LA THERMOGRAPHIE, UNE AIDE À LA MAINTENANCE

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1 Thermogram LA THERMOGRAPHIE, UNE AIDE À LA MAINTENANCE Patrick LE FOULER SPIE TRINDEL Parc Saint Christophe Pôle Edison 5 F CERGY-PONTOISE cedex Tél Fax patrick_le_fouler@spie-trindel.fr Résumé. Dans un souci d amélioration permanente de la disponibilité de leurs actifs, les gestionnaires de patrimoines industriels et immobiliers ont évolué vers une politique d exploitation plus préventive, voire prédictive. Après une présentation des concepts et enjeux dans la gestion des patrimoines, l auteur s attache à préciser comment l analyse thermique infrarouge a pu répondre aux préoccupations des gestionnaires. Son positionnement dans la politique de maintenance est tout particulièrement abordé avec le détail des applications possibles, y compris dans le domaine de la prévention des risques de sinistres.

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3 Thermogram LES PATRIMOINES PRODUCTIFS ET IMMOBILIERS, UN INVESTISSEMENT A FAIRE FRUCTIFIER Quels que soient leur secteur d activité et leur domaine d application, les propriétaires ou gestionnaires de patrimoines (industriel, tertiaire, infrastructure de transport, infrastructure de communication, établissement public, ) ont de tout temps recherché la meilleure façon de rentabiliser et de pérenniser leurs actifs. Dès la phase amont d un projet en vue d un nouvel investissement patrimonial, la recherche d un optimum devient le maître mot pour en tirer le meilleur profit tant sur les aspects fonctionnels qu économiques. Or, si l on décompose la chaîne des coûts répartis tout au long du cycle de vie d un bien, dans un raisonnement en coût global de possession, on constate que la phase «exploitation» du patrimoine représente à elle seule entre 60 % et 80 % du coût global (figure 1). Devant l importance de cette phase exploitation, tous les moyens d optimisation qui s y rapportent sont à envisager. Figure 1 - Cycle de vie 1. LA MAINTENANCE, SOURCE D OPTIMISATION GLOBALE DES PATRIMOINES La fonction «maintenance» est l un des moyens d optimisation et non des moindres. En effet, les enjeux technico-économiques qui découlent de sa maîtrise se retrouvent non seulement en coûts directs de maintenance, mais surtout en coûts induits résultant de l indisponibilité des patrimoines pour leurs exploitants (perte de production, perte d image, retard sur livraison,...). A ce niveau d analyse et d intervention, un important effet de levier est constaté. Les actions de maintenance, ou plutôt les défauts de maintenance ou encore la nonmaintenance, se traduisent rapidement en arrêts d exploitation (indisponibilité), voire en sinistre (incendie, explosion, bris de machines ), aux conséquences économiques et fonctionnelles préjudiciables pouvant aller jusqu à une dépréciation importante du patrimoine.

4 Thermogram LA FONCTION MAINTENANCE, CONCEPTS EVOLUTIONS ET ENJEUX La fonction maintenance a beaucoup évolué ces deux dernières décennies par l intégration et la banalisation de ses concepts fédérateurs. Ceux-ci ont été développés d une part au sein d entreprises à forte valeur technologique et à forte criticité (nucléaire, transport, armement), et d autre part, au travers des structures professionnelles par l élaboration de documents de référence, tels que les normes françaises série X et autres standards professionnels. A noter que la normalisation française a été la première à structurer cette activité qui de surcroît représentait à l époque la première activité de «service» à bénéficier d une normalisation. La fonction maintenance a ainsi fait l objet d un éclaircissement de ses éléments fondamentaux. Elle a été décomposée en deux types d activités : La maintenance corrective qui intervient postérieurement à l apparition d une défaillance (dans ce cas, les pertes directes et induites sont consommées) La maintenance préventive qui intervient antérieurement à l apparition d une défaillance (les coûts directs de maintenance se substituent alors aux coûts d indisponibilité et aux coûts induits de la défaillance). Premier concept : la maintenance préventive systématique dont la définition normalisée est : Maintenance préventive effectuée selon un échéancier établi à partir d un nombre prédéterminé d unités d usage. [2] L expérience a montré que cette maintenance ne permet pas à elle seule à garantir la disponibilité au meilleur coût. Elle peut se révéler onéreuse en coûts directs de maintenance. De plus, elle s adapte difficilement aux variations rapides et fréquentes dans l usage des patrimoines. De ce fait, elle n apporte pas l optimisation escomptée. C est la raison pour laquelle les responsables d exploitation ont été incités à mettre en œuvre un autre concept de maintenance basé sur la maintenance préventive conditionnelle. 3. LA MAINTENANCE CONDITIONNELLE Maintenance préventive subordonnée au franchissement d un seuil prédéterminé significatif de l état de dégradation du bien. Note : le franchissement du seuil peut être mis en évidence par l information donnée par un capteur ou par tout autre moyen. [2] Cette maintenance fait appel au suivi de paramètres physiques des patrimoines exploités, paramètres qui conditionnent et optimisent le déclenchement des interventions de maintenance. Cela se justifie par la détection de dérives des caractéristiques du patrimoine avec une action programmée avant toute incidence sur la disponibilité. Partant de ce nouveau concept d optimisation de la fonction maintenance, c est ensuite l évolution des techniques de mesure et d investigation qui a favorisé grandement l appel à la maintenance conditionnelle.

