tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations

Transcription

Fonds de Formation professionnelle de la Construction
Manuel modulaire Chauffage central
MODULE 1.2
Tuyaux:
matériaux, façonnage,
joints et fixations
MANUEL MODUL AIRE CHAUFFAGE CENTRAL
1.2 - Tuyaux: matériaux,
façonnage, joints et fixations
FONDS DE FORMATION PROFESSIONNELLE DE LA CONSTRUCTION (FFC)
Rue Royale 45 – B-1000 Bruxelles
Tél.: +32 2 210 03 33 – Fax: +32 2 210 03 99
Website: www.laconstruction.be - E-mail: [email protected]
@ Fonds de Formation professionnelle de la Construction, Bruxelles, 2008.
Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation, par quelque procédé que ce soit, réservés pour tous les pays.
D/2008/1698/05
2
Module 1 - Volume 2: Tuyaux, matériaux, façonnage, joints et ﬁxations
Avant-propos
Situation
Bien qu’il existe déjà plusieurs publications sur le chauffage central,
celles-ci sont trop souvent théoriques ou même dépassées. La rédaction d’un manuel pratique s’imposait donc pour répondre à une
demande certaine.
A l’initiative de l’UBIC, sous la houlette de son président, Roland
Debruyne, et avec le soutien de la BOUWUNIE, le FFC (Fonds de
Formation professionnelle de la Construction) a reçu pour mission la
rédaction du “Manuel modulaire Chauffage central”. Quelques volumes sont maintenant disponibles, les autres volumes suivront dans le
courant des toutes prochaines années.
Certains éléments que l’on retrouve dans le manuel “L’installateur sanitaire” (une édition du FFC) seront traités en lien étroit par le comité de
rédaction de ce manuel.
En ce qui concerne le traitement de l’air, nous collaborons avec l’ATIC
(l’Association technique du secteur HVAC) et l’ACA (l’organisation professionnelle de l’air conditionné).
Notre comité de rédaction se compose de personnes motivées issues
de l’enseignement, de la formation professionnelle et d’entreprises de
chauffage.
Notre ouvrage de référence est constitué de différents modules et
s’inspire du profil professionnel. Un module pourra être composé
de différents volumes. Ainsi, nous retrouvons des volumes axés sur
l’exécution du travail (monteurs), alors que d’autres sont orientés vers
l’entretien (techniciens) ou le développement de l’installation (installateurs).
Notre manuel veut offrir au lecteur une approche plus visuelle du sujet
et alterne pour cela les textes et les illustrations.
Nous voulons rester proches de la réalité et nous en tenir aux principes
de l’apprentissage des compétences. Voilà pourquoi nous accordons
la préférence à une orientation pratique dans la description de chaque
thème. Néanmoins, nos volumes ne reprennent pas d’exercices pratiques puisque ce ne sont pas des manuels scolaires.
Voorwoord
3
Autonomie vis-à-vis de la formation
Cet ouvrage de référence est développé de façon à être accessible à
différents groupes-cibles.
Nous sommes partisans de la formation permanente: ce manuel
pourra être consulté aussi bien par un élève d’une école secondaire,
que par un apprenant en formation continue ou par un installateur de
chauffage central désirant rester informé.
Une approche intégrée
L’installation durable sera intégrée dans les différents modules. Pour
éviter les redites, nous avons choisi de consacrer, dans chaque volume, un chapitre particulier aux sciences appliquées.
Nous essayerons d’intégrer le plus possible des thèmes tels que la
sécurité, la santé et l’environnement. Ceux-ci pourront néanmoins
être abordés séparément, si nécessaire.
Les normes et les publications du CSTC seront traitées dans la
même optique.
Stefaan Vanthourenhout,
Président du FFC.
Rédaction
Coordination
Léon Du Four
Comité de rédaction
Paul Adriaenssens, Inge De Saedeleir, Marc Decat, Gustaaf Flamant,
Marc Legrand, Eric Maertens, René Onkelinx, Jacques Rouseu,
Patrick Uten
Dessins
Thomas De Jongh
Comité de lecture
Gaston Ledoyen, René Onkelinx, Alain Hillaert
Contact
Vous pouvez adresser toutes vos remarques, questions au:
FFC - Rue Royale 45 - 1000 Bruxelles
Tél.: 02 210 03 33 - Fax: 02 210 03 99
www.laconstruction.be
Remarque
Les dessins d’habitations utilisés sont basés sur les maquettes éditées par le FFC et peuvent être utilisés en complément, pour mieux
comprendre le caractère tridimensionnel d’un plan d’habitation.
Rédaction
4
Table des matières
Avant-propos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Rédaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1 Description des matériaux utilisés pour les tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1 Acier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.1 Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.4 Caractéristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.5 Dimensions commerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Tube d’acier à paroi mince/tube de précision . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.4 Caractéristiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.5 Dimensions commerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3 Cuivre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4 Matières plastiques - généralités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.2 Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.3 Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.4.4 Choix du matériau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5 PVC-U (polychlorure de vinyle sans plastifiant) . . . . . . . . . . . . . 27
1.5.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.5.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.5.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.6 PVC-C (polychlorure de vinyle chloré) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.6.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.6.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.6.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Table des matières
5
1.7 PE (polyéthylène) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.7.1 Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.7.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.7.3 Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.7.4 Caractéristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.7.5 Dimensions commerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.8 PER (polyéthylène réticulé). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.8.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.8.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.8.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.9 PB (polybutène) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.9.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.9.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.9.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.10 PP (polypropylène) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.10.1 Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.10.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.10.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.10.4 Caractéristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.11 ABS (acrylonitrile–butadiène–styrène). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.11.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.11.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.11.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.12 Tuyau multicouche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.12.1 Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.12.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.12.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.12.4 Caractéristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2 Façonnage des tuyaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1 Traçage et mesurage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1.1 Mesurage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1.2 Outils de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Table des matières
6
2.2 Cintrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.1 À l’aide d’un ressort à cintrer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.2 Avec une pince à cintrer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.3 Méthode hydraulique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.4 À la machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.5 Cintrage à chaud. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.6 Pour travailler en toute sécurité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3 Mise à longueur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.1 Sciage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.2 Coupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3.3 Cisaillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.4 Mise à longueur mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4 Ébarbage et calibrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3 Assemblage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1 Préparation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.1 Évasement/alésage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.2 Branchement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.1.3 Battage de collets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2 Assemblage fileté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.2 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.4 Outils à utiliser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3 Assemblage par raccord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.2 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4 Raccord rapide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.2 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5 Assemblage à sertir. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5.2 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Table des matières
7
3.6 Assemblage à manchon coulissant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.6.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.6.2 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.6.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.7 Brasage tendre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.7.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.7.2 Réalisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.7.3 Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.7.4 Outils à utiliser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.7.5 Pour travailler en toute sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.8 Brasage fort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.8.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.8.2 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.8.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.9 Soudage autogène – Soudage au chalumeau . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.9.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.9.2 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.9.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.10 Soudage électrique/semi-automatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.10.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.10.2 Réalisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.10.3 Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.10.5 Pour travailler en toute sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.11 Soudage par manchon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.11.1 Manchon électrosoudable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.11.2 Soudage par polyfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.12 Soudage au miroir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.13 Assemblage à bride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4 Produits d’étanchéité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.2 Produits d’étanchéité pour assemblage fileté . . . . . . . . . . . . . . 87
