Maintenance : stratégies, niveaux, gammes

Une installation ne garde ses performances que si on l'entretient au bon moment et pour une bonne raison. Ce chapitre donne le vocabulaire de la maintenance, mesure fiabilité et disponibilité, décrit les niveaux d'intervention et la gamme, puis montre comment choisir une stratégie. Il chiffre trois cas sur le plateau de bureaux : une chaudière en panne, le remplacement préventif d'un roulement de pompe et le changement des filtres de la centrale, dont le bon intervalle dépend du prix de l'électricité autant que de l'usure.

71.1 Le vocabulaire de la maintenance

L'EN 13306:2017 fixe la terminologie de la maintenance, reprise en France par la NF EN 13306. La maintenance y regroupe tout ce que l'on fait, en technique comme en organisation, pendant la vie d'un bien pour qu'il continue de remplir sa fonction ou qu'il la retrouve. Le vocabulaire qui suit en paraphrase les définitions principales.

Défaillance et panne

La défaillance est un événement : le bien perd l'aptitude à accomplir sa fonction. La panne est l'état qui suit, jusqu'à la remise en service. Une pompe dont le roulement casse subit une défaillance ; elle reste en panne jusqu'à sa réparation. Une dégradation n'est pas encore une défaillance : un filtre qui se colmate remplit toujours sa fonction, mais il la remplit en consommant de plus en plus d'énergie.

Maintenance corrective

Elle intervient après la détection d'une panne, tout de suite ou en différé. L'usage français distingue aussi la palliative, qui remet provisoirement le bien en service, et la curative, qui le répare durablement. Le coût d'une défaillance ne se limite pas à la pièce : l'arrêt, l'urgence, les dégâts induits et l'inconfort des occupants s'y ajoutent.

Maintenance préventive systématique

Elle suit un échéancier fixé à l'avance, en temps calendaire ou en heures de marche, sans regarder l'état du bien. On change un filtre tous les six mois, un roulement toutes les quatre saisons.

Maintenance préventive conditionnelle

Elle se déclenche quand une mesure de l'état franchit un seuil : la perte de charge d'un filtre, la vibration d'un palier, la température d'un moteur. Elle exige un indicateur qui annonce la défaillance assez tôt.

Maintenance prévisionnelle

C'est une conditionnelle qui extrapole l'évolution de l'indicateur pour prévoir la date du seuil, et donc planifier l'intervention, regrouper les visites et commander les pièces à temps.

71.2 Fiabilité et disponibilité

Pour comparer des stratégies, il faut chiffrer deux grandeurs. La fiabilité est l'aptitude du bien à fonctionner sans défaillance pendant une durée donnée. La disponibilité est la part du temps requis pendant laquelle il est en état de fonctionner. Trois durées moyennes les relient, tirées de l'historique : le temps moyen de bon fonctionnement entre deux défaillances, MTBF ; la durée moyenne de réparation active, MTTR ; la durée moyenne d'arrêt, MDT, qui ajoute au MTTR les attentes de pièce, de déplacement ou d'accès.

La disponibilité intrinsèque A_i ne compte que la réparation : elle juge le matériel et l'équipe. La disponibilité opérationnelle A_o compte tout l'arrêt : elle juge l'organisation.

Exemple 1 : disponibilité d'une chaudière. L'historique d'exemple d'une des deux chaudières du plateau couvre trois saisons de chauffe de 4 910 h.

1. Temps requis : 3 × 4 910 = 14 730 h. Trois pannes, avec des réparations actives de 3, 5 et 4 h et des attentes de 0, 40 et 2 h, la deuxième pour une pièce : 54 h d'arrêt au total.
2. MTBF = (14 730 − 54) / 3 = 4 892 h, soit un taux de défaillance λ = 1 / MTBF de 2,04 pour 10 000 h et 1,00 panne par saison.
3. MTTR = 12 / 3 = 4,0 h ; MDT = 54 / 3 = 18,0 h.
4. A_i = 4 892 / (4 892 + 4,0) = 99,92 % ; A_o = 4 892 / (4 892 + 18,0) = 99,63 %. Les attentes, et surtout la pièce absente du stock, font l'essentiel de l'écart.

