Balourd du rotor : qu'est-ce que c'est et en quoi il est dangereux

Un ventilateur s'est mis à vibrer après le nettoyage de la roue, un extracteur de fumées a commencé à chauffer son roulement, une broche a commencé à laisser des ondulations sur la pièce. Dans ces trois cas, le premier suspect est le même : le balourd du rotor. Nous détaillons ci-dessous ce qu'est ce phénomène du point de vue physique, pourquoi doubler le régime quadruple la force, quels sont les types de balourd, d'où il vient sur une machine en service, et ce qu'il détruit exactement.

Mis à jour le 27 août 2026 · par AXILINE · Vila Nova de Gaia

Le balourd, c'est la non-coïncidence de l'axe des masses avec l'axe de rotation

Un rotor est un corps qui tourne dans des paliers et leur transmet des forces par ses tourillons. Sur un rotor parfaitement équilibré, la masse est répartie de façon symétrique par rapport à l'axe de rotation : à chaque élément de masse correspond un élément jumeau, situé exactement à l'opposé. En rotation, chaque élément subit une force centrifuge dirigée radialement, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe. Les forces jumelles sont égales en intensité et opposées en direction, elles s'annulent donc mutuellement. La résultante est nulle, et le rotor est équilibré.

Rompez maintenant cette symétrie. Supposons qu'à un rayon de 200 mm apparaissent 10 g en trop : une équerre soudée, de la saleté collée, un morceau de pale arraché. Ces 10 g n'ont pas de jumeau. Leur force centrifuge reste non compensée et tourne avec le rotor, faisant le tour du palier à chaque tour. C'est elle qui charge les roulements et déforme cycliquement les paliers avec la fondation. Ce que vous appelez vibration, c'est la réponse de la structure à cette force tournante.

La définition rigoureuse passe par les axes. Tout corps possède un axe principal central d'inertie, autour duquel la masse est équilibrée. Le balourd, c'est la non-coïncidence de cet axe avec l'axe de rotation imposé par les paliers. L'équilibrage rapproche les deux axes l'un de l'autre. En pratique, on y parvient en ajoutant ou en retirant de la masse dans des plans de correction : on soude des masses, on les fixe par boulons, on perce ou on fraise le métal. Il existe aussi une seconde voie, l'usinage des tourillons de l'arbre pour les recentrer sur l'axe d'inertie réel, mais elle est presque inutilisée en exploitation.

D'où une conséquence qui évite bien des discussions sur site. Le balourd est une propriété du rotor : il se mesure en g·mm et ne dépend pas du support sur lequel repose le rotor. La vibration est la réponse du système « rotor — paliers — châssis — fondation » : elle se mesure en mm/s et dépend de la rigidité, de la masse et de l'amortissement. Un même balourd donnera, sur une fondation rigide, des mm/s modestes pour une charge considérable sur les roulements, et sur un châssis souple l'inverse : des chiffres qui font peur à l'écran pour une charge modérée sur le roulement.

C'est pourquoi « dans la norme en mm/s » et « dans la tolérance en g·mm » sont deux affirmations différentes, et l'une ne remplace pas l'autre. Nous avons détaillé les trois tolérances différentes de l'équilibrage dans un article séparé.

La force centrifuge croît comme le carré du régime

La valeur du balourd U est le produit de la masse non équilibrée m par le rayon r auquel elle se trouve. La force centrifuge se calcule simplement : F = U·ω², où ω est la vitesse angulaire en rad/s, c'est-à-dire 2π·n/60 pour n exprimé en tours par minute.

Le carré dans la formule signifie ceci. Le régime double, la force quadruple. Il triple, la force est multipliée par neuf. C'est l'idée la plus utile de tout cet article, et elle explique la plupart des problèmes de vibration qui apparaissent soudainement.

Reprenons les mêmes 10 g à un rayon de 200 mm. Cela donne un balourd de 2000 g·mm. Calculons la force à différents régimes.

