L'invention de la semaine

Pour la concision de son abrégé

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SURVEILLANCE SPECTRALE SYSTEMATIQUE (S3) D’UN MOTEUR D’AVION

 Un son est un bruit qui contient de l’information, potentiellement très riche. La musique en est la forme la plus élaborée, puisqu’elle touche à l’affectif sans nécessiter d’analyse complexe. La plupart des activités génèrent des sons, soit parce que c’est leur but, soit comme sous-produit. Un mécanicien expérimenté peut diagnostiquer, à l’oreille, le défaut d’une machine tournante, par exemple d’un moteur. Apprendre cette démarche à un système informatique affranchit de sa grande faiblesse, la dépendance à l’opérateur et en permet l’automatisation. Pour être compris par la machine, le son, entité analogique, doit d’abord être digitalisé. Son spectre fréquentiel, établi par transformée de FOURIER, en conserve toute l’information, puisque la transformée inverse permet de reconstruire le son à l’identique. La comparaison de deux sons peut donc se résumer à la comparaison de leurs deux spectres. Sa réalisation est très simple car il suffit de les soustraire fréquence par fréquence. Les termes non nuls représentent les différences. La surveillance spectrale utilise ce concept depuis les années 50, mais s’attache à rechercher des défauts déjà répertoriés, voire expliqués. Dans mon concept de Surveillance Spectrale Systématique (S3), l’anomalie spectrale est constatée sans aucun a priori. Un test statistique permet, ensuite, de rechercher et de démontrer une corrélation avec un défaut découvert, actuel ou futur. Ce concept est applicable à tous les phénomènes cycliques et particulièrement aux sons produits par les machines tournantes. Il suffit de comparer le son instantané à un son de référence acquis dans les mêmes conditions, pour en objectiver les variations et, le cas échéant, les lier à un défaut fonctionnel. Le seuil de prise en compte sera défini et déterminé expérimentalement. Une appréciation absolue de l’état de la machine, par exemple dans le cadre d’une opération de maintenance, supposera la comparaison du spectre actuel au spectre nominal, enregistré en fonctionnement normal. Une surveillance en temps réel de la machine pourrait se faire en comparant le spectre instantané à la moyenne des spectres enregistrés dans le passé, lissant ainsi les variations dues à l’usure ou à des événements ponctuels anciens et non répétitifs. Pour valider cette idée, j’ai, tout d’abord expérimenté les variations spectrales induites par un balourd créé sur un volant, entrainé par un moteur électrique. J’ai ensuite acquis et analysé le son produit par diverses machines tournantes: motocyclette, moteur d’avion, à explosions puis Diesel, réacteur de Boeing 737, turbine d’un hélicoptère Ecureuil, pulsoréacteur « valveless » (par extension). Pour l’étape suivante, mes microphones et accéléromètres seront intégrés à une chaîne Labview d’acquisition et de traitement du signal. Resteront à intégrer les tests de corrélations. Ce concept est particulièrement robuste et applicable aux moteurs d’aéronefs et plus particulièrement aux turbines, turboréacteurs ou turbopropulseurs. La détection, ou mieux l’anticipation, d’un quelconque défaut est, bien sûr, vitale, au sens propre. La motorisation peut représenter la moitié du coût d’un avion et l’enjeu économique est donc également considérable. C’est dans ce contexte que la maintenance prévisionnelle a vu ses premières  applications. La conduite et la surveillance de ces moteurs est, de plus en plus, informatisée et la S3 s’y intégrera naturellement. La turbomachine d’aviation sera, dès sa mise en service, équipée de capteurs de vibrations, micros ou accéléromètres. Les signaux recueillis, dans les diverses situations seront digitalisés et leur spectre fréquentiel sera établi en temps réel. Ces spectres, moyennés depuis l’origine afin de lisser usure et incidents antérieurs, seront gardés en mémoire pour servir d’étalons. Les variations fréquentielles pourront soit déclencher une alarme non répertoriée, soit indiquer qualitativement le défaut le plus probablement en cause. Les opérations de maintenance prévisionnelle seront facilitées. L’intégration au FADEC du réacteur en permettra l’automatisation.

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