Les machines s'usent-elles vraiment ? La vérité sur la longévité des machines et la maintenance

Le vieil adage que la mort et les impôts sont inévitables est souvent étendu aux machines. Si une machine qui génère du profit est soumise à l'impôt, sa disparition est-elle tout aussi certaine ?

Le professeur émérite du MIT Ernest Rabinowicz identifie trois forces primaires qui érodent l'utilité des machines : l'obsolescence, les accidents et la dégradation de surface.

L'obsolescence est la pierre angulaire du progrès technologique. Si certains dispositifs — comme le graisseur introduit par Oscar Zerk dans les années 1920 — sont restés virtuellement inchangés, la plupart des équipements modernes, surtout automobiles, font face à l'obsolescence fonctionnelle bien avant de devenir physiquement inopérables.

Les accidents et l'agence humaine peuvent dramatiquement raccourcir la vie d'une machine. Deux machines identiques opérant dans des conditions identiques peuvent afficher une fiabilité très différente simplement à cause de la compétence de l'opérateur ou de défauts de design introduits pendant la fabrication.

Le troisième facteur — la dégradation de surface — relève de la tribologie, l'étude de l'usure, frottement et lubrification. Rabinowicz le divise en dommages chimiques et mécaniques.

• Inhibiteurs de corrosion inadéquats ou dégradés dans les lubrifiants
• Lubrifiants qui s'oxydent rapidement et génèrent des acides
• Huiles de carter manquant de réserve d'alcalinité suffisante
• Intervalles de vidange excessifs
• Contamination de l'huile par eau ou acides
• Croissance biologique dans le système d'huile
• Humidité dans réservoirs, carters et compartiments de lubrification
• Températures d'opération excédant les limites du lubrifiant
• Utilisation d'additifs anti-usure chimiquement agressifs
• Stockage inadéquat de l'équipement et protection insuffisante contre l'humidité
• Lubrifiants incompatibles avec joints, produits chimiques ou traitements de surface

La dégradation mécanique de surface est divisée en abrasion, fatigue et adhésion, représentant environ 50 % des mises au rebut de machines. Voici un examen plus approfondi de chaque mode et comment ils peuvent être atténués.

Ernest Rabinowicz du MIT décrit les causes qui réduisent l'utilité des machines.

Abrasion à deux corps

L'usure à deux corps, qui constitue environ 20-30 % des pertes abrasives, se produit quand deux surfaces glissent l'une contre l'autre — comme un arbre dans un palier lisse stationnaire. La surface plus dure raie ou gouge la plus tendre. Bien que pas toujours évitable, elle peut souvent être contrôlée en assurant un film d'huile suffisant, un design de palier approprié, la gestion de température, et en prévenant le désalignement, la surcharge ou les démarrages à sec.

Abrasion à trois corps

Quand une particule solide étrangère s'infiltre entre deux surfaces en contact, l'abrasion à trois corps peut survenir. Ces particules microscopiques — souvent invisibles — peuvent agir comme de mini outils de coupe, endommageant les deux côtés du contact. Des études suggèrent que jusqu'à 80 % de l'usure totale dans les machines peut provenir de ce mécanisme. Le coupable est typiquement la poussière aéroportée qui s'entraîne dans les lubrifiants. Une hygiène stricte, filtration et analyse d'huile de routine peuvent éliminer la plupart de ces particules, prévenant efficacement cette forme d'usure.

Fatigue

La fatigue se manifeste par du micro-piqûre qui évolue en macro-piqûre et, ultimement, en écaillage. Elle est plus prononcée dans les contacts roulants comme les lignes de pas de dents d'engrenages et les chemins de roulement de roulements. La rugosité de surface, dureté, viscosité du lubrifiant, concentration de charge et taille des contaminants influencent tous l'initiation de la fatigue. La plupart de ces variables peuvent être contrôlées par des choix de design et une maintenance disciplinée. Un fabricant de roulements leader affirme qu'avec l'élimination des particules, ses roulements peuvent atteindre une "vie infinie."

Usure adhésive (grippage/galling)

L'usure adhésive survient sous conditions de glissement limite quand deux surfaces métalliques se lient puis se séparent, produisant souvent un dommage immédiat. Charges lourdes et mouvement lent exacerbent ce phénomène. Bien que l'apparition soit rapide, le taux d'usure peut être réduit en opérant dans les charges nominales, utilisant des additifs actifs de surface ou employant des lubrifiants solides. Un design, fabrication et mise en service appropriés maintiennent généralement l'usure adhésive au minimum.

Les machines ne meurent pas juste… Elles sont souvent assassinées

Pour beaucoup d'équipements, prévenir l'usure est un défi formidable, pourtant pas impossible. Une machine bien maintenue, correctement lubrifiée peut, dans de nombreux cas, jouir d'une durée de vie effective infinie. La clé réside dans le contrôle des facteurs environnementaux et opérationnels qui accélèrent la dégradation de surface.

En ingénierie de fiabilité, le risque est défini comme la probabilité de défaillance multipliée par la conséquence. Bien que les conséquences puissent être hors de notre contrôle direct, la probabilité peut être dramatiquement réduite par des pratiques de maintenance informées. Les défaillances d'agence humaine — découlant de formation insuffisante, métriques de performance floues ou culture de fiabilité faible — sont inversément proportionnelles à la probabilité de défaillance.

Beaucoup d'équipes maintenance font face à un paradoxe : une machine est cassée parce qu'elle n'a jamais été servie, ou parce qu'elle a été servie incorrectement. Reformuler le problème clarifie que l'ignorance — que ce soit de la prévention ou de la défaillance en cours — cause le problème. La connaissance, pas juste l'action, est l'antidote.

Ainsi, bien que les machines subissent de l'usure, une maintenance appropriée, formation opérateurs et design robuste peuvent atténuer cette "mortalité." Les vrais coupables sont souvent des individus bien intentionnés qui manquent simplement de la connaissance pour protéger l'équipement.

Jim Fitch, Président et Consultant Technique Senior chez Noria Corporation, apporte des décennies d'expérience pratique en lubrification, analyse d'huile, tribologie et investigations de défaillances machines. Ses clients incluent Michelin, Timken, John Deere, Caterpillar, Duke Energy, International Paper, Cummins et U.S. Steel.