Exemple 2 : la chaufferie avec une chaudière en panne. L'indisponibilité d'une chaudière est U = 1 − A_o. Si les deux chaudières tombent en panne indépendamment, les deux sont à l'arrêt ensemble avec la probabilité U², une seule avec la probabilité 2U(1 − U).

1. Une chaudière seule fournit 36,11 kW en régime 45/35 °C, soit 75,8 % de la pointe de 47,61 kW. Elle tient la charge des heures occupées jusqu'à −4,4 °C extérieur.
2. Sur l'année moyenne, la chaufferie fournit 77 474 kWh. Avec une chaudière en panne toute la saison, il manquerait 226 kWh, soit 0,29 %, répartis sur 55 h occupées de grand froid, sous −4,4 °C.
3. U = 0,37 %. Une seule chaudière est à l'arrêt 0,73 % du temps, soit 35,9 h par saison ; les deux ensemble 13,4 ppm, soit 4,0 min par saison.
4. Espérance de chaleur non fournie : 2,69 kWh par an avec deux chaudières, contre 284 kWh par an avec une seule chaudière de la puissance totale et la même disponibilité.

Avec deux chaudières qui couvrent chacune les trois quarts de la pointe, la panne de l'une est presque invisible : elle peut attendre une réparation programmée, mais la pièce d'usure fréquente doit être en stock, car c'est l'attente de 40 h qui dégrade A_o.

71.3 Les niveaux de maintenance

L'usage français classe les interventions en cinq niveaux de complexité. Ils étaient décrits notamment par le fascicule FD X60-000 de 2002, aujourd'hui annulé ; la NF X60-000:2016 qui le remplace traite de l'organisation de la fonction maintenance. Le cours n'en tire aucune exigence : il présente les niveaux comme un usage de la profession.

• Niveau 1 : réglages simples et contrôles prévus par le constructeur, sans démontage, par l'exploitant sur place, comme relever le manomètre d'un filtre.
• Niveau 2 : opérations simples par un technicien habilité, avec une procédure et un outillage courant, comme changer un jeu de filtres.
• Niveau 3 : diagnostic d'une panne et réparation par échange de composants, par un technicien spécialisé, comme remplacer un roulement de pompe.
• Niveau 4 : travaux importants de maintenance corrective ou préventive, avec un outillage spécifique et une équipe encadrée.
• Niveau 5 : rénovation, reconstruction ou réparation lourde, confiée au constructeur ou à un atelier spécialisé.

Le niveau fixe la qualification, la durée et le coût de l'intervention ; le contrat d'exploitation, sujet du chapitre 75, dit qui le prend en charge. Un niveau ambigu fait des tâches que personne ne fait.

71.4 La gamme de maintenance

La gamme décrit une intervention de façon que deux techniciens différents la fassent de la même manière. Pour chaque opération, elle donne la périodicité, la durée prévue, la qualification ou le niveau, l'outillage et les consignes de sécurité, et surtout le critère d'acceptation : la valeur ou l'état qui dit que le travail est fini et bon. Sans critère, une gamme ne produit que des signatures.