5 Thermogram Au travers de capteurs miniaturisés, de plus en plus sensibles et performants, avec un coût d acquisition réduit et dont les grandeurs font l objet de traitement du signal par électronique et informatique «up to date», de nombreux paramètres physiques ont pu être «maîtrisés». Exemples de grandeurs suivies en maintenance conditionnelle : Tableau 1. Les paramètres sous surveillance PARAMETRES Température Niveau sonore Vibrations Ondes de choc Caractéristiques lubrifiants Caractéristiques diélectriques Temps Epaisseur, jeu PHENOMENES SURVEILLES Echauffement mécanique, électrique, isolation Etanchéité, décharges électriques, usure paliers, roulements Balourd, alignement, usure, dégradation paliers, roulements Film d huile, état roulements Etat lubrifiant, état de dégradation d équipements lubrifiés Etat diélectrique, état de dégradation d équipements Dérive caractéristiques machines, temps cycle Corrosion, érosion, usure Source [3] 4. LA MESURE, UNE AIDE A LA MAINTENANCE L instrumentation des installations et équipements de patrimoines n a plus été limitée à la conduite de ces installations et équipements ; elle contribue dorénavant à en faciliter et surtout à en optimiser le maintien en condition de disponibilité par rapport à l usage qui en est attendu (aide à la maintenance). On retrouve ainsi l instrumentation par capteur à seuil ou autre capteur analogique implanté à demeure. Les capteurs assurent alors un contrôle permanent des caractéristiques représentatives de l état de santé des installations, de leur dérive ou de leur usure. C est l instrumentation qualifiée de «on line» et souvent implantée par le constructeur à l origine de la fourniture des installations. Dans ce cas, une réflexion dès la conception a été menée pour parfaire la maintenabilité des équipements. Un certain «surinvestissement» aura été consenti pour optimiser le coût global de possession au détriment du coût direct d investissement, avec une vision couvrant le cycle de vie de l installation. Lorsque la valeur des moyens de mesure atteint certaines limites et/ou lorsque les points à mesurer conditionnant la maintenance sont nombreux et très dispersés géographiquement, il est dans ce cas préféré une approche par instrumentation «off line». Avec un même capteur, équipé d un collecteur/mémorisateur de données, un opérateur peut, suivant un circuit de visite pour prise de mesures, contrôler l état des installations à de nombreux emplacements prédéfinis. 5. CRITERES DE CHOIX DES MOYENS Le choix dans l usage d un type ou d un autre d instrumentation («on line» ou «off line») repose sur une analyse multicritère dont les fondamentaux sont résumés dans le tableau 2 ci-dessous. Ces différents paramètres, après analyse, permettent de préciser la périodicité requise du contrôle des installations et ainsi de décider d implanter une solution «on line» permanente ou

