En y regardant de près : sans entretien, ça veut dire quoi ?

En y regardant de près : sans entretien, ça veut dire quoi ?

Roulements à billes ou paliers lisses, en métal ou en polymère… Ils se vantent tous d’être sans entretien. Dans un monde où l’on a des solutions techniques pour absolument tout, où l’industrie et l’automatisation 4.0 sont à l’ordre du jour, l’entretien régulier de pièces de machines est un facteur que l’on aimerait voir disparaître ou tout du moins que l’on aimerait pouvoir rendre parfaitement prédictif.

Que les paliers soient sans entretien facilite déjà grandement la tâche. Personne ne veut consacrer du temps et de l’argent au regraissage régulier des paliers, à la vérification de l’étanchéité des joints et au bon mouvement des paliers. La promesse de ne pas avoir à effectuer toutes ces tâches d’entretien est donc bien tentante.

Comment faire pour que les paliers soient sans entretien ? Il existe plusieurs approches qui sont très différentes si on y regarde de près. Voici une petite liste avec quelques concepts courants :

Roulements à billes et autres : tant qu’il y de la graisse…

La plupart des roulements à billes ou à aiguilles sont sans entretien départ usine, ce qui signifie en fait qu’ils ont un « graissage initial » et qu’ils sont livrés étanches, la graisse ne pouvant sortir. Une fois qu’ils sont en place, l’utilisateur n’a plus besoin de s’occuper de grand chose. Le joint retient la graisse nécessaire au fonctionnement du palier. Tant que le joint fait son boulot et dans la mesure où le roulement a été bien conçu, tout va pour le mieux. Et c’est là tout le problème. (Un problème ? Quel problème ?) Ce petit claquement bien audible qui apparaît sous charge ? Oui, car il renvoie à un manque de graisse.

Les grandes quantités de saleté, la poussière fine, les températures élevées et les liquides sous pression finissent par poser de graves problèmes aux joints.  Et quand le joint finit par lâcher, que la graisse s’échappe, qu’elle soit attaquée par d’autres substances ou qu’elle soit expulsée de son logement, le palier est bon à changer. Conclusion : ce qui devait être sans entretien ne l’est quand même pas vraiment.

Paliers métalliques avec revêtement : le principe de la poêle qui ne colle pas

Ce serait tellement plus pratique si on pouvait éviter tous ces problèmes en faisant en sorte de ne pas avoir de graissage. Pour conserver l’avantage de la capacité de charge de l’acier, les paliers lisses avec du métal choisissent une autre voie. Le graissage est assuré par l’intermédiaire d’une couche en polymère résistant à l’usure qui permet de glissement. Il existe différentes solutions avec différents plastiques. La seule solution qui peut ici se passer totalement d’apport de graisse et est donc sans entretien est le palier composite métal/PTFE.

C’est ici une couche de PTFE (aussi connu sous le nom de Teflon) qui assure la lubrification. Parmi les plastiques, le PTFE est celui qui a les meilleures caractéristiques de glissement. Mais il présente aussi un gros inconvénient. Il est tendre et adhère mal (ce qui explique pourquoi l’œuf au plat ne colle pas non plus à la poêle). Pour que ce PTFE fragile reste dans le palier, il est roulé dans une couche de métal poreux (souvent du bronze fritté). La couche de PTFE qui permet le glissement « sans graisse » dans un tel palier n’a en fait qu’une « épaisseur » de 5 à 15 µm. (En comparaison, un cheveu humain a une épaisseur de 80 µm environ. Soit 0,08 mm).

Ce type de palier est pourtant très répandu et fonctionne dans de nombreuses applications. Pendant un certain temps. Comme pour la poêle. Même le revêtement le plus résistant finit par disparaître. Même si on a bien fait attention à n’utiliser que des ustensiles en bois ou en plastique. Et on en revient aux problèmes dont on a parlé auparavant. L’humidité, la poussière, la saleté… L’humidité et le dos métallique des paliers composites ne font pas bon ménage. Il y a corrosion. La saleté et la poussière, quant à elles, attaquent vite le revêtement déjà vulnérable. Une fois que les 15 µm sont partis, c’est vite du métal qui « glisse » sur du métal. Encore une fois, difficile de parler d’absence d’entretien.

Paliers lisses polymères : tout dépend de la composition

On peut évidemment aussi éliminer totalement le métal et sacrifier un peu de capacité de charge pour supprimer totalement le problème du graissage. C’est l’option choisie par les paliers lisses en polymères. Les polymères ont l’avantage d’être nombreux et d’avoir chacun des caractéristiques très variées. On peut les mélanger (littéralement) et leur ajouter toutes sortes de choses. Des fibres, par exemple, pour augmenter la capacité de charge. Ou encore des particules de PTFE pour améliorer le glissement. On évite ainsi les couches fragiles au même titre que le lubrifiant liquide. On n’a pas de corrosion non plus, du moins pas sur le palier lisse.

Et quand l’usure réduit l’épaisseur des parois du palier lisse, celui-ci conserve quand même les mêmes propriétés que lors de son montage, jusqu’à ce que le jeu maximal admis soit atteint. Pas de particules de saleté ou de poussière qui collent à la graisse, pas de risque de détérioration de la fine couche de glissement. Tout simplement parce qu’on a ni l’une ni l’autre. Et on n’a pas non plus de problème de corrosion. Des avantages toutefois obtenus au détriment d’une résistance aux températures limitée (quand même jusqu’à 300 °C sur une courte durée) et d’une capacité de charge réduite (150 MPa maximum, soit le poids d’un camion de 7,5 tonnes posé sur un seul palier lisse d’un diamètre de 20 mm et d’une longueur de 25 mm… à chacun de voir si c’est vraiment « peu »).

Le conseil des pros : penser aussi à l’arbre !

Pour les paliers lisses « fonctionnant à sec », c’est-à-dire pour les paliers lisses polymères ou les paliers composites métal/plastique, toujours veiller à ce que le logement et l’arbre soient en des matériaux résistants à la corrosion si de l’humidité ou du liquide devait entrer dans l’application. Il n’est pas rare que le passage de paliers graissées à des solutions sans entretien se solde par des arrêts dus à la corrosion. Pourquoi ? Le graisse écarte souvent l’humidité du logement. Sans graissage, de la corrosion se forme et entraîne généralement une destruction prématurée du logement en raison d’une usure accrue. Une poussière rougeâtre ou du moins magnétique en est un « bon » indicateur. Dès son apparition, prévoir une protection contre la corrosion afin d’éviter d’autres dommages et d’autres coûts.

Une protection efficace contre la corrosion n’est d’ailleurs pas forcément chère. Avec les paliers lisses polymères justement, qui n’ont pas besoin d’arbres en matériaux trempés, on peut utiliser des matériaux économiques mais qui ont été traités à cet effet. Différents procédés de nitruration par exemple peuvent être envisagés ici. De très bons résultats peuvent aussi être obtenus avec des arbres en inox étirés et des tiges de piston économiques.

Vous trouverez plus d’informations à ce sujet dans ce livre blanc (en anglais)