La gamme part de la notice du fabricant, qui donne les opérations et les périodicités d'origine, puis l'exploitant l'adapte à l'usage réel et à l'historique. Elle intègre aussi les obligations réglementaires, qui imposent un minimum. Pour les locaux de travail, l'article R4222-20 du Code du travail, dans sa rédaction en vigueur depuis le 1^er mai 2008, charge l'employeur de maintenir les installations d'aération en bon état de fonctionnement et de les contrôler à intervalles réguliers. L'arrêté du 8 octobre 1987, dont les articles 2 et 3 n'ont pas changé depuis leur entrée en vigueur le 1^er avril 1988, en précise les modalités : son article 2 demande une notice d'instruction, avec un dossier de valeurs de référence établi au plus tard un mois après la première mise en service, et une consigne d'utilisation, avec un dossier de maintenance où l'on note les dates et résultats des contrôles et les opérations d'entretien et de nettoyage ; son article 3, pour les locaux à pollution non spécifique comme des bureaux, demande que les valeurs de référence donnent la classe d'efficacité des filtres et leurs pertes de charge initiale et maximale admise, et qu'au moins une fois par an on contrôle le débit global d'air neuf et l'état de l'installation, dont la conformité des filtres et leur perte de charge, résultats portés au dossier de maintenance. Les générateurs de chaleur et de froid ont leurs propres obligations, traitées au chapitre 72 ; l'hygiène des réseaux d'air et d'eau relève du chapitre 73.

Voici une gamme d'exemple pour le caisson de filtration de la centrale, avec ses critères :

• Relever la perte de charge au manomètre et la noter : mensuelle, 5 min, niveau 1, sans outil. Critère : valeur sous le seuil et cohérente avec la tendance des relevés précédents.
• Examiner poches, préfiltres et joints, porte ouverte et ventilateur arrêté : trimestrielle, 15 min, niveau 2, lampe. Critère : joints continus, aucune poche déchirée, aucune trace de poussière en aval du cadre, signe d'un by-pass.
• Changer préfiltres et poches : au seuil, 0,75 h, niveau 2, gants, masque et sacs fermés pour les filtres usagés. Critère : classes conformes au dossier, cadres serrés, et perte de charge propre retrouvée, ici 120 Pa, après remise en marche.
• Vérifier le zéro du manomètre, ventilateur arrêté, et l'étanchéité des tubes de prise de pression : annuelle, 10 min, niveau 2.

71.5 GMAO et historique

Une gestion de maintenance assistée par ordinateur, GMAO, tient l'inventaire des équipements sous le repère du schéma de principe et de l'étiquette posée sur le matériel. Elle déclenche les gammes à échéance, enregistre les bons de travaux et garde l'historique : date, durée, pièces, cause de la défaillance, relevés. Cet historique donne le MTBF, le MTTR et le MDT de l'exemple 1 et permet de corriger une périodicité trop prudente ou trop lâche. Sans cause ni relevé, il ne sert qu'à compter les visites.

L'étiquette pendue à la porte d'un caisson, avec ses cases de visite, est la forme la plus simple de cet historique. Elle ne remplace pas le dossier de maintenance de l'arrêté de 1987.

71.6 Choisir une stratégie

Aucune stratégie n'est bonne partout ; trois questions suffisent le plus souvent :

• Que coûte la défaillance ? Si elle est bénigne et sans effet induit, comme une lampe de couloir, la maintenance corrective est la moins chère. Si elle arrête une fonction critique ou cause des dégâts, il faut prévenir.
• Peut-on la voir venir ? Si un indicateur mesurable annonce la défaillance, comme la perte de charge d'un filtre ou la vibration d'un palier, la maintenance conditionnelle utilise chaque pièce jusqu'au bout de sa vie utile. Sinon, il reste la systématique.
• Que coûte l'intervention ? La préventive n'a d'intérêt que si elle coûte moins cher que la défaillance qu'elle évite. Elle n'en a aucun quand le bien ne s'use pas, c'est-à-dire quand ses défaillances arrivent au hasard.