4.2.1 Produits d’étanchéité anaérobies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.2.2 Produits d’étanchéité non-durcissants . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.2.3 Ruban PTFE non fritté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.2.4 Matériaux de support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.2.5 Méthode d’étanchement des assemblages filetés. . . . . . . . 90
Table des matières
8
4.3 Garnitures pour brides et raccords en trois parties. . . . . . . . . . 91
4.3.1 Klingérite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.3.2 Caoutchouc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.3.3 Fibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5 Récapitulatif des matériaux, assemblages et joints d’étanchéité utilisés pour les tuyaux. . . . . . . . . . 93
5.1 Dilatation des différents matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.2 Techniques d’assemblage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3 Application du brasage sur les tuyaux en cuivre . . . . . . . . . . . . 94
5.4 Accessoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.5 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.6 Produits d’étanchéité utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6 Fixations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.2 Clous. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.2.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.2.2 Dimensions commerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.3 Vis à bois et tire-fonds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.3.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.3.2 Dimensions commerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.4 Vis à métaux, écrous et rondelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.4.1 Vis à métaux (boulons) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.4.2 Écrous. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.4.3 Rondelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.4.4 Vis autotaraudeuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.4.5 Vis autoforeuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.5 Chevilles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.5.1 Chevilles normales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.5.2 Chevilles spéciales.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.6 Boulons d’ancrage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.7 Chevilles autoforeuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.8 Ancrages chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.9 Appareils de forage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.9.1 Appareils électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.9.2 Appareils de forage à accumulateurs . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.9.3 Régime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.9.4 Tête de perçage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Table des matières
9
6.10 Mèches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.10.1 Béton/maçonnerie dure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.10.2 Mèches à maçonnerie et à béton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.10.3 Mèches à couronne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.10.4 Mèche à bois (mèche hélicoïdale) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.10.5 Forage dans une tôle mince. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.10.6 Forage dans des tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7 Sciences appliquées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1 Unités de base: système SI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1.1 Mesures de longueur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1.2 Unités de temps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1.3 Unités de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.2 Unités dérivées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.2.1 Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.2.2 Volumes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.3 Unités appliquées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.3.1 Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.3.2 Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.3.3 Gravité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.3.4 Poids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.3.5 Masse volumique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.3.6 Pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.3.7 Température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.3.8 Particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
7.3.9 Cohésion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
7.3.10 Adhésion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7.4 Propriétés générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.4.1 État d’agrégation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.4.2 Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.4.3 Capillarité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.5 Propriétés mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.5.1 Dilatation thermique des corps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.5.2 Mémoire thermique – élasticité – fluage et retrait . . . . . . . 131
Table des matières
10
1 Description des matériaux utilisés pour
les tuyaux1
1.1 Acier
1.1.1 Description
Le processus de production débute par la production de fonte brute
au départ du minerai. Cette opération s’effectue dans les hauts-fourneaux. La fonte brute constitue, avec la ferraille, la matière première
des aciéries. À l’aide d’oxygène, la fonte brute y est débarrassée d’éléments indésirables comme le silicium (Si), le phosphore (F), le soufre
(S) et l’excès de carbone (C).
L’acier est coulé en gros blocs qui seront transformés en produits
semi-finis dans le laminoir à lingots: plaques, blooms. Ceux-ci sont
ensuite laminés une nouvelle fois en tôles épaisses, tôles minces laminées à chaud ou à froid, barres, fils et fer-blanc.
C’est au départ de ces produits que s’effectuent les transformations
ultérieures: tubes, profilés…
Matières premières
Fonderie
Production d’acier
Déformation
Produits finis
affinage et coulée
Minéraux
four
hautfourneau
coulée
laminage
profilés
tôles
bloc de
coulée
Coke
fer brut
tubes
fonte
ferrailles
Source: Thomas De Jongh
Pour fabriquer des tubes d’acier soudés, on enroule (par laminage)
des bandes d’acier et on les soude dans le sens de la longueur du
joint. Ce joint reste toujours visible.
1
Voir Module 2: Distribution
Chapitre 1: Description des matériaux utilisés pour les tuyaux
11
Les tubes fabriqués au départ de barres rondes ne présentent pas de
joint; on les appelle tubes sans soudure. Ils sont, entre autres, fabriqués suivant la méthode Mannesmann: un mandrin d’acier placé entre
des rouleaux de laminoir évase une barre d’acier porté au rouge.
Principe du “perçage”
1= mandrin
2= barre de fonte (chauffée à blanc)
3= rouleau de laminoir
4= tube
1.1.2 Propriétés
La masse volumique2 de l’acier se situe entre 7 200 et 7 800 kg/m3, sa
température de fusion entre 1 100 °C et 1 500 °C. Sa dilatation linéaire3
est de 0,012 mm / (m · K).
Les tubes résistent à une pression hydraulique d’essai de 5 000 kPa
(50 bars) et, montés dans une installation, ils doivent résister pendant
24 heures, au point le plus bas de l’installation, à une pression constante de 1 500 kPa (15 bars).
1.1.3 Applications
Les tuyaux d’acier conviennent très bien pour la pose de canalisations
et peuvent être appliqués dans les installations de chauffage central,
les conduites d’eau, de gaz, de mazout, de sprinklers et d’air comprimé.
Parmi les applications pour installations de chauffage central, nous
distinguons le “tube en acier à fileter” et le “tube bouilleur” (voir plus
loin).
1.1.4 Caractéristiques
• Relativement bon marché
• Résiste à une pression élevée
• Se dilate peu
• Est très rigide et, de ce fait, reste droit lors de la pose
• Possède une longue durée de vie
• Résiste à une grande force extérieure
• Peut être soudé
2
3
Voir également: Sciences appliquées
12
• Doit être protégé contre la rouille
• Est étanche à l’oxygène (= pas de diffusion) 4
• Demande beaucoup de main-d’œuvre.
1.1.5 Dimensions commerciales
Les tubes en acier sont vendus avec joint longitudinal (tubes soudés)
ou sans joint (tubes sans soudure).
Le joint peut être soudé perpendiculairement à la paroi ou en biais.
bout à bout
recouvrement
bout à bout
recouvrement
joint soudé
tuyau à gaz
sans joint
tube fileté
joint soudé
tuyau à vapeur
sans joint
tuyaux en acier
bout à bout
joint soudé
tube à fumée
sans joint
Les tubes sont fabriqués en longueurs droites, généralement de 6 m.
Selon l’application, ces tubes peuvent être livrés nus (noirs), avec une
couche de zinc interne et externe (galvanisé = zingué), une couche de
peinture (bleu), une couche antirouille (rouge = minium) ou un revêtement synthétique (p. ex.: PE jaune).
On classe les tubes en fonction du groupe de qualité (type d’acier et
type de soudure), de la norme de fabrication et des dimensions. Ces
caractéristiques sont établies dans des normes (NBN, DIN, ISO et EN).
Les tubes les plus courants pour le chauffage central sont:
Les tubes à visser
Également appelés “tubes filetés” (NBN A25-103 et EN 10224)
La paroi d’un tube fileté est plus épaisse, ce qui permet d’y découper
un filetage. Le diamètre des tubes filetés s’exprime en mm ou en pouces (inches). Parmi les tubes filetés, on distingue encore la série milourde (le tuyau de gaz: DIN 24405) et la série lourde (le tuyau à vapeur:
DIN 24416 ). Comme les deux types ont le même diamètre extérieur, on
peut y découper le même filetage. Les tubes peuvent être fabriqués
avec ou sans soudure.
4
DIN 2440: spécification standard pour les tubes filetés sans soudure et soudés (également appelés “tuyaux de gaz”. On les utilise à
une pression max. de 25 bars pour les fluides et de 10 bars pour les gaz non dangereux.
6
DIN 2441: spécification standard pour les tubes filetés sans soudure et soudés (également appelés “tuyaux à vapeur”. On les utilise à
une pression max. de 25 bars pour les fluides et de 10 bars pour les gaz non dangereux.
5
13
Le tableau ci-dessous récapitule les tuyaux les plus utilisés.
