Boulon connecté : Comment ça marche ?

Le boulon connecté représente une avancée intéressante dans le domaine de la surveillance des assemblages boulonnés, permettant la mesure à distance des variations de tension au sein de ces assemblages.

Son rôle préventif et anticipatif vise à éviter tout desserrage ou risque de rupture, particulièrement dans des conditions exposées à des forces dynamiques.
Actuellement, les boulons connectés sont conçus pour mesurer à distance les variations de longueur, permettant ainsi la détection précoce de tout desserrage potentiel mettant en péril l’intégrité de l’installation. Cette fonction de mesure à distance contribue significativement à la réduction des coûts liés aux vérifications in situ, tout en assurant une surveillance continue des installations situées dans des zones dangereuses, contaminées, ou difficiles d’accès.

Table des matières

Principe de fonctionnement du boulon connecté

Le principe fondamental du boulon connecté repose sur l’insertion d’une fibre optique dans le boulon, opérant selon le concept éprouvé de l’interférométrie polarimétrique en lumière blanche, largement utilisé dans l’industrie nucléaire depuis de nombreuses années.
Concrètement, cette technologie implique l’intégration d’une fibre optique d’un diamètre de 0.25 mm à l’intérieur d’un trou axial de 0.5 mm, logée au centre des vis, goujons, et autres tiges filetées. Cette fibre est solidarisée avec la boulonnerie par un collage polymérisé à l’étuve, certifié depuis plus de 40 ans dans l’aéronautique et le nucléaire, garantissant une résistance aux températures allant jusqu’à 320°C. La fibre optique utilisée est basée sur un procédé breveté d’interférométrie polarimétrique en lumière blanche, permettant le calcul précis des variations de longueur par émission lumineuse.
Le raccordement de la fibre se fait avant ou après le serrage par un connecteur, connectant la sonde à un appareil appelé « interrogateur, » déporté jusqu’à 7 kilomètres. Cet interrogateur peut gérer jusqu’à 1000 sondes simultanément, offrant une flexibilité considérable. D’autres capteurs, basés sur cette technologie, peuvent détecter avec une grande précision la température, la pression, et les déplacements, centralisant ainsi toutes les informations sur un seul interrogateur.

Une série de boulons connectés

Pourquoi utiliser un boulon connecté?

Le boulon connecté permet la surveillance précise de l’allongement des éléments d’assemblages, avec une portée de jusqu’à 7 km depuis le capteur de mesure. La fibre optique utilisée résiste aux rayonnements beta et gamma, opérant dans une plage de température exceptionnelle allant de -290 à +320°C. Destiné aux assemblages critiques nécessitant une vigilance constante, le boulon connecté s’installe sur une variété de zones industrielles et de secteurs d’interventions, étant non seulement non-émetteur mais également insensible aux rayons gamma/beta, champs magnétiques, et fréquences. La consommation d’énergie, uniquement du côté de l’interrogateur (2 à 5W), reste modérée. De plus, une variété de gaines protectrices est disponible, résistant à des conditions extrêmes telles que l’immersion, les chocs, les agressions chimiques, les rayons, et les rayons de courbures importantes.
La fibre optique utilisée en zone de rayonnements ionisants est composée de silice pure, avec des essais aboutissant à des rapports favorables quant à son utilisation en zone irradiée.
Notons que la fibre optique demeure insensible à la température, sans dilatation, garantissant l’exactitude des mesures d’allongement. De plus, le positionnement de la jauge sur l’axe neutre la rend insensible aux phénomènes de couple, permettant une visualisation exclusive de l’allongement lors du serrage.

Les avantages du boulon connecté sont multiples

Les avantages du boulon connecté sont pluriels, notamment sur le plan sécuritaire. Durant les opérations de serrage, son signal réactif, variant de 1000 mesures/s à 5 mesures/s en fonction de l’appareil utilisé, permet une gestion précise de l’allongement avec une précision exceptionnelle de 0.5 µm. Cependant, des considérations pratiques se posent, notamment la nécessité d’avoir au moins une extrémité disponible pour relier la sonde à l’interrogateur. Cette exigence peut se complexifier dans le cas d’une vis Chc implantée ou d’un serrage au couple d’une vis Th sur un bâti taraudé, nécessitant parfois l’aménagement d’un système spécifique.
La surveillance en temps réel des assemblages garantit l’intégrité des installations pendant leur fonctionnement, déclenchant des alertes via email ou SMS en cas de défaillance potentielle. Il est crucial de noter que cette technologie reste neutre du côté du capteur, la fibre optique étant entièrement passive et n’émettant que de la lumière, ce qui la rend adaptée à des environnements dangereux sans aucun impact nocif.
Sur le plan économique, le boulon connecté offre une détection instantanée des défaillances naissantes, permettant une maintenance préventive conditionnelle. Cette approche, également connue sous le nom de maintenance prédictive, optimise le timing et l’emplacement des interventions, réduisant ainsi significativement les arrêts de production et ciblant précisément les travaux nécessaires. Cette caractéristique se révèle particulièrement avantageuse pour des assemblages situés dans des zones difficiles d’accès, tels que des emplacements dangereux ou des installations subaquatiques.