71.7 Durée de vie et remplacement préventif

La loi de Weibull décrit la durée de vie de nombreux organes mécaniques. Sa fiabilité R(t), probabilité de fonctionner encore à l'âge t, et son taux de défaillance h(t) s'écrivent :

Le paramètre d'échelle η fixe l'ordre de grandeur de la vie. Le paramètre de forme β dit comment l'organe meurt : β < 1 pour les défauts de jeunesse, β = 1 pour des défaillances au hasard, la loi exponentielle, et β > 1 pour l'usure, avec un taux qui croît avec l'âge. Remplacer à l'âge T, ou à la défaillance si elle survient avant, coûte par heure de marche, avec C_p le coût d'un remplacement préventif et C_f celui d'une défaillance en service :

L'optimum vérifie h(T) · ∫R − F(T) = C_p / (C_f − C_p), avec F = 1 − R. Pour β = 1, le taux est constant : C(T) décroît toujours avec T, et le meilleur choix est d'attendre la défaillance.

Exemple 3 : les roulements de la pompe des ventilo-convecteurs. Hypothèses d'exemple : β = 2,5, η = 40 000 h de marche, remplacement préventif 350 €, défaillance en service 2 100 €, avec l'arrêt du circuit et le dépannage d'urgence. La pompe tourne 4 910 h par an.

1. Vie moyenne : η · Γ(1 + 1/β) = 35 491 h, soit 7,2 saisons. Le rapport C_f / C_p vaut 6,0.
2. À la défaillance, sans préventif : 2 100 € par vie moyenne, soit 291 € par an.
3. L'optimum, trouvé numériquement, est T* = 18 003 h, soit 3,67 saisons. À cet âge, R = 87,3 % : 12,7 % des pompes défaillent avant leur remplacement. Coût : 162 € par an, 44,2 % de moins qu'à la défaillance. Contrôle de la condition d'optimum : 0,2000 = 0,2000.
4. Calé sur l'intersaison, pour intervenir pompe arrêtée, le remplacement tous les 4 ans coûte 163 € par an : l'optimum est plat, et la contrainte d'exploitation ne coûte presque rien.
5. Avec β = 1, la même pompe aurait des défaillances au hasard : le coût décroît sans cesse avec T, vaut 264 € par an à 80 000 h et tend vers 258 € par an, le coût à la défaillance. Le préventif systématique n'y gagnerait rien.

La préventive systématique paie donc quand l'organe s'use et que la défaillance coûte nettement plus que le remplacement. Le β se tire de l'historique ou, à défaut, du fabricant ou d'un retour d'expérience publié.

71.8 Le filtre de la centrale : quand le changer ?

La centrale du plateau souffle 5 000 m³/h d'air neuf. Sa filtration a deux étages de deux cellules de 592 × 592 mm : un préfiltre plissé, puis un filtre à poches. La surface frontale de 0,701 m² donne une vitesse de 1,98 m/s, 2 500 m³/h par cellule. Depuis l'ISO 16890, les filtres de ventilation générale se classent selon la fraction de particules qu'ils arrêtent : ePM₁, ePM_2,5 et ePM₁₀, et ISO coarse pour les filtres grossiers. L'exemple prend un préfiltre ISO coarse et des poches ePM₁. Les ordres de grandeur retenus sont ceux de l'usage : 40 Pa pour le préfiltre neuf, 80 Pa pour les poches, 120 Pa au total, et un changement d'usage à 300 Pa, 2,5 fois la perte de charge initiale. L'EN 16798-3:2025 et l'EN 13053:2019 traitent de la filtration et des pertes de charge des centrales ; ce chapitre n'en tire aucune valeur.

Le filtre se colmate. Le modèle d'exemple le suppose linéaire : l'air extérieur porte 30 µg/m³ de poussière, dont 80 % reste dans les filtres, soit 0,120 g/h et 344 g par an ; chaque gramme retenu ajoute 0,5 Pa. La perte de charge croît donc de s = 0,060 Pa/h, 3,30 Pa par semaine de 55 h de marche. Comme le variateur tient le débit, le ventilateur paie cette perte de charge en électricité :

Avec q_v = 1,389 m³/s et un rendement global η = 0,65, le filtre propre coûte 256 W, soit 15,0 % des 1 709 W du ventilateur ; au seuil de 300 Pa, 641 W ; à 450 Pa, 962 W. Après 13, 26 et 52 semaines, la perte de charge atteint 162,9, 205,8 puis 291,6 Pa, et l'énergie cumulée 216,1, 497,8 puis 1 257,7 kWh, soit 43,22, 99,55 et 251,53 € à 0,20 €/kWh. Changer coûte 150 € : deux jeux de poches 80 €, deux préfiltres 16 €, 0,75 h de technicien 45 €, élimination 9 €.

