À côté des techniques traditionnelles (mesure dimensionnelle, ultrasons et jauges de contraintes), des jeunes pousses ont développé des solutions, souvent basées sur une mesure optique. Le Cetim en a identifié et testé quatre : les solutions de TensionCam, de Sedwell, de Strainlabs et de Cathelain Bolt.
L’un des aspects abordés par le projet stratégique de R&D Fova (fiabilisez et optimisez vos assemblages), qui s’inscrit dans l’axe 1, à savoir la mise en œuvre du serrage, porte sur le contrôle du serrage. « Dans le cadre de l’industrialisation de cette opération, c’est-à-dire la mise au point des gammes de serrage, nous devons disposer des moyens nous permettant de contrôler la tension », rappelle Thibault Royer, responsable de projets en technologie de vissage au Centre technique des industries mécaniques (Cetim).
Comme l’effort subi par un boulon, par exemple, est directement proportionnel à sa déformation, ici l’allongement, la mesure de ce dernier, avant serrage et après serrage – le boulon s’allonge quand on serre – , permet de déterminer la tension. « Il s’agit donc toujours d’une mesure différentielle. Mais là où cela se complique, c’est qu’un boulon M8 x 30 avec une longueur serrée à trois fois le diamètre (24 mm) et à 75 % de la limite d’élasticité génère un allongement de 30 à 40 µm. Il faut donc disposer d’un moyen capable de mesurer ces allongements avec une précision suffisante, une précision qui dépend de la mesure elle-même », explique Thibault Royer.
La grande précision des jauges de contraintes
Parmi les solutions de mesure traditionnelles, on retrouve évidemment la mesure dimensionnelle, la méthode par ultrasons et les jauges de contraintes. S’il est possible d’effectuer des mesures dimensionnelles assez fiables avec des piges, des micromètres ou autres, ces techniques montrent, avec des petits boulons (M8, par exemple), assez vite leurs limites en termes de précision et de répétabilité. En particulier si les utilisateurs doivent faire de nombreuses mesures. « Et, surtout, il faut avoir accès aux deux côtés de la vis. Avec un assemblage taraudé, la mesure dimensionnelle n’est donc pas possible », rappelle Thibault Royer.
La méthode par ultrasons, elle, est très répandue de par son coût relativement peu élevé – la préparation d’une vis est assez rapide – , même si elle peut requérir une mise en œuvre compliquée, contrairement aux jauges de contraintes. Ces dernières nécessitent tout un ensemble d’opérations (collage, étalonnage, etc.), mais l’un de leurs principaux avantages réside dans leur grande précision.
À côté de ces techniques de mesure traditionnelles, on trouve aujourd’hui un large éventail de solutions innovantes pour la mesure de la tension. « Dans le cadre du projet Fova, nous en avons sélectionné quatre reposant sur des technologies différentes de la méthode par ultrasons et des jauges de contraintes, et identifiées comme ayant un potentiel à explorer. Il s’agit des solutions de TensionCam, de Sedwell, de Strainlabs et de Cathelain », rappelle Thibault Royer.
Des solutions connectées
La solution du Suédois TensionCam s’appuie sur l’usinage de motifs dans la tête de vis. Une fois cette dernière sous tension, un capteur, installé sur la tête de vis et connecté en USB à un smartphone ou une tablette numérique, va prendre des images des motifs et, selon leur déformation, une application web va permettre d’analyser la déformation de la tête. L’application reconnaît la vis – la vis a été au préalable étalonnée sur une machine de traction – d’après le motif propre à chaque vis, puis permet de remonter à l’état de contrainte dans la vis et de surveiller le niveau de tension.