Série mi-lourde (ISO Medium) DIN 2440: sans soudure ou soudés
Dimensions en pouces
Diamètre nominal DN
3/8”
1/2”
3/4”
1”
1 ¼”
1 ½”
2”
10
15
20
25
32
40
50
Diamètre extérieur
mm
17,2
21,3
26,9
33,7
42,4
48,3
60,3
Épaisseur de la paroi
mm
2,35
2,65
2,65
3,25
3,25
3,25
3,65
Capacité
l/m
0,123
0,201
0,366
0,581
1,01
1,37
2,21
kg/m
0,852
1,22
1,58
2,44
3,14
3,61
5,10
Masse tube non galvanisé
Série lourde (ISO Fort) DIN 2441 tubes à vapeur: sans soudure ou
soudés
3/8”
1/2”
3/4”
1”
1 ¼”
1 ½”
2”
10
15
20
25
32
40
50
mm
17,2
21,3
26,9
33,7
42,4
48,3
60,3
mm
2,9
3,25
3,25
4,05
4,05
4,05
4,5
Capacité
l/m
0,102
0,172
0,327
0,515
0,924
1,27
2,07
kg/m
1,02
1,45
1,90
2,97
3,84
4,43
6,17
Les tubes à extrémités lisses, non filetables
Également appelés “tubes bouilleur” (NBN A25-104 et EN 10 224).
Les “tubes bouilleur” existent, eux aussi, en version sans soudure (DIN
2448) et soudée (DIN 2458). On les applique généralement pour les
diamètres supérieurs à DN32 (5/4”) et leur paroi plus mince interdit le
filetage. Les assemblages sont réalisés par soudage autogène7 ou par
soudage à l’arc8.
Dans notre métier, on utilise plus les tubes bouilleur pour les gros diamètres, et uniquement pour les souder.
Série normale (sans soudure et soudés)
1”
1 ¼”
1 ½”
2”
2 ½”
3”
4”
25
32
40
50
65
80
100
mm
33,7
42,4
48,3
60,3
76,1
88,9
114,3
mm
2,3
2,6
2,6
2,9
2,9
3,2
3,6
Capacité
l/m
0,66
1,09
1,46
2,33
3,88
5,34
9,00
kg/m
1,78
2,55
2,93
4,11
5,24
6,76
9,83
7
8
Voir “Usinage des tubes”
Voir “Usinage des tubes”
14
Série légère (sans soudure et soudés)
1”
1 ¼”
1 ½”
2”
2 ½”
3”
4”
25
32
40
50
65
80
100
mm
33,7
42,4
48,3
60,3
76,1
88,9
114,3
mm
2,0
2,3
2,3
2,3
2,6
2,9
3,2
Capacité
l/m
0,69
1,12
1,50
2,43
3,94
5,42
9,14
kg/m
1,56
2,27
2,61
3,29
4,71
6,15
8,77
1.2 Tube d’acier à paroi mince/tube de précision (acier – galvanisé – inoxydable)
1.2.1 Description
Ce sont des tubes soudés à paroi mince, de 12 à 54 mm de diamètre
extérieur, en acier très pur à faible teneur en carbone. Ils sont fabriqués avec des tolérances précises et une degré élevé de finition de la
surface.
Ils ont souvent une protection externe, une protection en zinc ou un
manteau synthétique.
Source: Mannesmann
1.2.2 Propriétés
L’inox (acier inoxydable) n’est pas magnétique et résiste bien à la
corrosion. Selon la composition (au moins 11 % de chrome), on distingue différents types d’aciers inoxydables.
Les chlorures et les produits de nettoyage attaquent les conduites.
Il faut éviter tout contact entre l’acier doux normal et les types d’aciers
inoxydables: particules, limaille, brosses.
Le contact avec le ciment, le mortier et le plâtre crée un risque de
corrosion.
La masse volumique du type d’acier dont sont faits les tubes de précision est de 7 900kg/m3.
• Se dilate peu
• Rigide et rectiligne
• Résistant à une force extérieure (chocs)
Source: Viega
15
1.2.3 Applications
Ces tubes sont très utilisés dans les techniques d’installation, car on
peut les cintrer comme les tubes en cuivre.
Leur domaine d’application se situe principalement dans les installations de chauffage central. Leur assemblage peut s’effectuer à l’aide
d’une brasure capillaire (pour inox), de raccords en acier ou de raccords à sertir.
• Montage rapide
• Faible poids
• Compatibilité avec différentes machines à compression courantes
• Résistance aux températures élevées
• Bonne cintrabilité
• Bonne résistance à la traction et aux chocs
• Manteau à surface lisse
• Etanchéité à l’oxygène (= pas de diffusion) 9
• Demandent beaucoup de main-d’œuvre
Les tubes sont livrés en longueurs droites ou en rouleaux. Ils n’ont pas
de protection interne.
Les longueurs droites avec ou sans protection externe (peinture, zingage, couche synthétique…) sont fournies en longueurs de 6 mètres.
Les tubes d’acier minces pour chauffage central sont fournis sous la
forme de tubes droits, sans traitement ou avec protection de surface
(peinture, zingage, couche synthétique…).
Tubes de précision en acier (à paroi mince) DIN 2391 (sans soudure)
ou DIN 2394 (soudés).
Sélection des tubes en acier à paroi mince les plus utilisés:
Dimensions en mm
12 x 1,2 15 x 1,2 18 x 1,2 22 x 1,5 28 x 1,5 35 x 1,5 42 x 1,5
= diamètre extérieur en mm
12
15
18
22
28
35
42
mm
1,2
1,2
1,2
1,5
1,5
1,5
1,5
Capacité
l/m
0,07
0,12
0,19
0,28
0,49
0,80
1,19
kg/m
0,338
0,434
0,536
0,824
1,052
1,320
1,620
Masse du tube non galvanisé
Sélection des tubes en acier inoxydable les plus utilisés:
Dimensions en mm
= diamètre extérieur en mm
22 x 1,2
28 x 1,2
35 x 1,5
42 x 1,5
15
22
28
35
42
mm
1,0
1,2
1,2
1,5
1,5
Capacité
l/m
0,13
0,30
0,51
0,80
1,19
0,338
0,434
0,536
0,824
1,503
Masse du tube
9
15 x 1
kg/m
16
1.3 Cuivre
1.3.1 Description
Le cuivre est un matériau utilisé depuis de nombreux siècles. Les civilisations les plus anciennes le connaissaient déjà et il a été longtemps
le métal le plus important pour l’homme en tant que constituant du
bronze. On connaît aussi le cuivre depuis plusieurs siècles pour les
installations sanitaires. Mais son usage comme matériau d’installation
s’est généralisé à une date relativement récente (1960).
Production
Après avoir été extrait dans la mine, le minerai de cuivre est épuré progressivement, en suivant différentes étapes.
Dans le hall de production de la mine, le cuivre est épuré à environ 90 % par fusion et par différents
traitements chimiques et physiques.
Pour obtenir un cuivre encore plus pur, il faut le traiter par électrolyse.
Le cuivre chargé d’impuretés est coulé en plaques. Ces plaques, appelées anodes, sont suspendues
dans des bacs. Les bacs sont remplis d’une solution d’acide sulfurique, d’eau et de sulfate de cuivre.
De minces plaques de cuivre sont suspendues entre les plaques à épurer: les cathodes. Sous l’effet
de l’électrolyse, les particules de cuivre (ions de cuivre) du métal à épurer (anodes) vont se dissoudre
et se déposer sur le cuivre pur (cathodes). Pour accélérer le processus, on chauffe le bain à 60 °C et
on fait circuler un courant continu sur les anodes et les cathodes.
Grâce à ce procédé, on obtient des plaques de cuivre (cathodes) très pur (99,9 %) de plus de 120
kg.
La fabrication des tuyaux en cuivre peut se subdiviser en:
- fusion,
- déformation à chaud (perçage, extrusion),
- déformation à froid (laminage, étirage),
- façonnage final.
cathode
anode
17
Fusion
Résidus
métalliques
four
Cathodes
Déformation
extrusion
billettes
Etirage
tubes déformés à chaud
perçage
tubes déformés à froid
laminage
Façonnages finaux
tuyaux
doux
étirage
banc à étirer
marquage
qualité
recuit
bobinage
enroulage
tuyaux
durs
Les tuyaux en cuivre utilisés
par les installateurs (et les
couvreurs) sont fabriqués
en un cuivre très pur. Pour
éliminer toute l’oxygène du
cuivre, on ajoute du phosphore lors de la fusion à la
fonderie.