6 Thermogram par échantillonnage, ou de retenir le principe de visite de maintenance conditionnelle avec solution «off line». Remarque : Les appréciations portées dans le tableau sont les plus pertinentes statistiquement, elles ne s appliquent pas dans tous les cas et pour tous les paramètres. Tableau 2. Analyse multicritère CRITERES D INFLUENCE Nombre et diversité de points de mesure Dispersion géographique Criticité équipement surveillé Rapidité d évolution du phénomène Coût individuel de mesure Automatisation de la mesure Accessibilité du point de mesure Contraintes d ambiance Modes de dégradation ORIENTATION OFF LINE Important Forte Faible Lente Fort Complexe Bonne Faibles Imprécis ORIENTATION ON LINE Faible Limitée Importante Rapide Faible Aisée Mauvaise Importantes Connus 6. L ANALYSE THERMIQUE L expérience montre que la température des installations dans de nombreux cas est représentative soit de leur état de santé, soit de leur état de fonctionnement (usure, dégradation, dérive, défaut de conception ou de montage, dysfonctionnement, défaut d étanchéité, perte de caractéristiques thermiques, ). C est un paramètre dont le suivi peut renseigner aussi bien l exploitant de patrimoine (conditions de fonctionnement, optimisation, sécurité, régulation) que le mainteneur, et cela dans de nombreux domaines techniques. Il est donc intéressant d envisager l implantation de capteurs qui puisse satisfaire les deux besoins. Dans ce cas, les solutions «on line» seront retenues pour la permanence de l exploitation. Il s agit principalement de mesures thermiques ponctuelles par contact (les moins onéreuses), ainsi que de mesures ponctuelles par rayonnement, «fixes» ou par «scan». Lorsque le besoin est purement maintenance avec une grande diversité d équipements à contrôler, on s orientera plus spécifiquement vers des solutions par mesures thermographiques par visite, périodicité à définir en fonction de la criticité du phénomène et de la rapidité d évolution. Dans ce cas, il s agit de détecter des signes précurseurs de défaillances «localisées» dans des ensembles complexes (résolutions spatiale et thermique) sans perturbation de l exploitation, défauts dont l occurrence reste faible. Pour cela, le personnel intervenant doit disposer d un outil approprié à la visite. Il doit également détenir les compétences et la formation propre à la réalisation de «bonnes mesures» en milieu perturbé ainsi qu une parfaite connaissance des modes de dégradation des installations visitées. Ces modes de dégradation dépendent des conditions d exploitation des équipements et de la technologie investiguée (mécanique, électrique, thermique, ). Ce sont les qualités requises pour les personnels d entreprises de prestation de services en thermographie. On peut estimer, avec les prix de revient actuels des moyens de mesure, que le coût de l investissement initial est de l ordre de 370 KF par site équipé (un opérateur opérationnel et

7 Thermogram expérimenté). Ensuite, chaque année, s ajoutent des coûts de vérification, de maintenance des équipements de mesure et d édition de rapports pour une valeur d environ 30 à 35 KF. Ceci représente un lourd investissement pour un gestionnaire qui ne pourrait l amortir que partiellement si son patrimoine ne justifie pas d un volume suffisant d applications. Ainsi, cette prestation se développe en majorité sous forme de contrats de prestation de services par des entreprises spécialisées. 7. L ANALYSE THERMIQUE, UN OUTIL A L USAGE DES PREVENTEURS & MAINTENEURS L analyse thermique vise dans son usage à satisfaire les besoins des responsables de maintenance et des responsables de prévention dans la maîtrise conditionnelle des installations. C est un moyen technique polyvalent de prévention qui demande de bonnes compétences «métier» (connaissance des modes de dégradation des installations surveillées) avant toute approche des concepts de mesure. Il s applique parfaitement au milieu électrique où toute résistance dans le passage du courant se traduit immédiatement par un échauffement selon des lois physiques connues. Il permet un contrôle rapide d une multitude d équipements discrets, sources potentielles d aléas et de sinistres par échauffements générés par : Mauvais serrage, sertissage, raccordement, connexion Usure de contacts mobiles Oxydation Surcharge, déséquilibre de phase Présence d harmoniques Sous-dimensionnement Défaut de conception Les dégradations d équipements électriques par échauffement sont invisibles en dehors d une mesure thermique. Elles sont en général lentes : un principe de ronde ou de visite s applique parfaitement à leur détection. Dans les autres domaines techniques, les lois de dégradation sont beaucoup moins régulières. Des phénomènes d avalanche peuvent être constatés (ex. : briquetage de four de cimenterie) ce qui justifie l implantation de capteurs «on line» à demeure. Concernant les équipements mécaniques, du fait de l inertie thermique des composants, la visualisation et l analyse dans l absolu des phénomènes restent délicates. Les modes de dégradation sont très diversifiés et le seuil de détection des capteurs est souvent inadapté pour une réelle prévention. 8. DOMAINES D APPLICATION EN MAINTENANCE Côté installations à maintenir, le milieu électrique représente à lui seul la grande majorité des usages de l analyse thermique à vocation maintenance. Ces usages se répartissent en maintenance conditionnelle, en aide au diagnostic (en maintenance corrective), en assistance au réglage des installations, et également en prévention des risques d incendie et de bris de machines.

