Portfolio thibault plantin de hugues

Voici quelques exemples de réalisation de programmes en VISUAL
BASIC sur Excel :

Fiabilisation du moyen de test Hélium
1
ROJET HELIOS : RÉSUMÉ
Ce document détaille la mise en œuvre de mon projet de fin d’étude
réalisé au sein de l’entreprise PMB, en tant que chef de projet.
Pour résumer, le besoin initial de ce projet était de fiabiliser un
moyen de test d’étanchéité dans notre process de production.
Ce test valide la conformité de pièces de haute technologie utilisées
pour l’émission de Rx dans les scanners (clients : General Electric,
Dunlee etc.).
Les pages à venir détaillent l’approche du projet en partant de la
problématique jusqu’à aboutir à la solution technique.
Ce document est un extrait de mon mémoire d’ingénieur, la pièce
concernée par ce projet est confidentielle et est donc floutée sur les
photographies dans lesquelles elle apparait.
RESUME ...........................................................................................................................................................1
1. CONTEXTE TECHNIQUE .............................................................................................................................. 2
2. PHASE D'APPROCHE DU PROJET................................................................................................................. 9
PROJET DETAILLE............................................................................................................................................ 11
1. CHOIX DU POINT DE DEPART.................................................................................................................... 11
2. FAISABILITE .............................................................................................................................................. 11
3. ETUDE & CONCEPTION MECANIQUE........................................................................................................ 28
4. ETUDE & CONCEPTION AUTOMATISATION.............................................................................................. 34
5. MISE EN PLACE SYSTEME COMPLET ......................................................................................................... 43
6. QUALIFICATION SUR SITE ......................................................................................................................... 44
BILAN DU PROJET........................................................................................................................................... 46
1. TECHNIQUE.................................................................................................................................................. 46
2. HUMAIN ..................................................................................................................................................... 46
3. COUTS ........................................................................................................................................................ 47
REFERENCES................................................................................................................................................... 48
PHOTOS DIVERSES.......................................................................................................................................... 49

2
1. CONTEXTE TECHNIQUE
1.1 Descriptif fonctionnel des tubes émetteurs de Rx
Ce projet concerne le test d’étanchéité de tubes émetteurs de Rayons x.
Ces tubes émetteurs, que nous fabriquons, sont installés dans les scanner de la manière
suivante :
Pour schématiser, voici le principe de création des rayons X :
Le flux d’électrons allant de l’anode vers la cathode entre en collision avec la cible en
Tungstène, l’énergie perdue par le ralentissement des électrons est dégagée sous forme de
rayonnement. Le Béryllium étant perméable aux rayons X (faible densité), le flux sera émis à
travers la fenêtre.
95% de l’énergie est dispersée en chaleur (rayonnement thermique) alors que 5% forment
des rayons X.
Ceci justifie la nécessité d’avoir une bonne évacuation thermique, c’est le rôle du
« greening », l’aspect verdâtre extérieur et intérieur de la pièce.
Flux d’électrons
Cible en Tungstène
Fenêtre en BérylliumEmission de rayons X

3
Il s’agit d’une suroxydation contrôlée de l’acier inoxydable utilisé comme matériau pour ces
pièces. En passant la pièce dans un four avec un cycle particulier, on oxyde
préférentiellement le chrome aux surfaces intérieure et extérieure de la pièce, ce qui donne
cette couleur verte.
Le but étant d’améliorer l’émissivité du matériau afin d’absorber un maximum le
rayonnement thermique et de l’évacuer par l’extérieur (en fonctionnement, l’extérieur de la
pièce est dans un bain d’huile).
L’émissivité doit être de 0.75, elle est mesurée par une lumière blanche d’une longueur
d’onde de 2µm.

4
1.2 Points importants
Pour permettre le déplacement des électrons, l’intérieur de la pièce doit être maintenu
continuellement sous vide. Lorsque le client l’installe, il vient réaliser le vide via le tube en
cuivre qui sera ensuite obturé (pincé et soudé).
La pièce est conçue pour un fonctionnement de X heures et le niveau de vide à l’intérieur
devra rester suffisant pendant toute cette durée de vie.
En effet, toute perte de vide en fonctionnement entraine un phénomène d’arc électrique (en
raison des tensions en jeu), destructeur de la pièce.
Une telle situation induit un arrêt et une indisponibilité du scanner dans l’hôpital et le report
de tous les rendez-vous jusqu’à réparation de l’équipement. Les conséquences d’une telle
défaillance sont inacceptables ; c’est pourquoi l’étanchéité est primordiale.
1.3 Le test d’étanchéité à l’hélium (EN 13185 – groupe A)
La tenue du niveau de vide est dépendante de l’étanchéité de la pièce, une étanchéité est
caractérisée par un taux de fuite.
Le test Hélium a pour vocation de déterminer ce taux de fuite. Il peut s’exprimer suivant
différentes unités, l’unité officielle étant le Pa.m3
.s-1
. Nous utilisons dans notre cas le
mbar.l.s-1
qui est beaucoup plus parlant compte tenu du volume de nos pièces. D’autre part,
les machines de test sont graduées avec cette dernière unité.
Ce taux caractérise le niveau de fuite de la pièce, par exemple, 1 mbar.l.s-1
est un débit d’un
millibar d’hélium contenu dans un volume d’un litre, et ce à chaque seconde.
Un taux de fuite global est la somme de toutes les fuites locales (brasures, raccords de mise
sous vide, machine, porosités, ….)
Le client exige un taux de fuite global strictement inférieur à 1.10-8
mbar.l.s-1
.La pièce est
donc déclarée bonne lorsque le taux de fuite reste en dessous de ce seuil lors du test à
l’hélium.
1.3.1 Descriptif du test en situation idéale
Parmi les diverses méthodes de contrôle non destructif (CND) permettant le contrôle
d’étanchéité, c’est le test hélium qui est exigé par le client.
Dans la grande famille du test hélium, il y a plusieurs méthodes qui seront détaillées dans le
chapitre « Projet détaillé ».En avant-projet, notre méthode est le jet sous vide à l’hélium.
En fonctionnement chez le client, la pièce sera fermée (anode et cathode soudées sur le BIG
et le SMALL, tuyaux également soudés). Le test Hélium permet de valider l’étanchéité de
nos brasures, le BIG, le SMALL et les tuyaux sont obturés à l’aide de joints en élastomère
lors du test Hélium au sein de PMB.

5
La pièce est placée sur la machine coté BIG (figure 14), le
vide est fait par pompage, les 2 tubes sont obturés avec
des bouchons en caoutchouc et le SMALL avec une tape
sur laquelle est placé un joint circulaire plat en élastomère.
La machine pompe en permanence à l’intérieur de la pièce.
Un spectromètre de masse permet de comptabiliser la
quantité de particules d’Hélium qui y pénètre.
Les gaz aspirés passent à l’intérieur d’une chambre
d’ionisation. Les ions sont ensuite guidés par un champ
magnétique. Les ions d’hélium ont un rayon de courbure
bien particulier.
Un gabarit est réglé sur le rayon de courbure de ces ions afin de laisser passer uniquement
des ions d’hélium. Chaque ion d’hélium va finir sa course sur une électrode de freinage
générant ainsi un courant (figure 15).
C’est de cette façon que la quantité d’hélium à l’intérieur de la pièce sera déterminée. La
machine corrèle ensuite cette quantité avec la vitesse de pompage pour donner le taux de
fuite à l’hélium de la pièce [3].
Figure 13 : principe jet sous vide à l'hélium
Figure 14 : Hercules en cours de test (pièce
confidentielle)
Figure 15 : comptabilisation des particules d'Hélium

6
De l’hélium est présent naturellement dans l’air, la machine capte donc de l’hélium lors du
début du pompage mais cette quantité va diminuer au fur et à mesure de la mise sous vide.
Une fois le taux de fuite dans la plage souhaitée (<1.10-8
mbar.l.s-1
), l’opérateur applique un
jet d’hélium sur les zones à contrôler.
La procédure consiste à réaliser une aspersion d’hélium du haut vers le bas afin de pouvoir
localiser les zones fuyantes (figure 16).
Pendant que l’opérateur applique le jet d’hélium, il surveille que le taux de fuite ne remonte
pas au dessus du seuil limite (figure 17).
Il faut savoir que le client utilise la même méthode de test sur
les pièces avant de les mettre en service.
1.3.2 Descriptif du test en conditions réelles
Dans la pratique il y a cependant certains points qui posent problème.
Ce test est très peu ergonomique puisque la
pièce est manipulée de toute sa masse de17kg
(figure 18).
La mise en étanchéité de la pièce est très
difficile, que ce soit au niveau des bouchons ou
des joints circulaires. Le vide peut mettre un
certain temps à se faire mais c’est surtout en
présence d’Hélium que les problèmes sont
pénalisants.
L’étanchéité des joints n’est souvent pas
suffisante pour un tel niveau de vide avec de
l’Hélium.
Lecture du taux de
fuite
Figure 16 : aspersion d'Hélium (pièce confidentielle)
Figure 17 : lecture du taux de
fuite
Figure 18 : mise en place