• À 500 tr/min, personne ne remarquera 10 g en trop : un demi-kilo de force se perd dans le poids du rotor lui-même.
• À 3000 tr/min, la même saleté se transforme en 20 kgf qui tournent en permanence autour de l'arbre.
• À 6000 tr/min, cela représente déjà environ 80 kgf, soit le poids d'un adulte suspendu au tourillon de l'arbre et entraîné en rotation avec le rotor.
• Cette force n'est pas constante : elle tourne. La bague extérieure du roulement subit un cycle de charge complet à chaque tour. À 3000 tr/min, cela fait 50 cycles par seconde, 180 000 cycles par heure, environ 1,4 million sur une équipe de huit heures. La fatigue du métal compte les cycles, pas les heures de fonctionnement.

Deux conclusions pratiques. La première : sur une machine rapide, la masse non équilibrée admissible est bien plus faible que sur une machine lente, et on ne peut plus l'évaluer à l'œil. La seconde : si la vibration augmente plus vite que le carré du régime pendant la montée en vitesse, ou forme un pic étroit sur une plage donnée, vous n'avez pas affaire à un balourd pur, mais à une résonance — la coïncidence du régime avec une fréquence propre de la structure. Comment la reconnaître et la désaccorder est expliqué séparément.

Trois types de balourd : statique, de couple, dynamique

On distingue les types de balourd selon la façon dont la masse non équilibrée se répartit le long du rotor. Le plus simple est de regarder la position relative de deux axes : l'axe principal central d'inertie et l'axe de rotation. Ce n'est pas une distinction académique : elle détermine si vous posez une masse ou deux. Le tableau ci-dessous utilise la notation 1x, qui désigne la composante de la vibration à la fréquence de rotation du rotor, et sa phase, l'angle indiquant à quel moment du tour arrive la poussée ; l'appareil de mesure fournit les deux valeurs.

Balourd statique. L'axe d'inertie est décalé parallèlement à l'axe de rotation. Le centre de masse s'est déplacé sur le côté, et vous le constaterez machine arrêtée : un rotor posé sur des couteaux ou des rouleaux tournera de lui-même, point lourd vers le bas. En rotation, il apparaît une seule force non compensée. Une seule masse dans un seul plan de correction suffit à la compenser. C'est le comportement des rotors minces en forme de disque : meule, scie circulaire, poulie fine, volant, disque de frein.

Balourd de couple (par paires). L'axe d'inertie est incliné et croise l'axe de rotation au centre de masse. Imaginez deux masses égales, dans des plans différents le long du rotor, situées de part et d'autre de l'axe. Au repos, la pesanteur les équilibre, le rotor posé sur des couteaux reste immobile, et aucun contrôle statique ne le détectera. Lancez le rotor en rotation : les forces centrifuges de ces deux masses deviennent égales et opposées, mais elles s'appliquent en des points différents le long de l'arbre. Comme elles ne sont pas alignées, elles ne s'annulent pas. Elles forment un couple de forces, c'est-à-dire un moment, qui fait osciller le rotor autour de son centre de masse : un palier monte pendant que l'autre, au même instant, descend.

Une masse unique est impuissante ici, car elle crée une force, pas un couple de forces. Placez-la pour calmer le premier palier, et le second empirera : vous ne faites que déplacer la vibration d'une extrémité du rotor à l'autre. Un moment ne se compense que par un moment : il faut donc deux masses, dans deux plans écartés, orientées en sens opposés.

Balourd dynamique. Les deux masses non équilibrées ne sont presque jamais égales : dans la réalité, vous avez donc un mélange de statique et de couple. Les axes sont alors gauches : ni parallèles, ni sécants. C'est le cas réel le plus courant, et c'est précisément celui que vous corrigez sur site. Pour un rotor qui reste rigide au régime de service, il est démontré que deux masses de correction, réparties le long du rotor, suffisent à supprimer le balourd en totalité, et qu'on ne peut généralement pas s'en tirer avec moins. Les masses n'ont pas à être placées en face des masses d'origine ni à en égaler la valeur. Il faut seulement qu'elles compensent à la fois la force et le moment.

Gardez par ailleurs à l'esprit la différence entre rotor rigide et rotor flexible. Un même rotor se comporte comme rigide à bas régime et comme flexible à haut régime : il fléchit sensiblement sous ses propres forces centrifuges, le rayon du point lourd augmente avec la masse, et le modèle linéaire cesse de fonctionner. Un rotor flexible a besoin d'un équilibrage modal sur plusieurs formes de déformation et d'une autre chaîne de mesure. Comment choisir le nombre de plans de correction selon le rapport L/D est expliqué dans un article séparé.