Changer souvent use des filtres ; changer tard use de l'électricité. Le coût par heure de marche d'un changement toutes les T heures, avec p le prix de l'électricité, est minimal pour un intervalle de la même forme que la quantité économique de commande :

À l'optimum, le surcoût d'énergie dû au colmatage sur un intervalle égale le prix d'un changement. Δp₀ ne joue pas : la perte de charge du filtre propre se paie quel que soit l'intervalle.

Exemple 4 : intervalle optimal et coût annuel par stratégie. Prix de l'électricité 0,20 €/kWh, 2 868 h de marche par an.

1. Avec p en €/Wh et s en Pa/h, T* = √(2 × 150 × 0,65 / (0,00020 × 1,389 × 0,060)) = 3 421 h, soit 62,2 semaines ou 1,19 an. La perte de charge y atteint 325 Pa. Une recherche numérique retrouve 3 421 h.
2. À l'optimum : 0,84 changement par an, 126 € de filtres, 1 364 kWh soit 273 € d'énergie, 399 € par an au total.
3. Au seuil de 300 Pa, atteint après 3 000 h, soit 54,5 semaines : 0,96 changement par an, 143 € de filtres, 1 287 kWh soit 257 €, 401 € par an.
4. Tous les 12 mois : 403 € par an. Tous les 6 mois : 300 € de filtres et 200 € d'énergie, 500 € par an. Au seuil tardif de 450 Pa, atteint après 100,0 semaines : 78 € de filtres mais 349 € d'énergie, 428 € par an.

L'optimum est plat : à 0,7 T*, on paie 4,1 % de plus ; à 1,3 T*, 2,2 %. Le changement semestriel, fréquent dans les contrats, coûte 101 € de plus par an, le changement tardif 29 €. L'erreur coûteuse est ici de changer trop tôt.

Sensibilité au prix de l'électricité. À 0,10 €/kWh, T* passe à 4 837 h, 88,0 semaines, et la perte de charge optimale à 410 Pa ; l'optimum coûte 251 € par an. À 0,30 €/kWh, T* tombe à 2 793 h, 50,8 semaines, à 288 Pa, pour 529 € par an. T* varie comme l'inverse de la racine du prix : quand l'électricité est chère, on change plus tôt.

Sensibilité à la poussière. Dans un air deux fois moins chargé, 15 µg/m³, T* atteint 88,0 semaines, à 265 Pa, et le seuil de 300 Pa n'arrive qu'après 109,1 semaines. Dans un air deux fois plus chargé, 60 µg/m³, T* tombe à 44,0 semaines, à 410 Pa ; le seuil de 300 Pa, atteint en 27,3 semaines, coûte alors 544 € par an au lieu de 503, plus qu'un changement annuel, 508 €. Un seuil fixe fait changer d'autant plus tôt que l'air est chargé, alors que l'optimum ne raccourcit que comme l'inverse de la racine de la pente s : la bonne perte de charge de changement monte avec la poussière, 265, 325 puis 410 Pa.