7
Les opérateurs badigeonnent donc de l’alcool éthylique sur les joints et les bouchons coté
extérieur pour améliorer l’étanchéité des outillages (figures 19-1 et 19-2).
C’est le seul remède dont les opérateurs disposent pour faire le test (d’autres produits tels
que la graisse à vide sont interdits à PMB pour raison de pollution des pièces).
Malheureusement la machine absorbe beaucoup d’alcool, ce qui est déconseillé. De plus,
l’alcool peut boucher des chemins de fuite d’une brasure (par coulure), ce qui les rend alors
indétectables et fausse le test.
Dans ce cas, la pièce peut être déclarée bonne alors qu’en réalité elle ne correspond pas au
taux de fuite requis. Ceci est déjà arrivé.
Autre risque : le temps de passage de la soufflette d’hélium ne suit pas la recommandation
de 1cm/s donnée par le COFREND (Comité Français des Essais Non Destructifs). Le
passage de la soufflette est parfois même beaucoup trop rapide (lorsque le planning est
chargé ou qu’il y a du retard etc.).
Le temps moyen de passage de la soufflette mesuré est de 30 secondes environ, le temps
théorique (1cm/s pour 123 cm de brasure) devrait être de 2 minutes.
Tout cela s’est traduit par des retours clients ; les pièces avaient été déclarées conformes
mais une fois testées à nouveau chez le client, une fuite était détectée.
13 retours pour cette raison ont été comptabilisés en 2012 (tous services confondus), dont 2
retours pour la ligne Hercules.
Le nombre de retours, bien que faible, est inacceptable car il porte atteinte à l’image de notre
cœur de métier, le brasage.
De plus, le client probablement concerné dans un premier temps par ce projet, General
Electric, représente à lui seul la majeure partie de notre chiffre d’affaire.
CA GE CA global PMB PART GE
2012 13 M€ 21,9 M€ 60%
2011 12,5 M€ 22,1 M€ 57%
Figure 19-1 : utilisation alcool pour joint Small Figure 19-2 : utilisation alcool pour joint Big

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Tous ces éléments sont la justification de ce projet d’amélioration continue de notre
procédure de test Hélium puisque le but principal consiste à préserver notre image
« d’excellence » aux yeux de clients tels que GE.
Comme expliqué précédemment, l’objet de ce projet est de revoir notre façon de faire le test
hélium pour tous nos produits et quel que soit le service, dans le but de garantir le résultat.

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2. PHASE D'APPROCHE DU PROJET
2.1 Cahier des charges global
Le livrable de ce projet devra être :
· Répétable (toujours donner le même résultat) ;
· Fiable (donner un résultat sûr et dans lequel on a confiance) ;
· Plus ergonomique (limiter les manutentions/manipulations de la pièce lourde) ;
· Rentable.
2.2 Méthodologie
Le projet sera abordé de la manière suivante :
1) Faisabilité :
-Recherche documentaire sur les techniques de test hélium.
-Décomposition des temps de process.
-Coût test hélium.
-Recherche et classement des causes de dysfonctionnement.
-Solution possibles.
-Solutions retenues.
- Gains potentiels.
-Ancrage du projet : démonstration pour validation des procédés.
2) Etude & Conception Mécanique :
-Définition cahier des charges mécanique.
-Etude des sous-ensembles.
-Revue du cahier des charges mécanique.
-Lancement fabrication et revue du planning prévisionnel.
3) Etude & Conception Automatisation :
-Définition spécification d'exigences du système automatisé.
-Conception et réalisation système automatisé.
-Revue spécification d'exigences du système automatisé.
-Programmation.
4) Mise en place du système :
-Mise en commun partie mécanique & automatisme.
5) Qualification du système sur site.
-Description des essais de qualification.
-Déroulement des essais.
-Conclusion & revue cahier des charges global.
Chacune de ces étapes sera détaillée dans le chapitre projet détaillé.

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2.3 Plan de charge prévisionnel
Ce projet n’avait pas de délai spécifié au départ, j’ai donc prévu et proposé le plan de charge
suivant :
Durée Echéance
Recherche documentaire 35 h 15/01/2013
Chiffrage global et recherche des
causes
15 h 15/03/2013
Recherche de solutions et choix 100 h 01/08/2013
Etude & Conception mécanique 250 h 15/12/2013
Fabrication système mécanique Sous-traitance 01/03/2014
Mise en place du système 15 h 15/04/2014
Etude & Conception automatisation 400 h 01/05/2014
Qualification 40 h 15/06/2014
Ce plan de charge a donné lieu à la création d’un planning prévisionnel.
2.4 Budget prévisionnel
Partie mécanique Partie automatisation
Cartérisation Table support Qualification
étude matériel étude matériel
8 000 € 7 000 € 19 000 € 7 500 € 2 000 € 500 € 1 000 €
Somme 15 000 € 26 500 € 2 000 € 500 € 1 000 €
TOTAL 45 000 €
Après demande au responsable financier, j'ai pu recueillir les coûts horaires des personnes
présentes dans ce projet.
Etude partie mécanique : cette estimation repose sur les temps prévus dans le planning
prévisionnel pour ma part, de la recherche documentaire à l'étude et la conception
mécanique, avec un coût horaire de 20 € (faible coût dû à l’absence de charge de
l’apprentissage).
(35 + 15 +100 +250) x 20 = 8 000 €
Matériel partie mécanique : estimation faite en collaboration avec le responsable du bureau
d'étude et d'autre personnes de la technique.
Etude partie automatisation : estimation faite en collaboration avec un responsable du
secteur R&D (à qui sont rattachés hiérarchiquement les participants de cette étape).
Coût horaire moyen choisi de 47,5 €.
400 x 47,5 = 19 000 €
Matériel partie automatisation : estimation faite en collaboration avec la même personne
que précédemment.
Cartérisation : cette étape consistera à équiper le système d'un dispositif de fermeture pour
la sécurité des utilisateurs. En me basant sur le coût d'autres réalisations similaires de
cartérisation (aux environs de 2 000€), j'ai pu fixer ce coût prévisionnel.
Table support : il faudra une table dédiée pour soutenir le système, les tables élévatrices
standards coûtent en moyenne 500 €.

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PROJET DETAILLE
1. CHOIX DU POINT DE DEPART
Avant de commencer à travailler sur ce projet, il a fallu définir des priorités. J’ai donc choisi
le service Hercules comme point de départ.
L’importance du chiffre d’affaire de cette ligne, le caractère anti-ergonomique de l’Hercules et
le travail réalisé sur l’ergonomie de l’acheminement des pièces de ce service ont été les
raisons pour lesquelles je me suis concentré dans un premier temps sur cette ligne de
produits, avec l’aval de mon responsable.
2. FAISABILITE
2.1 Recherche documentaire sur les techniques de test hélium
En partant de zéro et n’ayant aucune expérience concernant la détection de fuite, ma
première approche fut de consulter les plans clients afin de retrouver les exigences initiales
en termes de taux de fuite et de méthode.
Client Produit
Référence
du plan
client
Description de l'exigence
Valeur
Pa.m3
.s-1
mbar.l.s-1
GEMS Hercules
5427727
ADW
Le taux de fuite de la pièce entière doit être
mesuré avec un spectromètre de masse d'hélium
d'après la norme ASTM E498,
Le taux de fuite mesuré doit être inférieur à 1x10
-9
standard ATM.cc/sec.
(1x10
-8
mbar.l/s)
10
-9
10
-8
Concernant les pièces de la ligne Hercules, une méthode à l’hélium avec un taux de fuite
détecté inférieur à 1.10-8
mbar.l.s-1
est requise.
J’ai ensuite voulu remettre en question la méthode utilisée en balayant toutes les techniques
existantes pouvant être compatibles avec les exigences.
Un de nos collaborateurs, Mr Jean-Sebastien SEBBAGH m’a procuré un recueil rédigé par
Mr Yves GAMOT (COFREND de niveau 3) définissant de manière globale le contrôle
d’étanchéité que ce soit au niveau des calculs ou des méthodes [4].
Ce document fut pour moi un point de départ intéressant puisqu’il recensait et détaillait
toutes les méthodes normalisées possibles, avec leurs limites (sensibilité, compatibilité avec
les matériaux etc.).
J’ai donc récapitulé toutes ces méthodes dans un tableau afin d’avoir une vue d’ensemble
qui m’a permis ensuite de déterminer la ou les méthodes les plus adaptées.