Comme l’oxygène est totalement éliminé, on peut braser et souder le cuivre sans
qu’il devienne cassant. On
appelle ce cuivre CU P (cuivre désoxydé au phosphore; il contient entre 0,01 et
0,03 % de phosphore).
Extrudeuse
1 = matrice
2 = bloc de cuivre chauffé
3 = filière
4 = conteneur
5 = piston
6 = mandrin
7 = tube en cuivre
18
Laminage
1 = matrice
2 = mandrin
3 = tube de cuivre avant laminage
4 = tube en cuivre
Etirage
1 = porte-filière
2 = filière
3 = mandrin flottant
4 = tube en cuivre
Types de traitements
Sanco: Sanco est la marque commerciale des tubes en cuivre qui ont
subi un traitement anticorrosion (= “sans corrosion”). Ces tubes sont
protégés contre le piquage par un traitement interne de la paroi du
tube. Le cuivre à partir duquel sont fabriqués les tubes est exempt
d’oxygène et les tubes sont étirés en continu. Les tubes Sanco peuvent être utilisés pour la plupart des types de conduites. Le traitement
anticorrosion interne subsiste jusqu’à une température de 250 °C.
19
Wicu en Cubo: ce sont des marques commerciales de tuyaux en cuivre
anticorrosion dotés d’un manteau synthétique cannelé, qui les protège
à la fois contre les attaques mécaniques et chimiques externes.
Cette protection empêche la condensation. De ce fait, on peut incorporer les conduites dans le sol ou dans les murs sans risque de corrosion externe, qu’il s’agisse de conduites d’eau, de chauffage ou de
gaz (ces dernières nécessitent une protection supplémentaire10 ). Le
manteau de protection résiste à une température de 95 °C.
On peut aussi prévoir une isolation supplémentaire afin d’améliorer la
valeur d’isolation thermique du tuyau.
Source: Copperbenelux
Le piquage peut toujours survenir, surtout si l’on doit chauffer les
tuyaux à plus de 400 °C. C’est pourquoi certains pays (l’Allemagne,
p. ex.) interdisent de braser ou de chauffer à blanc les tuyaux de moins
de 28 mm.
Copatin: ce sont des tubes en cuivre étamés à l’intérieur. La couche
d’étain déposée sur la paroi interne protège encore mieux le tuyau
contre l’eau potable agressive. Outre les installations d’eau potable,
ces tuyaux sont aussi utilisés dans le transport des gaz médicaux. Les
assemblages ne peuvent pas être réalisés par brasage, mais ils peuvent l’être par soudage ou au moyen de raccords à compression.
Source: Wieland
1.3.2 Propriétés
Le cuivre pur est de couleur rouge clair et a un brillant velouté. Porté à
blanc, le cuivre s’oxyde.
Dans un milieu humide, le cuivre se couvre d’une couche de patine ou
vert-de-gris (oxyde de cuivre).
La densité de masse du cuivre est d’environ 8 900 kg m3. Il fond à environ 1 083 °C et sa dilatation linéaire est de 0,017 mm / (m · K).
1.3.3 Applications
Les principales applications du cuivre sont:
- la distribution d’eau froide et chaude,
- les conduites de chauffage,
- les conduites de combustibles (mazout, gaz naturel et gaz liquides),
- l’évacuation des eaux usées et l’aération,
- la distribution d’oxygène, d’air comprimé, d’azote,
- les conduites de refroidissement.
10
Voir également la partie consacrée
aux “Conduites de gaz”
20
On cintre facilement le cuivre à l’aide d’une pince à cintrer et on peut le
souder à des températures relativement basses. C’est d’ailleurs conseillé pour les conduites d’eau, afin d’éviter les éventuels problèmes de
corrosion dus à des modifications de la structure du cuivre.
La facilité de la pose compense largement le prix plus élevé du matériau, en raison d’un temps de mise en œuvre réduit, si bien que le prix
total d’une installation en cuivre reste abordable.
• Bon comportement thermique
• Peu sujet à la corrosion
• Matériau doux et souple
• Pose aisée et rapide, et donc mise en œuvre économique avec peu
d’outillage
• Surface interne lisse, et donc peu de dépôts
• Propriétés antibactériennes
• Entièrement recyclable
• Résistance en compression qui rend le matériau particulièrement
apte à la pose de canalisations
• Soudable à basse température
• Matériau étanche à l’oxygène
• Résiste aux écarts de température extrêmes et aux fluides réfrigérants (excepté l’ammoniac)
Les tubes en cuivre sont livrés en trois qualités, conformément à EN
1057:
– R 220 (doux),
– R 250 (semi-dur),
– R 290 (dur).
Tubes en longueurs droites ou en rouleaux, revêtus ou non d’un habillage synthétique.
Source: Wieland
21
Diamètres de tuyaux très courants selon ISO 274 et EN 1057
Dimensions en
mm
(diamètre x
épaisseur de la
paroi)
Diamètre
nominal DN =
diamètre
extérieur en
mm
Tubes doux en
rouleau de
25 m ou 50 m
Tubes
demi-durs en
longueurs
droites de 5 m
Masse du tube
kg/m
Capacité
litres/m
6x1
6
*
*
0,140
0,013
8x1
8
*
*
0,196
0,028
10 x 1
10
*
*
0,252
0,050
12 x 1
12
*
*
0,308
0,079
15 x 1
15
*
*
0,391
0,133
18 x 1
18
*
*
0,475
0,201
22 x 1
22
*
*
0,587
0,314
28 x 1,5
28
*
1,110
0,491
35 x 1,5 *
35
*
1,410
0,804
42 x 1,5
42
*
1,700
1,195
54 x 2
54
*
2,910
1,963
Dimensions prescrites par le Comité Européen de Normalisation (C.E.N.)
Remarque: ISO 274 – “Tubes en cuivre de section circulaire” reprend toutes les dimensions.
Pour les applications médicales et en technique de réfrigération, les
tubes subissent un traitement supplémentaire:
– nettoyage intérieur et séchage,
– polissage,
– joints d’étanchéité aux extrémités des tubes.
Pour la technique de réfrigération, il y a encore souvent des anomalies
dans les dimensions commerciales: vous en trouverez une sélection
ci-dessous.
(inch)
1/4”
3/8”
1/2”
5/8”
3/4”
7/8”
(inch)
0,250
0,375
0,500
0,625
0,750
0,875
mm
6,3
9,5
12,7
15,9
19,0
22,2
0,030
0,035
0,035
0,035
0,035
0,045
0,8
0,8
1,0
1,0
1,0
1,25
(inch)
mm
suivant pr EN 12 735-1
22
1.4 Matières synthétiques - généralités
1.4.1 Description
En langage courant, on limite généralement l’appellation “matières
synthétiques” à “plastique”. Le scientifique parlera de polymères,
l’homme de métier de matières synthétiques et l’homme de la rue, de
plastique. Nous parlerons donc de matières synthétiques.
Il existe probablement plus de cent sortes de matières synthétiques.
Les matières synthétiques sont des matériaux synthétiques. Elles sont
fabriquées suivant un procédé entièrement ou partiellement de synthèse et sont transformées en objets d’usage courant par formage
plastique. Il s’agit toujours de liaisons entre le carbone (C) et l’hydrogène (H). Elles peuvent aussi contenir de l’oxygène (O), de l’azote (N)
et du soufre (S).
Historique
Historiquement, on considère la fabrication du celluloïd (une matière synthétique très inflammable)
par les frères Hyatt (1869) comme le début de l’ère des matières synthétiques.
Ensuite vient, vers 1910, la fabrication du phénol-formaldéhyde (plus connu sous le nom de “bakélite”)
selon le brevet d’un Belge émigré aux États-Unis, Baekeland.
Durant la période qui précède la Seconde Guerre mondiale, l’arsenal des matières synthétiques s’étoffe progressivement. Citons quelques-unes des plus connues: le polystyrène (1930), le polychlorure
de vinyle et l’acétate de polyvinyle (1932), le caoutchouc butadiène, les polyamides et le polyuréthane
(1938), et le polyéthylène (1940).