Sources : ISO 21940-11:2016 · ISO 21940-12:2016

Dans quelles unités mesure-t-on le balourd : g·mm, g·mm/kg et micromètres

Trois grandeurs couvrent presque toutes les discussions sur le balourd, et on les confond sans cesse.

Le balourd U en g·mm. Le produit de la masse non équilibrée par le rayon. 10 g à un rayon de 200 mm et 20 g à un rayon de 100 mm donnent les mêmes 2000 g·mm et la même force. La masse d'un poids sans son rayon ne veut donc rien dire : notez toujours le rayon de pose, et placez si possible la masse de correction au même rayon que la masse d'essai.

Le balourd spécifique en g·mm/kg. C'est U divisé par la masse du rotor. Cette grandeur est nécessaire parce qu'une même tolérance ne peut pas convenir à la fois à une roue de 3 kg et à un tambour de 300 kg. Particularité pratique : le g·mm/kg est numériquement égal à l'excentricité du centre de masse en micromètres. 40 g·mm/kg, c'est un centre de masse décalé de l'axe de rotation de 40 µm, soit quatre centièmes de millimètre. Voilà les grandeurs avec lesquelles vous travaillez réellement quand vous fixez des masses sur une roue.

La classe de précision G. Le chiffre de la classe est le balourd spécifique multiplié par la vitesse angulaire, c'est-à-dire le produit e·ω en mm/s. On voit l'essentiel : une même classe exige, à des régimes différents, une précision de fabrication différente. Prenez G 6,3. À 1500 tr/min, l'excentricité admissible est d'environ 40 µm ; à 3000 tr/min, d'environ 20 µm. Pour un rotor de 50 kg, cela représente environ 2000 et 1000 g·mm au total, valeur qu'il faut encore répartir entre les deux plans de correction.

Les classes G et le balourd résiduel admissible sont fixés par l'ISO 21940-11. Les chiffres ci-dessus donnent un repère de travail pour l'ordre de grandeur : vérifiez la partie et l'édition applicables de la norme pour votre machine, et pour une réception contractuelle, fixez la classe, la masse du rotor, le régime, les rayons et le nombre de plans. Retenez bien la distinction : la classe G décrit le balourd résiduel du rotor, pas la vitesse vibratoire admissible du carter. Ce sont deux tolérances différentes, régies par deux normes différentes.

Sources : ISO 21940-11:2016 · ISO 20816-1:2016

D'où vient le balourd sur une machine en service

Un rotor neuf n'est jamais parfait, et un rotor en service change en permanence. Il vaut la peine de garder en tête la liste des causes : elle indique presque toujours quoi chercher en premier.

• Qu'a-t-on fait sur la machine peu avant l'apparition de la vibration : nettoyage, remplacement de la roue, réparation d'un roulement, rebobinage, travaux sur la fondation ?
• La vibration a-t-elle augmenté brutalement ou progressivement ? Une hausse brutale signale un morceau détaché, une pale cassée ou une masse perdue. Une hausse progressive signale de l'usure, des dépôts, un desserrage de la boulonnerie.
• La vibration change-t-elle à mesure que la machine chauffe, et disparaît-elle après refroidissement ?
• Le rotor porte-t-il des traces de masses posées auparavant, et sont-elles toutes encore en place ?
• Les relevés se reproduisent-ils après un arrêt et un nouveau démarrage ? Des valeurs qui flottent signalent souvent une masse qui se déplace ou un frottement.

Vérifiez aussi si le régime de service a changé. Le passage de la machine sous variateur de fréquence et le fonctionnement à un nouveau régime peuvent l'amener en résonance, sans que le balourd y soit pour quoi que ce soit. Dans ce cas, les masses ne serviront à rien, quel que soit leur nombre.

Pourquoi le balourd est dangereux : ce qu'il détruit exactement

Le balourd casse rarement une machine d'un coup. Il agit autrement : chaque tour ajoute un cycle de charge à tous les assemblages, et les pièces finissent par céder par fatigue. « Ça vibre, mais ça marche » n'est donc pas un argument, c'est un sursis.