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Technique
Référence
méthode
selon norme
NF EN 1779
(Annexe A)
Description Avantages Inconvénients Conclusion
Immersion C.1
La pièce est plongée dans de
l'eau, mise sous pression de
gaz (hélium par exemple).
En cas de fuite, des bulles
apparaitront
Permet de bien
localiser les points de
fuite
Taux de fuite visible à
l'échelle actuelle ?
Sensibilité méthode = 10
-
4
mbar.l/s
Méthode non
applicable car la
sensibilité est
insuffisante
Boite à vide /
depression
C.3
On applique un produit
révélateur et on place une
ventouse sur la zone à tester.
On aspire localement, s’il y a
fuite, le produit révélateur va
mousser
Permet de focaliser le
test sur des zones
particulières
Forme des ventouses
(difficile à appliquer sur
nos pièces)
Sensibilité méthode = 10
-2
mbar.l/s
Méthode non
applicable car la
sensibilité est
insuffisante
Ressuage sous
vide à l'hélium
B.5
On place l'extérieur de la pièce
dans une chambre remplie en
surpression d'hélium, on aère
puis on place l'extérieur de la
pièce sous vide pour capter
d'éventuelles particules d'hélium
ayant pénétré l'intérieur de la
pièce
/
Temps d'imprégnation
très long (3h minimum)
Sensibilité méthode =
(10
-6
.mbar.l.s-1
)
Non applicable dans
notre production.
Test par
reniflage direct
B.4
La pièce fermée est remplie de
gaz traceur sous pression → 2
bar puis on vient renifler les
brasures pour détecter une fuite
éventuelle
/
+ de gaspillage d'hélium
Fragilisation des inox
(10
-6
.mbar.l.s-1
)
Sensibilité
insuffisante
Teste en
reniflage avec
accumulation
B.3
Mise de la pièce sous pression
de gaz traceur
La pièce est entourée par une
poche dans laquelle on va
renifler la présence de gaz
traceur
/
+ de gaspillage d'hélium
Fragilisation des inox
Impossibilité de localiser
la fuite
(10
-6
.mbar.l.s-1
)
Sensibilité
insuffisante
Test ammoniac
pressurisation
globale
B.1
Mise de la pièce sous pression
de gaz NH3
Attente de quelques heures
Application de la peinture sur
les zones à tester, séchage,
contrôle visuel
5.10
-9
.mbar.l.s-1
Non utilisable sur les
métaux cuivreux
Incompatibilité avec
la matière
Global sous
vide à l'hélium
A.1
Mise sous vide de la pièce
La pièce est entourée d'une
poche remplie d'hélium
10
-9
.mbar.l.s-1
Impossible de localiser la
fuite
Possible et adapté
aux exigences client
Partiel sous
vide à l'hélium
A.2
Les zones de brasure sont
entourées par une poche
plastique remplie d'hélium
10
-9
.mbar.l.s-1
Difficilement adaptable à
la forme des pièces
Possible mais peu
d’intérêts
Jet sous vide à
l'hélium
A.3
(Méthode utilisée)
Aspersion d'hélium sur les
zones à contrôler
La localisation des
fuites est possible (en
tenant bien compte du
retard entre le
passage de la
soufflette et la
détection de la cellule)
Test opérateur-dépendant
(10
-6
.mbar.l.s-1
)
théoriquement insuffisante
mais méthode utilisée par
le client.
Etat d’avant-projet
Méthode à la
ventouse
B.2.1
Mise sous vide des zones à
contrôler (ventouse)
Localisation précise
10
-8
.mbar.l.s-1
Difficile à appliquer sur
nos pièces
Possible mais peu
d’intérêts

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En comparant cette liste avec les exigences clients, un grand nombre de méthodes n’étaient
pas applicables. Ne subsistaient que les contrôles de la grande famille de l’hélium, à savoir :
àGlobal sous vide, àpartiel sous vide, àjet sous vide, àméthode à la ventouse.
2.2 Décomposition des temps de process
Sur l’Hercules, le temps moyen du test est de 3 min 40 et le temps moyen passé réellement
par l’opérateur est de 1 minute 44 (moyenne d’une quinzaine d’essais faits
indépendamment pendant des jours différents et ne comptabilisant pas le temps des
opérations pouvant être faites en temps masqué).
Le temps réel inclut un temps de passage de la soufflette d’hélium trop court par rapport à la
vitesse de passage conseillée de 1 cm/s.
Voici la décomposition du temps de test moyen (temps masqués inclus) :
Les temps de mise sous vide et préparation avant jet d’hélium correspondent à la difficulté
rencontrée concernant l’étanchéité des joints.
2.3 Coût test hélium
En se basant sur la fabrication de 2012 (3622 pièces), en sachant que le coût horaire du
personnel de ce service (coûts industriels) est de 49€ et que chaque pièce est testée 2 fois,
cela nous donne un coût à l’année de 22k€.
Il faut également compter les coûts de non-conformité. Chaque retour de pièce induit un coût
variable lié à la fabrication d’une nouvelle pièce ou à la réparation de la pièce retournée ainsi
qu’un coût non négligeable concernant le temps passé par le responsable de la qualité, un
ingénieur process, l’assistante commerciale et le personnel du magasin pour régulariser la
situation (échanges avec le client, documentation à rédiger, analyse de la pièce, passage
aux douanes etc.).
Ces coûts s’élèvent à environ 1930 € par pièce retournée (coûts variables fabrication
nouvelle pièce + temps passé pour résoudre le litige).
Les temps utilisés dans ce dernier calcul sont des temps optimaux (quand tout se passe
idéalement), on peut évidemment avoir de gros écarts avec la réalité à ce niveau.
En conclusion, on sait que le test hélium dans la ligne Hercules a coûté réellement 25 860 €
à PMB en 2012.
0,477 1,939 0,303 0,516 0,429
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000
Temps réels (minutes)
Mise en place
Mise sous vide
temps de préparation
avant jet d'hélium (alcool)
Temps de jet d'hélium
Temps de dépose
Figure 20 : décomposition des temps de process du test hélium, ligne Hercules

14
2.4 Recherche et classement des causes de dysfonctionnement
La méthode de recherche de cause utilisée est le 5M (figure 21).
De cette analyse résultent 2 principales causes intéressantes.
2.4.1 Variabilité humaine
La répétabilité du test est directement liée à l’opérateur : réglage du débit d’hélium, vitesse
de passage de la soufflette, recours à l’alcool en quantité variable, …
L’opérateur est lui-même soumis à différents paramètres humains (besoin de faire vite,
agacement dû au test, inattention…).
2.4.2 Etanchéité
Une autre cause de dysfonctionnement vient de l’étanchéité des joints. En effet, étant donné
que lors de chaque test, une fuite est presque systématiquement détectée à cause des
joints, l’opérateur peut avoir tendance à plus se concentrer sur les joints que sur une fuite
réelle.
L’utilisation habituelle de l’alcool pour inhiber ce problème est elle aussi un risque.
De plus, le coté laborieux de chaque test agace rapidement l’opérateur qui en est chargé, la
qualité de sa manipulation peut donc être impactée.
Test non
fiable
Matière : La matière et la dureté des joints peut influencer l’obtention d’une bonne
étanchéité
Mauvaise étanchéité = utilisation d’alcool
Matériel : Machine de test
Outillage de fermeture
Main d’œuvre : Lecture du taux de fuite
Vitesse du jet d’hélium
Utilisation alcool
Milieu : Pollution à l’hélium de l’air ambiant
Réduction du rapport signal/bruit
Méthode : Le jet d’Hélium local ne permet pas de déterminer le taux de fuite global
Figure 21 : diagramme d’Ishikawa

15
2.5 Recherche de solutions aux causes détectées
2.5.1 Variabilité humaine : solutions possibles
Un système automatisé permettrait d’avoir un test fiable et répétable. La pièce serait fermée
automatiquement et une aspersion d’Hélium serait réalisée sur toutes les brasures en même
temps.
Cette méthode est similaire au test global sous vide à l’Hélium (toutes les brasures seront
en présence d’Hélium au même moment) tout en étant plus rapide.
En effet, la méthode globale nécessite selon les configurations, une pompe supplémentaire
pour pré vider la poche d’Hélium et / ou un système de fermeture indépendant isolé…
1) Conceptuellement, j’ai imaginé un système permettant de fermer et tester la pièce dans sa
position horizontale sur le chariot. J’ai donc rencontré Mr Lebert de la société Loudet
Industrie qui avait participé à la réalisation d’un système avec guidages linéaires sur un autre
projet à PMB.
Notre entretien a permis de faire émerger une solution éventuelle, 2 vérins pneumatiques
Ø125 avec leur unité de guidage linéaire (figure 22).
La mise à disposition des plans 3D de ces éléments
sur le site du fournisseur m’a laissé la possibilité
d’effectuer une modélisation rapide de ce principe.
Cette idée comporte certains défauts majeurs,
l’empattement du dispositif serait de plus d’1m70.
2) J’ai repris contact avec Mr Lebert pour essayer de
trouver une solution alternative. Il m’a alors donné
d’autres références d’unités de guidage linéaire qui
permettraient l’utilisation d’un seul vérin au centre,
une solution beaucoup plus compacte (figure 23).
Chacun de ces 2 concepts répond au besoin de
serrage de la pièce mais il reste la fonction
positionnement de celle-ci à prendre en compte. En
effet, le support de test étant variable (une
quarantaine de chariots mécano-soudé), il parait
difficile de garantir un positionnement correct de la
pièce à chaque serrage du vérin.
Le risque encouru par un mauvais positionnement serait la destruction de l’outillage et de la
pièce. Diverses mesures dimensionnelles faites sur les chariots actuellement à l’atelier ont
montré que les écarts entre les côtes de ceux-ci pouvaient induire une incertitude de
positionnement de la pièce de quelques millimètres à plusieurs centimètres selon l’axe
concerné.
1
2
Figure 22 : concept technique n°1

