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Ils chassent le gaspi

GUIDE RÉALISÉ PAR ÉLIANE KAN / T.C.A.

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Plus fiables et plus précis, les roulements ouvrent de nouvelles perspectives pour réduire la consommation énergétique des équipements. Demain, ils anticiperont les pannes dans les installations industrielles.

Un roulement qui casse dans une machine de production peut se traduire par une perte de plusieurs milliers d'euros. Or, productivité oblige, les industriels rechignent à faire des arrêts de production pour remplacer les pièces vieillissantes. D'où l'impérieuse nécessité pour les fabricants de roulement comme NTN-SNR, Schaeffler, SKF ou Timken de doubler la durée de vie des roulements à billes, à aiguilles ou à rouleaux afin de limiter les risques de casse.

En réduisant les frottements

« Le marché réclame également des produits plu s légers, compacts, faciles à intégrer et à utiliser, et surtout encore plus fia- bles, rapporte Hervé Brelaud, directeur recherche et développement chez NTN-SNR Europe dont l'activité est à 50 % au service de l'automobile. Dans ce secteur, le nombre d'essais menés par les constructeurs a été multiplié par deux, ces dix dernières années. »

Comme ses concurrents, NTN-SNR anticipe la demande du marché en faveur de produits moins gourmands en énergie. Il faut rappeler que l'industrie (tous secteurs confondus) consomme un tiers de l'électricité produite dans le monde. À eux seuls, les équipements motorisés représentent les deux tiers de cette consommation. L'enjeu éco-énergétique est donc énorme puisque la consommation électrique représente 95 % du coût de possession d'un moteur électrique sur dix ans. Cet argument porte aussi auprès des constructeurs automobiles car chaque kilogramme de CO2 gagné allège le prix de revient des véhicules, compte tenu des nouvelles normes en vigueur.

Qu'il s'agisse de roulements destinés à des voitures électriques ou des machines-outils, la chasse au gaspi énergétique passe par la réduction des frottements, sachant que ces pièces sont conçues, rappelons-le, pour favoriser le mouvement et réduire les efforts. « Du même coup, le roulement gagne ainsi en fiabilité et en durée de vie », résume, Matthieu Lavieuville, responsable marketing Europe pour l'activité roulements à aiguilles de Timken (5 milliards de dollars de chiffre d'affaires dont les deux tiers en roulements). L'inventeur en 1899 des rouleaux coniques fournit notamment l'aéronautique, les pipe-lines mais aussi dans le secteur des énergies alternatives avec sa solution "Flexpin", un roulement à rouleau monté sur un axe, qui contribue à augmenter la durée de vie des éoliennes.

La lutte contre les frottements a démarré en trombe chez les fabricants de roulement à billes. À commencer par l'allemand Schaeffler (8,9 milliards de dollars, activité automobile incluse) qui propose un modèle à gorge profonde FAG, revu de fond en comble. La géométrie de ses bagues intérieure et extérieure et ses éléments roulants a été redessinée de façon à optimiser le contact entre les billes et le chemin de roulement. Ces améliorations se traduisent par une diminution des frottements de 35 % et un niveau sonore réduit de moitié. De quoi intéresser les fabricants d'appareils ménagers, les constructeurs de moteur électrique qui peuvent concevoir des machines à la fois plus performantes et plus économes en énergie.

En améliorant la lubrification

Même ambition chez le suédois SKF (5,3 milliards d'euros de chiffre d'affaires). L'industriel propose le roulement à billes E2 (efficacité énergétique) prégraissé qui réduit de 30 % la consommation énergétique et double la durée de vie du produit. Comme son concurrent allemand, SKF a revu intégralement le design du produit initialement conçu pour les motoristes automobiles. Les billes des roulements E2 comportent des rainures profondes qui facilitent la circulation du lubrifiant et permettent de réduire de 30 à 50 % le couple de frottement - ce qui se traduit par un gain énergétique équivalent. Ce gain peut atteindre 50 % et plus pour des vitesses supérieures à 2 000 tr/min pour les roulements rigides à billes. Mieux, le roulement E2 intègre un nouveau lubrifiant de synthèse au lithium à très faible coefficient de frottement pour diminuer les frictions et abaisser la température de fonctionnement.

