le cas d’un mélange de lubrifiant
• les moyens d’analyses des lubrifiants ;
• l’interprétation des résultats des analyses d’huile moteur et leur association aux défaillances organe.

• les dégradations subies par le lubrifiant au cours du temps ;
• l’optimisation de la maintenance de mon matériel ;
• les avantages et les inconvénients des appoints.

Fin 2020 cette formation se fera via un E-learning de plusieurs modules d’une dizaine de minutes chacun.

2-Comment expertiser la graisse de boite d’Essieu (MA OREG)

L’objectif de cette formation est de comprendre l’importance de la lubrification et de savoir expertiser une graisse de boîte d’essieu. Après cette expertise l’agent sera capable d’appliquer les décisions adéquates.

Les différents items étudiés sont :

• les rôles de chaque constituant des graisses de boite d’essieu ;
• le but de la lubrification ;
• l’impact d’un défaut de lubrification ;

• le diagnostic de l’état des graisses usagées avec ses trois sens ;

• les décisions en adéquation avec la dégradation diagnostiquée.

Cette formation est dispensée en présentiel à l’AEF, sur site ou en visioconférence. 

Les planifications de ces formations sont consultables sur le site du technicampus.

2 cas d’étude : analyse de défaillance des câbles d’un groupe de climatisation et étude de la dégradation des graisses de boite d’essieu

Focus sur la Microscopie Electronique à Balayage couplée à une Analyse par Spectroscopie de Dispersion d’Energie (MEB-EDS), outil de pointe qui permet de cibler une zone d’intérêt et de détecter des anomalies difficiles à mettre en évidence via des outils de caractérisation classiques. Le MEB donne accès à la morphologie et la topographie de surface des échantillons alors que l’EDS renseigne sur la composition chimique.

Dernières investigations
> Analyse de défaillance de câbles issus d’un groupe de climatisation d’un Regio2N

Une anomalie est apparue en service sur un groupe de climatisation d’un Regio2N. Un réseau de câbles s’est dégradé. La coloration bleu-vert (Fig. 1) des câbles et de leur pince métallique présage une corrosion des pièces. L’idée ici est de mettre en évidence la dégradation subie par les pièces, son origine et de proposer une solution pour limiter cette dégradation.

Nous avons tout d’abord analysé les échantillons neufs pour avoir un point de départ, une référence. Les câbles sont constitués de fils métalliques protégés par une gaine et présentant une pince à leur extrémité. Le câble neuf se caractérise par des fils torsadés (Fig. 2a). Il est constitué d’étain (Sn) et du cuivre (Cu) donc est purement métallique. La gaine (Fig. 2b) est un matériau homogène de type plastique, constitué essentiellement de carbone (C) et d’oxygène (O).

Les câbles du service présentent un dépôt comme le témoignent les images des Fig. 2c et 2d. Nous avons analysé la composition chimique des câbles usagés pour comprendre l’origine de ce dépôt. Ils se caractérisent par la présence de cuivre (Cu) et d’oxygène (O) majoritaires (Fig. 3). On note par ailleurs la présence de chlore (Cl) en quantité non négligeable (8%). L’analyse de la zone bleu-vert des gaines montre la présence de cuivre majoritaire, d’oxygène, de carbone et de chlore. Il semblerait que le dépôt bleu-vert ait été transporté et déposé à la surface de la gaine.

D’après nos hypothèses, la présence d’oxygène en quantité importante témoigne de la formation d’oxydes de cuivre donc d’une corrosion des pièces. Il pourrait s’agir d’une corrosion atmosphérique en air humide pollué par du chlore apporté par le sel de mer (appelé chimiquement chlorure de sodium). Une mesure de prévention contre ce phénomène est donc de déposer une couche de métal inoxydable à la surface des parties métalliques pour les protéger ainsi de la corrosion.

Un contrôle rigoureux des graisses de boite d’essieu : informations sur les mécanismes de dégradation

La boite d’essieu est un organe dont le contrôle strict est nécessaire pour éviter tout incident qui se révèlerait dramatique (ex : casse fusée). La graisse de boite d’essieu est un lubrifiant complexe constitué entre autre :

• d’huile dont le rôle est de lubrifier le contact,
• d’un épaississant qui permet de stocker l’huile et de la maintenir dans la zone de contact

Le MEB est un outil d’observation qui permet de contrôler l’état de l’épaississant. Nous avons ici suivi l’évolution de sa dégradation face à un phénomène d’oxydation connu en service. Nous avons simulé ce phénomène au laboratoire via un chauffage des graisses sous air à 130 °C pour des durées allant de 25 à 75h.

L’observation met en évidence de longues fibres torsadées dans le cas de la graisse neuve (Fig. 4a).  Mais dès 25h d’oxydation (Fig. 4b), il y a une perte de cette morphologie torsadée et un début d’agglomération des fibres qui se regroupent pour former des amas de fibres. Le phénomène s’intensifie avec le temps d’oxydation croissant. En effet, l’oxydation entraîne la formation d’agglomérats de fibres de taille importante (Fig. 4c et 4d). Cette agglomération déstructure le réseau de fibres de l’épaississant et dégrade ainsi la capacité de ce dernier à stocker de l’huile. En service, ce type de défaut prive le contact de lubrifiant et accentue le risque de frottement et d’usure métallique.

De nombreux lubrifiants sont mis en œuvre à bord du matériel roulant pour assurer un fonctionnement optimisé. Ces graisses (roulements, essieux, graisseurs de boudin…) et huiles (huiles de transmission, moteurs, isolantes…) assurent des fonctions essentielles, permettent d’augmenter la durée de vie des équipements et peuvent être vitaux pour la sécurité (éviter les ruptures essieux et les incendies de transformateurs de puissance par exemple).

