Les capteurs de vibrations sont au cœur de tout système de mesure ou de surveillance des vibrations. Ils convertissent les vibrations mécaniques en signaux mesurables qui peuvent être analysés pour évaluer l’intégrité structurelle, l’état de la machine ou l’impact sur l’environnement. En Europe, le choix et l’utilisation corrects des capteurs de vibrations sont essentiels pour garantir des mesures fiables, une interprétation crédible et la conformité aux normes reconnues.
Cette page fournit une vue d’ensemble structurée et non technologique des types de capteurs de vibrations, de leurs différences et des critères clés permettant de sélectionner le capteur approprié pour les applications industrielles et de construction.
Qu’est-ce qu’un capteur de vibrations ?
Un capteur de vibrations est un appareil conçu pour détecter et mesurer les oscillations mécaniques d’une structure, d’une machine ou du sol. Ces oscillations sont converties en signaux électriques qui représentent l’amplitude, la fréquence ou l’accélération de la vibration.
Les capteurs de vibrations sont utilisés pour :
- quantifier les niveaux de vibration,
- suivre les changements au fil du temps,
- détecter un comportement vibratoire anormal ou potentiellement nuisible.
Le capteur est le premier maillon de la chaîne de mesure et ses caractéristiques affectent directement la qualité et la fiabilité des données.
L’importance du choix du capteur
Le choix d’un capteur de vibrations inapproprié peut conduire à :
- des mesures inexactes ou incomplètes,
- une mauvaise interprétation de la gravité des vibrations,
- le non-respect des normes applicables,
- les signes précurseurs manqués.
Dans le contexte européen, où les évaluations des vibrations sont souvent utilisées pour la conformité réglementaire, la validation contractuelle ou la résolution des litiges, la sélection des capteurs est une décision technique critique plutôt qu’une décision purement pratique.
Principaux types de capteurs de vibrations
Plusieurs technologies de capteurs sont couramment utilisées pour mesurer et contrôler les vibrations.
Accéléromètres
Les accéléromètres mesurent les vibrations en détectant les changements d’accélération.
Ils se caractérisent par :
- mesure de l’accélération (m/s² ou g),
- large gamme de fréquences,
- une grande sensibilité aux impacts et aux chocs.
Les accéléromètres sont largement utilisés dans les applications industrielles et pour détecter les phénomènes vibratoires à haute fréquence.
Géophones
Les géophones mesurent la vitesse des vibrations et sont largement utilisés dans le domaine du génie civil et de la construction.
Ils se caractérisent par :
- mesure directe de la vitesse de vibration (mm/s),
- optimisation pour les fréquences basses et moyennes,
- un alignement fort sur les normes de vibration des bâtiments.
Les géophones sont couramment utilisés pour évaluer les vibrations du sol et des bâtiments sur les chantiers de construction.
Capteurs de vibration MEMS
Les capteurs MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) intègrent la détection des vibrations dans des composants électroniques compacts.
Ils se caractérisent par :
- petite taille et faible consommation d’énergie,
- des capacités de mesure multi-axes,
- l’aptitude à la surveillance à long terme ou autonome.
Les capteurs MEMS sont de plus en plus utilisés dans les systèmes de surveillance continue déployés dans des environnements difficiles ou éloignés.
Capteurs piézoélectriques et capteurs MEMS
Les différentes technologies offrent des avantages différents en fonction de l’application.
| Critère | Capteurs piézoélectriques | Capteurs MEMS |
| Gamme de fréquences | Très large | Large / Très bonne dans les basses fréquences |
| Sensibilité | Très élevée | Élevée |
| Consommation électrique | Puissance externe | Faible consommation |
| Utilisation typique | Diagnostic de précision | Surveillance à long terme |
|
Taille
|
compact
|
très compact
|
| Robustesse sur le terrain | Bonne | Très bonne |
Aucune technologie n’est universellement supérieure. L’adéquation dépend des objectifs et des contraintes de la mesure.
Quelles quantités de vibrations les capteurs peuvent-ils mesurer ?