Dans le domaine du roulement, la lubrification des pièces en continu constitue d'ailleurs une voie d'allégement de la maintenance. C'est, du moins, ce que propose l'américain Timken. Ce dernier intègre dans certains de ses roulements coniques et à aiguilles un lubrifiant solide qui se diffuse durant toute la durée de vie des roulements.

Pour l'heure, ce type de système concerne des marchés de niche. De même que le recours aux matériaux avancés. Jugés encore trop coûteux, les roulements en céramique ou hybrides (bague en acier et billes en céramique) demeurent cantonnés à quelques applications haut de gamme ou soumises à des conditions sévères, comme la chimie ou l'aéronautique.

En intégrant des capteurs de vitesse et d'effort

Du coup, l'acier a encore de belles années devant lui. D'autant qu'il est crédité d'améliorations notables. « À titre d'exemple, la durée d'utilisation est passée de 20 000 heures à 30 000 heures pour les roulements à rouleaux », se félicite Domenico Restaino, responsable technique et ingénierie à la division industrie de SKF France. Lequel a développé un traitement de surface baptisé "Nowear" qui confère à l'acier une dureté 40 à 80 % plus élevée et une stabilité thermique jusqu'à 200 °C. « La méthode consiste à déposer du carbone en phase vapeur sur l'acier de façon à lui conférer une dureté très élevée (1 200 HV) et une très grande résistance au grippage », résume Domenico Restaino.

Non content d'accroître la fiabilité de leurs roulements, les grands industriels cherchent désormais à apporter davantage de valeur à leurs produits en les instrumentant à l'aide de capteurs. En témoigne le groupe franco-japonais NTN-SNR qui intègre dans son roulement "Active Sensor Bearing", un capteur de vitesse et d'effort. Grâce à ce dernier, l'ordinateur de bord d'une voiture connaît en temps réel l'adhérence de chaque pneu à la route. Cette innovation mécatronique a déjà de l'avenir dans les usines. En surveillant en temps réel les différents paramètres de leur installation (température, vibration, vitesse...), les industriels sauront éviter les arrêts intempestifs de la production.

L'ESSENTIEL

- Plus précis et plus fiables, les roulements ouvrent de nouvelles voies à la réduction de la consommation d'énergie des machines-outils et des véhicules automobiles. - Les fabricants insèrent dans leurs roulements des systèmes de lubrification en continu pour alléger la maintenance. - En intégrant des capteurs, les roulements contribuent à la surveillance en temps réel de l'état du véhicule ou des paramètres d'une installation industrielle.

UN MARCHÉ TRÈS CONCENTRÉ

- Avec un chiffre d'affaires consolidé de 555 millions d'euros, selon une étude 2008 du cabinet Xerfi, le marché français du roulement compte 36 établissements dont la moitié emploie ainsi plus de 90 % des 10 000 employés salariés du secteur. Des sites appartenant en majorité aux leaders : NTN-SNR, SKF, Schaeffler, et Timken... - Les roulementiers avaient espéré augmenter leurs prix de 7 % en 2008. On doute qu'ils aient pu y parvenir... En revanche, les coûts à la production ont été prévus à la hausse d'environ 0,5 %. De quoi inciter certains fabricants à rechercher leurs marges dans la délocalisation. Tel SKF qui a construit deux usines en Inde en 2007 pour résister à la concurrence asiatique. Il diversifie son portefeuille de produits avec des paliers magnétiques sans frottement et économes en énergie. Tandis que SNR fournit des paliers hydrodynamiques pour petits disques durs d'ordinateurs.

PRATIQUE

Comment bien choisir son roulement ? - A chaque usage son roulement. À titre d'exemple, on trouvera les roulements à rouleaux dans l'industrie papetière, les roulements à aiguilles dans le textile ou les roulements à billes dans les appareils électroménagers. - Les critères à prendre en considération concernent, entre autres, la taille et le poids de la machine, sa vitesse de travail, l'existence ou non de vibrations... - Les grands fabricants de roulements proposent un service d'aide à la conception qui permet à l'utilisateur de personnaliser son roulement. - Éviter les produits de contrefaçon qui peuvent engendrer des arrêts de la production pour cause de pièces défectueuses.

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