Enovasense

01 — Introduction

Revêtements isolants : quelques microns qui font le rendement des moteurs et des transformateurs

L'acier électrique constitue le noyau magnétique de chaque transformateur, moteur électrique et générateur. Pour limiter les pertes par courants de Foucault, ce noyau est formé de tôles fines — généralement de 0,20 à 0,65 mm d'épaisseur — empilées ou enroulées les unes sur les autres. Chaque tôle doit être isolée électriquement de ses voisines : c'est le rôle du revêtement isolant, une fine couche appliquée sur les deux faces de la bande en fin de production.

Deux familles d'acier électrique sont produites, chacune avec sa propre architecture de revêtement :

Grains orientés (GO) Grains non orientés (NO / NGO) Vernis de collage (Backlack)

L'acier à grains orientés, utilisé dans les transformateurs, porte un film de forstérite formé pendant le recuit haute température à partir d'un séparateur MgO, recouvert d'un revêtement de tension à base de phosphate. L'acier à grains non orientés, utilisé dans les moteurs et générateurs — notamment les moteurs de traction des véhicules électriques — reçoit un vernis isolant unique. Selon l'application, ces revêtements sont inorganiques, organiques ou hybrides, et de plus en plus souvent sans chrome. Une part croissante de la tôle NO reçoit aussi des vernis de collage qui remplacent le soudage ou l'agrafage des paquets de tôles.

Dans tous les cas, le revêtement est appliqué à l'état liquide par des enducteurs à rouleaux, puis séché et cuit dans un four continu avant bobinage.

Classes de revêtement et produits types

Les revêtements isolants sont classés par la norme ASTM A976 (classes C-0 à C-6), avec des désignations EC équivalentes dans la norme IEC 60404-1-1. Les classes les plus courantes sur les lignes de revêtement sont présentées ci-dessous, avec des exemples de produits du commerce mesurés ou ciblés par les capteurs Enovasense.

Exemples de revêtements du commerce dans ce domaine (liste non exhaustive) :

• Rembrandtin / Kansai Helios — REMISOL®, revêtements pour acier électrique, par exemple REMISOL EB 5308, EB 5320 (sans chrome, acier à grains orientés), EB 5340, EB 5350S et EB 5002M.
• Axalta — Voltatex®, revêtements pour acier électrique et vernis de collage, par exemple Voltatex 1175W, 1230 et 1250V.
• ELANTAS (ALTANA), vernis isolants pour tôles magnétiques.
• Kluthe, revêtements isolants pour acier électrique.
• Revêtements de tension à base de phosphate pour acier à grains orientés, de type CARLITE®, et formulations propres aux aciéristes.

Toutes les marques citées appartiennent à leurs propriétaires respectifs. Leur mention identifie le type de revêtement concerné et n'implique ni approbation ni partenariat.

02 — Exigences qualité

Pourquoi l'épaisseur doit être contrôlée sur les deux faces et sur toute la bande

Le revêtement isolant doit rester dans une fenêtre de procédé étroite. Les épaisseurs sèches courantes vont de quelques dixièmes de micron à environ 10 µm par face, et les spécifications sont souvent exprimées en grammage (g/m²). Un écart d'un côté ou de l'autre de cette fenêtre a des conséquences directes sur la machine électrique finale.

Trop mince : défaut d'isolation

Un revêtement localement trop mince ne garantit plus la résistance interlaminaire. Le contact électrique entre tôles crée des courts-circuits dans le noyau, qui augmentent les pertes par courants de Foucault et l'échauffement local. Pour les vernis de collage, une couche insuffisante affaiblit aussi la tenue mécanique du paquet.

Trop épais : baisse du coefficient de foisonnement et difficultés de mise en œuvre

Chaque micron de revêtement supplémentaire est un volume non magnétique dans le noyau. Un revêtement excessif réduit le coefficient de foisonnement — la part d'acier dans le volume du noyau — et donc le rendement du moteur ou du transformateur. Il peut aussi dégrader l'aptitude au découpage, au soudage et l'adhérence, et augmente la consommation de vernis.

Dérive de l'enducteur et reformulation sans chrome

L'usure des rouleaux, les variations de viscosité, d'entrefer ou de vitesse et les effets de rive modifient l'épaisseur appliquée dans la largeur et le long de la bobine. Dans le même temps, le passage généralisé aux formulations sans chrome oblige les producteurs à requalifier leurs grammages. Seule une mesure dense dans la largeur de bande, sur les deux faces, révèle ces écarts avant l'expédition de la bobine.

03 — Difficultés de mesure

Pourquoi les méthodes conventionnelles laissent la ligne de revêtement aveugle

Les revêtements isolants sont minces, peu denses, souvent transparents, et déposés sur un substrat ferromagnétique qui défile à grande vitesse. La plupart des producteurs s'appuient encore sur des méthodes de laboratoire appliquées à des échantillons prélevés en bout de bobine.

Pesée après décapage : précise mais destructive et lente

Le grammage est déterminé en pesant un échantillon avant et après décapage chimique du revêtement. C'est la méthode de référence habituelle, mais elle est destructive, demande du temps et ne donne qu'une valeur par échantillon — généralement en tête ou en queue de bobine. Une dérive survenue au milieu de la bobine passe inaperçue.