Pour Thibault Royer, « c’est une solution intéressante parce qu’elle repose sur l’usinage et la mesure de déformation de tête de vis. Il suffit de poser le capteur, sans avoir besoin ni d’électronique, ni de batterie, ni de câble. L’enregistrement des mesures est très également utile lorsque l’on fait une gamme de serrage. » Par contre, il regrette que « la solution ne fonctionne que si elle dispose d’une bonne connexion à un réseau de communication. Ce qui peut être embêtant lors de campagnes de mesure sur des éoliennes en rase campagne, ou même sur le site d’une entreprise. Cela pose également la question de la sécurité des données. »
Le principe de fonctionnement de la solution du Britannique Sedwell est totalement différent de celui du système précédent. Le capteur est, ici, une vis dans le fût de laquelle, après usinage, une pige a été installée. Le déplacement de la pige, donc de la vis, est obtenu par mesure optique, au moyen d’une électronique installée sur la tête de vis, communiquant sur un réseau privé LoRa et intégrant la batterie. « Les données étant envoyées en direct sous forme d’un bargraphe, l’utilisateur voit immédiatement l’évolution de la tension, contrairement à d’autres solutions avec lesquelles on est obligé, par exemple, de prendre des clichés, d’interroger une base de données, etc. », explique Thibault Royer.
La solution de Sedwell est toutefois pénalisée par son électronique, qui est aujourd’hui difficilement miniaturisable. Elle est bien adaptée aux vis à partir de M16, mais pas à des vis plus petites. Un autre inconvénient peut être la durée de vie relativement courte de la batterie avec un fonctionnement en continu. Mais rien n’empêche de mettre en œuvre une stratégie de mise en sommeil/réveil pour n’activer la scrutation que selon une périodicité définie par l’industriel (une fois par mois, par exemple). Cela permet de disposer d’une autonomie de plusieurs années, au lieu d’un ou deux mois.
Les mesures optiques se déclinent
Strainlabs est un autre fabricant suédois, dont la solution ressemble assez à celle de Sedwell. On retrouve un boulon instrumenté, dans lequel, cette fois, un petit trou est percé avec précision le long de son axe pour créer une cavité. Lorsque le boulon est serré, la cavité s’allonge en même temps et le changement d’intensité lumineuse issue de Led permet de déterminer la précharge. Plusieurs tailles de boulon sont disponibles, de M10 à M20. Les mesures sont ensuite envoyées par radio ISM (fréquence de 868 MHz) à un routeur qui les transmet, à son tour, à une base de données, via Internet, pour une exploitation en direct.
« Les utilisateurs disposent, là aussi, de stratégies de mise en sommeil/réveil pour rallonger la durée de vie du capteur [jusqu’à cinq ans, à température ambiante, NDLR], ainsi que d’une interface web à partir de laquelle ils peuvent cartographier tout un produit, voire toute une usine pour surveiller les tensions. En plus d’être réactive, la solution de Strainlabs permet de connecter simultanément de nombreux boulons, ce qui est très intéressant pour le secteur de l’énergie (éoliennes, pétrole et gaz) », indique Thibault Royer.
rie avec un fonctionnement en continu. Mais rien n’empêche de mettre en œuvre une stratégie de mise en sommeil/réveil pour n’activer la scrutation que selon une périodicité définie par l’industriel (une fois par mois, par exemple). Cela permet de disposer d’une autonomie de plusieurs années, au lieu d’un ou deux mois.
Les mesures optiques se déclinent
Strainlabs est un autre fabricant suédois, dont la solution ressemble assez à celle de Sedwell. On retrouve un boulon instrumenté, dans lequel, cette fois, un petit trou est percé avec précision le long de son axe pour créer une cavité. Lorsque le boulon est serré, la cavité s’allonge en même temps et le changement d’intensité lumineuse issue de Led permet de déterminer la précharge. Plusieurs tailles de boulon sont disponibles, de M10 à M20. Les mesures sont ensuite envoyées par radio ISM (fréquence de 868 MHz) à un routeur qui les transmet, à son tour, à une base de données, via Internet, pour une exploitation en direct.
« Les utilisateurs disposent, là aussi, de stratégies de mise en sommeil/réveil pour rallonger la durée de vie du capteur [jusqu’à cinq ans, à température ambiante, NDLR], ainsi que d’une interface web à partir de laquelle ils peuvent cartographier tout un produit, voire toute une usine pour surveiller les tensions. En plus d’être réactive, la solution de Strainlabs permet de connecter simultanément de nombreux boulons, ce qui est très intéressant pour le secteur de l’énergie (éoliennes, pétrole et gaz) », indique Thibault Royer.
