Comment chasser la pollution et éviter la dégradation des fluides

« La pollution des fluides est la première cause des problèmes affectant les circuits hydrauliques ». Pour Frédéric Dousset, formateur à l’IFC, il n’y a aucun doute là dessus. Il faut dire que depuis le début des années soixante-dix, l’organisme de formation traite de cette question. A l’époque, ils étaient peu nombreux à en être conscients. Ce n’est plus le cas aujourd’hui où la plupart des entreprises ont l’œil rivé sur les gains de productivité, crise oblige. Elles ont compris que les polluants et la dégradation des fluides ont un effet néfaste sur leurs installations et génèrent des coûts additionnels élevés. Les particules contaminantes présentes dans les huiles, lubrifiants et air comprimé risquent de bloquer le fonctionnement de leurs composants. Surtout ceux qui sont asservis, les servovalves étant très sensibles à la pollution. Ce blocage provoque alors l’arrêt de leurs lignes de production ou de leurs engins mobiles. Quand ce type de panne leur arrive, les industriels prennent de suite conscience de la nécessité d’avoir un système de filtration efficace sur leur circuit, d’effectuer les vidanges préconisées par le fournisseur et de réaliser si nécessaire des opérations de dépollution complète.

Les sept fonctions du lubrifiant
Mais la panne n’est pas le seul inconvénient que risquent d’entrainer la pollution et la détérioration des fluides. Comme le précise Thierry Verney, en charge de la mise en propreté des fluides chez EDH, « les lubrifiants et les huiles hydrauliques ont pour fonctions de transmettre de l’énergie, lubrifier les organes, refroidir et évacuer les calories créées par le travail mécanique, protéger de la corrosion, maintenir l’étanchéité grâce à leur viscosité, évacuer les polluants et informer sur l’état de fonctionnement des circuits. Préserver les caractéristiques originelles de ces fluides permet de garder actives ces sept fonctions. Au delà d’éviter les casses, on prolonge ainsi la durée de vie du matériel ». Et on évite aussi les pertes de rendement. Les fluides contiennent des additifs anti-usure, anticorrosion, anti-oxydation, anti-mousse et d’autres pour limiter les montées en température en cas de haute pression. « Toute dégénérescence de ces additifs diminue la durée de vie des composants », rappelle Bernard Scigala, directeur technique et commercial de Tritech Formation. Poclain Hydraulics constate, par exemple, qu’il arrive que des agglomérats de boues microniques viennent compenser les jeux de fonctionnement, avec pour conséquence le blocage des tiroirs de valves, et s’attache donc à « une surveillance minutieuse » de ses bancs d’essais, avec des prélèvements réguliers de l’huile afin de mesurer son indice de viscosité et sa classe de pollution. Pour s’assurer de la propreté des fluides en service, Hydac conseille d’« effectuer au préalable un nettoyage complet de l’installation, filtrer le fluide lors du remplissage et mettre en place des moyens de mesure visuel pour vérifier la qualité du fluide en continu. Il faut aussi l’analyser régulièrement afin de voir comment évoluent sa propreté et son vieillissement, mettre sur le réservoir une filtration en dérivation et installer des capteurs pour surveiller la pression, la température, le débit, la présence d’eau et la pollution particulaire ». 

