Lorsque l’on conçoit un ensemble mécanique, une question revient inlassablement : que prévoir pour la lubrification ? Doit-on lubrifier à l’huile, à la graisse, ou autre ? Et comment va-t-on prévoir la relubrification ? Nous tentons dans cet article d’apporter un début de réponse…

En termes d’études, la mise en place d’une lubrification peut être contraignante, et certains concepteurs pourraient être tentés de s’en passer… Mais sauf exceptions, c’est une grossière erreur ! Il faut savoir que plus de 50% des avaries sont dues à un problème de lubrification (quantité inadaptée, mauvais choix de lubrifiant, procédé de lubrification insuffisant ou mauvaise gestion de la relubrification). La lubrification doit avoir plusieurs objectifs :

• Réduire le frottement
• Réduire l’usure
• Allonger la durée de vie des mécanismes
• Dissiper la chaleur
• Absorber les vibrations et chocs
• Protéger les surfaces
• Protéger des agressions du milieu environnant
• Être conforme aux législations et réglementations

Plus concrètement, comment ça marche ? Lorsque deux pièces sont en contact direct, leur état de surface va en quelque sorte créer des « points de blocage », et donc augmenter le frottement. Un lubrifiant (huile ou graisse) va venir, en fonction de la vitesse, séparer les surfaces de contact, ce qui permettra de diminuer le coefficient de frottement, donc les échauffements et ainsi l’usure.
On va appeler « film de lubrification » la couche intermédiaire de lubrifiant qui va faire l’interface entre les deux pièces en mouvement. Le choix de la bonne viscosité d’huile de base à la température d’utilisation est primordial dans le système tribologique. Elle va définir le meilleur régime de frottement (fluide) afin de séparer les surfaces de contact en fonction de la vitesse préconisée.

C’est avant tout un mélange : une huile de base (minérale ou synthétique) et des additifs pour l’huile, et un épaississant supplémentaire pour la graisse (et des lubrifiants solides pour les pâtes de montage).

Il existe deux grands types d’huile de base. L’huile minérale est extraite du pétrole et a un coup de fabrication faible, mais présente de nombreux inconvénients pour un usage industriel : moins bonne dissipation de la chaleur, grande variation des propriétés et de sa viscosité en fonction de la température, moins stable thermiquement donc moins durable…
L’huile synthétique est fabriquée selon divers procédés chimiques pour obtenir des bases (Polyalphaoléfine, Ester, Polyglycole, Silicones et Fluorées PFPE). Bien que plus chère, elle est à favoriser dans l’industrie : plus stable thermiquement, plus durable, meilleur pouvoir lubrifiant, inerte chimiquement pour certaines…

Il existe de nombreux additifs pour modifier les propriétés de l’huile (ou de la graisse). Parmi ceux-ci, nous retrouvons principalement :

• Anti-oxydant : retarde l’oxydation du lubrifiant contre le vieillissement
• Anti-rouille : neutralise les acides et empêche la formation de rouille en présence d’eau
• Anti-corrosion : protège les surfaces métalliques
• Des EP (extrême pression) : réagit à la surface du métal et empêche le grippage sous fortes charges
• Anti-usure : réagit à la surface du métal pour diminuer l’usure
• Lubrifiant solide (MoS2, graphite, PTFE) : améliore le glissement
• Anti-mousse : empêche la formation de bulles d’air et les fait remonter à la surface de l’huile
• Détergent : diminue ou empêche les résidus de carbonisation de se déposer sur le métal
• Améliorateur de viscosité : macromolécules qui modifient et améliorent la viscosité en fonction de la température

La différence fondamentale entre une huile et une graisse c’est l’épaississant, qui va donner sa « structure » à la graisse. On peut facilement assimiler l’épaississant à une éponge qui permet de garder l’huile. Il existe là-aussi différents types d’épaississants et différentes propriétés :

• Les savons métalliques simples ou complexes (calcium, lithium, sodium, aluminium, baryum…)
• Les organiques (PTFE, PU…)
• Les inorganiques (bentone, gel de silicate)

L’épaississant représente entre 3 et 30% du volume d’une graisse.