Essais de résistance d'isolement : un contrôle fonctionnel, pas une épaisseur

Les essais de résistance d'isolement de surface (comme l'essai Franklin) vérifient que le revêtement isole, mais ne donnent pas son épaisseur. Ils sont réalisés hors ligne et n'indiquent pas à l'opérateur comment régler l'enducteur.

Jauges à contact et jauges en ligne : limitées par le revêtement lui-même

Les sondes portatives à induction magnétique ou à courants de Foucault donnent une épaisseur, mais nécessitent un contact et restent des contrôles ponctuels sur échantillons découpés. Les jauges en ligne fondées sur l'absorption des rayons X ou sur la fluorescence ont d'autres limites : la faible densité et la composition variable des revêtements pour les premières, la nécessité d'un composant fluorescent ou pigmenté pour les secondes — ce qui exclut de nombreux revêtements inorganiques et transparents.

L'intérêt d'une mesure sans contact

• Chaque bobine est mesurée, et pas seulement son échantillon de tête ou de queue.
• Les deux faces sont contrôlées : un écart sur l'un des enducteurs est identifié immédiatement.
• Les revêtements organiques, inorganiques et hybrides sont mesurés avec le même principe, qu'ils soient transparents ou pigmentés.
• La correction en boucle fermée de l'enducteur devient possible, ce qui réduit la consommation de vernis et les produits non conformes.

04 — Comparaison des technologies

Pourquoi la radiométrie photothermique laser convient aux revêtements isolants

La radiométrie photothermique laser brevetée d'Enovasense mesure le revêtement à travers ses propriétés thermiques. Un faisceau laser modulé génère une onde thermique en surface ; un détecteur infrarouge capte la chaleur qui en revient ; l'épaisseur est déduite de la phase de la réponse thermique. Comme les revêtements isolants et l'acier ont des propriétés thermiques très différentes, le contraste reste fort même pour des couches submicroniques. La méthode est entièrement sans contact, non destructive, et ne dépend ni de la couleur ni de la transparence du revêtement.

05 — Performances métrologiques

Étude de cas : revêtements isolants d'un sidérurgiste intégré

Un sidérurgiste intégré a fourni des échantillons de bande revêtue issus de ses lignes d'acier électrique, couvrant les classes C3, C5 et C6 à plusieurs grammages. Les échantillons ont été mesurés sans contact avec un capteur Enovasense dans une station de contrôle de laboratoire, dans la configuration suivante :

Les valeurs ci-dessous correspondent à la configuration de mesure utilisée pour cette étude. Les performances réelles d'une application dépendent du système optique choisi, de la formulation du revêtement et de sa plage d'épaisseur.

Justesse : corrélation avec une jauge de référence à contact

Les résultats Enovasense ont été comparés aux épaisseurs obtenues sur les mêmes échantillons avec une jauge à contact à induction magnétique / courants de Foucault. Les deux méthodes présentent une corrélation linéaire avec R² = 0,96 sur la plage de 2 à 8 µm couverte par les mesures de référence, avec une seule droite de régression pour les trois classes de revêtement.

Répétabilité

Dix mesures successives ont été réalisées exactement au même point d'un échantillon C5. L'épaisseur moyenne est de 5,41 µm avec un écart-type de 0,09 µm, soit un écart-type relatif de 1,7 % — bien en deçà de la tolérance habituelle d'une spécification de grammage.

Tolérance à la distance de travail

La planéité de la bande, ses battements et les variations de la ligne de passe modifient la distance entre le capteur et la surface. L'échantillon a été mesuré en faisant varier cette distance autour de sa valeur nominale : le biais de mesure reste négligeable dans une fenêtre de ±5 mm, qui est la tolérance de travail recommandée pour cette configuration optique.

06 — Intégration industrielle

Du contrôle en laboratoire à la mesure en ligne

Enovasense accompagne les sidérurgistes et les transformateurs de bobines à chaque étape, de la qualification d'une nouvelle formulation au contrôle continu d'une ligne de production.

Contrôle en laboratoire de ligne

Les échantillons de bout de bobine sont placés dans une station de contrôle Enovasense qui cartographie automatiquement l'épaisseur du revêtement sur les deux faces. Le résultat remplace ou complète la pesée en quelques minutes plutôt qu'en plusieurs heures, et constitue le moyen le plus rapide de qualifier des formulations sans chrome ou de nouveaux grammages.

Mesure en ligne

Sur la ligne, les têtes de mesure Enovasense sont installées après le four de cuisson, sur une ou deux faces de la bande, en positions fixes ou sur un chariot traversant. De l'air est soufflé sur la fenêtre de sortie pour protéger l'optique. Une distance de travail de plusieurs centimètres maintient la tête à l'écart de la bande, et la tolérance de ±5 mm absorbe les variations de la ligne de passe. Les résultats sont transmis en temps réel par Ethernet (TCP/IP) à l'automatisme de ligne, au niveau L2 ou au MES, pour la traçabilité des bobines et la correction de l'enducteur.

Étapes de déploiement