La filtration : un levier pour la productivité industrielle

La contamination des fluides représente une menace de taille pour l’efficacité et la productivité. En effet, environ 70 % de toutes les défaillances hydrauliques peuvent être attribuées à des fluides contaminés. Cela inclut les défaillances des tuyaux et des raccords, mais aussi celles des pompes et des vannes. La durée de vie des composants hydrauliques, et donc la fiabilité d’une machine, est directement liée à la taille et au nombre de particules présentes dans le circuit. La propreté des huiles concerne le fluide en lui-même mais également la propreté des pièces avec lesquelles il sera en contact. Les besoins en filtration sont liés à des facteurs multiples. Ils varient selon le débit, la concentration de la suspension, les caractéristiques du liquide et des solides ou le degré de clarification requis par l’application. Les normes en vigueur dans l’aéronautique sont extrêmement strictes, par exemple. Dans le cas des systèmes stationnaires, il peut être difficile de concevoir a priori une installation. Le meilleur choix peut se révéler complexe et la variété des appareils proposés, si elle permet de trouver l’équipement le mieux adapté, exige une analyse fine préalable des besoins. Philippe Zorel, responsable commercial chez Hengst, rappelle pour sa part : « La filtration, en particulier hydraulique, répond à des règles précises et normées. En effet, séparer des particules solides d’un fluide hydraulique obéit au besoin de fonctionnement des appareils d’un système sensibles à la pollution. Tout système hydraulique s’use avec le temps, que ce soient les composants d’une centrale par exemple ou le fluide lui-même (oxydation, hydrolise), ou ingère de la pollution extérieure (poussières d’atelier). Bien évidemment, tous les appareils sont conçus pour minimiser ces effets de la pollution, mais nous ne pouvons ni les ignorer ni les éviter. »

Taille des particules
La filtration des particules suit une courbe de Gauss : la particule la plus grosse n’est pas nécessairement la plus critique, car elle pourrait être bloquée à un moment ou à un autre dans le système hydraulique. En revanche, les plus petites peuvent être critiques : en s’introduisant dans le système, elles peuvent produire un phénomène d’abrasion du tiroir d’un distributeur, par exemple. Dans 80 % des cas, l’élément filtrant retient des particules de l’ordre de 10 microns, pour un Beta de 1 000. Les exigences des équipementiers en matière de propreté sont de plus en plus importantes, reflétant ainsi la nécessité d'assurer des niveaux de performances plus élevés et une meilleure disponibilité des machines. Dominique Michelot, directeur de la filiale française de MP Filtri, étaye ce point de vue : « Pour y répondre, nous partons soit d’une base standard, soit nous réalisons du produit sur mesure que nous fabriquons à l’aide d’une imprimante 3D. Nos clients ont compris l’intérêt de profiter d’un marché récurrent. Les filtres générant du consommable, ils demandent de plus en plus une personnalisation du produit. » Pour répondre à ce besoin, la gamme Elixir SFEX, LFEX et RFEX de MP Filtri, dotée d’une interface Myclean avec élément filtrant hexagonal, garantit l’utilisation de pièces de rechange d’origine. MP Filtri maîtrise la totalité de la chaîne de fabrication des éléments filtrants, avec son usine italienne, et possède un laboratoire de dernière génération pour la définition des éléments filtrants et leur validation. « Nous pouvons adapter la performance du média filtrant à la spécificité du client. Par exemple, une entreprise nordique va demander des démarrages à froid avec une perte de charge réduite », précise Dominique Michelot. Pour l’industrie, MP Filtri développe de plus en plus de filtres adaptés à l’évolution des huiles, avec par exemple des éléments spécifiques pour répondre aux problèmes électrostatiques. Et pour réduire l’impact sur l’environnement, la nouvelle gamme Elixir, vouée à remplacer les filtres Spin-on, dispose d'éléments filtrants remplaçables, ce qui divise par quatre la quantité de déchets générés. Son moniteur de contamination portable et compact, le CML4 complète l’offre : un laboratoire mobile pour évaluer la contamination sur site. Léger et durable (8,5 kg), il est doté d'une cellule de protection interne en acier à fort impact et peut fonctionner toute la journée avec une seule charge de batterie. Doté d'une technologie optique et photodiode innovante permettant une mesure complète sur 8 canaux, le CML4 fournit une évaluation rapide et précise de la contamination par les particules et l'eau dans les fluides hydrauliques, les huiles synthétiques et le diesel.