Exemples d'application du boulon connecté

Un exemple concret d’application du boulon connecté est observé dans le domaine ferroviaire, où la maintenance des rails représente une préoccupation majeure pour la SNCF. Le boulon connecté, agissant comme un capteur mesurant la force de serrage, transmet en temps réel des données critiques sur le serrage des rails. Cela permet d’anticiper les travaux de maintenance futurs, améliorant ainsi la sécurité des trajets ferroviaires.

Inconvénients du boulon connecté

Au-delà de ses nombreux avantages, le boulon connecté présente également des inconvénients qu’il convient de prendre en compte. Trois autres aspects critiques sont à considérer :
 
 1. Altération potentielle des propriétés mécaniques : L’insertion de la sonde dans la vis peut compromettre les calculs de l’assemblage. Un trou de 0.5 mm de diamètre dans le sens axial, équivalent à 0.2 mm² dans la vis, peut altérer la résistance mécanique de la vis et sa nature, introduisant ainsi des risques potentiels dans la structure.
 
 2. Coût élevé de mise en place : La mise en place du boulon connecté peut s’avérer onéreuse, nécessitant un usinage et une préparation complexes pour chaque vis. Ces étapes augmentent les coûts initiaux d’installation, ce qui peut être un frein dans des projets budgétaires stricts.
 
 3. Énergivore et vulnérable à la connectivité wifi : La connectivité de chaque boulon représente une consommation d’énergie notable, pouvant poser des défis en termes de gestion énergétique. De plus, la dépendance aux systèmes de transmission wifi expose le dispositif aux aléas liés à cette technologie, tels que des interférences potentielles ou des pannes de réseau.
 
 4. Complexité et coût élevé de la maintenance : L’intégration de l’électronique dans les boulons engendre une complexité accrue lors des opérations de maintenance, augmentant ainsi les coûts associés à la gestion et à la réparation des équipements.

Les méthodes alternatives au boulon connecté

L’écrou tensionneur connecté

L’écrou tensionneur connecté représente une avancée significative dans le domaine de la surveillance de la précharge.

Doté d’un dispositif de mesure des contraintes, le système breveté analyse la variation de la circonférence du tensionneur par rapport à la variation de la précharge dans le boulon. En outre, le système offre une surveillance à distance et une lecture directe des données, le tout avec une précision supérieure à +/-5 %.

Un exemple d’application de l’écrou tensionneur connecté est le joint critique sur les éoliennes. Comme pour tous les joints critiques, les connexions des éoliennes nécessitent des vérifications de précharge extrêmement précises et régulières. Cela est vrai tant pendant l’installation, afin de vérifier que la précharge atteinte correspond aux exigences de conception, que tout au long de la durée de vie de l’éolienne. Avant l’introduction de l’écrou tensionneur connecté, ces vérifications de précharge demandaient des efforts considérables, ainsi qu’une certaine modification du joint boulonné. Aujourd’hui la précharge peut être surveillée régulièrement, à distance et sans modification du joint.

La théorie derrière ce sytème:

Sous l’effet d’une charge axiale du boulon, le corps de l’écrou subit une contrainte circulaire entraînant une expansion radiale (flexion vers le haut et vers le bas). Mesurer cette expansion par rapport à la circonférence du corps de l’écrou permet une réponse plus large et plus précise. En contrôlant la relation entre l’expansion circonférentielle et la précharge axiale, il devient possible de surveiller la précharge grâce à cette caractéristique unique.