8 Thermogram D autres applications existent en moindre mesure. On peut citer, pour les principales d entre elles, le milieu mécanique (frottement, usure, lubrification, réglage de jeux, géométrie), le génie des fluides (calorifuge, fuite, homogénéité, rendement), le génie thermique (fumisterie, usure, optimisation) et le milieu du bâtiment (bardage, ouvrants, équilibre thermique). 9. THERMOGRAPHIE & PREVENTION DES RISQUES D INCENDIE EN MILIEU ELECTRIQUE Pour l électrique, l intérêt porté par les assureurs à l analyse thermique dans la prévention des risques d incendie conforte son usage «préventif» maintenance. Cette action structurante de la FFSA ( Fédération Française des Sociétés d Assurances) a permis de clarifier le besoin des assureurs par rapport à la maintenance conditionnelle. Cela s est traduit par une formation complémentaire des opérateurs intégrant l analyse de l environnement des installations contrôlées en plus du contrôle des températures. Mais force est de constater qu aujourd hui, trop peu de contrôles sont exécutés conformément au cahier des charges spécifique de la prévention des risques d incendie, ce qui entraîne, par effet successif, multiplication des risques et alourdissements des charges d assurances. Ce seul aspect mériterait à lui seul de nombreuses communications et des mises en application plus fréquentes et, ainsi, des sinistres, certains catastrophiques, pourraient être évités. 10. QUEL AVENIR EN PREVENTION? Malgré les limites constatées aussi bien techniques que dans son usage, la pratique de l analyse thermique va en s accroissant avec un nombre de prestataires qualifiés grandissant. Sa technologie est mature et poursuit son évolution afin de gagner en productivité dans l intervention et surtout dans la restitution de l analyse sous forme de rapports (outils logiciels dédiés). Concernant l évolution des matériels de mesure thermique dédiés aux applications maintenance, on se référera à l article de presse paru dans la Revue Maintenance & Entreprise N 537 du même auteur [4]. Pour l avenir, il ne reste plus qu à espérer que les coûts d accès à la technologie se réduisent au point d en faire un outil permanent de prévention. 11. SPIE TRINDEL ET LA THERMOGRAPHIE Prestataire de services en maintenance, le réseau opérationnel de Spie Trindel pratique l analyse thermographique infrarouge depuis plus de 10 années en maintenance conditionnelle. Ce réseau, équipé aujourd hui de 19 caméras, fait intervenir des opérateurs disposant de la qualification assureur et intervient en France, en Europe et, au cas par cas, hors Europe. Les interventions concernent aussi bien des prestations individuelles que des contrats pluriannuels de maintenance. C est l un des réseaux les plus complets et les plus expérimentés dans son domaine de spécialité : la maintenance multitechnique à engagement de progrès. L entreprise est également un acteur prépondérant et reconnu par sa participation à l évolution de la profession et notamment à l évolution de l usage de l analyse thermique appliquée à la Maintenance en relation avec les assureurs et leurs clients.

9 Thermogram BIBLIOGRAPHIE [1] L entreprise logistique SOLE Extrait de la maintenance source de profits. Les Editions d Organisation. [2] Norme NF EN Terminologie de la maintenance. juin [3] Guide de l utilisateur AFNOR. Vers le «zéro» panne avec la maintenance conditionnelle, Février [4] Article de la revue Maintenance & Entreprise N 537 février 2001.