Diagnostic en temps réel
Chez ID System, le système de surveillance des lubrifiants Scan Pro, analyse et fournit des résultats d'analyse d'huile précis et détaillés quasi instantanément : « Les données peuvent être collectées par un employé de l'usine, qui les saisit ensuite dans le système de surveillance de la lubrification. Ensuite, les informations sont analysées par différents algorithmes, puis transcrites dans des rapports faciles à lire, immédiatement envoyés vers un tableau de bord convivial. L'ensemble du processus ne prend que quelques minutes, avec un minimum d'effort de la part de l'employé » détaille Pierre André, responsable de mise en propreté des fluides chez ID System Fluid. Selon ce dernier, en permettant aux spécialistes de la lubrification de connaître l'état de leurs lubrifiants à tout moment, sans avoir à attendre les résultats d'un laboratoire traditionnel, l'équipe maîtrise mieux l'état et la productivité de ses machines. Les lubrifiants sont, de ce fait, utilisés au maximum de leur potentiel, tout en minimisant les temps d'arrêt des machines, ce qui se traduit par des économies et une productivité accrue. Pierre André ajoute : « notre compteur de particules portable Scan-Pro utilise une technologie d’imagerie numérique révolutionnaire qui offre une meilleure compréhension de la taille et du type de particules dans tout système d’huile. Le secret réside dans l’élimination des bulles d’air ou d’eau afin de donner des résultats en Code ISO, NAS ou SAE plus précis que la technologie par cellules laser utilisée depuis près de 30 ans. Par ailleurs, la reconnaissance des formes d’usure permet une analyse approfondie des particules pour identifier leurs causes principales (glissement, arrachement, fibres). »

Détection précoce
L’expert rappelle que si l'objectif principal d'un programme est d'obtenir des informations permettant d'améliorer la fiabilité et l'efficacité des équipements, l'objectif principal d'un système d'analyse d'huile est la détection précoce de la dégradation de l'huile, de la contamination et de l'usure des machines. Une détection précoce présente plusieurs avantages intrinsèques qui garantissent un environnement plus sain pour les employés et les machines, tels qu'une sécurité accrue, la détection et l'avertissement précoces de la dégradation des machines, ainsi qu'une disponibilité et une efficacité accrues des équipements. La technologie Smart Technologies intègre des composants élémentaires, tels que des capteurs et des dispositifs de transmission de données, qui surveillent en permanence l'état de santé des équipements, notamment leurs modes de défaillance et leur durée de vie restante, afin de prédire leur dégradation et leurs défaillances potentielles et d'informer les utilisateurs finaux des besoins de maintenance ou d'ajustements opérationnels au niveau du système.

