Tribologie/Techniques de lubrification

Généralités

Trop souvent, c'est après que les machines ou les équipements ont été conçus que l'on s'intéresse à leur lubrification et d'une façon plus générale aux divers problèmes tribologiques. Ces aspects sont pourtant essentiels si l'on ne veut pas que la lubrification soit le tendon d'Achille du produit fini, et c'est pourquoi on ne fera jamais assez de formation professionnelle sur ce sujet.

Une bonne lubrification des parties mobiles des machines, particulièrement des roulements et des engrenages, est essentielle pour éviter l'usure adhésive, réduire les frottements, évacuer la chaleur et les débris et protéger les pièces contre la corrosion. Elle permet d'accroître les performances, d'augmenter les charges, les vitesses et les températures de fonctionnement.

Beaucoup d'entreprises souffrent des mauvaises pratiques de leurs services de maintenance. Une lubrification insuffisante provoque des échauffements, des usures anormales et des défaillances prématurées mais une lubrification excessive a des effets du même ordre. Dans bien des situations la recherche d'un point d'équilibre, d'un optimum, devrait ètre la règle.

Les responsables de la lubrification doivent également savoir reconnaître les signes avant-coureurs et les symptômes des problèmes d'usure et de lubrification : une élévation de température, des bruits ou des vibrations inhabituels, des changements rapides de couleur des lubrifiants, etc.

Articles détaillés

Cet article n'aborde que des méthodes générales, renvoyant à des articles spécialisés l'étude des méthodes spécifiques à certaines applications industrielles :

pour en savoir plus : Lubrification des engrenages

pour en savoir plus : Lubrification des roulements

Problèmes fréquemment rencontrés dans les systèmes de lubrification

Effets de l'air contenu dans les lubrifiants

Aspects du problème

Presque tous les lubrifiants contiennent de l'air en proportions variables. Il ne s'agit pas à proprement parler d'une contamination, mais la présence d'air peut influencer notablement les performances des systèmes de lubrification. L'air peut être présent sous plusieurs formes : air libre, air dissous, air entraîné et mousse.

• L'air libre emplit des volumes enfermés dans les mécanismes ou piégés dans des cavités, par exemple dans les points hauts des canalisations. Il peut intervenir par ses propriétés de fluide compressible en présence de liquides très peu compressibles lorsqu'il s'agit d'obtenir une mise en pression des circuits, dans lesquels il crée alors une certaine élasticité globale. Par ailleurs, cet air peut se dissoudre dans le lubrifiant avec lequel il est en contact ou être entraîné mécaniquement dans les circuits lors du mouvement du liquide.

• L'air dissous ne se sépare pas facilement du liquide dans lequel il se trouve mais il peut devenir un problème lorsque la température s'élève ou lorsque la pression baisse. Les huiles de pétrole peuvent contenir jusqu'à 12 % d'air, ce que l'on ignore généralement. Lorsqu'il quitte la solution, cet air forme de très petites bulles qui demeurent d'autant plus longtemps en suspension que le liquide est plus visqueux et qu'il est plus agité.

• L'air entraîné se trouve intégré dans les écoulements d'huile à la faveur de l'agitation ambiante. Ce phénomène peut survenir dans les huiles saines mais il est plus fréquent dans les huiles contaminées par l'humidité ou par d'autres pollutions. Cet air tend le plus souvent à se séparer spontanément de l'huile en rejoignant la surface libre mais il peut rester assez longtemps en suspension si la viscosité est forte et si l'huile est souillée. La présence de cet air peut entraîner des phénomènes de cavitation, provoquer le fonctionnement irrégulier ou aléatoire des systèmes hydrauliques, diminuer la précision des systèmes de commande ou de positionnement, faire baisser la pression des circuits de lubrification, provoquer l'effet diesel, désamorcer les pompes, etc.

• La mousse a des effets notablement différents de l'air entraîné. Elle peut se former lorsque le lubrifiant est énergiquement brassé dans les engrenages, les pompes ou les roulements, lorsqu'il s'écoule en cascade dans le réservoir, lorsque le temps de « repos » dans ce dernier est insuffisant, lorsque de l'air est aspiré dans une pompe en même temps que l'huile ou encore lorsque le liquide est contaminé par de la graisse ou par d'autres polluants. La mousse peut contenir plus de 30 % d'air, elle rend difficile la mesure des niveaux d'huile dans les carters et crée parfois des débordements intempestifs qui provoquent la souillure des installations et la perte du lubrifiant. Plus grave, dans les guidages alimentés par de la mousse, les pièces ne sont pas bien séparées par le lubrifiant, les frottements augmentent et des contacts métal sur métal peuvent se produire ; cela peut mettre gravement en danger les mécanismes eux-mêmes.

Effets sur les systèmes d'alimentation à niveau constant

L'air présent dans les lubrifiants nuit de diverses manières à la bonne lubrification des éléments de machines et ses effets néfastes se font aussi sentir au niveau des équipements auxiliaires tels que les systèmes d'alimentation à niveau constant. Ceux-ci sont largement utilisés dans l'industrie depuis plus de 50 ans, en particulier pour l'alimentation des machines tournantes dont les roulements s'accommodent mal d'une suralimentation aussi bien que d'un manque d'huile. L'alimentation Opto-Matic de la société Trico date des années 1930.

• Alimentations « à l'air libre » : dans la plupart des cas, l'air est incorporé dans l'huile au voisinage des roulements, puis il remonte en formant des bulles qui viennent crever à la surface libre. La communication avec l'atmosphère se fait par un reniflard qui permet à l'air d'entrer ou sortir en fonction des besoins, par exemple lorsque la variation de température entraîne des variations de volume dans le carter.

• Systèmes « ventilés fermés » : la désaération de l'huile se produit comme précédemment mais l'air qui se dégage revient dans le carter où se trouve enfermé le mécanisme.

• Systèmes non ventilés : l'alimentation à niveau constant comporte une sorte de vase d'expansion contenant un certain volume d'air qui ne communique ni avec l'atmosphère, ni avec le carter. Si, par une mauvaise conception du système, des bulles pénètrent dans ce vase, l'huile se trouve progressivement chassée et le niveau dans le carter augmente, avec un risque de suralimentation des roulements. Ce processus est généralement assez lent et donc relativement pernicieux car ses effets sont progressifs et peuvent longtemps passer inaperçus.

Remèdes

Les lubrifiants en bon état contiennent des additifs facilitant la séparation de l'air et empêchant la formation de mousse, tandis que les lubrifiants pollués ou dégradés, au contraire, dégazent beaucoup plus difficilement. Des analyses ou d'autres contrôles qualitatifs permettent de préserver les mécanismes et surveillant l'état des fluides et en procédant à leur remplacement en temps utile. Le choix de lubrifiants dont les formulations sont bien adaptée aux différents cas possibles est bien sûr essentiel.

La conception des circuits de lubrification doit être telle que les lubrifiants puissent se trouver en temps utile dans des zones de « calme » permettant à l'air de s'échapper à la surface libre. Des écrans, des chicanes, des bassins judicieusement placés facilitent grandement ce dégazage. Leurs positions et leurs formes relèvent plus de l'expérimentation guidée par le bon sens que du calcul scientifique.

Lors du retour du lubrifiant dans le réservoir, il est bon de prévoir des « diffuseurs » suffisamment efficaces pour réduire la vitesse d'arrivée à moins de 1 m/s. Ils doivent déboucher sous la surface libre pour éviter d'entraîner de l'air supplémentaire au sein du fluide.

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