A chaque application, sa filtration
Améliorer la fiabilité et la disponibilité des machines fixes ou mobiles passe bien par le maintien de la qualité des fluides qui y circulent. C’est vrai pour l’huile mais aussi pour l’air comprimé. Comme l’indique Festo sur son site, « un mètre cube d’air comprimé non traité contient environ 200 millions de particules de poussières et beaucoup d’eau, sans compter l’huile, le plomb, le cadmium ou le mercure. Investir dans un air propre améliore la disponibilité des machines, la fiabilité des processus et la durée de vie des composants ». Ensuite, le type de filtration à privilégier dépend de l’application. Dans l’industrie agroalimentaire, la filtration bactérienne de l’air est indispensable. Quand le produit conditionné est sensible à l’humidité, comme le ciment ou la farine, un séchage par réfrigération ou adsorption est nécessaire. En cas de pulvérisation de peinture dans l’industrie automobile, il faudra une filtration absolue et un séchage par adsorption. « On voit bien par ces exemples que le fluide de puissance ne doit pas nécessairement conserver ses caractéristiques originelles. Il doit le plus souvent être purifié et nettoyé afin de préserver, soit les caractéristiques du produit avec lequel il est en contact, soit contribuer à ne pas réduire la durée de vie des composants tels que les joints, les moteurs pneumatique ou les outils », précise-t-on chez Parker Hannifin France. En cas de régulation à haute pression (25 bar et plus) où les vitesses de passage du gaz dans les composants sont très élevées (plusieurs dizaines de m/s), la moindre poussière, sable, limaille, rouille ou autre particule solide acquiert une très forte énergie. Quand elle rencontre un joint, une garniture d’étanchéité ou la portée d’un clapet, elle endommage par une micro-rayure la portée d’étanchéité. Il s’en suit une baisse de la précision de régulation. « Pour éviter cela, nous préconisons le montage d’un filtre en amont de tous les composants fonctionnant avec un gaz en moyenne ou haute pression, explique Patrick Cosmides, directeur commercial chez IMF.

Il doit pouvoir retenir toutes les particules dont les dimensions sont supérieures à 25 μm, voire 5 μm. Leurs médias filtrants sont en inox fritté, bronze fritté ou toile inox. Ils doivent être en mesure de résister aux pressions. Celles-ci sont parfois très élevées. Nous travaillons par exemple sur des projets de piles à combustible utilisant de l’hydrogène à 700 bar. Les utilisateurs doivent comprendre que l’achat d’un filtre n’est pas une dépense mais un vrai investissement avec un retour quasi immédiat. Mais il y en a encore qui malheureusement font l’impasse sur la filtration ». 

Sécurité des opérateurs
Bien filtrer s’avère également nécessaire pour la sécurité des opérateurs qui travaillent sur des installations utilisant du gaz pneumatique. Que ce gaz soit dépollué et déshumidifié ne suffit pas toujours. Il arrive qu’il soit relâché. S’il n’est pas aseptique, ses émanations peuvent causer des problèmes de santé aux personnes qui l’inhalent. Installer des épurateurs de gaz règle le problème. Mais ce n’est pas toujours facile surtout sur les engins mobiles. Ainsi, pour un de ses clients fabricant d’engins agricoles, ATC Italia est allé jusqu’à concevoir un filtre détendeur lubrificateur capable d’assurer la propreté de l’air nécessaire au bon fonctionnement du process et sans risque pour la santé des conducteurs. « En outre, il devait être compact et solide pour résister aux conditions d’utilisations assez rudes du monde agricole », ajoute Deborah Abramo d’ATC Italia. Enlever l’eau de l’air comprimé est une autre demande du marché. Elle provient d’industriels constatant une condensation à l’intérieur de leur circuit d’air due à des canalisations mal isolées, trop longues ou subissant des chocs thermiques entre le compresseur et l’entrée machine. D’après Philippe Gaillard, directeur commercial d’Automax, « ce phénomène de condensation n’est pas rare, même si l’air qui sort du compresseur est asséché. L’eau se reforme par la suite et se retrouve dans les composants pneumatiques. En réponse à ce problème, nous proposons des séparateurs d’eau innovants et brevetés. Ils forment un cyclone à l’intérieur d’une cuve de manière à ce que l’eau se retrouve au fond de celle-ci puis rejetée à l’extérieur. Ce système fonctionne sans cartouche. Il n’y pas d’élément filtrant à changer parce qu’il est saturé en eau. D’où une économie de temps et d’argent ». Automax dispose également d’un autre produit qui se présente sous l’aspect d’un tube et assèche l’air comprimé à travers une membrane de fibres. Il se connecte aux tubes pneumatiques et convient tout particulièrement au besoin de l’industrie électronique où tout risque d’humidification est à proscrire.