La limite d'hygiène. L'usage borne aussi la durée de service d'un filtre, quelle que soit sa perte de charge, parce qu'un média chargé de poussière et d'humidité peut développer des micro-organismes, sujet du chapitre 73 ; l'exemple retient douze mois, soit 52,1 semaines de marche. Dans le cas de base, l'optimum, à 62,2 semaines, et le seuil de 300 Pa, à 54,5 semaines, tombent tous deux au-delà : c'est la borne qui décide, pour 4 € par an de plus que l'optimum, 403 € au lieu de 399. À 0,10 €/kWh, elle porte le coût de 251 à 276 € par an ; dans l'air à 15 µg/m³, de 325 à 350 €. La règle d'exploitation est donc conditionnelle avec une borne systématique : changer au premier des deux, seuil du manomètre ou douze mois.

Le modèle reste un exemple : la courbe réelle de colmatage se relève en fin de vie, ce qui avance l'optimum, et les prix varient. Dans ce modèle linéaire, ni le seuil fixe ni le changement annuel ne gagne partout : l'écart entre eux reste de quelques pour cent, en faveur de l'un ou de l'autre selon l'air. Le manomètre ne gagne que si l'on exploite ses relevés : ils donnent la pente réelle s, donc T* et la bonne perte de charge de changement de l'installation ; c'est la maintenance prévisionnelle de 71.1. Il voit aussi ce que le modèle ignore : la remontée de fin de vie, et une chute anormale de la perte de charge, signe d'une poche déchirée ou d'un by-pass.

À retenir

• Défaillance, événement ; panne, état. Corrective après la panne ; préventive systématique à échéance, conditionnelle sur mesure, prévisionnelle sur tendance.
• A_i = MTBF / (MTBF + MTTR) juge le matériel ; A_o = MTBF / (MTBF + MDT) juge l'organisation. Exemple : 99,92 % contre 99,63 %, l'écart venant de l'attente d'une pièce.
• Avec deux chaudières qui couvrent chacune 75,8 % de la pointe, la panne de l'une ne prive le plateau que de 2,69 kWh par an en espérance.
• Une gamme donne opérations, périodicité, durée, niveau, outillage et critère d'acceptation ; elle part de la notice et intègre la réglementation.
• La préventive systématique ne paie que pour un organe qui s'use (β > 1) et dont la défaillance coûte cher : 162 € par an au lieu de 291 pour les roulements de l'exemple.
• Filtre : T* = √(2Cη / (p q_v s)), 62,2 semaines et 325 Pa ici ; changer au manomètre coûte 0,5 % de plus que l'optimum, tous les six mois 25,4 %. La borne d'hygiène d'usage de douze mois décide ici : 403 € par an.

Sources publiques : EN 13306:2017, maintenance, terminologie (NF EN 13306, novembre 2017), définitions paraphrasées ; NF X60-000:2016, maintenance industrielle, fonction maintenance, qui remplace le fascicule FD X60-000 de 2002, annulé (niveaux de maintenance présentés comme usage, texte non lu) ; ISO 16890-1:2016 (NF EN ISO 16890-1), filtres à air de ventilation générale, classification par efficacité ePM, révision en projet (noms des classes seulement) ; EN 16798-3:2025 et EN 13053:2019, cités sans valeur tirée du texte (pertes de charge initiale et de changement, limite de douze mois : usages) ; Code du travail, article R4222-20, version en vigueur depuis le 1^er mai 2008, lue sur Légifrance le 26/10/2026 ; arrêté du 8 octobre 1987 relatif au contrôle périodique des installations d'aération et d'assainissement des locaux de travail, articles 2 et 3 en vigueur depuis le 1^er avril 1988, version consolidée lue sur Légifrance le 26/10/2026 (articles 1 et 5 modifiés par l'arrêté du 20 décembre 2021) ; R. E. Barlow et F. Proschan, Mathematical Theory of Reliability, 1965, pour le remplacement à l'âge ; formules classiques de sûreté de fonctionnement et de la quantité économique de commande. Installations de référence : le modèle commun du cours. Tous les nombres viennent du modèle du cours, qui les importe ; l'historique de pannes, les paramètres de Weibull, la poussière, le colmatage et les prix sont des hypothèses d'exemple.