À l’époque, la découverte de nouvelles matières synthétiques était généralement le fruit de la recherche empirique; c’est par hasard qu’on constatait qu’on avait découvert un nouveau matériau.
Le boom des matières synthétiques après la Seconde Guerre mondiale est dû au Prix Nobel allemand
Staudinger, pionnier dès les années 20 de la recherche sur les polymères.
1.4.2 Production
Les matières premières de la plupart des matières synthétiques proviennent de la carbochimie et de la pétrochimie. C’est surtout le secteur
pétrolier qui a pris de l’importance, depuis que l’on utilise les produits
de craquage liquides dérivés du pétrole. Actuellement, on recycle les
déchets synthétiques pour ne pas encombrer l’environnement de matières synthétiques non dégradables. Les techniques permettant de
trier les matières valorisables parmi les déchets (industriels et ménagers), de les traiter et de les réutiliser sont en constante amélioration.
Pour produire des matières synthétiques, on utilise des produits tels
que:
– la cellulose,
– le charbon,
– le pétrole,
– le gaz naturel.
23
pétrole
Séparation
distillation (tour de
fractionnement)
Craquage
les grosses molécules sont “cassées en morceaux”
à l’aide de vapeur et/ou de catalyseurs
gaz de raffinage
Matières synthétiques de base
Produits chimiques de base
à base d’huile de goudron (résidu):
polymères (thermoplastiques et
thermodurcissants) entre autres:
- éthylène: base pour PE, PVC, PS et PET
- propène: base pour PP, PUR
- butadiène: base pour polybutadiène
(caoutchouc synthétique)
benzine
naphte
monomères: inutilisables directement
kérosène
mazout de chauffage
• poudre
• granulé
• liquide
• pâte
produits finis par:
• moulage par injection
• extrusion
• moulage sous
pression
résidu de la
distillation
Le saviez-vous…?
• Les matières synthétiques proviennent de matières organiques (p. ex. le pétrole).
• Elles sont constituées de macromolécules (du grec “makros”, qui veut dire grand); il s’agit vraiment
de molécules géantes. Dans tous les autres corps et les autres objets, les molécules se trouvent en
dessous, au-dessus et à côté les unes des autres; dans les matières synthétiques, elles forment de
longues chaînes ou des réseaux.
• Elles sont fabriquées par un procédé chimique, la synthèse (réalisation, par composition, de nouveaux corps au départ d’éléments ou de liaisons simples, comme la cellulose).
• Elles sont transformées en matériaux prêts à l’emploi par formage plastique (le mot “plastique” est lui
aussi dérivé du grec ancien et signifie ici pâteux, malléable et comprimé dans une certaine forme).
Extrusion
Les tubes sont fabriqués suivant un procédé appelé extrusion.
Une ligne d’extrusion de tubes se compose de plusieurs machines
montées en série. Un compound stocké dans un silo est distribué par
une trémie dans l’espace cylindrique chauffé de l’extrudeuse, dans lequel il est porté à une température de 150-200 °C. Deux vis sans fin
entraînent le compound vers l’avant. Dans le même temps, le compound est épaissi par chauffage. La masse synthétique est alors forcée en continu à travers une fente annulaire.
Le tube synthétique ainsi formé traverse alors une calibreuse. Ensuite,
on refroidit le tube afin de fixer sa forme.
Un second refroidissement a lieu dans un bain d’eau.
24
Moulage par injection
On applique une autre technique pour les accessoires: le moulage par
injection. Le compound de PVC passe d’abord, via une trémie, dans
un cylindre chauffé où il est échauffé jusqu’à 160-200 °C. Une vis sans
fin mélange le compound et l’épaissit puis transporte le matériau devenu malléable vers l’avant.
Le PVC maintenant malléable est injecté sous pression dans une matrice. La matière se fige dans la matrice, sous l’effet d’un refroidissement rapide, et prend ainsi sa forme définitive.
25
1.4.3 Structure
On classe généralement les matières synthétiques selon leur structure:
– thermodurcissants,
– thermoplastiques.
Par ailleurs, les caoutchoucs synthétiques (ou élastomères) constituent un troisième groupe distinct.
Thermodurcissants
Au moment de leur façonnage, ils deviennent mous et parfois même
liquides, et ils sont injectés sous cette forme dans un moule où ils se
figent en refroidissant et deviennent très durs.
Autre caractéristique: après tout échauffement ultérieur, ils ne peuvent
plus être rendus malléables.
Source: FFC
Thermoplastiques
Ce sont, de loin, les matières synthétiques les plus intéressantes pour
l’installateur. Les thermoplastiques ramollissent après chaque échauffement et durcissent après chaque refroidissement. Ils sont d’autant
plus durs que leur température est faible; certains sont même aussi
cassants que le verre.
À l’état malléable, on peut les façonner à moindre frais et moindre
effort. Il suffit de les laisser refroidir dans la forme voulue pour qu’ils la
conservent. Si on les chauffe une nouvelle fois, ils reprennent automatiquement leur état initial. On parle de “mémoire” des matières thermoplastiques.
Source: FFC
Mais lors de la transition de l’état dur à l’état très malléable, par échauffement, le matériau passe par une phase dite point de vitrification11, ou
phase de transition verre/caoutchouc. C’est intentionnellement que
nous avons fait allusion au verre. Il n’existe cependant aucune matière
synthétique aussi cassante que le verre à température normale. Ne
vous y trompez donc pas.
Les thermoplastiques ne fondent pas à proprement parler comme les
métaux. On ne peut donc pas les couler. On obtient tout au plus un
état de caoutchouc mou, stade auquel certains thermoplastiques se
décomposent déjà.
1.4.4 Choix du matériau
Lorsque les matières synthétiques sont utilisées par l’installateur, la
comparaison avec les tuyaux métalliques a tout son sens.
La connaissance des matériaux reste impérative pour l’homme de métier. Cela vaut également pour les matières synthétiques car, en tant
que matériau, elles constituent un monde à part.
11
Point de vitrification: la température à laquelle le polymère (matière synthétique) passe à l’état plastique.
26
Pour l’installateur, la pose de conduites consiste à relier des tuyaux au
moyen de raccords, de robinets et autres accessoires. Sur la dizaine
de métaux que l’industrie utilise pour fabriquer des tuyaux, raccords,
plaques et profils, l’installateur n’en n’utilise que quelques-uns. Mais
s’ils sont peu nombreux, l’installateur doit cependant connaître leurs
principales propriétés pour déterminer les applications appropriées
ainsi que la méthode de travail.
Quand on utilise des tuyaux synthétiques, il faut tenir compte d’un
léger raccourcissement après le premier échauffement (p. ex. premier
démarrage du chauffage). Cette propriété s’appelle habituellement
“retrait” ou encore “retrait de naissance”. Certains fabricants réchauffent leurs tuyaux après la production, afin qu’ils ne soient plus sujets
au “retrait de naissance”.
Nous n’utilisons qu’une dizaine de matières synthétiques fournies sous
la forme de produits semi-finis, tuyaux, raccords, plaques et profils.
Matières synthétiques les plus courantes
PVC-U
PVC-C
PE
LD-PE
HD-PE
VPE
PB
PP
PP-H
PP-C
PP-R
ABS
Les fabricants de tuyaux en matière synthétique indiquent la qualité
à l’aide de l’indice SDR (Standard Dimension Ratio). Le nombre SDR
indique le rapport entre le diamètre extérieur et l’épaisseur de la paroi,
généralement arrondi à un nombre entier, et est un nombre approximatif.
SDR =
diamètre extérieurm
épaisseur de la paroi
1.5 PVC-U (polychlorure de vinyle sans plastifiant)
1.5.1 Description
Le PVC-U est un matériau thermoplastique qui ramollit quand on le
chauffe. Il ne contient pas d’agents plastifiants et devient cassant sous
l’effet de la lumière solaire. Sa résistance aux chocs est également
moindre à basse température.