Quelle efficacité dans le temps ?
Pascal Brion, responsable des ventes et de distribution aftermarket chez Parker Hannifin, a également en charge la commercialisation des systèmes de mesure. Cette dernière doit être, selon lui, le préalable pour un industrielle en quête de solution de filtration : « notre trolley de filtration intègre un appareil de mesure, l’Icount Particule Detector. »  Ces chariots permettent à la fois la mesure du taux de particules et le traitement nécessaire. Ils offrent des débits nominaux élevés de 20 l/min et 40 l/min en utilisant des pompes à engrenages de haute qualité et un moteur monophasé à haute performance et à faible consommation d'énergie qui sont adaptés à un cycle de travail continu. Ces unités se veulent très flexibles dans leur utilisation, puisqu'elles peuvent être utilisées comme solutions de filtration hors ligne mobiles ou stationnaires. Pascal Brion poursuit : « nous organisons notre offre autour de l’efficacité et la facilité de maintenance. » Parker Hannifin propose sur le marché différentes gammes de filtres : GLS, GMF et EPF : « un filtre est composé d’un corps et d’un élément filtrant, rappelle Pascal Brion. Le plus important est évidemment la fonction assurée par l’élément filtrant. Le media filtrant Quantum Media que nous proposons est un multi couches qui permet de capter des particules polluantes mais également les particules d’eau. Ce media filtrant maintient l’efficacité de la filtration dans le temps. » Les médias sont constitués de différents matériaux : papier, métal ou fibre de verre. C’est le cas du Quantum Fiber. 

« Les systèmes hydrauliques actuels ont une exigence de rétention et d’efficacité élevée. Les industriels rechignent à mettre le prix, sans considérer l’efficacité du filtre dans le temps. » La capacité de filtration étendue dans le temps réduit évidemment la fréquence de remplacement des filtres. Une dépense pour un gain. Jean-Christophe Gourribon, directeur des ventes filtration pour la France, résume l’idée en trois lettres : TCO, pour total cost of ownership, coût total de possession. « La mesure permet d’être efficace dans la filtration, détaille Pascal Brion. Un élément filtrant avec un seuil de filtration de 10 microns aura une efficacité différente à d’autres seuils de filtration. Il est donc nécessaire de réaliser deux mesures : avant filtration et après. Le seuil défini comme acceptable dépendra de l’application. » À cet égard, la norme ISO 4406 définit les classes de qualité selon la quantité de particules solides présentes dans le fluide (lire notre encadré Les normes en filtration). Pascal Brion ­illustre d’un exemple : « Dassault utilise des bancs d’essai pour tester les circuits hydrauliques à l’intérieur des avions, selon une norme plus restrictive que dans l’industrie. »

Filtration durable
L’offre d’Hydac s’oriente prioritairement vers la durabilité puisque le Sustainmicron, avec et après l’Optimicron. Il constitue la deuxième génération d’éléments dont le développement a été focalisé sur l’aspect environnemental et écologique, bien plus que sur les caractéristiques traditionnelles comme la valeur béta et la capacité de rétention, similaires à la précédente génération d’élément qu’était l’Optimicron. Hydac fait évoluer ses éléments filtrants en moyenne tous les dix ans. Le Sustainmicron (sixième génération d’éléments filtrants) est actuellement commercialisé. Son développement permet un gain jusqu’à 30 % de pertes de charges, ce qui influe directement sur la consommation énergétique, puisque moins d’énergie est nécessaire pour passer à travers les éléments filtrants. Ce gain en pertes de charges revêt également un aspect intéressant pour la première monte : dans certains cas, il permet de réduire la taille des filtres, puisque la détermination de ces derniers est essentiellement basée sur la perte de charge initiale du filtre complet générée avec un élément propre. En outre, avec l’apparition des fluides de groupes 2 et 3 (exempts de zinc, cendres et métaux lourds) dont la filtration pouvait conduire à des charges et décharges électrostatiques très dommageables aux fluides, Hydac propose la solution du Stat-free : une exécution d’éléments filtrants spécifiques anti-décharges électrostatiques, qui peut être surclassée par une exécution Stat-X dans des cas extrêmes. Cette exécution était optionnelle sur l’Optimicron. Elle devient standard sur le Sustainmicron, tout comme l’exécution PULSE (combinaison de couches filtrantes spécifiques vouées à mieux supporter les pulsations hydrauliques notamment sur les presses). Selon Patrick Daniel, chef de projets chez Hydac, « les applications sont multiples : papeterie, sidérurgie, énergie, éolien, bancs d’essais, aéronautique. Nous pouvons même filtrer le Skydrol moyennant l’utilisation d’exécutions spécifiques. Le Sustainmicron est une solution pour filtrer les huiles hydrauliques, de lubrification et de compresseurs, les fluides biodégradables, ininflammables et avec teneur élevée en eau » souligne l’expert.

