L'analyse vibratoire est l'outil de diagnostic le plus puissant de la maintenance conditionnelle et prédictive. Elle permet de détecter des défaillances mécaniques naissantes avec des semaines ou des mois d'avance, et d'identifier précisément leur cause. Sa maîtrise requiert des connaissances en mécanique, en traitement du signal et en interprétation des spectres de fréquence.

Les Grandeurs Vibratoires et leurs Unités

Trois grandeurs caractérisent les vibrations d'une machine :

Grandeur	Unité	Usage préférentiel	Plage de fréquence
Déplacement	µm crête-crête	Basses fréquences, machines lentes (< 10 Hz)	1–200 Hz
Vitesse	mm/s RMS	Machines tournantes standard (10–1000 Hz) — norme ISO 10816	10–1000 Hz
Accélération	m/s² ou g	Hautes fréquences, roulements, engrenages (> 1 kHz)	500 Hz–40 kHz

La norme ISO 10816 définit les seuils d'alarme et de danger en vitesse vibratoire (mm/s RMS) selon la taille et la rigidité de l'installation. Par exemple, pour une machine de groupe 2 (moteur 15–75 kW) : acceptable < 2,8 mm/s · satisfaisant 2,8–4,5 mm/s · non satisfaisant 4,5–11,2 mm/s · dangereux > 11,2 mm/s.

La FFT : Transformer le Signal Temporel en Spectre

La FFT (Fast Fourier Transform — Transformée de Fourier Rapide) est l'outil mathématique central de l'analyse vibratoire. Elle décompose un signal vibratoire complexe en ses composantes fréquentielles élémentaires. Chaque pic dans le spectre FFT correspond à une source vibratoire particulière.

Paramètres FFT importants :

• →Fmax : fréquence maximale analysée. Doit être au moins 3× la fréquence d'engrènement la plus élevée ou 10× la vitesse de rotation.
• →Résolution fréquentielle : Δf = Fmax / (Lignes × 0.5). Une résolution fine (faible Δf) nécessite un temps d'acquisition plus long.
• →Fenêtrage : la fenêtre de Hanning est la plus utilisée en analyse vibratoire pour limiter les fuites spectrales.
• →Moyennage : 4 à 16 moyennes pour réduire le bruit aléatoire et faire ressortir les signaux périodiques.

Les Défaillances et leurs Fréquences Caractéristiques

Balourd (Unbalance)

Le balourd se traduit par un pic dominant à 1× la vitesse de rotation (fréquence fondamentale). La vibration est principalement radiale (perpendiculaire à l'axe). Elle augmente avec le carré de la vitesse (si on double la vitesse, la vibration quadruple).

Désalignement (Misalignment)

Le désalignement génère des harmoniques à 2× et 3× la vitesse de rotation avec une composante axiale élevée (souvent supérieure à la radiale). Il est causé par un défaut d'alignement moteur-machine, une dilatation thermique non compensée ou un déplacement des supports.

Défauts de Roulements

Chaque roulement a des fréquences caractéristiques de défaut (BPFI, BPFO, BSF, FTF) calculées à partir de ses caractéristiques géométriques et de la vitesse de rotation :

Fréquence	Signification	Défaillance
BPFI	Ball Pass Frequency Inner race	Défaut piste intérieure
BPFO	Ball Pass Frequency Outer race	Défaut piste extérieure
BSF	Ball Spin Frequency	Défaut bille / galet
FTF	Fundamental Train Frequency	Défaut cage

Les outils modernes (Emerson CSI, SKF @ptitude, Brüel & Kjær Compass) calculent automatiquement ces fréquences à partir de la référence du roulement et les superposent au spectre FFT pour faciliter l'identification.

Défauts d'Engrenages

La fréquence d'engrènement (GMF — Gear Mesh Frequency) = Nombre de dents × Vitesse de rotation. Des pics à la GMF et ses harmoniques indiquent une usure ou un chargement excessif. Des bandes latérales autour de la GMF (à ±1× la vitesse d'arbre) révèlent une excentricité ou un jeu de denture.

Cavitation (Pompes)

La cavitation se manifeste par un spectre de large bande aléatoire à hautes fréquences (5–20 kHz typiquement), sans pic discret prédominant. Ce bruit aléatoire est dû à l'implosion des bulles de vapeur. Elle est souvent associée à des claquements audibles (mitrailleuse) et à une baisse des performances hydrauliques.

Les Outils de Mesure Vibratoire

Outil	Usage	Prix indicatif	Exemples
Vibromètre de poche	Mesure globale (mm/s RMS), routine inspection	200–500 €	SKF CMVL 3600, Fluke 805
Analyseur de vibrations portable	FFT, collecte de données, tendances	2 000–15 000 €	Emerson CSI 2140, SKF Microlog
Stéthoscope électronique	Écoute amplifiée, diagnostic roulements	300–2 000 €	SKF TMST 3, UE Systems Ultraprobe
Capteurs continus IoT	Surveillance 24h/24, alertes automatiques	100–1 000 €/capteur	SKF IMx-8, Wilcoxon WilMesh
Système multivoies (banc analyse)	Analyse simultanée multi-points, R&D	15 000–100 000 €	National Instruments, B&K LAN-XI

Points de Mesure : Positionnement des Capteurs

Pour obtenir des mesures reproductibles et comparables :

• →Mesurer aux paliers (logements de roulements) le plus proche possible de la source de vibration.
• →Prendre des mesures dans les 3 directions : radiale horizontale, radiale verticale, axiale.
• →Utiliser une aimantation ou un plot vissé pour les mesures de routine. La colle bicomposant pour les capteurs permanents.
• →Toujours mesurer aux mêmes points marqués (repère permanent) pour assurer la comparabilité dans le temps.
• →Mesurer dans des conditions reproductibles : même charge, même température, même vitesse.

Notre service de maintenance intelligente propose des campagnes d'analyse vibratoire sur site pour les industriels lyonnais. Nous établissons les spectres de référence de vos équipements et assurons le suivi des tendances dans le cadre de votre plan de maintenance préventive. Complémentaire à nos diagnostics : le guide de remplacement des roulements.