16
Après plusieurs discussions avec mon responsable Mr Landgraf, je me suis attelé à la
recherche d’une troisième solution.
3) Cette solution serait de basculer la pièce à la
verticale sur un support mobile, cela sera plus
ergonomique puisqu’il n’y aura plus besoin de
soulever et de positionner la pièce (figure 24).
(Attention, la photo ci-après correspond à une
version future plus aboutie ; lors de la prise de
décision, la modélisation était plus grossière).
2.5.2 Variabilité humaine : solution retenue
Une fois ces trois solutions en tête, j’ai organisé une réunion conviant Mr Yves Anne
(Directeur production), Mme Solange Elbedhui (Chef d’équipe Hercules), Mr Richard Bariola
(Chef d’équipe Hercules), Mr Haikel Boulehmi (opérateur Hercules) et Mr Frédéric Landgraf
(resp qualité).
Lors de cette réunion, j’ai pu leur présenter les trois solutions envisageables avec le tableau
comparatif en support. A l’issu de cette réunion, c’est la troisième solution qui a été
retenue (figure 24).
Critères visés
Répétabilité Ergonomie Praticité Avantages Contraintes
S1
Solution avec 2
vérins
indépendants et
guidage fixés sur
le bâti
Ë ËË -
-Pas de flexion entre le point
d'application et l'unité de
guidage.
-Encombrement important
(environ 1,70m de large)
-Efforts non concourants à
cause de l'entre-axe big/small
(risque de basculement de la
pièce)
-Pièce positionnée sur un
support variable (40 chariots)
S2
Solution avec 1
vérin central
travaillant en
traction
Ë ËË -- -Moins d'encombrement
-1 seul vérin à acheter
-Système de guidage différent
devant encaisser des efforts de
flexion à cause du déport de
l'effort
-Pièce positionnée sur un
support variable (40 chariots)
S3
Solution avec 1
vérin sur établi
type "presse"
ËË Ë Ë
-Le contrôle visuel du small
puis du big sont possibles par
bascule sur le chariot.
-Grande précision de
positionnement de la pièce
puisqu'on peut la caller par
rapport au collecteur par
exemple.
-Basculement de la pièce du
chariot vers l'établi
3

17
2.5.3 Etanchéité : solutions possibles
Pour imaginer un système de test automatisé, il faut évidemment trouver un moyen pour
fermer de façon étanche et dans tous les cas, le Big, le Small et les 2 tubes.
Dans cette partie, j’ai travaillé en parallèle sur l’étanchéité du grand et petit diamètre
(BIG/SMALL) ainsi que sur celle des 2 tubes.
Selon un dossier des techniques de l'ingénieur, un joint doit posséder, pour assurer au mieux
sa fonction, quatre propriétés.
Il doit être :
· Elastique pour suivre les variations dimensionnelles entre les surfaces à étancher
sous l’action des différentes sollicitations et assurer en permanence un minimum
d’effort de contact.
· Plastique, de manière à épouser au mieux les défauts de surface et en particulier
ceux dus à la rugosité, sans toutefois fluer (figure 25).
· Imperméable au fluide à étancher.
· Compatible avec le fluide, et cela dans toutes les conditions de fonctionnement.
Les deux premières propriétés sont peu compatibles et il faut en faire le meilleur compromis
possible.
Par ailleurs, l’effort de serrage pour assurer ces déformations élastiques et plastiques,
exprimées souvent en effort linéaire de joint, avec pour unité le newton par mètre (N · m–1),
doit être le plus faible possible pour que le dispositif de serrage soit simple, peu encombrant
et de coût réduit [5].
Figure 25 : fonction d'un joint d'étanchéité

18
A. Etanchéité du grand Ø (BIG) et du petit Ø (SMALL)
L’Hercules passe au test hélium pendant 2 phases différentes.
Une phase où les lèvres sont « brutes » (non usinées, épaisseur 3 mm environ et état de
surface lié au greening) et une phase où les lèvres sont usinées (épaisseur 1 mm et rugosité
Ra ≤ 0,4µm).
La phase non usinée est donc évidemment plus contraignante puisque la surface d’appui
avec les joints est plus grande (donc avec un même effort, une contrainte plus faible) et que
l’état de surface est plus rugueux que celui donné par l’usinage.
Joints toriques
Ma première approche fut de contacter le client Américain General Electrics pour connaitre
leur procédure de test.
Notre contact, Mr Tom Buthod m’a alors fait parvenir leur spécification. Ils utilisent
uniquement un joint torique avec centreur sur le grand diamètre (BIG) de l’Hercules, le petit
diamètre (SMALL) étant soudé lors de leur test.
Cette méthode m’a intéressé puisque la phase d’approche du joint torique sur la lèvre
présentait des caractéristiques différentes (sphère / plan) au lieu de (plan / plan) pour les
joints plats. Il semblait donc possible d’obtenir des résultats bien différents de cette façon.
Après discussion avec des personnes du bureau d’étude et de l’atelier, j’ai appris que la
méthode initiale de test au lancement de l’Hercules était avec un outillage similaire à celui de
General Electrics.
J’ai alors recherché cet outillage (figure 28) pour faire de nouveaux essais
avec des joints toriques neufs. Ces essais ont démontré une efficacité
faible et une mise en place de la pièce plus incertaine que sur les joints
plats, en effet, vis-à-vis du grand diamètre de l’Hercules et du petit
diamètre de section du joint torique (Ø9 mm), un défaut de
circularité ou de positionnement engendre rapidement un biais
sur le contact de la lèvre avec le joint (lèvre appuyant sur le
flanc du joint : figure 27).
Figure 28 : tape joint torique
Figure 27 : biais joint torique

19
Joints plats
J’ai ensuite regardé du coté des joints utilisés actuellement (matière non adaptée ? pas
assez souple ?…). Les joints utilisés pour le Big et le Small étaient des joints circulaires plats
en Néoprène d’épaisseur 3 mm et de dureté 60SH (shore).
Ø J’ai commandé auprès d’un fournisseur une gamme de différents joints en jouant sur
l’épaisseur, la dureté et la matière (caoutchouc naturel et Néoprène épaisseur 4 mm
40SH).
J’ai d’abord fait un essai sur quelques pièces pour me rendre compte de l’efficacité de ces
joints. Il s’est avéré que les joints en caoutchouc naturel ne faisaient pas l’affaire.
Le néoprène en épaisseur 4mm et dureté 40SH était nettement plus efficace que son
prédécesseur, j’ai donc laissé ces joints en essai et ai fourni aux opérateurs des fiches
permettant de suivre l’évolution de l’efficacité de ces joints en notant une fois par jour l’état
de ceux-ci.
Une fiche par semaine avec un test à prendre en exemple par jour avec l’observation de ces
critères :
Temps de mise sous vide, alcool indispensable ?, état d’usure du joint.
Ces essais ont permis de voir que ces nouveaux joints restaient efficaces pendant
quasiment deux semaines (en les retournant au bout d'une semaine).
Le problème est que leur efficacité n’est toujours pas totale. Sur une batterie de test, il y a
toujours quelques pièces qui vont poser problème et vont obliger l’utilisation d’alcool pour
réaliser le test et cela notamment avec les pièces dont les lèvres ne sont pas usinées.
Ø L’étanchéité n’étant toujours pas bonne, mon souhait fut de tester une matière plus couteuse
mais plus adaptée au vide, le caoutchouc fluorocarboné (connu sous son nom de marque
commerciale VITON®).
Cette matière est connue pour ses propriétés de non dégazage sous vide
Une série d’essais avec des joints plats dans cette matière a montré que l’étanchéité n’était
pas meilleure, il était donc économiquement plus judicieux d’en rester aux joints plats en
néoprène.
Ces joints en néoprène étant efficaces, j’ai également fait l’essai avec du 40SH épaisseur
10mm → ils offrent les mêmes caractéristiques que ceux d’épaisseur 4mm mais résistent
beaucoup plus longtemps.

20
Joints plats + effort de compression
Une bonne étanchéité est réalisée par le couple joint + serrage, la déformation du joint
induite par l’effort d’écrasement lui permet d’épouser les irrégularités de surface procurant
ainsi l’étanchéité [6].
La différence de pression entre l’intérieur de la pièce sous vide et l’extérieur approche 1 bar.
Cette pression engendre un effort de 280 daN sur le SMALL (Ø190) et de 590 daN sur le
BIG (Ø274).
Cet effort de compression n’étant pas suffisant pour assurer l’étanchéité, j’ai voulu dans un
premier temps faire un essai simple et mesurable avec des lopins de cuivre (figure 30-1).
Un chargement supplémentaire de 81 daN s’est avéré inefficace.
Cet effort de chargement étant insuffisant, il fallait trouver une autre méthode simple mais
permettant un chargement plus important, j’ai donc utilisé pour la suite un serre-joint (figure
30-2).
Pièce placée à l’horizontale sur son chariot de préhension et pompage fait via le tube inox.
J’ai serré l’outillage en mesurant le couple de serrage jusqu’à l’obtention d’une bonne
étanchéité à l’hélium.
Il a fallu serrer à 15Nm. Avec un calcul approximatif (pas filetage 2.5, Ø16, coefficient de
frottement appliqué au calcul de 0.1), j’ai pu évaluer un effort de compression d'un ordre de
grandeur de 590 daN.
Cela donne une idée de l’effort à appliquer pour obtenir une étanchéité correcte lors de
chaque test, cela m’a également permis de vérifier qu’un effort de serrage supplémentaire
pouvait être la solution du problème. Après connaissance de cette nouvelle piste, Il me fallait
maintenant connaitre de façon plus précise l’intensité minimale de la force à appliquer car
celle-ci sera une donnée d’entrée du cahier des charges du système à concevoir.
Le service « céramique/métal » dispose d’une presse hydraulique avec capteur de force, soit
exactement le type de matériel nécessaire.