Ce matériau est peu utilisé par les chauffagistes parce qu’il absorbe
l’oxygène et possède une résistance limitée à la température.
27
1.5.2 Propriétés
Les tubes droits rigides sont légers et ont une température de service maximum de 70 °C.
Leur coefficient de dilatation linéaire est de 0,08 mm /
(m · K).
Leur masse volumique est de 1 420 kg/m3.
Le matériau est dur et lisse au toucher, rend un son
clair, est fragile à basse température et en cas de mauvaises conditions atmosphériques.
En cas d’incendie, il émet une flamme jaune/verte,
fond, se carbonise, produit de la suie et est auto-extinguible; il dégage une odeur piquante (toxique) d’acide
chlorhydrique.
Source: Câbleries d’Eupen
En cas de déformation à chaud, la température doit
rester limitée à 130 °C.
1.5.3 Application
Les tuyaux en PVC-U résistent à beaucoup de produits chimiques. Les
tuyaux et raccords peuvent être assemblés au moyen de soudure à
froid (colles), de manchons de fixation avec garnitures en caoutchouc,
de raccords de serrage, de filetage, et sont parfois soudés à chaud.
Utilisés pour les évacuations, les égouts, les amenées d’eau, l’air comprimé, les piscines (différentes qualités et différentes normes).
Attention: pour les applications extérieures, le PVC ne résiste pas à la
lumière solaire (rayons UV).
• Aisément cassant à basse température
• Grands mouvements thermiques
• Déformation permanente en cas de mise en charge de longue durée
• Sensible au rainurage
• Facile à manipuler en raison de son poids léger
• Sensible au retrait12
• Perméable à l’oxygène (= diffusion)13
Le diamètre extérieur des tuyaux en matière synthétique est indiqué
par la lettre D et le diamètre intérieur par d; l’unité est le mm.
Ces tuyaux ne s’utilisent pas en chauffage central.
12
13
28
Une sélection:
• tuyaux d’évacuation à paroi mince en PVC (NBN EN 1566-1)
Diamètre nominal
(DN) = diamètre extérieur (D) x épaisseur
de la paroi (e) en mm
Diamètre intérieur
(d) en mm
Longueur standard
en m
32 x 1,8
28,4
4 et 5
40 x 1,8
36,4
4 et 5
50 x 1,8
46,4
4 et 5
75 x 1,8
71,4
4, 5 et 10
90 x 1,8
86,4
4, 5 et 10
110 x 2,2
105,6
4, 5 et 10
125 x 2,2
121
4, 5 et 10
Pour le réseau d’égout (enterré), il existe deux séries: “rouge brun”
pour les conduites d’eaux-vannes et “gris” pour les conduites d’eau de
pluie. Ces séries sont décrites dans la norme NBN EN 1401-1.
• tuyaux d’évacuation en PVC à paroi épaisse: PVC sanitaire
(NBN EN 1329-1)
Diamètre nominal
(DN) = diamètre extérieur (D) x épaisseur
de la paroi (e) en mm
Diamètre intérieur
(d) en mm
Longueur standard
en m
32 x 3,0
25,6
4 et 5
40 x 3,0
33,6
4 et 5
50 x 3,0
43,6
4 et 5
75 x 3,0
68,6
4, 5 et 10
90 x 3,0
83,6
4, 5 et 10
110 x 3,2
103,6
4, 5 et 10
125 x 3,2
118,6
4, 5 et 10
Source: Dyka
Les tuyaux en PVC à paroi épaisse possèdent une résistance aux hautes températures comparable à celle du PVC-C.
Source: Dyka
29
1.6 PVC-C (polychlorure de vinyle chloré)
1.6.1 Description
Il s’agit d’un PVC-U qui a subi un traitement au chlore; c’est pourquoi
on l’appelle PVC chloré.
Le PVC-C est non seulement plus dur et plus rigide que le PVC normal,
mais, surtout, il supporte davantage de chaleur: environ 40 degrés de
plus que le PVC normal.
1.6.2 Propriétés
• Résiste à des températures pouvant atteindre un maximum de
95 °C.
• Sa masse volumique est de 1 520 kg/m3.
• Son coefficient de dilatation linéaire est de 0,065 mm / (m · K).
• En cas d’inflammation, il dégage une flamme jaune/verte, fond, charbonne, produit de la suie et est auto-extinguible. Il ne dégage pas
d’odeur piquante (toxique) d’acide chlorhydrique.
• Il est dur et lisse au toucher, émet un son clair et est assez fragile.
En cas de déformation à chaud, la température doit rester limitée à
170 °C.
1.6.3 Applications
Le PVC-C s’assemble par soudage à froid (collage).
Au moment de la pose, il faut tenir compte d’un très grand mouvement
dû à la dilatation et au retrait.
Les tuyaux en PVC-C résistent bien aux liquides et aux gaz jusqu’à une
température de 110 °C. Il faut être très prudent en cas d’applications
extérieures, car le PVC-C ne résiste pas à la lumière solaire (rayons
UV).
Il convient pour l’évacuation à hautes températures et, dans une moindre mesure, pour les installations de chauffage central.
Source: Lapafil
Le PVC-C présente les mêmes avantages et les mêmes inconvénients
que le PVC-U, mais en outre il possède une meilleure résistance à la
chaleur et peut donc s’utiliser à des températures plus élevées.
Mêmes dimensions que pour le PVC-U.
30
1.7 PE (polyéthylène)
1.7.1 Description
Le PE est élastique mais ne peut pas être collé. Il est inflammable et
non auto-extinguible. Les assemblages sont réalisés par soudage. Il
supporte une température élevée et résiste bien aux produits chimiques.
Il fait partie de la famille des thermoplastiques. La couleur naturelle du
PE est un blanc laiteux et, de ce fait, il est très sensible à l’effet des
rayons UV. Pour mieux protéger les tuyaux en PE (conduites sanitaires, de gaz) contre la lumière solaire, on ajoute du noir de jais pendant
la production.
1.7.2 Propriétés
High - Density PE
PE-HD = polyéthylène haute densité = PE dur. Utilisé principalement
pour la production de tuyaux et d’accessoires.
Autres abréviations désignant le même matériau: HPE et PEH.
Source: Geberit
Low - Density PE
PE-LD = polyéthylène faible densité (PE tendre), vendu uniquement en
rouleaux. Ne peut pas être soudé bout à bout, s’assemble uniquement
à l’aide de raccords. Le PE-LD est moins rigide, moins dur et moins
résistant à la traction.
Masses volumiques: 955 kg/m3 pour le PE-HD et 935 kg/m3 pour le
PE-LD. Leur coefficient de dilatation linéaire est de 0,2 mm / (m · K).
En cas d’incendie, une flamme jaune-bleu dégage une fumée légère,
des flammèches propagent le feu, cela sent la bougie éteinte. Son
toucher est cireux et il est légèrement sensible à la rayure.
En cas de gel, il n’éclate pas mais se dilate avec l’eau (la glace) et retrouve son état d’origine après le dégel.
1.7.3 Applications
Soudable à chaud (mémoire thermoplastique), très résistant aux
coups, supporte les gaz et les liquides jusqu’à 70 °C et résiste encore
à une température de – 40 °C.
Source: Geberit
Applications du PE-HD:
– travaux d’évacuation et d’égouttage,
– évacuation des eaux pluviales,
– évacuation des substances agressives en laboratoire,
– distribution d’eau froide,
– distribution du gaz (dans certaines conditions),
– le PE étant sensible aux hydrocarbures, on évite le contact avec le
gazole, le kérosène, l’essence, etc.
Applications du PE-LD:
– l’eau froide, comme conduite principale d’aspiration ou de refoulement dans les installations sanitaires.
31
• Moins rigide, moins dur et moins résistant à la traction
• Peut être soudé
• Grands mouvements thermiques
• Se déforme facilement
• Facile à manipuler en raison de son poids limité
• Perméable à l’oxygène (= diffusion)
Le diamètre extérieur des tuyaux en matière synthétique est indiqué
par la lettre D et le diamètre intérieur par d; l’unité est le mm.