Maintenant, la question épineuse : faut-il choisir la graisse ou l’huile ? Et bien ça dépend avant tout de l’application et du composant à lubrifier…
Petit mémo des avantages et inconvénients des deux solutions afin de vous aider à faire votre choix :

Un point en particulier est fondamental : la chaleur. Si l'application est soumise à une température élevée, l'utilisation d'une huile permettra une meilleure évacuation des calories.
Si une application cumule charge élevée et vitesse élevée, l’huile sera donc à privilégier. Au contraire, sur une application moins contraignante, la graisse sera plus pertinente car beaucoup plus simple à mettre en œuvre et à maintenir, et économique.
Dans tous les cas, la graisse et l’huile seront à choisir avec soin en fonction de l’application. Les fabricants de lubrifiants pourront vous conseiller et vous aiguiller sur ce point.

Un autre point est à considérer avec attention, c’est le procédé de lubrification… En effet, même avec une huile ou une graisse adaptée, une mauvaise lubrification, surabondante par exemple, pourra être plus néfaste qu’une absence de lubrification !

Avant tout, la graisse. On peut l’appliquer au pinceau : la qualité du graissage va dépendre en grande partie de l’expertise de l’opérateur, ce qui n’est pas forcément une bonne chose… En effet, d’une application à l’autre, les besoins ne seront pas les mêmes et seront difficiles à estimer. De plus, les intervalles de graissage seront espacés, ce qui fait que la lubrification ne sera correcte qu’une partie du temps…
Il y a aussi la méthode « je bourre de graisse et ça va le faire » à éviter impérativement ! Le surgraissage va créer un couple de frottement, un échauffement à outrance, et au final provoquer des avaries… C’est un problème récurrent avec les graisseurs et les pompes à graisse : on pompe jusqu’à ce que ça déborde ! Sur certaines applications (vis à billes par exemple) c’est pertinent, car la graisse va s’appliquer rapidement sur l’ensemble de la vis lors des premiers cycles, donc le graissage ne sera pas surabondant. Par contre, sur un roulement ou un palier c’est à proscrire…
Souvent, la bonne solution est le graisseur automatique : c’est une pompe remplie de graisse avec un mini-automate que l’on va programmer pour délivrer la juste quantité de graisse à intervalles réguliers. La lubrification sera correctement gérée et la maintenance grandement simplifiée. De plus, grâce au tuyautage mesuré, on pourra atteindre facilement n’importe quels points de la machine.

« Lubrifier peu et plus souvent »

Source graphique : Klüber Lubrication

Les moyens de lubrification à l’huile sont très nombreux et seront à choisir en fonction de l’application. Le plus simple est le bain d’huile : le « fond » du mécanisme trempe dans l’huile, qui sera emmenée par entraînement dans tout l’ensemble. Les principales contraintes : le niveau à gérer correctement (trop bas → pas de lubrification et trop haut → lubrification surabondante et donc mauvaise évacuation de la chaleur).
Il existe également de nombreux systèmes de distribution d’huile, en « goutte à goutte », avec des brosses, avec projection d’un brouillard d’huile…
Là encore, le choix de la solution sera délicat et nous vous suggérons de contacter des spécialistes de solutions de lubrification…

Nous avons parlé de graisse et d’huile, car industriellement ce sont les moyens les plus courants. Cependant, d’autres lubrifiants existent et sont pertinents dans certains cas :

• Les pâtes de montage : visserie, montage de roulements pour éviter les phénomènes de fretting corrosion
• Les vernis : protection et lubrification sèche de surfaces métalliques, plastiques et élastomères
• Les cires : pour la lubrification des chaînes notamment. Elles sont appliquées par un process de traitement spécifique, la chaîne sera immergée dans un bain de cire en fusion et la cire recouvrira toutes les surfaces des composants de la chaîne. Elle empêchera ainsi toute entrée d’humidité et d’eau à l’intérieur de la chaîne.
  Ainsi, une chaîne cirée pourra être « lubrifiée à vie » et donc ne nécessitera aucune relubrification…