Maintien et dépollution
Philippe Zorel distingue le maintien en classe de propreté d’un fluide de la dépollution : « Le premier se fait sur un système qui a le plus souvent été " flushé " ou dépollué, pour le ramener à une classe conforme aux composants les plus sensibles du système. Ce maintien passe par l’utilisation de filtre capable de tenir en basse pression (environ 10 bars) jusqu’à la très haute pression (environ 450 bars). Ces filtres sont le plus souvent équipés d’indicateurs de colmatage optique et électrique mais aussi d’une valve bypass de sécurité en cas de surpression. » Pour rappel, la dépollution d’un système est le passage d’une classe de propreté d’un fluide non conforme à son fonctionnement à une classe correspondant à son fonctionnement. La dépollution d’un système hydraulique se fait systématiquement à la mise en service du système et après des arrêts machine ou de changement d’huile, soit par rajout dans le réservoir soit par remplacement complet. Philippe Zorel précise : « Cette dépollution est réalisée par des systèmes autonomes de filtration, indépendants de la centrale hydraulique appelé plus communément groupe de filtration. Ils sont dimensionnés en fonction du volume d’huile circulant dans la centrale hydraulique. Ces groupes de filtration peuvent être portatifs pour les plus petits ou sur chariot roulant pour les plus gros. Ils sont tous équipés à minima d’un groupe motopompe et d’un filtre. Ils doivent disposer de la certification CE machine puisque ce sont quasiment des machines. »

« Pour obtenir la satisfaction client, nous proposons des produits qui permettent le meilleur fonctionnement de la machine en étant efficaces et discrets c’est-à-dire que le client trouve une grande simplicité à les utiliser sans être en alerte systématiquement. Pour cela, il n’y a pas que le produit qui compte mais tous les services connexes de notre entreprise : le commercial, l’administration des ventes, la logistique, la technique » estime-t-il.

De l’eau dans l’huile
L’eau dans l’huile n’est pas nécessairement néfaste. Elle est présente naturellement dans une huile hydraulique, sous forme dissoute, dans une certaine proportion. Chaque huile possède son taux de solubilité, c’est-à-dire sa capacité à dissoudre de l’eau. L’eau libre est à proscrire. Le pourcentage d'humidité relative dans l’huile doit être inférieur à 100 ppm. D’autres appareils sont utilisés, notamment pour la désaération et déshydratation de l’huile, appelés purificateurs. « L’eau sous forme d’humidité (eau dissoute et eau libre) et l’air sont des ennemis du bon fonctionnement des appareils. Outre la corrosion, l’eau conduit à la perte de performance des huiles par réactions chimiques (oxydation, hydrolyse). Enfin, les capteurs permettent de contrôler le niveau de propreté de l’huile ainsi que sa teneur en eau (libre), tels que des compteurs de particules. Ils se positionnent directement sur la centrale hydraulique et réalisent des mesures en temps réel. »

Filtres hautes performances
Eaton vient d’élargir sa gamme de produits en lançant trois séries de filtres haute performance : DUA, LWF et DNR. Durables, efficaces et fiables, ils se destinent aux applications telles que la production d'énergie, la fabrication, les opérations maritimes. « Alors que les pressions augmentent pour protéger les processus critiques et minimiser les temps d'arrêt, il est essentiel de disposer d'une solution de filtration fiable qui puisse fonctionner sans interruption », estime Simone Ortner, responsable de l'ingénierie et des produits de filtration hydraulique au sein de la division Filtration, rachetée par le groupe danois Danfoss en 2021. Elle ajoute : « Nos nouveaux filtres sont conçus pour répondre aux besoins pratiques des industries confrontées à des conditions difficiles et à des calendriers opérationnels serrés. »

