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.

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.

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. 

Comment prédire une usure organe de la chaîne cinématique TGV ?

Les huiles extrêmes pressions mises en œuvre dans les transmissions et ponts moteurs TGV peuvent se dégrader au cours du temps pouvant engendrer une usure organe.

Cette dégradation se traduit par une augmentation de la teneur en fer et en cuivre dans l’huile, ces éléments étant alors des marqueurs d’une éventuelle usure. Il est donc primordial de suivre cette évolution afin de s’assurer du bon fonctionnement des transmissions et ponts moteurs au court du temps. C’est pourquoi l’AEF a développé une méthode pour instaurer une maintenance prédictive sur ces organes utilisable dans les technicentres.

Tous les 111 jours pour les transmissions et 222 jours pour les ponts moteurs, des prélèvements d’huiles et des analyses au spectromètre à fluorescence X sont effectués par les technicentres TGV.

De ce fait, tous les technicentres de maintenance TGV nationaux (Le Landy, Technicentre Atlantique, Technicentre Sud Est Européen, Technicentre Est Européen, Technicentre Lyon Gerland) et internationaux (Forest pour Thalys et Temple Mills pour Eurostar) sont pourvus d’un spectromètre à Fluorescence X leur permettant de déterminer la teneur en métaux d’usure.

Les appareils sont du même type et du même fournisseur pour tous les technicentres et les procédures de maintenance mises en place par l’AEF sont identiques. Les contrôles hebdomadaires doivent être réalisés avec la même huile (fabriquée par l’AEF) permettant ainsi le même stade de conformité. L’AEF suit la concordance de chaque appareil à l’aide d’une carte de contrôle et détermine l’incertitude de mesure propre à chaque technicentre. Cette maîtrise des appareils permet d’assurer la fiabilité des résultats obtenus, d’optimiser les critères de maintenance (teneurs maximales acceptées) et de comparer les valeurs obtenues dans les différents technicentres.

Le suivi des huiles de transmission a permis de mettre en place une maintenance prédictive ce qui signifie identifier les organes présentant des usures avant défaillance en ligne et éviter ainsi les incidents et immobilisation du matériel roulant.

L’AEF étant garante de cette méthode, l’Ingénieur Composant Clé « transmission » à Hellemmes souhaite maintenant le développement de nouvelles méthodes pour affiner le diagnostic des organes et adapter les préconisations de maintenance dans le cadre des actions d’amélioration de la performance de la chaine cinématique.

Cette expertise est recherchée par d’autres exploitants ferroviaires comme par exemple la maintenance des TGV au Maroc.

Spectromètre à fluorescence X