Les roulements encaissent le premier coup. Leur durée de vie calculée est extrêmement sensible à la charge. Selon l'ISO 281, elle dépend du rapport entre la charge dynamique de base et la charge dynamique équivalente, élevé à la puissance 3 pour les roulements à billes et 10/3 pour les roulements à rouleaux. Sens pratique : doubler la charge dynamique équivalente réduit la durée de vie calculée d'un facteur d'environ 8 à 10. Sur une machine réelle, la chute sera plus douce, car la charge équivalente comprend aussi une composante constante due au poids du rotor et à la tension de la courroie, pas seulement la force due au balourd. Mais l'ordre de grandeur de l'effet est bien celui-là : pas « un peu moins », mais « plusieurs fois moins ».

Ensuite, la charge se propage dans toute la structure.

• Il faut aussi garder en tête le cas extrême, car il s'emballe. Une vibration croissante desserre la fixation, une fixation desserrée accroît la vibration. Puis une pale ou une masse se détache, le balourd grossit instantanément de plusieurs fois, le rotor frotte contre le carter. Sur une machine rapide, c'est un accident avec projection de débris, pas une simple réparation.

Ne regardez pas seulement la valeur absolue, mais aussi la tendance. Un doublement du niveau par rapport à une valeur de référence relevée sur une machine saine justifie une vérification, même à l'intérieur de la zone admissible en mm/s. La norme répond à la question « est-ce admissible ». La tendance répond à la question « que se passe-t-il ».

Sources : ISO 281:2007 · ISO 20816-1:2016

Comment vérifier qu'il s'agit bien d'un balourd, et non d'une autre cause

Le balourd est la cause la plus fréquente d'une vibration excessive, mais loin d'être la seule. Poser des masses sans en être sûr coûte cher : vous y passerez une équipe, et dans le pire des cas vous aggraverez la situation. Il existe un petit ensemble de signes par lesquels le balourd se trahit. Il faudra un spectre — la décomposition de la vibration par fréquences, que fournit l'appareil de mesure.

• Un 2x marqué et une vibration axiale en hausse. C'est le plus souvent un désalignement, qui se corrige par un alignement des arbres, pas par des masses.
• Un peigne d'harmoniques 1x, 2x, 3x (pics à des fréquences multiples du régime), des demi-harmoniques comme 0,5x, un plancher de bruit relevé. Regardez la boulonnerie, la patte molle, les fissures, les frottements.
• Des pics haute fréquence, non multiples du régime, du bruit dans l'enveloppe — l'analyse qui fait ressortir les fréquences de roulement. Ce sont des roulements, et l'équilibrage ne remplace pas leur remplacement.
• Un pic étroit et marqué sur une plage de régime donnée, avec un basculement de phase d'environ 180° à proximité. C'est une résonance : le résultat de l'équilibrage n'y tiendra pas.
• La vibration globale est plusieurs fois supérieure à 1x. L'essentiel vient d'autre chose, et les masses ne l'élimineront pas.

• Dans le spectre, un pic domine à la fréquence de rotation, 1x. La vibration globale en mm/s RMS est proche de la composante de rotation. Repère pratique pour savoir si les masses vont agir : la part de 1x dépasse environ 70 à 80 % de la globale.
• La vibration est principalement radiale. La composante axiale est nettement inférieure à la radiale.
• L'amplitude augmente avec le régime à peu près comme le carré, de façon régulière, sans pic étroit ni chute après un tel pic.
• La phase de 1x est stable et se reproduit d'un démarrage à l'autre : amplitude à environ ±5 % près, phase à environ ±5° près. Une phase qui dérive signifie qu'il n'est pas encore possible d'équilibrer.
• L'image est cohérente sur les deux paliers : des phases proches indiquent du statique, un écart d'environ 180° indique du couple.

Nous avons détaillé chaque cas dans des articles séparés : comment lire le spectre en multiples du régime, ce qui distingue la vibration globale, 1x et la phase, comment reconnaître et désaccorder une résonance, et les sept situations où l'équilibrage ne sert à rien. Ici, une seule règle suffit : d'abord mesurer, ensuite décider.