Des normes plus exigeantes
L’ISO 8573-1 est de longue date la norme de référence pour définir les classes de qualité de l’air comprimé en fonction de son application. Elle est complétée par les normes ISO 8573-2 à 7 qui portent sur les méthodes de tests et par l’ISO 125000 qui traite de l’efficacité du traitement de l’air. Dernière sortie, l’ISO 50001établit des niveaux de certifications sur les dépenses d’énergie liées à l’air comprimé. Pour Parker Hannifin France « aucune de ces normes ne doit être considérée comme des « options » mais bien comme de véritables fils conducteurs pour définir les solutions adéquates et pérennes capables d’optimiser les investissements des usines de demain ». Il y a une dizaine d’années, la classe 0 a été introduite dans la norme ISO 8573-1. Elle est la plus stricte dans la mesure où elle dépasse les exigences des autres classes concernant la contamination en particules, la teneur en eau et vapeur d’eau ainsi que la teneur en huile. Elle impose moins de 0,01 mg d’huile par m3 d’air.
« Depuis cinq ans, nous sommes capables de fournir des compresseurs à vis non lubrifiés répondant aux exigences de cette classe. Nous disposons d’une gamme complète de moins d’1 kilowatt à 2,5 mégawatts. Ils sont deux à trois fois plus chers que les modèles à air lubrifié mais génèrent de telles économies en terme de maintenance et de consommation énergétique que le retour sur investissement est très rapide. En plus, il n’y a plus de risque de pertes de productivité dues à la présence de contaminants », indique Stéphane Carrion, directeur commercial France chez Atlas Copco. Dans l’usine de Procter & Gamble à Amiens, Atlas Copco a remplacé 17 compresseurs lubrifiés par 4 de ses modèles non lubrifiés à vitesse variable. Tous disposent d’un séchage d’air et d’une récupération des calories de compression. D’après Stéphane Carrion, c’est une réussite : « notre client n’a plus les problèmes bactériologiques qu’il avait avec son ancienne installation. Ses équipements de régulation fonctionnent mieux. Grâce à l’énergie économisée et à la réduction des opérations de maintenance, il a réduit ses dépenses d’un million d’euros par an ». En stimulant le marché, l’introduction d’une nouvelle classe 0 à la norme ISO a eu des effets positifs. 

Par contre, les normes propres à la contamination des fluides hydrauliques peuvent, elles, poser une difficulté dans la mesure où l’expression des résultats du comptages de particules diffère selon que l’on se réfère à la NAS 1638, l’ISO 4406 ou la SAE AS 4059. Cette différence est, selon Jean-Michel Lecoq, directeur commercial de SGS Vernolab & Sample Management, « cause de confusion pour un grand nombre d’entreprises. Or de nouveaux problèmes de pollution apparaissent du fait de l’abandon progressif des huiles minérales de groupe I au profit de produits plus performants comme les huiles minérales de groupe II et les huiles de synthèses ». Ces dernières seraient plus sensibles aux variations de températures. 

Nouvelles huiles, nouvelles pollutions
Philippe Claudel, directeur des activités de services et responsable du cluster Rhin chez Fluidap (groupe Hyd&Au), avance qu’ « avec ces nouvelles huiles, surtout celles ne contenant pas de zinc, les échauffements entrainent l’apparition de vernis.

Non seulement ces vernis sont causes de pannes car ils se collent sur les composants, mais ils absorbent aussi les antioxydants de l’huile. Il arrive que des réservoirs vidangés et remplis d’huile neuve se retrouvent à nouveau hors service au bout de trois mois de fonctionnement. Tout cela parce que l’huile neuve a décollé le vernis qui s’était déposé au fond de la cuve. A son contact, elle consomme tous ses antioxydants en seulement quelques mois. Elle perd alors ses caractéristiques de lubrification ». D’où la nécessité de filtrer en dérivation l’huile neuve lors de la vidange.