Selon le type et la configuration du capteur, les capteurs de vibrations peuvent mesurer :
- l’accélération, utile pour les analyses à haute fréquence et les analyses d’impact,
- couramment utilisée pour les critères de protection des bâtiments,
- déplacement, pertinent pour les mouvements structurels à basse fréquence.
Dans de nombreux systèmes, les valeurs de vitesse ou de déplacement sont dérivées mathématiquement des signaux d’accélération.
Gamme de fréquences et largeur de bande
La gamme de fréquences d’un capteur définit les phénomènes vibratoires qui peuvent être détectés.
Les basses fréquences sont associées à :
- le mouvement du sol,
- des réponses structurelles importantes.
Les fréquences élevées sont associées à :
- les défauts mécaniques,
- impacts,
- des effets dynamiques localisés.
Le choix d’un capteur dont la gamme de fréquences n’est pas appropriée peut entraîner des mesures incomplètes ou erronées.
Sensibilité, densité de bruit résiduel et gamme dynamique
Trois paramètres de performance doivent être pris en compte simultanément :
- Sensibilité, indiquant l’intensité avec laquelle le capteur réagit aux vibrations,
- La densité de bruit résiduel décrit le niveau de bruit intrinsèque du capteur, indépendamment du signal mesuré.
Elle indique à quel point une vibration doit être faible pour pouvoir être distinguée du bruit. - Gamme dynamique, représentant l’étendue entre les valeurs minimales et maximales mesurables.
Une sensibilité élevée n’est pas toujours souhaitable si l’on s’attend à des niveaux de vibration très élevés.
Capteurs mono-axiaux et triaxiaux
Les capteurs peuvent mesurer les vibrations selon un ou plusieurs axes.
- Les capteurs à axe unique mesurent les vibrations dans une seule direction.
- Les capteurs triaxiaux mesurent les vibrations le long de trois axes perpendiculaires.
Les capteurs triaxiaux fournissent une représentation plus complète du comportement vibratoire, en particulier lorsque la direction des vibrations est inconnue ou variable.
Capteurs de vibration filaires ou autonomes
Les capteurs de vibrations peuvent être déployés sous forme de dispositifs câblés ou autonomes.
Les détecteurs câblés offrent généralement les caractéristiques suivantes
- l’alimentation continue,
- une grande largeur de bande de données,
- un fonctionnement stable à long terme.
Les capteurs autonomes offrent :
- une installation plus rapide,
- réduction des contraintes de câblage,
- une plus grande flexibilité sur les chantiers.
Le choix dépend des conditions d’installation, de la durée de la surveillance et de l’accessibilité du site.
Contraintes liées à l’environnement et à l’installation
Dans les environnements industriels et de construction européens, les capteurs doivent résister :
- la poussière et l’humidité,
- les variations de température,
- les chocs mécaniques et la manipulation.
La protection contre les infiltrations, la méthode de montage et la robustesse mécanique sont donc des critères de sélection essentiels.
Comment choisir le bon capteur de vibrations
Le choix d’un capteur de vibrations nécessite de répondre à une série de questions techniques :
- dont la quantité de vibration doit être mesurée,
- la gamme de fréquences concernée,
- la précision requise,
- si le suivi est à court ou à long terme,
- les contraintes environnementales qui s’appliquent.
Le capteur le plus approprié est celui qui répond aux objectifs de mesure de manière fiable et défendable.
Applications typiques des capteurs de vibrations
Les capteurs de vibrations sont utilisés dans :
- l’évaluation des vibrations sur les chantiers de construction,
- la surveillance des bâtiments et des structures,
- le diagnostic des machines industrielles,
- des programmes de maintenance basés sur l’état,
- études sur les vibrations dans l’environnement.
Dans chaque cas, le choix du capteur doit être adapté au contexte spécifique de l’application.
Des capteurs aux systèmes de mesure
Un capteur de vibrations n’est qu’un élément d’un système de mesure ou de surveillance plus large. L’acquisition, le traitement, l’interprétation et la communication des données sont tout aussi importants pour garantir que les données vibratoires permettent de prendre des décisions éclairées.
