Accélération, vitesse et déplacement
Une vibration se décrit par la distance parcourue par une surface (déplacement), sa vitesse (vitesse vibratoire) ou la variation de cette vitesse (accélération). Pour une vibration sinusoïdale unique de fréquence f, les trois sont liées par la pulsation ω = 2πf :
v = a / (2πf) d = v / (2πf)
Une même vitesse correspond donc à un grand déplacement à basse fréquence et à une grande accélération à haute fréquence. C’est pourquoi on utilise le déplacement pour les arbres lents et les structures, la vitesse pour l’état général des machines et l’accélération pour les roulements et les engrenages.
Crête, efficace et crête à crête
Chaque grandeur peut s’exprimer de trois façons :
- Crête : la plus grande valeur sur une période
- Efficace (RMS) : crête / √2 pour une sinusoïde
- Crête à crête : l’excursion totale, 2 × crête
Par convention, l’accélération se donne souvent en crête (g), la vitesse en efficace (mm/s ou in/s) et le déplacement en crête à crête (µm ou mils). Vérifiez toujours laquelle utilise une fiche technique ou une limite : confondre déplacement efficace et crête à crête est une erreur d’un facteur 2,8.
Exemple de calcul
Un palier de pompe présente 4,5 mm/s efficaces à 50 Hz (3000 tr/min) :
- Vitesse crête 6,36 mm/s, crête à crête 12,73 mm/s
- Accélération crête 0,204 g (2,00 m/s²)
- Déplacement crête à crête 40,5 µm
- Un accéléromètre de 100 mV/g donne 20,4 mV crête, 14,4 mV efficaces
Pour une machine de 15 à 300 kW sur fondation rigide, 4,5 mm/s est la limite entre les zones C et D de l’ISO 10816-3.
Zones de sévérité
L’ISO 10816-3 évalue les machines de plus de 15 kW d’après la vitesse efficace large bande mesurée sur les paliers, de 10 à 1000 Hz :
- Zone A : machines nouvellement mises en service
- Zone B : fonctionnement prolongé sans restriction
- Zone C : ne convient pas à un fonctionnement prolongé continu ; prévoir une intervention
- Zone D : assez sévère pour causer des dommages
Les limites dépendent de la taille de la machine et de la rigidité de la fondation. L’ISO 20816-3:2022 a remplacé l’ISO 10816-3 ; les contrats et normes de site citent souvent encore l’ancienne édition, utilisez donc celle qui s’applique à votre réception.
Choisir un accéléromètre
Le convertisseur indique l’accélération que verra le capteur. Choisissez une étendue de mesure avec de la marge pour les chocs et les harmoniques, et une plage de fréquence couvrant la vitesse de rotation et les fréquences de roulement. Les capteurs d’usage général font 100 mV/g ; pour les machines lentes à faible accélération, prenez 500 mV/g ou plus. Pour les boucles vers un automate, les transmetteurs de vibration 4–20 mA fournissent directement la vitesse efficace ; mettez-les à l’échelle avec le convertisseur 4–20 mA.
Erreurs fréquentes
Appliquer des conversions à fréquence unique à des valeurs globales. Une mesure large bande contient de nombreuses fréquences ; diviser une accélération globale par 2πf à la vitesse de rotation ne donne pas la vitesse globale.
Mélanger crête et efficace. Certains appareils portables affichent des valeurs « crête » calculées comme √2 × efficace (« crête dérivée »), différentes de la vraie crête d’un signal réel.
Ignorer la plage de fréquence. Deux appareils aux filtres différents peuvent afficher des valeurs globales différentes sur la même machine.
Questions fréquentes
Quelles unités sont prises en charge ?
Accélération en g et m/s², vitesse en mm/s et in/s, déplacement en µm et mils (millièmes de pouce).
1 g vaut-il exactement 9,81 m/s² ?
La conversion utilise la pesanteur normale, 9,80665 m/s².
L’évaluation par zones vaut-elle pour toute machine ?
Seulement pour les groupes de machines et les conditions de l’ISO 10816-3. Les machines alternatives, les éoliennes et d’autres ont leurs propres parties de la norme.