Sources : ISO 13373-3:2015 · ISO 13373-5:2020 · ISO 20816-1:2016

Que faire ensuite, et en quoi AXILINE peut vous aider

L'équilibrage sur ses propres paliers se fait sur le site d'exploitation, sans démontage et sans déposer le rotor. La machine n'est pas transportée sur une machine-outil, la roue n'est pas extraite, et la vibration est mesurée au régime de service, c'est-à-dire exactement dans l'état où la machine fonctionne. Pour les ventilateurs, les extracteurs de fumées, les concasseurs, les mulcheurs, les broches et les pompes, c'est en général la seule option pratique.

Le Balanset-1A est conçu pour cette tâche. La mallette contient deux capteurs de vibration, un capteur laser de phase, un module USB à deux voies avec préamplificateurs, intégrateurs et CAN, et un logiciel pour Windows. Il équilibre en un ou deux plans, mesure le régime, l'amplitude et la phase de la vitesse vibratoire (globale et 1x), établit le spectre FFT et le signal temporel, enregistre les deux voies simultanément, indique lui-même si la masse d'essai convenait, calcule la tolérance selon les classes G, répartit la masse de correction sur des positions fixes et calcule un perçage, calcule l'excentricité du mandrin, recalcule les masses pour d'autres plans de correction, travaille à partir de coefficients d'influence enregistrés, et range les résultats dans une archive pour le protocole.

Si vous équilibrez régulièrement, il est plus économique de garder l'appareil chez vous. Si le cas est ponctuel ou incertain, les ingénieurs d'AXILINE se déplacent et s'en chargent eux-mêmes : ils mesurent, évaluent la cause, équilibrent et remettent un protocole. Le Balanset est conçu et fabriqué par les mêmes ingénieurs qui l'utilisent eux-mêmes pour équilibrer sur site ; vous bénéficiez donc d'un accompagnement-conseil pour le choix des plans, la pose des capteurs et l'analyse d'un démarrage manqué.

• Type de machine, régime de service, puissance de l'entraînement, masse du rotor si elle est connue.
• Photos du rotor des deux côtés et photos des emplacements où poser les capteurs.
• Ce qui a été fait sur la machine avant l'apparition de la vibration, et comment elle a évolué : brutalement ou progressivement.
• Si des mesures existent déjà : vibration globale, amplitude et phase de 1x sur les deux paliers, spectre.

1. 01

   Faites une mesure fiable

   Capteurs de vibration sur les paliers, aussi près que possible du roulement, sur une fixation rigide : goujon ou aimant sur une surface propre et plane. Direction radiale, généralement horizontale, et identique d'un démarrage à l'autre. Tachymètre laser sur une marque réfléchissante posée sur l'arbre. Notez le régime, la vibration globale, l'amplitude et la phase de 1x sur les deux paliers, et le spectre.

2. 02

   Évaluez s'il s'agit bien d'un balourd

   Comparez la part de 1x dans la vibration globale, regardez le spectre, vérifiez la répétabilité sur trois démarrages. Si la phase dérive ou si la globale est plusieurs fois supérieure à 1x, arrêtez-vous et cherchez une autre cause. Une heure de vérification coûte moins cher qu'une équipe passée sur un équilibrage inutile.

3. 03

   Contrôlez la mécanique avant de poser des masses

   Serrage des boulons de fondation, patte molle, jeux, état du scellement et du châssis, jeux dans les roulements, tension et parallélisme sur la transmission par courroie. On équilibre une machine techniquement saine, solidement fixée à sa fondation, sans résonance au régime de service. Une machine défectueuse se répare d'abord : l'équilibrage ne remplace pas la réparation.

4. 04

   Équilibrez et confirmez le résultat

   Démarrage initial, masse d'essai, calcul, pose des masses de correction, démarrage de contrôle, et si nécessaire, des masses de trim d'ajustement en complément de celles déjà posées. Consignez immédiatement le résultat sur trois points : le 1x résiduel, la vibration globale sur les deux paliers, et, si la réception l'exige, le balourd résiduel en g·mm/kg.

Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A · Manuel d’utilisation Balanset-1A

Questions fréquentes

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