Filtres à pression DUA
Pour les applications non-stop et à forte demande, les filtres DUA duplex d'Eaton s'appuient sur la série de filtres DU déjà disponible. Cette série permet également à l'opérateur de dévier le flux de filtration d'un côté à l'autre. Un indicateur de colmatage peut être monté directement sur le boîtier de l'inverseur sans aucune tuyauterie. La série supporte des pressions de fonctionnement allant jusqu'à 22 bars (320 psi) et des débits de 4 000 l/min.

Filtres sous pression en ligne LWF
Les filtres à pression en ligne LWF sont conçus pour être flexibles dans diverses applications. Ils peuvent être installés sur les conduites d'aspiration, de refoulement ou de retour et sont équipés de l'élément filtrant plissé 01.E1501 qui augmente la capacité de rétention des impuretés. La série d'éléments filtrants comprend différents types de médias filtrants et de degrés de finesse de filtration. La série LWF supporte une pression de fonctionnement allant jusqu'à 16 bars (232 psi), des débits compris entre 1 500 l/min et 6 000 l/min et est disponible en acier inoxydable (ELWF) ainsi qu'en conception ASME (LWFA, ELWFA).

Filtres à pression duplex DNR
Les filtres à pression duplex DNR d'Eaton conviennent aux systèmes qui doivent résister à des pressions de fonctionnement allant jusqu'à 232 psi (16 bars). Conçus avec une vanne de commutation à trois voies, ces filtres permettent de changer d'élément sans interrompre la filtration et conviennent parfaitement à la lubrification des boîtes de vitesses et des turbines. 

Le boîtier en acier au carbone peut accueillir les éléments filtrants Eaton 01.NR630 et 01.NR1000, ce qui offre aux utilisateurs une grande souplesse dans les différentes configurations et des performances fiables dans toute une série de conditions. La série de filtres DNR précédemment disponible est maintenant disponible dans les tailles 5265 et 7265, et comprend également une option en acier inoxydable (EDNR) ainsi qu'une conception ASME (DNRA, EDNRA).

Filtration de l’air
Oilgear a développé la gamme Air Dry Filter pour la purification de l’air entrant et sortant des réservoirs de grosse capacité. Cette solution technologique de filtration et assèchement de l’air combine trois avantages : la maîtrise du niveau de pollution particulaire de l’air atmosphérique qui entre dans les réservoirs avec transfert de volume important, la suppression de brouillard d’huile rejeté dans les ateliers de fabrication, l’élimination des contraintes mécaniques des parois de réservoir lors des transferts de volume d’huile.
Patrice Baratte, responsable des ventes en France, souligne que « pendant les mouvements de la presse, de gros volumes d’huile sont déplacés dans le réservoir. Lorsque les filtres à air standards sont saturés par l’air chargé de gouttelettes d’huile, la delta P augmente aux bornes des éléments filtrants standards et cela provoque des pressions et des dépressions à l’intérieur des réservoirs (« mauvais effet de respiration »). »
Hengst vient de commercialiser une nouvelle gamme de filtres moyenne pression (250 bars), la série 250 LEN. Cette gamme est axée sur la simplicité de maintenance. Bien dimensionnés, ces filtres sont efficaces. Les éléments filtrants à l’intérieur des corps de filtre ont une durée de vie très performante grâce à leur média Pure Power. Ils sont simples à changer après colmatage, ce qui évite les pertes d’huiles et permet une purge rapide.
Pierre André, d’ID System Fluid, conclut : « À l'avenir, nous continuerons à optimiser les performances des filtres afin de maximiser leurs capacités à résoudre les problèmes complexes liés aux polluants de l'huile pour différents types et viscosités de lubrifiants, mais aussi à soutenir les objectifs économiques et environnementaux des clients et des marchés. »