21
La méthodologie de l'essai, fut de prélever quelques pièces dans la production et de réaliser
dans un premier temps un test hélium sans effort de compression, afin de constater la fuite
des joints à l’état 0, puis de placer la pièce sous la presse et de faire plusieurs mesures avec
des efforts de chargement différents, jusqu'à ce que les joints soient étanches.
J’ai déterminé via cet essai, un effort minimal de compression nécessaire de 750 daN.
Une simulation rapide a permis de démontrer que cet effort de compression supplémentaire
ne risquait pas de déformer la pièce → contrainte maximale largement inférieure à la limite
d’élasticité (coefficient sécurité > 10, figure 32).
B. Etanchéité Tubes
Des bouchons en polymère sont utilisés actuellement (figures 34), dans la majorité des cas,
ces bouchons n’offrent une bonne étanchéité que s’ils sont montés avec de l’alcool.
J’ai donc recherché chez divers fournisseurs les dispositifs qui pourraient correspondre à
notre application.
Connecteur obturateurs pneumatiques WEH
Ce dispositif est un vérin pneumatique qui écrase le joint afin de le dilater
à l’intérieur du tube pour réaliser l'obturation (figure 35).
Figure 32 : simulation effort de compression
Figure 34 : bouchons en polymère

22
Pour les essais, les connecteurs étaient reliés à un régulateur de pression
(figure 36) et à une vanne d’ouverture / fermeture (figure 37).
Un premier test a été fait sur un rebut afin de déterminer la pression maxi
applicable sans déformation du tube en cuivre. Pression à utiliser → 4
bars.
L’étanchéité procurée par ces connecteurs pneumatiques est parfaite à chaque coup.
Problème : cet outillage marque l’intérieur des tubes, il y a donc probablement un risque de
dépôt de particules, éventuellement sales ou grasses, ...
Il faut savoir que la pièce passe uniquement par un départiculage avant d’être livrée au
client, le dégraissage est fait en amont du test hélium. J’ai donc voulu faire analyser la
surface en contact avant et après départiculage → devis de ce type d’analyse : 1000€.
Après discussion avec un ingénieur process de PMB, le risque serait de faire une inclusion
en surface de particules qui se déposeraient sur le joint (copeau métallique par exemple). Si
une de ces particules n’était pas enlevée par le départiculage et venait à se détacher lors du
fonctionnement de l’appareil, cela provoquerait sa destruction.
Il n’était donc pas judicieux d’utiliser ce dispositif, le même principe mais appliqué sur la
surface externe des tubes serait plus adéquat. Par contre, le même modèle en pneumatique
en prise extérieure est trop encombrant par rapport à la place disponible sur la pièce.
Il a donc fallu trouver autre chose (nb : ces connecteurs avaient été prêtés par le fournisseur
et ont donc été rendus).
Connecteur obturateurs mécaniques en prise extérieure
Cette autre méthode est manuelle cette fois-ci, on place le connecteur sur le tube puis on
vient serrer l’écrou (figure 39), sur le même principe le joint écrasé de déforme et vient se
coller contre le tube.
Figure 35 : connecteurs WEH
Figure 36 : régulateur pression Figure 37 : vannes de commande
Figure 38 : connecteurs mécaniques

23
Ce système a plusieurs inconvénients, la mise en place est assez difficile et le serrage
nécessaire pour avoir une bonne étanchéité est assez conséquent.
Joints toriques
Suite à un essai simple avec du matériel à ma disposition (raccords de
vide : joint torique + obturateur Ø30 : figure 40), j’ai pris connaissance d’un
principe assez efficace.
En plaçant cet ensemble sur les lèvres du tube inox, une fois le
pompage lancé, on obtient une assez bonne étanchéité.
J’ai demandé l’usinage une pièce pour porter le joint torique (figure 41) afin de laisser
l’ensemble à l’atelier pour essai.
Après plusieurs jours d’utilisation, nous nous sommes rendu compte que l’étanchéité pouvait
ne pas être suffisante mais qu’un faible apport de compression (appui léger avec le doigt)
rendait le dispositif étanche. L’effort supplémentaire nécessaire est de l’ordre de quelques
dizaines de Newtons.
Joints toriques avec ressort + glissière
Avec le principe de compression supplémentaire du joint à la presse, on pourrait reprendre
cet effort pour comprimer également les joints toriques utilisés sur les tubes (cf. chapitre
précédent).
Cependant, si l’effort à appliquer sur les tubes doit être de quelques dizaines de Newton,
celui appliqué sur le BIG / SMALL a été déterminé à 750 daN (Fvérin, figure 43-1). Il ne faut
évidemment pas appliquer une telle force sur ces tubes sous peine de les détruire.
J’ai donc pensé à un système avec glissière + ressort. La course écrasée du ressort et sa
raideur détermineront la force appliquée sur le tube.
Un assemblage vis/écrou permettra de régler la hauteur de la tête d’appui afin d’augmenter
ou de réduire la course d’écrasement du ressort (figure 43-2). La tête d’appui sera sphérique
(contact sphère / plan, Hertzien dans la réalité).
Figure 40 : joint torique
Figure 41 : support usiné Figure 42 : mise en place

24
J’ai réalisé dans un premier temps un croquis de principe.
Figure 43-2 : croquis connecteur
obturateur avec ressort
Figure 43-1 : croquis principe connecteur obturateur avec ressort

25
2.5.4 Etanchéité : solution retenue
A. Etanchéité BIG / SMALL
Le couple joint plat + effort de compression s’est avéré être le plus efficace, c’est ce
principe qui sera retenue pour la suite du projet.
B. Etanchéité Tubes
Un outillage sera conçu et fabriqué selon le principe joints torique avec ressort + glissière.
Cela permettra de récupérer une partie de l’effort de compression utilisé pour l’étanchéité
BIG / SMALL.

26
2.6 Gains potentiels
En optant pour une solution automatisée, le temps de préparation avant jet d’hélium (alcool)
devra être supprimé et on pourrait gagner facilement en temps de jet d’hélium.
Voici une estimation des nouveaux temps de process, en faisant l’hypothèse que la vitesse
de mise sous vide ne sera pas impactée (alors qu’elle sera probablement améliorée) :
Cela représente 100 heures gagnées par an, le recours aux heures supplémentaires comme
moyen d’adaptation de la capacité à la charge de travail est régulier dans ce service.
Ces 100 heures seraient des heures supplémentaires nécessaires en moins, le gain est
donc calculé via le taux horaire du service avec la majoration des heures supplémentaires.
Le gain potentiel direct dû aux temps serait de 6k€ / an mais il ne faut pas oublier l’aspect
ergonomique et notre image.
L’étanchéité caractérise notre cœur de métier puisqu’elle est directement liée au brasage, il
est donc nécessaire d’être irréprochables à ce niveau en approchant les 0 retours pour
cause d’étanchéité.
En visant le critère « 0 défauts d’étanchéité » on atteindrait un gain de 10k€ / an.
Autre point, la pièce subit 2 fois le même test hélium, avant et après usinage final des lèvres.
Cet usinage ne devrait pas avoir d’impact sur l’étanchéité de la pièce, un seul test serait
donc suffisant.
En revanche, l’historique des fiches de non-conformité montre que des fuites sont détectées
lors du 2ème
test hélium, cela démontre que la fiabilité du test n’est pas suffisante pour
pouvoir supprimer un de ces deux tests.
Avec le nouveau système automatisé, conçu pour être plus fiable, un seul test devrait être
suffisant.
Nous aurons cependant besoin de 6 mois de retour d’expérience pour faire ce choix.
Le gain à partir de ce moment là sera alors de 13.5k€ / an (nombre de pièces à tester divisé
par 2), soit une réduction du coût de 52%.
0,477 1,939
0,0833
0,477
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500
Temps visés
Mise en place
Mise sous vide
Temps de jet d'hélium
temps de dépose