Arnaud Gouranton, responsable marketing Europe à la division Machinery and Equipment de Pall Industrie, le confirme : « de nouveaux contaminants apparaissent dans les huiles. Auparavant, il n’y avait guère que des particules. Dorénavant, nous sommes surtout sollicités pour combattre la présence de vernis et de gels. Nous discutons régulièrement avec les pétroliers à ce sujet ». Les gels apparaissent quand l’huile se trouve en présence d’eau. Comme les vernis, ils détériorent sa capacité de lubrification. En plus, ils ont pour inconvénient de colmater très rapidement les éléments filtrants traditionnels. Pour lever ce problème, Pall a conçu des modules de filtrage en profondeur qu’il commercialise sous le nom de Supradisc II. Ces modules sont constitués d’un empilement de disques filtrants à base de fibres cellulosiques. Leur effet de filtration repose sur plusieurs mécanismes de filtration en surface, en profondeur et par adsorption. Ils sont bien plus efficaces avec les gels et les vernis qu’une simple filtration frontale. Les Supradisc II sont disponibles en plusieurs tailles et avec différents niveaux de perméabilité. Pour supprimer les vernis, la société C.C.Jensen conseille, quant à elle, l’utilisation de son VRU (Varnish Removal Unit), un de ses produits les plus récents.

D’après Jérôme Martel, directeur des ventes chez C.C.Jensen, « cette unité permet de résoudre les problèmes de vernis sur tous les équipements rotatifs et tournants tels que les compresseurs et les turbines à vapeur ou à gaz. Il évite le flushing du système et le nettoyage du réservoir d’huile. En quelques semaines, l’huile retrouve ses propriétés initiales et les résultats sur l’équipement en termes de vibration, température et pression s’en trouve grandement amélioré ».  Pour éviter d’avoir à filtrer les vernis, il peut s’avérer intéressant d’utiliser une huile qui en produit moins tout en répondant aux nouvelles exigences en termes de respect de l’environnement. Privilégier par exemple celles qui limitent les montées en température. C’est le cas de la Mobil DTE 10 Excel d'ExxonMobil. Testée dans des pompes à palettes, il ressort qu’au terme d’un essai de 30 minutes cette huile a entrainé un plus faible dégagement de chaleur du système et les températures de celui-ci ont été mesurées comme étant 6 à 7°C inférieures à certains cycles de produits concurrents dans des conditions identiques. Grâce à son indice de viscosité élevée, elle répond aux besoins des équipements hydrauliques fonctionnant sous haute pression. Elle maintient les circuits en très bon état de propreté, jusqu’à 3 fois plus longtemps qu’une huile hydraulique classique. 

Processus d’oxydation retardé
« Avec nos liquides hydrauliques entièrement synthétiques et exempts de zinc, le processus d’oxydation démarre seulement quand sa température dépasse les 120 °C. Avec les huiles minérales, il se met en route dès les 60 °C. Et au delà de cette température, leur longévité diminue de moitié à chaque tranche de 10 °C supplémentaire.  De 4 000 heures à 60 °C, les intervalles de vidange se réduisent à 2 000 heures à 70°C et à 1 000 heures à 80°C. Notre huile à base d’ester saturé ne se vidange qu’au bout de 15 000 heures, là où les autres huiles ne tiennent que 4 000 heures à 60°C », compare Patrick Leloutre de Panolin. Et de citer l’exemple du constructeur autrichien Plasser & Theurer qui utilise sur un de ses équipements l’huile synthétique de Panolin et qui n’a eu besoin d’aucune vidange en 33.000 heures de fonctionnement. Ce fabricant de machines destinées à la construction et à la maintenance des voies ferrées utilise un réservoir d’huile de 1.200 litres et travaille à des températures qui oscillent entre 80 et 85°C. Un système de microfiltration Cardev monté en parallèle effectue une dialyse du réservoir. Il sépare de l’huile les particules de 1 à 100 μm et élimine l’eau libre ainsi que l’eau dissoute. Mais quelque soit le fluide utilisé et le système de filtration installé, le suivi régulier de la qualité de l’huile reste indispensable, qu’il se fasse par des analyses sur des prélèvements envoyés aux laboratoires ou par l’intermédiaire de sondes capables de contrôler ses paramètres de fonctionnement.