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De retour au Chili, j'ai fondé CIDOS (Santiago Research and Development Center), une société dédiée au développement de solutions et de conseil pour les organisations européennes à travers la société suisse Qualicon.

Le succès de cette collaboration a conduit Qualicon à tenter d'assumer un plus grand contrôle sur les opérations du CIDOS. En conséquence, nous avons décidé de réorienter notre activité vers le marché chilien. Par la suite, grâce à une alliance stratégique avec la société ProQualitas, nous avons commencé à développer des projets avec Price Waterhouse Chili, une relation qui a finalement abouti à mon incorporation personnelle dans cette société.

ID:('ky', 1782)

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La société suisse Biral AG, fabricant de pompes centrifuges, a demandé une assistance technique après avoir détecté un problème inattendu dans l'un de ses nouveaux modèles. Afin d'améliorer les performances hydrauliques, la géométrie de la roue a été modifiée en réduisant la section de sortie des pales. En conséquence, leau quittait la turbine à une vitesse considérablement plus élevée. Cependant, une fois les premiers prototypes construits, les pompes ont commencé à émettre un bruit de fonctionnement intense, décrit par les ingénieurs eux-mêmes comme un véritable « hurlement », rendant leur commercialisation irréalisable.

L'étude s'est concentrée sur la compréhension de l'origine physique du phénomène, en analysant la relation entre la nouvelle géométrie de la roue et le comportement de l'écoulement de l'eau. L'analyse a montré que l'augmentation de la vitesse favorisait la formation de tourbillons et de structures turbulentes en sortie de roue. Ces instabilités de débit généraient des fluctuations périodiques de pression qui excitaient mécaniquement la pompe, produisant le niveau sonore caractéristique observé lors de son fonctionnement.

Plus important encore, létude nous a permis de conclure que ce comportement nexpliquait pas seulement le problème acoustique. Les vitesses élevées et les basses pressions associées aux vortex suggèrent que, dans certaines conditions de fonctionnement, pourraient commencer des phénomènes de cavitation, capables de produire une érosion progressive de la roue et de réduire considérablement la durée de vie utile de la pompe.

La solution proposée consistait à modifier à nouveau la géométrie hydraulique, en augmentant la section de sortie de la roue pour réduire la vitesse d'écoulement avant de quitter la roue. Cette modification a diminué l'intensité des tourbillons, stabilisé l'écoulement et réduit les fluctuations de pression responsables du bruit. En conséquence, le niveau sonore est revenu à des valeurs acceptables et, en même temps, le risque de cavitation et les dommages qu'elle pourrait provoquer lors d'un fonctionnement prolongé de la pompe ont été réduits.

Ce projet est un exemple clair de la façon dont l'analyse basée sur des principes physiques nous permet d'identifier la cause réelle d'un problème d'ingénierie et de développer des solutions qui éliminent non seulement le symptôme visible (dans ce cas, le bruit), mais également les mécanismes qui pourraient compromettre la fiabilité et la durabilité du système à l'avenir.

ID:('gp', 686)

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L'entreprise suisse KWC, reconnue internationalement pour la fabrication de robinets de haute qualité, a demandé de l'aide pour enquêter sur un problème affectant l'un de ses modèles de robinets d'eau. Bien que le produit ait fonctionné correctement à sa sortie de l'usine, environ 10 % des clients ont signalé qu'après quelques mois d'utilisation, le mécanisme commençait à se bloquer jusqu'à empêcher son fonctionnement normal, obligeant ainsi à remplacer toute la clé.

La principale difficulté de létude résidait dans le fait que le problème ne survenait pas dans toutes les unités, mais seulement dans une fraction dentre elles et après une période dutilisation relativement longue. Cette caractéristique rendait très difficile la reproduction de la défaillance par les tests conventionnels en laboratoire, il était donc nécessaire d'analyser en détail la conception du mécanisme, les conditions de fonctionnement et les éventuelles variations présentes lors de la fabrication et de l'utilisation quotidienne du produit.

Le travail s'est concentré sur l'identification de la combinaison de facteurs qui pourrait expliquer pourquoi une conception apparemment correcte a évolué, au fil du temps, vers une condition dans laquelle le mécanisme a progressivement augmenté sa friction jusqu'à se bloquer. Pour ce faire, les tolérances mécaniques, le comportement des matériaux, les forces de contact entre les pièces mobiles et les conditions hydrauliques auxquelles la vanne a été soumise pendant des milliers de cycles d'ouverture et de fermeture ont été étudiés.

L'objectif n'était pas seulement de trouver la cause immédiate de la panne, mais de comprendre le mécanisme physique qui permettait qu'elle n'apparaisse que dans certaines unités et après une période de fonctionnement. Cette approche a permis d'orienter l'analyse vers les véritables causes du problème et de fournir à l'entreprise une base technique pour repenser le produit, augmentant ainsi sa fiabilité et réduisant considérablement la probabilité de pannes en service.

ID:('gp', 687)

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L'analyse du mécanisme de fermeture a permis de vérifier que les robinets en panne avaient une caractéristique commune : ils avaient perdu le film lubrifiant situé entre les deux surfaces céramiques chargées de réguler le débit de l'eau. Sans cette lubrification, les frottements entre les deux pièces augmentaient progressivement jusqu'à ce que le mécanisme finisse par se coincer, obligeant à remplacer la clé entière. La question fondamentale était de savoir pourquoi cette perte de lubrifiant ne se produisait que dans une fraction des unités installées.

L'étude du mécanisme a révélé que le composant responsable du déplacement de l'une des céramiques, représenté inversé sur la figure, appliquait la force dans une position qui ne coïncidait pas avec le plan de glissement. Au lieu de générer uniquement une force parallèle à la surface de la céramique, cela produisait également un petit moment ou couple qui tendait à faire tourner la céramique supérieure pendant son mouvement. Même si cette rotation était très faible, elle suffisait pour éloigner progressivement le lubrifiant de la surface de contact.

L'analyse a en outre montré que ce phénomène ne se produisait pas lors d'une utilisation normale de la clé. Le couple n'atteignait des valeurs significatives que lorsque la force appliquée était élevée, situation qui se produisait lors de la fermeture brusque de la clé, heurtant le mécanisme contre sa butée. Cette observation explique pourquoi le problème n'apparaissait que chez une partie des clients : l'usure ne dépendait pas de différences de fabrication, mais plutôt d'habitudes d'exploitation. Environ dix pour cent des utilisateurs ont fermé la clé avec suffisamment de force pour générer le couple nécessaire pour déplacer progressivement le lubrifiant et provoquer, au fil du temps, le verrouillage du mécanisme.

La solution consistait à modifier la géométrie du système d'entraînement en déplaçant le point d'appui de l'élément mobile. En réduisant la distance entre la ligne d'action de la force et le point d'appui, le bras de levier et, par conséquent, le couple appliqué à la céramique ont été considérablement réduits. Ainsi, le mouvement redevient pratiquement un pur glissement, le déplacement du lubrifiant est évité et le problème disparaît sans qu'il soit nécessaire de modifier les matériaux ou la conception de base du mécanisme.

Ce projet a montré comment un phénomène apparemment aléatoire pouvait être pleinement expliqué grâce à une analyse physique du système, permettant de développer une solution simple et robuste basée sur la mécanique du mécanisme, au lieu de recourir à des modifications matérielles ou à des remplacements inutiles de composants.

ID:('gp', 688)