Les lubrifiants permettent en effet de combattre l’usure, la corrosion de surfaces et  contribuent à l’étanchéité, à l’évacuation de la chaleur et des impuretés. 

Au cours du temps, ces lubrifiants voient leurs caractéristiques physico-chimiques se modifier, ils se dégradent. Cette détérioration dépend des contraintes appliquées et des conditions de fonctionnement (température, charge, durée de fonctionnement.

Nous recensons deux  formes de dégradations : 

• Les dégradations chimiques, dues notamment à l’oxydation des hydrocarbures qui composent le lubrifiant, au contact de l’air et de la température, avec formation de nouveaux composés tels que des acides,
• Les dégradations physiques, qui peuvent convenir de sollicitations mécaniques, comme celle des fibres des graisses qui servent à retenir l’huile.

Au-delà d’un certain seuil de dégradation, le lubrifiant n’assure plus correctement sa fonction de lubrification, ce qui peut entraîner des problématiques d’efficacité voire de sécurité. Il est alors nécessaire de réaliser la vidange ou la dépose d’organe et le remplacement du lubrifiant concerné.

Afin de connaître l’évolution des caractéristiques du lubrifiant concerné, il est donc nécessaire d’assurer un suivi de ses caractéristiques physico-chimiques. 

Quatre types de suivi différents ont été développés par le secteur Lubrifiants de l’Agence d’Essai Ferroviaire (AEFL’enjeu est de permettre une utilisation optimisée de ces lubrifiants tout en assurant des pas de maintenance réduits et une maitrise des coûts associés au suivi et à la maintenance.

• Le suivi en laboratoire : il consiste à réaliser des essais en laboratoire afin de déterminer les caractéristiques physico-chimiques du lubrifiant et de mettre en évidence une éventuelle dégradation. Cela nécessite cependant d’effectuer des prélèvements (pour les huiles) ou une dépose d’organe (pour les graisses) lors de retours en centre de maintenance, plusieurs jours sont parfois nécessaires pour prendre connaissance des résultats. De ce fait ces opérations entrainent des coûts de maintenance importants

Ces prélèvements doivent alors être planifiés régulièrement, selon un pas de maintenance préétabli.  De plus les huiles et les graisses ont un « potentiel » défini à l’avance correspondant à un seuil de fonctionnement à partir duquel les lubrifiants doivent être vidangés et remplacés. 

C’est aujourd’hui ce type de suivi qui est couramment réalisé pour les huiles et les graisses.

L’AEF possède de nombreux équipements de pointe permettant de réaliser ces analyses et des experts pouvant diagnostiquer le pouvoir lubrifiant du produit.

• Les analyses en centre de maintenance : 

Certaines analyses peuvent être directement réalisées en centre de maintenance (métaux d’usure par Fluo X, acidité par Infrarouge, etc.). Le développement et le déploiement de ces méthodes est réalisé par l’AEF pour les technicentres SNCF mais aussi les centres de maintenance étrangers. 

Pour le transport ferroviaire, le contact entre la roue et le rail représente un enjeu majeur.  Le contact sur le boudin, qui réalise le guidage dans les courbes de petit rayon et les passages d’aiguille, sur une surface plus petite que celle d’une pièce de 1 centime, est essentiel pour éviter un déraillement à faible vitesse. De plus, pour éviter les usures prématurées du boudin et du rail extérieur, qui s’avèrent extrêmement couteuses pour l’exploitant,  la meilleure prévention est la bonne lubrification de ce contact roue-rail.

Les nombreuses études dans le domaine ont ainsi démontré qu’un rail posé en courbe et non graissé pouvait supporter un trafic de 200 millions de tonnes avant son retrait du service et qu’avec le même rail graissé, cette valeur pouvait atteindre 800 millions de tonnes.

La SNCF utilise depuis les années 60 un lubrifiant à base de bitume, très efficace mais qui représente une source de pollution sur le ballast et potentiellement sur les cours d’eau et les nappes phréatiques via les eaux de ruissellement. Cet impact environnemental pose de plus en plus de problèmes avec nos voisins européens du fait des lignes frontalières, la grande majorité de ceux-ci mettant en œuvre des produits biodégradables, ce qui d’après la définition du guide OCDE 301B signifie « qu’au moins 70% de la quantité du produit déposé a disparu après une exposition de 28 jours à 22°C ».

Il n’existe actuellement aucun texte réglementaire ou normatif prescrivant un type de lubrifiant particulier. La SNCF a donc du développer sa propre spécification technique matériel (STM) définissant ses exigences, y compris au niveau environnemental.  Le produit recherché doit ainsi être éco-compatible, c’est-à-dire être non seulement biodégradable mais également être non toxique. Des tests avaient en effet été réalisés avec la graisse biodégradable utilisée par la DB lors de l’ouverture de la ligne LGV Est. Ils s’étaient révélés concluants au niveau technique mais la cellule toxicologique de la SNCF avait fourni un avis défavorable pour cause de toxicité, montrant ainsi que biodégradable n’était pas synonyme de non-toxique.

Aujourd’hui, la SNCF a pris la décision stratégique de remplacer l’huile bitumineuse actuelle du système de lubrification du boudin de roue par un lubrifiant éco-compatible. Ce changement représente un investissement important, environ 4 M€, le différentiel de prix étant important pour une consommation annuelle de l’ordre de 150 tonnes. Mais les responsabilités sociales et environnementales de la SNCF associées au risque à court terme de se voir interdire de circuler à l’international ont décidé l’entreprise à engager ce changement.

Dans cette démarche, l’AEF participe activement à la recherche et la validation de ces produits éco compatibles.