Sélection de tuyaux:
Diamètre nominal (DN) =
diamètre extérieur (D) x
épaisseur de la paroi (e)
en mm
Diamètre intérieur (d)
en mm
Longueur standard
en m
32
40 x 3
34
5
40
50 x 3
44
5
50
56 x 3
50
5
–
63 x 3
57
5
70
75 x 3
69
5
80
90 x 3,5
83
5
100
110 x 4,3
101,4
5
1.8 PER (polyéthylène réticulé)
Également connu sous le nom de PE-X ou VPE (aux Pays-Bas et en
Allemagne).
1.8.1 Description
La réticulation est un traitement par lequel des liaisons internes sont
opérées entre les différentes molécules par un processus chimique ou
par rayonnement d’électrons. Ce traitement confère au matériau des
propriétés de thermodurcisseur sans qu’il le soit.
En fonction du procédé, on parle de (selon DIN 16 892):
– PERa: degré de réticulation (chimique) > 70 %:
o réticulé en surface (immersion dans un bain) procédure PAM
o réticulé dans la masse (mélange de matières pendant la production) procédure Engel
– PERb: degré de réticulation (chimique) > 65 % procédure Silan
– PERc: degré de réticulation (rayonnement) > 60 % tuyau réticulé
par rayonnement
L’avantage d’un tuyau réticulé dans la masse est qu’il peut être réchauffé par la suite.
14
32
Source: Rehau
Plus le pourcentage de réticulation est bas, moins le tuyau est dur et
cassant et donc plus il est flexible.
Pour éviter que l’oxygène pénètre par la paroi du tuyau, les tuyaux destinés aux conduites de chauffage sont dotés d’un enrobage étanche
à l’oxygène.
1.8.2 Propriétés
Grâce à la réticulation, le PER résiste à l’usure causée par la rapidité
du débit.
Il est de couleur blanc laiteux. Comme on n’y ajoute pas de noir de jais,
il est sensible au rayonnement UV dont il faut le protéger en le stockant
dans des locaux sombres ou en le plaçant dans un fourreau.
La masse volumique du PER est de 930 kg/m3.
Le coefficient de dilatation linéaire est de 0,14 mm / (m · K).
Source: Begetube
Le PER n’est pas étanche à l’oxygène. Pour les applications de chauffage central, il est important que l’oxygène ne traverse pas la paroi du
tuyau (diffusion15). Dans ce cas, le tuyau est doté d’un enrobage étanche à l’oxygène consistant en une membrane synthétique spéciale.
Cette couche freine très fortement la pénétration de l’oxygène par la
paroi.
1.8.3 Applications
Ce matériau ne peut pas être soudé, il n’est pas thermoplastique mais
thermo-élastique. Il est utilisé pour l’adduction d’eau froide et chaude
sanitaire, le chauffage par radiateurs et le chauffage par le sol.
Les assemblages doivent être réalisés à l’aide de raccords à serrage
spéciaux.
Si l’on cintre des tuyaux en PER trop court, on les “croque”: le tuyau
est détérioré.
Source: Begetube
15
Diffusion: voir Sciences appliquées.
33
• Résiste aux chocs
• Convient pour l’eau froide, l’eau chaude et l’eau très chaude
• Assemblages rapides nécessitant peu d’outils, par raccords à serrage
• Possibilité d’assemblages à compression
• Ne se soude pas
• Sensibilité thermique élevée
• A des pics de température plus élevés
Les dimensions les plus courantes sont les suivantes:
Diamètre nominal (DN) =
diamètre extérieur (D) x épaisseur de la paroi (e) en mm
Sanitaire
Chauffage
12 x 2
14 x 2
16 x 2,2
16 x 2
18 x 2
20 x 2,8
20 x 2
25 x 3,5
25 x 2,3
32 x 4,4
32 x 2,9
En rouleaux de 50, 100, 200 et 320 mètres avec ou sans fourreau (rouge, bleu…) ou en longueurs droites de 6 mètres.
Source: Begetube
34
1.9 PB (polybutène)
1.9.1 Description
Matériau très flexible convenant pour le chauffage par le sol mais
moins indiqué pour des températures plus élevées.
Sa structure chimique est très proche de celle du PE (polyéthylène).
1.9.2 Propriétés
Comme ce matériau n’est pas étanche à l’oxygène, il faut ajouter
un produit anticorrosion dans le système en cas d’utilisation pour le
chauffage central. Le tuyau peut s’utiliser dans des conditions où des
exigences mécaniques élevées s’imposent.
Le coefficient de dilatation linéaire est de 0,13 mm / (m · K).
Le tuyau résiste aux acides et aux solvants peu agressifs, mais pas
aux acides oxydants.
1.9.3 Applications
Les conduites en PB peuvent s’utiliser pour les installations sanitaires,
les conduites d’air comprimé, les conduites de piscines, et ont souvent
été utilisées, dans le passé, comme conduites de chauffage à basse
température (ces installations présentent maintenant des problèmes
de corrosion).
Les tubes en PB sont assemblés par soudage ou à l’aide de raccords
à serrage, mais les manchons électrosoudables ne leur conviennent
pas.
• Contrainte de compression en fonction de la température
• Résistance chimique
• Peuvent être soudés ou assemblés à l’aide de raccords à serrage
Une sélection:
Diamètre nominal (DN)
= diamètre extérieur
(D) x épaisseur de la
paroi (e) en mm
14 x 2
16 x 2
18 x 2
20 x 2
22 x 2
Source: Begetube
16
Vendu sous la forme de tube gainé de 14 x 2 mm à 20 x 2 mm.
35
1.10 PP (polypropylène)
1.10.1 Description
Le polypropylène est plus rigide que le PE-HD et résiste aux produits
chimiques qui attaqueraient le PE (p. ex. le benzène). On distingue:
– le PP-H, où le H signifie “homopolymère”, un matériau qui se caractérise par une grande rigidité, une grande dureté et une grande
résistance à la traction;
– le PP-C, où le C signifie “copolymère”, un matériau qui se caractérise
par une plus grande ténacité que le PP-H, remarquable surtout à des
températures plus basses;
– le PP-R, où le R signifie “random”, c’est-à-dire que le copolymère a été modifié par un procédé chimique et est plus résistant aux
chocs;
– le PP-S, où le S signifie “schwerentflammbar” (difficilement inflammable).
Source: Fusiotherm
1.10.2 Propriétés
Si les tuyaux en PP résistent à la corrosion, ils ne sont pas insensibles
au vieillissement, tout comme la plupart des autres matières synthétiques. Le tuyau ne peut pas être exposé à la lumière solaire.
Leur masse volumique est de 920 kg/m3.
Le coefficient moyen de dilatation linéaire est de 0,15 mm / (m · K).
La pression maximum de l’eau varie en fonction de la température de
l’eau.
En cas d’incendie, une flamme jaune tranquille s’élève sans fumée, les
flammèches propagent le feu, et cela sent la bougie éteinte.
Le matériau est cireux au toucher, il est un peu plus dur que le PE.
Il est sensible aux chocs aux alentours du point de congélation, mais
possède une grande résistance chimique à haute température.
36
1.10.3 Applications
Les conduites peuvent servir à la distribution d’eau potable sanitaire
et d’eau chaude sanitaire. Ses excellentes propriétés chimiques le rendent également très indiqué pour diverses applications industrielles.
Le soudage à froid (collage) ne convient pas, mais le soudage à chaud
convient très bien.
Source: www.vinck.be
• Ne peut pas être exposé à la lumière du soleil
• Nécessite des outils de soudage spéciaux (soudage au manchon ou
polyfusion)
• Ne peut pas être cintré (les changements de direction sont réalisés
à l’aide d’accessoires)
• Risque de rétrécissement du diamètre intérieur lors du soudage
Voici quelques dimensions très courantes:
paroi (e) en mm
16 x 2,7
20 x 3,4
25 x 4,2
32 x 5,4
40 x 6,7
50 x 8,4
63 x 10,5
Longueurs droites standard de 4 mètres
1.11 ABS (acrylonitrile–butadiène–styrène)
1.11.1 Description
Il s’agit d’un copolymère dur très résistant. Il fait partie du groupe des
thermoplastiques, est collable et résiste aux basses températures.