27
Sur 5 ans, avec un taux d’actualisation de 5% et en définissant un investissement initial
de 45k€, la VAN1
de ce projet est de 12.8k€.
CALCULS FINANCIERS
Durée projet
(années)
Taux
d'actualisation
Investissement de
base
VAN
Retour sur
investissement (an)
Taux de Rendement
Interne
5 5% 45 000,00 € 12 774 € 3,8 9%
2.7 Revue de l’avant projet : démonstration des principes retenus
Cette étape consistait à fixer les bases du projet, le but étant de le pérenniser en
rassemblant un maximum de personnes autour de cet enjeu.
Cela a été fait par plusieurs réunions de présentations aux différents responsables ainsi que
par une session de démonstration à 2 personnes du service industrialisation, les chefs
d’équipe du service Hercules et un opérateur.
La démonstration avait pour but de prouver l’efficacité du couple effort de serrage + joint et la
sensibilité du futur test. Elle s’est déroulée de la façon suivante :
Essais avec 3 pièces (2 prélevées dans la production et 1 fuyarde en quarantaine). Pour
chaque pièce, l’opérateur réalise un test avec la méthode standard (avec ajout d’alcool
nécessaire) puis avec la méthode déterminée précédemment.
Ces essais ont démontré l’efficacité d’un effort de serrage supplémentaire puisque l’alcool
n’était plus nécessaire et que le niveau de vide descendait bien plus vite et plus bas qu’à
l’habitude, la pièce fuyarde a également été détectée facilement.
Un rapport de test a été signé et archivé (figure 44).
1
VAN = Valeur actualisée nette
Figure 44 : rapport de test démonstration

28
3. ETUDE & CONCEPTION MECANIQUE
3.1 Cahier des charges du système mécanique
Avant de démarrer le travail de conception, il était nécessaire de définir le cahier des
charges auquel le système mécanique devra répondre.
-Les pièces « Hercules » doivent pouvoir être testées de façon ergonomique depuis
leurs chariots de convoyage.
-Le contrôle visuel du Big et du Small doit être possible avant lancement du test.
-La localisation de fuite doit être possible.
-Le système doit être capable d’appliquer un effort d’au moins 750 daN sur les tapes
d’étanchéité.
-Les joints plats doivent pouvoir être changés régulièrement.
-Toutes les parties en contact avec la pièce devront être en acier inoxydable pour des
raisons de pollution.
-De l’hélium doit pouvoir être aspergé sur toutes les brasures en même temps.
-Le système doit être compatible avec les lèvres usinées ou non-usinées.
-Le système doit respecter les aspects de sécurité.
3.2 Assemblage global du nouveau banc de test
Figure 45-0 : plan d’ensemble du banc de test

29
Figure 45-1 : phase 1, accostage Figure 45-2 : phase 2, pièce sur support mobile
Figure 45-3 : phase 3, pièce en position de test Figure 45-4 : phase 4, pièce en test, pompage puis aspersion
d’Hélium sur toutes les brasures

30
Voici le plan du système complet, l’opérateur bascule dans un premier temps la pièce depuis
le chariot sur le sous-ensemble (300) (en accostant sur la droite de l’appareil). La pièce
pourra ensuite être positionnée dans la zone de test (illustration de droite).
Chacun des sous-ensembles sera détaillé par la suite afin de faire ressortir les choix des
conceptions et modes de fonctionnement.
3.3 Sous-ensemble 100 & 200 : connecteurs obturateurs
En retenant le principe pensé précédemment dans la partie 2.7 ("joints torique avec ressort +
glissière"), j'ai pu modéliser sur SolidWorks le croquis réalisé (figure 46, plan connecteur
pour le tube cuivre, on garde le même principe pour le tube inox).
Le tampon du sous-ensemble 500 appui sur la tête hémisphérique (1), la course écrasée du
ressort détermine la force appliquée sur le joint torique (7). Cette force est essentielle à la
bonne étanchéité du tube.
La hauteur de la tête (1) peut être réglée grâce à l’écrou (3).
3.4 Sous-ensemble 300 : tape mobile BIG
Cette tape est conçue pour recevoir la pièce en la basculant, ses 3 billes de convoyage (4)
permettent le déplacement de ce support tout en encaissant l’effort exercé par le vérin.
Le centreur (1) est en inox car il entre en contact avec les lèvres de la pièce, pour des
raisons de pollution, tout autre matière est prohibée. Il est ajouré afin de gagner en masse et
pour éviter d’emprisonner de l’air lors du cycle de pompage (cela aurait pour conséquence
de créer des fuites virtuelles).
Il n’est pas fixé pour permettre le remplacement rapide du joint (3), il est centré grâce à une
goupille (5).
p po p mp ap j (3),
ille (5).
Figure 46 : connecteur obturateur tubes à ressort
Figure 47 : tape mobile BIG

31
3.5 Sous-ensemble 400 : tape d'aspersion SMALL
Cette tape se centre sur le SMALL et réalise
l’étanchéité grâce au joint plat.
Le flux d’hélium est apporté directement au
niveau des brasures grâce à la couronne (1).
La 3ème
partie de la couronne (19) permet de
casser le flux de sortie afin de le rediriger vers
la brasure.
La seconde partie de la couronne (12) est en
inox car elle réalise le centrage, une entrée
d'azote permet de balayer l’espace confiné
entre le centreur, la lèvre et le joint afin
d’éviter que de l’hélium s’accumule au niveau
des joints (figure 49, circulation d’azote en
rouge).
Un perçage est prévu pour injecter de l’azote à l’intérieur de la pièce afin de la purger de
l’hélium qu’elle contient et d'ainsi diminuer le temps de pompage nécessaire (figure 48,
circulation d’azote en violet).
Les silentblocs (4) garantissent une mobilité radiale tout en maintenant l’assemblage des
pièces 2-17-18. La pièce (18) permet de localiser l’effort de compression au niveau du joint.
Les sauterelles (6) permettent un montage/démontage rapide de la couronne afin de
changer le joint.
3.6 Sous-ensemble 500 : pate blocage de rotation
Cet ensemble permet d'empêcher la rotation de la tige du vérin grâce au guidage sur les 2
tiges porteuse du vérin. Le tampon (3) est conçu pour comprimer les connecteurs
obturateurs (S-E 100 & 200) positionnés dans les tubes.
persion SMALL
e
u
1).
e
rs
en
ée
né
in
u
31
obturateurs (S-E 100 & 200) positionnés dans les tubes.
Figure 48 : tape d’aspersion SMALL
Figure 49 : utilisation de l’azote
Figure 50 : pate blocage de rotation

32
3.7 Sous-ensemble 600 : bâti + vérin
Ce sous-ensemble permet le support du
vérin (6), les rails (4) guident la tape mobile
(S-E 300, figure 52) vers sa position de test
dans laquelle elle sera verrouillée (figure
52) grâce aux poussoirs à ressort (9).
Un ajourage est prévu sur le coté pour
pouvoir accoster avec le chariot de
convoyage et y basculer la pièce.
3.8 Sous-ensemble 800 : plaque d’aspersion du collecteur
Cette pièce est conçue pour trois
fonctionnalités :
-positionner la pièce grâce à un
centrage sur le collecteur grâce aux
plots (4).
-Récupérer l’information de positionnement
grâce à un capteur normalement ouvert (7).
-Tester l’étanchéité des brasures du collecteur et de
la fenêtre en Béryllium grâce à un réseau
d’aspersion d’Hélium (figure 54).
L’ensemble est amovible grâce à deux axes de
centrage (9) liés au bâti grâce à 2 cordes de
maintien (10), cela afin de laisser de la place pour la
localisation de fuite en mode manuel avec la
soufflette.
bâti + vérin
-posi
centra
plots
-Récupére
grâce à un
-Tester l’étanché
la fenêtre en
d’aspersion d’Hé
Figure 51 : bâti avec vérin
Figure 52 : rails de guidage et poussoirs à ressort
Figure 53 : plaque d’aspersion du collecteur
Figure 54 : réseau d’aspersion Hélium

33
3.9 Revue du cahier des charges mécanique
Une première revue du cahier des charges mécanique a permis de confirmer la validité du
concept. Voici un détail de cette validation :
Exigence Réponse Validité
Les pièces « Hercules » doivent pouvoir
être testées de façon ergonomique
depuis leurs chariots de convoyage
La mise en place se fera par basculement de
la pièce depuis son chariot de convoyage au
lieu d’une manipulation à masse totale
ü
Le contrôle visuel du Big et du Small
doit être possible avant lancement du
test.
Le contrôle visuel du BIG se fait par
basculement de la pièce sur son chariot et
celui du SMALL se fait une fois la pièce
installée sur la tape mobile
ü
La localisation de fuite doit être possible
Un mode diagnostic est prévu pour permettre
à l’opérateur le passage de la soufflette pour
localiser la fuite
ü
Le système doit être capable d’appliquer
un effort d’au moins 750 daN sur les
tapes d’étanchéité
Vérin Ø125 avec une pression réseau de 8
bars soit un effort maximal de 980 daN
ü
Les joints plats doivent pouvoir être
changés régulièrement
Le support mobile (S-E 300) est conçu avec
une partie amovible (1) permettant le
remplacement du joint
ü
Toutes les parties en contact avec la
pièce devront être en acier inoxydable
pour des raisons de pollution
Les éléments de centrage ont été conçus en
inox
ü
De l’hélium doit pouvoir être aspergé sur
toutes les brasures en même temps
Un réseau d’aspersion d’Hélium est prévu
pour que toutes les brasures soient en
présence d’Hélium
ü
Le système doit être compatible avec
les lèvres usinées ou non-usinées
L’usinage de ces lèvres n’impacte pas les
centrages prévus
ü
Le système doit respecter les aspects
de sécurité
Un carter de sécurité sera installé une fois le
dispositif sur site
ü