Écrou tensionneur connecté modèle Superbolt

Avantages de l'écrou tensionneur connecté

  1. Surveillance à distance de la précharge et lecture directe des données : il permet une surveillance en temps réel de la précharge, offrant ainsi une réactivité immédiate aux changements dans l’assemblage. La possibilité de lire directement les données durant le serrage simplifie l’interprétation des résultats, facilitant la prise de décisions rapides.
  2. Plus de disponibilité pendant le fonctionnement : il assure une disponibilité continue des équipements sans interruption majeure pour les vérifications périodiques, améliorant ainsi l’efficacité opérationnelle.
  3. Lecture précise et reproductible de la précharge : il fournit des mesures précises et reproductibles, garantissant une évaluation constante de l’état de l’assemblage au fil du temps.
  4. Élimination du besoin de modifier le boulon : il évite les modifications coûteuses ou complexes de la structure existante, simplifiant ainsi le processus d’installation.
  5. Robuste et fiable, classé IP67, il résiste aux conditions environnementales difficiles, assurant une fiabilité à long terme même dans des environnements humides ou poussiéreux.
  6. Vérification précise de la précharge sans ajustement des pièces serrées : Élimine la nécessité de reconfigurer ou d’ajuster les pièces serrées pour garantir des mesures précises, simplifiant ainsi la maintenance.
  7. Aucune modification nécessaire de l’assemblage (y compris design ou géométrie du goujon ou du joint) : Préserve l’intégrité structurelle de l’assemblage sans nécessiter de modifications majeures, ce qui est crucial pour les conceptions spécifiques.
  8. Élimination du risque de blessures pour les opérateurs dans les zones dangereuses : En évitant les procédures manuelles risquées, contribue à la sécurité des opérateurs, en particulier dans des environnements dangereux.

Un aperçu des inconvénients de l'écrou tensionneur connecté

1. Coûteux, ce qui en fait une solution non économique : L’investissement initial peut être élevé, ce qui peut être une limitation pour certaines entreprises.
 2. Le serrage de ces écrous demande du temps et des compétences particulières : Nécessite une expertise spécifique pour assurer un serrage précis, ce qui peut augmenter les coûts de main-d’œuvre.
 3. Ces écrous ne fonctionnent pas avec toutes les vis et tiges, uniquement sur des vis de M36 à M100 : La compatibilité limitée peut restreindre l’application de cette technologie à certains types d’assemblages.
 4. Nécessite un accès à l’écrou pour réaliser la mesure, ce qui n’est pas toujours possible pendant l’assemblage : les contraintes d’accès peuvent rendre difficile la réalisation de mesures dans certaines configurations d’assemblage.
 5. Les dépannages sont souvent pénibles et difficiles : La résolution des problèmes peut nécessiter des efforts considérables, entraînant des temps d’arrêt prolongés.
 6. La maintenance est complexe et onéreuse : Les coûts associés à la maintenance, en particulier pour la réparation d’éventuels défauts électroniques, peuvent être élevés.

Une alternative aux solutions d’assemblages connectées : la clé TRAXX

La clé de serrage TRAXX offre des avantages substantiels pour le processus d’assemblage. En augmentant la précision du serrage de 30%, elle simplifie également les opérations en permettant le serrage des vis et la vérification de la force de serrage avec un seul outil.

Cette clé assure une consultation en temps réel de la force de serrage lors de l’assemblage, préservant les habitudes opérationnelles existantes. Fonctionnant comme une clé couple/angle, la clé TRAXX se distingue par sa précision accrue, mesurant directement le serrage en tension (kN).

Des accessoires adaptés aux besoins individuels sont disponibles, offrant une personnalisation du processus d’assemblage.

La surveillance en temps réel de la tension de serrage s’avère essentielle pour diverses raisons.
En premier lieu, elle garantit que chaque composant est fixé correctement et conforme aux spécifications techniques. Une tension incorrecte peut causer des problèmes tels que des fuites ou des défaillances prématurées.

La détection immédiate des écarts par rapport aux paramètres recommandés permet la prise de mesures correctives avant que des dommages graves ne surviennent. Le suivi en temps réel facilite également l’ajustement et l’optimisation du processus d’assemblage, évitant les surcontraintes ou les sous-contraintes pouvant compromettre la sécurité et la performance.

Cette surveillance contribue à la traçabilité et à la documentation du processus d’assemblage, cruciales dans des secteurs tels que l’aérospatiale, l’automobile et les équipements industriels. En somme, la consultation en temps réel de la tension de serrage assure la fiabilité, la sécurité et la performance de l’équipement, tout en optimisant les procédés d’assemblage.

Dans une perspective à long terme, la clé TRAXX-M2 assure la préservation et la conservation des données de serrage de chaque vis. Elle enregistre l’identifiant de la vis, ses caractéristiques, la date et l’heure du serrage, ainsi que la tension appliquée. Ces informations sont exploitables pour suivre l’évolution des vis au fil du temps, permettant un contrôle précis du travail effectué. Cette fonctionnalité facilite la traçabilité des opérations, l’analyse des résultats et la planification proactive de l’agenda de maintenance des serrages.

Un boîtier de serrage contrôlé TRAXX-M2 avec une clé de mesure du serrage TRAXX.