34
3.10 Lancement de la fabrication et revue du planning prévisionnel
Après vérification des plans par une tierce personne, j’ai effectué une demande de devis en
interne et chez 2 sous-traitants avec lesquels nous travaillons régulièrement.
Il s’est avéré que notre parc machine et notre charge de travail ne nous permettaient pas
d’effectuer la fabrication en interne, j’ai donc confié la totalité de la fabrication à la société
Biotechni. Prix de la prestation : 6 127 € HT.
J’ai également effectué une revue du planning prévisionnel pour la fin de la phase de
conception mécanique (Erreur ! Source du renvoi introuvable. Erreur ! Source du renvoi
introuvable.).
Ecart de 1 mois par rapport à ce qui était prévu (mi-janvier 2014 au lieu de mi-décembre
2013).
4. ETUDE & CONCEPTION AUTOMATISATION
Cette étape sera menée en collaboration avec l’équipe projet détaillée en annexe (Erreur ! Source
du renvoi introuvable. Erreur ! Source du renvoi introuvable.)
4.1 Définition spécification d’exigences système automatisé
Exigences pour l'historisation
Avant chaque test, la pièce doit être scannée avec une douchette et doivent être historiés :
-Le numéro de série de la pièce.
-La phase de la pièce (lèvres usinées ou non).
-L'heure et la date.
-Le résultat du test (pièce bonne, mauvaise ou problème lié au joint).
-La valeur du test (taux de fuite maximal atteint après aspersion d'hélium).
-Le temps passé entre l’étape « commande pompage » et l’étape « aspersion d’hélium ».
Mode diagnostic (localisation)
Lorsqu’une pièce est détectée fuyante, l’opérateur doit pouvoir localiser la fuite à la
soufflette.
A la suite du diagnostic, l'interface demandera à l'opérateur si la fuite est avérée ou si le
problème venait du joint (usure). Un défaut joint sera alors activé et le prochain cycle sera
impossible tant que l'opérateur n'aura pas validé le remplacement du joint.
Un préventif sera également installé afin de forcer le remplacement du joint à partir d'un
certain nombre de cycles (valeur à déterminer plus précisément avec du retour
d'expérience).

35
Autres exigences
-Un mode de sécurité doit permettre au système d’évacuer les énergies en cas de défaut
(ouverture porte de sécurité, mauvaise ou plus d’info capteur…) afin qu’aucun
écrasement ou pincement ne soit possible.
-La vanne de commande de l’entrée d’azote (purge) doit être adaptée au vide et être
positionnée de façon à ne pas être en présence d’hélium pour ne pas impacter le taux de
fuite lu.
-En moyenne, 75 pièces doivent pouvoir être traitées par semaine (soit 150 tests).
-Le taux de fuite de la pièce en présence d’hélium doit être strictement inférieur à 1.10-8
mbar.l/s pour que la pièce soit validée (exigence client).
-Le contrôle du collecteur/fins2
doit être possible en manuel, la machine de test doit donc
également pouvoir être utilisée comme avant via son interface de commande.
-L’automatisation sera adaptée à la machine de test utilisée actuellement, un échange de
données sera possible entre l’automate et la machine de test (valeurs et ordres de
commande).
-Le bon positionnement de la pièce et la fermeture d’un capot de sécurité doivent être
contrôlés et sont indispensables au lancement du cycle.
-La commande d’aspersion d’hélium doit être courte (< 4 sec) tout en permettant la
présence d’hélium sur toutes les brasures.
-La majorité de l’hélium doit pouvoir être évacuée après chaque cycle afin de ne pas
polluer l’outillage.
-La présence d’hélium doit pouvoir être vérifiée pour garantir la validité du test.
2
Test coll/fins : test d'étanchéité de l'enceinte du collecteur, le vide est fait indépendamment par un tuyau sur
celui-ci via la même machine de test.

36
4.2 Définition logigramme d’analyse fonctionnelle
J’ai ensuite défini le cycle de test tel que je le souhaiterai grâce à un logigramme de principe.
Ce document étant complémentaire aux exigences citées précédemment.

37
Figure 55 : logigramme d’analyse fonctionnelle

38
J’ai également rédigé un document détaillant les différentes phases de commande du vérin
(approche pièce, mise en pression, remontée vérin et repos).
Cela a été fait sans réelle connaissance du matériel exact à utiliser, le but étant simplement
de guider le travail de la personne chargée de la partie électropneumatique, en
retranscrivant mon besoin fonctionnel.
Cas particulier :
Phase 1 : le risque pendant cette phase serait que l’outillage ne soit pas bien centré sur la
pièce, ce qui provoquerait leur endommagement respectif.
J’ai proposé une approche basse pression en utilisant le seul poids de l’outillage (15 daN).
Figure 56-1 : phase de descente basse pression vérin Figure 56-2 : phase de compression vérin
Figure 56-3 : phase de remontée vérin Figure 56-4 : phase de maintien en position vérin

39
4.3 Conception et réalisation du système automatisé
4.3.1 Supervision LABVIEW
L’intérêt de cette supervision est d’ajouter une interface entre l’automate et l’opérateur, ceci
afin de le guider dans les opérations à effectuer (mise en place de la pièce, passage en
mode diagnostic etc.).
La supervision permet également de récupérer les données importantes pour l’historisation
(voir « 4.1 Spécification d’exigences système automatisé : exigences pour l’historisation »).
La communication entre le PC équipé du logiciel de supervision LABVIEW et le système
automatisé sera faite de la façon suivante (figure 57).
Figure 57 : schéma d’interfaçage
Figure 58 : interface opérateur, onglet scan du serial

40
L’interface permettra à l’opérateur de revenir en arrière s’il le souhaite (par exemple, pour
scanner à nouveau le numéro de série en cas d’erreur).
Elle sera segmentée suivant plusieurs onglets relatifs aux phases de fonctionnement de
l’automate (figure 58).
Un mode de maintenance sera également disponible, il permettra de commander
indépendamment chaque actionneur (figure 59). Ce mode sera particulièrement utile
pendant la phase de mise au point.
4.3.2 Schémas pneumatique et électrique
Environ 30 plans pneumatiques et électriques ont été rédigés par Loïc Pons suivant la
spécification d’exigences initiale.
4.3.3 Automate
L’automaticien, Frédéric Vicaire, a commencé son travail de conception de en rédigeant un
grafcet à partir du logigramme d’analyse fonctionnelle.
Ce document lui a permis d’orienter sa conception suivant le besoin.
Figure 59 : mode maintenance

41
4.4 Revue spécification d’exigences système automatisé
A la fin du travail de conception des collaborateurs, j’ai organisé une réunion début Avril afin
de comparer le travail réalisé aux exigences.
Cette réunion a permis de mettre en évidence la nécessité de quelques retouches. Nous
avons revu point par point la spécification d’exigences.
Historisation
Numéro de série pièce Scan à la douchette prévue avant lancement du cycle ü
Phase de la pièce
(usinage des lèvres)
Avant lancement du cycle, l’interface demandera à l’utilisateur
si les lèvres sont usinées ou non
ü
Heure & date Prévu par la supervision ü
Résultat du test
Enregistrement : pièce bonne, mauvaise ou problème de joint
(en fonction du résultat du diagnostic pour ces 2 derniers cas)
ü
Valeur du test
Enregistrement du taux de fuite maximal atteint après
aspersion d’Hélium prévu
ü
Temps passé entre le
début du pompage et
l’aspersion d’Hélium
Ce point n’ayant pas été clairement compris par l’automaticien,
une rectification sera apportée à la conception du programme
pour intégrer cette exigence
Localisation
La pièce doit pouvoir
être testée
manuellement pour la
localisation de fuite
Un mode est prévu pour permettre à l’opérateur d’ouvrir le
capot de protection afin de réaliser un test manuel
ü
L’opérateur doit pouvoir
confirmer s’il s’agit
d’une fuite réelle ou si le
problème vient du joint
A la fin du mode diagnostic et avant de poursuivre le cycle de
fonctionnement, l’interface demandera à l’opérateur si la fuite
est avérée ou non
ü
Un préventif joint doit
être prévu pour rendre
obligatoire le
remplacement du joint à
partir d’un certain
nombre de cycles
La supervision intégrera cette notion de remplacement
préventif obligatoire. Le préventif sera activé soit à partir d’un
certain nombre de cycles (à déterminer plus précisément avec
du recul), soit lorsque l’opérateur détectera une fuite à la suite
d’un mode diagnostic
ü

42
Autres exigences
Un mode de sécurité
doit permettre au
système d’évacuer les
énergies en cas de
problème
Si un défaut survient pendant le mouvement du vérin
(ouverture porte, défaut capteur…), le système de commande
bloque le mouvement du vérin et libère les énergies.
Si un défaut survient lors d’une phase stable du vérin (en
phase de compression ou autre), un mode intelligent est prévu
au cas par cas
ü
Electrovanne de
commande de la purge
d’azote adaptée au vide
Principe remis en question car ce type de vanne coûte très
cher et que la valeur ajoutée pour la mise sous vide n’est pas
certaine → à confirmer après devis
150 tests doivent être
possibles chaque
semaine
A valider lors de la phase de qualification ü
Le taux de fuite de la
pièce doit être < 10
-8
mbar.l/s
Exigence non impactée par ce système, la machine de test et
les conditions de base restent les mêmes
ü
Le contrôle du coll/fins
doit être possible
Voir si l’automate ne prend pas la main sur la machine de test
(si l’automate est raccordée à la machine, est-elle toujours
pilotable via son boitier de commande ?)
L’automatisation sera
adaptée à la machine
actuelle
Conception basée sur cet équipement ü
Le bon positionnement
de la pièce et la
fermeture d’un capotage
de sécurité seront
vérifiés
Capteur prévu sur la plaque d’aspersion collecteur (S-E 800)
pour le positionnement de la pièce
Capteur prévu pour contrôler l’ouverture ou la fermeture du
capot de protection
ü
Présence d’Hélium sur
toutes les brasures avec
aspersion < 4 sec
A valider pendant la phase de qualification ü
La majorité de l’Hélium
doit pouvoir être évacué
après chaque cycle
Système de ventilation et de purge circuit à l’azote prévu ü
La présence d’Hélium
doit pouvoir être validée
Capteur pression d’Hélium prévu ü

43
5. MISE EN PLACE SYSTEME COMPLET
5.1 Réception système mécanique et validation conformité
Le système mécanique complet a été livré début Avril (figure 60).
J’ai pu à partir de ce moment là valider les premiers principes de la partie mécanique,
indépendamment de la partie commande pneumatique et électrique qui était encore en
phase d’étude à cette période.
Nous avons placé le dispositif sur une table élévatrice et j’ai pu commencer à tester le
principe.
Le basculement de la pièce depuis son chariot de convoyage apporte une vraie valeur
ajoutée au niveau de l’ergonomie. La manipulation est bien plus facile dans cette
configuration (figure 61).
Figure 60 : système mécanique
Figure 61 : basculement de la pièce (pièce confidentielle)

44
5.2 Mise en commun de la partie mécanique et automatisée
A la suite de la revue de conception, la personne chargée de la partie électropneumatique a
lancé les commandes pour un boitier électrique (le boitier pneumatique sera monté en
interne).
La meilleure date de livraison proposée parmi 3 offres est le 12 Mai 2014, de ce fait, la mise
en place du système automatique ne pourra pas être détaillée dans ce mémoire.
6. QUALIFICATION SUR SITE
Au vu du délai de livraison assez conséquent du boitier électrique, la phase de qualification
sera commencée sans attendre que le système soit complètement automatisé. Cela afin de
ne pas prendre de retard.
Les essais seront faits avec des manipulations manuelles (utilisation de vannes…) pour
simuler les futures conditions de fonctionnement.
6.1 Description des essais de qualification
La même machine de test devra être utilisée lors de cette qualification.
6.1.1 Validation de la sensibilité
La sensibilité sera validée par la comparaison d’un échantillonnage de 100 pièces prélevées
dans le circuit de production.
Chacune de ces pièces sera testée sur l’ancienne méthode (mesure du temps de pompage +
lecture du taux de fuite maximal atteint après aspersion d’Hélium) puis sur la nouvelle (avec les
mêmes relevés).
Au minimum 10 pièces présentant une fuite devront être testées de cette façon, s’il n’y a pas
suffisamment de pièces avec fuite parmi l’échantillonnage précédent, un prélèvement de pièces
avec fuite sera fait à postériori pour atteindre ce minimum de 10 pièces (20 dans l’idéal).
Ces essais seront relevés dans le document « PMB-15432-FTE-001-A Fiche de test
sensibilité.xlsx »
Critères d’acceptation attendus :
– temps de pompage nouvelle méthode inférieur ou égal à l’ancienne.
– taux de fuite lu sur nouvelle méthode supérieur ou égal à l’ancienne.

45
6.1.2 Validation du principe de dépollution
Ces essais ont pour objectif de quantifier l’efficacité du dispositif de dépollution (aspersion
d’azote pour purger les circuits d’Hélium et pour protéger le joint pendant l’aspersion).
Un joint neuf sera installé, 10 pièces seront testées à la suite avec l’utilisation d’azote, on
mesurera le taux de fuite maximal atteint et le temps de pompage pour chacune d’elles.
Puis, un joint neuf sera à nouveau installé et au moins 2 heures plus tard, ces 10 pièces seront
à nouveau testées sans l’utilisation d’azote, on continuera de noter les mêmes mesures.
dépollution.xlsx »
– temps de pompage avec aspersion d’azote inférieur au fonctionnement sans l’azote.
– taux de fuite en fonctionnement avec aspersion d’azote inférieur ou égal au
fonctionnement sans l’azote (théorique et pas rédhibitoire, à analyser si le cas se
présente).
6.1.3 Validation de la répétabilité
5 pièces seront testées sur le nouveau moyen de test, par un opérateur. On relèvera le résultat
du test (taux de fuite lu).
3 tests seront effectués par le même opérateur sur chacune de ces pièces.
Ces mêmes pièces seront testées à un autre moment (pour s’affranchir de la saturation de l’air
ambiant) par un autre opérateur. On répètera l’opération jusqu’à ce que l’on atteigne 3
opérateurs différents.
Des joints neufs devront être mis à chaque changement d’opérateur.
répétabilité.xlsx »
– dispersion des mesures effectuées sur chaque pièce par les trois opérateurs inférieure à
un tiers de décade (exemple entre 3 et 6.10-9
mbar.l.s-1
).
– sanction au test identique pour les trois opérateurs : bonne ou fuyarde.
– temps de pompage pour une même pièce similaire d’un opérateur à un autre : écart
inférieur ou égal à 20% (théorique et pas rédhibitoire, à analyser si le cas se présente).

46
BILAN DU PROJET
1. Technique
Les contraintes liées à l'environnement de travail de PMB (non-pollution des pièces, niveaux
de vide et taux de fuite exigé très bas...) ont été partie prenante de la phase de conception.
En partant de zéro, il fallait imaginer un système réalisable et capable de répondre aux
exigences du projet tout en respectant son environnement.
Cela a été très formateur pour moi sur le plan technique car j'ai pu m'imprégner de tous ces
aspects.
Le livrable du projet répond donc au besoin puisque le nouveau mode de test est au moins
aussi sensible que l'ancien mais cela avec une meilleure répétabilité.
L'ergonomie est également meilleure comme cela était souhaité.
2. Humain
Ce projet m’a permis d’appréhender la complexité des relations humaines dans le cadre d'un
projet.
Il est parfois difficile d’impliquer des collaborateurs sur le projet, certains craignent le
changement pour diverses raisons et d’autres sont simplement peu intéressés.
-Les opérateurs de la ligne Hercules voyaient ce projet comme dégradant dans un premier
temps car il remettait en cause leurs compétences → « si le test a besoin d’être automatisé
pour être fiable, c’est qu’on fait mal notre travail ? Nous allons devenir des presse-
boutons ? »
L’enjeu pour moi fut de les convaincre que ce nouveau dispositif allait apporter une plus-
value, en mettant l’accent sur le fait que leur travail quotidien sera facilité. L’automatisation
est là afin de passer le maximum de la production, le savoir-faire humain sera conservé pour
l’aspect diagnostic (lorsqu’une fuite est détectée, il faut la localiser).
L’automatisation supprimera la routine liée au test, ce qui rendra les diagnostics plus
efficaces. Un diagnostic nécessaire parmi 20 tests avec les contraintes décrites
précédemment est moins efficace qu’un seul diagnostic sur lequel l’opérateur va pouvoir se
concentrer.
Il est essentiel que les utilisateurs finaux voient un intérêt dans le projet car sa réussite
dépendra d’eux.
-Au niveau des fournisseurs, certains d’entre eux devaient être relancés régulièrement pour
que les choses avancent, il y a parfois des incompréhensions sur ce qui est demandé. Il m'a
donc fallu être très persévérant.

47
3. Coûts
Voici le bilan des coûts consolidés au 23/04/2014 par rapport aux coûts prévisionnels :
Partie mécanique Partie automatisation
Cartérisation Table support Qualification
étude matériel étude matériel
7 700 / 8 000 € 6 556 / 7 000 € 9 417 / 19 000 € 3 432 / 7 500 € ? / 2 000 € 744 / 500 € ? / 1 000 €
Somme 14 256 / 15 000 € 12 849 / 26 500 €
TOTAL 28 849 / 45 000 €

48
REFERENCES
[1] http://www.inserm.fr/dossiers-d-information/scanner. Site visible au 28/03/2014
[2] Dossier Techniques de l’Ingénieur B 5195, Constructions soudées, Brasage, Léon
NOËL, 1984
[3] Dossier Techniques de l'ingénieur R 2055, Détection de fuite, Bernard SEEMANN,
10/03/2005
[4] Recueil sur les techniques d’étanchéité : Yves Gamot (COFREND de niveau 3)
[5] Dossier Techniques de l'ingénieur B 5420, § 5.2.2.1, Etanchéité en mécanique,
Propriétés d'un joint statique, Jean MARTIN, 10/10/2004
[6] Dossier Techniques de l'ingénieur B 5420, § 5.2.2.3, Etanchéité en mécanique,
Comportement d'une liaison d'étanchéité avec joint, Jean MARTIN, 10/10/2004

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PHOTOS DIVERSES

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