1.11.2 Propriétés
L’ABS peut s’utiliser jusqu’à une température de 80 °C.
Sa masse volumique est de 1 070 kg/m3.
Son coefficient de dilatation linéaire est de 0,101 mm / (m · K).
Sa résistance à la compression dépend de la température. En cas
d’incendie, une flamme jaune orange s’élève, le tuyau charbonne; la
flamme produit de la suie et ne s’éteint pas spontanément.
37
Il est lisse et dur au toucher.
Il possède une résistance mécanique élevée, même à une température
de – 40 °C.
1.11.3 Applications
Comme l’ABS ne contient pas d’éléments toxiques, il peut être utilisé
sans aucune limitation pour:
– l’eau potable,
– l’eau réfrigérée (pour les installations de climatisation),
– l’eau distillée,
– tous les produits alimentaires,
– beaucoup de produits médicaux et pharmaceutiques.
Le tuyau peut aussi bien être soudé à froid (collé) qu’à chaud. Il peut
être utilisé pour des températures basses ou élevées.
Source: www.vinck.be
• Résiste aux chocs
• Pression de service en fonction de la température
• S’assemble à l’aide d’accessoires, par soudage à froid ou de manière démontable
1.12 Tuyau multicouche
Également appelé tuyau sandwich.
1.12.1 Description
Ce tuyau doit son nom à sa structure. Un noyau en aluminium remédie à une grande partie des inconvénients que peuvent présenter les
matières synthétiques (dilatation, diffusion de l’oxygène, etc.) tout en
conférant de la robustesse et une stabilité dimensionnelle au tuyau. Il
s’agit d’un tuyau multicouche, dont la couche interne et la couche externe se composent de matière synthétique et sont séparées par une
couche d’aluminium ou d’une autre matière synthétique. Les tuyaux
résistent également mieux à des pressions élevées persistantes.
L’aluminium réduit considérablement la propension à la dilatation de la
38
matière synthétique, la variabilité dimensionnelle sous l’effet des fluctuations de la température est 9 fois moins élevée qu’avec la matière
synthétique pure.
La couche d’aluminium (ou une autre couche) fait écran à l’oxygène pour
éviter tout passage d’oxygène (diffusion). De la sorte, les problèmes de
corrosion sont fortement réduits. La couche d’aluminium rend également le tuyau plus rigide qu’un simple tuyau en matière synthétique.
couche PE
manteau extérieur en PERc
couche étanche à la diffusion
aluminium
couche
d’adhérence
tube
interne PERc
couche
d’adhérence
tuyau PERa
couche
d’adhérence
couche
d’adhérence
Source: Viega
Source: Viega
1.12.2 Propriétés
Il existe différentes sortes de tuyaux multicouches mais la plupart des
fabricants utilisent l’aluminium comme couche de renforcement, alors
que la matière synthétique peut être différente.
Son coefficient de dilatation linéaire est de 0,026 mm / (m · K), sa température de service maximum est de 95 °C et sa pression de service
maximum est de 10 bars.
1.12.3 Applications
Ce tuyau s’utilise surtout pour:
– la distribution d’eau froide sanitaire,
– la distribution d’eau chaude sanitaire,
– le chauffage central.
Les tuyaux utilisés pour le chauffage central et pour les conduites sanitaires sont, en principe, les mêmes.
Source: Begetube
39
• Ces tuyaux présentent parfois l’inconvénient d’une perte d’adhérence entre l’aluminium et la matière synthétique dans les tuyaux de
moindre qualité. Même si une colle puissante maintient bien le tout
ensemble, il arrive que l’adhérence diminue avec le temps sous l’effet
du vieillissement.
• Rigidité (uniquement avec une couche d’aluminium): le tuyau cintré
conserve sa forme.
• Étanchéité à l’oxygène (= pas de diffusion).
Sélection des dimensions commerciales les plus courantes:
paroi (e) en mm
12 x 1,8
16 x 2 (2,25)
18 x 2
20 x 2,5
26 x 3
32 x 3
40 x 3,5
Longueurs rigides
50 x 4
L’épaisseur de la paroi varie entre 2 mm et 4 mm selon le diamètre du
tuyau et le fabricant.
Il est vendu en rouleaux de 50 m à 100 m ou en longueurs droites de
5 m à partir de 32 mm.
40
2 Façonnage des tuyaux
2.1 Traçage et mesurage
2.1.1 Mesurage
Pour pouvoir poser des tuyaux dans une installation, il faut les mettre
à la bonne longueur. Nous utilisons toujours comme unité le mètre, le
centimètre ou le millimètre17.
Dans la pratique, la pose des conduites se fait généralement sur la
base d’un dessin (plan de construction ou dessin d’installation). Ces
dessins mentionnent les écarts entre les tuyaux sous la forme de “distance d’axe en axe”, c’est-à-dire les distances entre les lignes axiales
des tuyaux (la ligne axiale est la ligne imaginaire qui passe par le centre du tuyau).
Pour déterminer la dimension exacte d’un tronçon de tuyau entre deux
accessoires, on commence par mesurer la distance d’axe en axe.
Ensuite, il faut déduire une longueur donnée, propre à chaque accessoire.
Cette distance est la mesure Z, définie comme la distance entre l’extrémité du tube (fin du filetage de l’accessoire) et l’axe ou le centre de
l’accessoire (raccord).
Cette méthode, appelée méthode Z, s’applique aux tubes en acier.
Une autre méthode consiste à mesurer la distance entre les bouts des
accessoires. On totalise ensuite, pour chaque assemblage, la longueur
de vissage des raccords.
Diamètre
3/8”
1/2”
3/4”
1”
1 1/4”
1 1/2”
DN
10
15
20
25
32
40
Longueur du filetage en mm
11
14
16
19
21
21
Longueur de vissage en mm
10
13
15
17
19
19
17
Chapitre 2: Façonnage des tuyaux
41
2.1.2 Outils de mesure
Longueur
Nous utilisons des instruments de mesure pour déterminer la longueur.
Les instruments les plus courants sont:
– le mètre pliant en bois en ou plastique: en général de 2 m maximum,
– le mètre ruban: sa longueur peut varier.
Source: Virax
Source: Chaleur et Climat
Angles
Pour savoir si l’angle que vous avez cintré est correct, vous utiliserez
d’autres instruments:
– l’équerre,
– la fausse équerre.
Source: Facom
Source: Facom
Traçage
Pour tracer une longueur, on peut utiliser:
– un crayon en bois avec pointe au graphite, ou un porte-mine,
42
– une craie à marquer à l’huile, avec des matières de charge pour fixer
la forme et la couleur,
– un marqueur: un corps métallique terminé par une bille, ou contenant
un noyau et une pointe en feutre (feutre) rempli d’encre de Chine et
de solvant (p. ex. de l’alcool).
L’importance de l’écart est déterminée par l’épaisseur du trait, la manière de dessiner et la précision de l’instrument de mesure.
Source: Patrick Uten
2.2 Cintrage
Dans la pratique, les conduites ne sont pas entièrement droites. En
général, il faut y former des coudes.
Il n’est pas judicieux de réaliser beaucoup d’assemblages dans les
conduites, car chaque assemblage doit être absolument étanche.
C’est pourquoi il vaut mieux cintrer un maximum de coudes.
2.2.1 À l’aide d’un ressort à cintrer
Principe
Le tube est cintré à l’aide d’un ressort inséré dans le tube ou sur le
tube.
Réalisation
Le ressort à cintrer est fabriqué en acier à ressorts, et enroulé en spirale. Le modèle de ressort à cintrer qui est inséré au-dessus du tuyau
(ressort extérieur) possède une partie en forme d’entonnoir (ou un anneau) qui permet de l’insérer sur le tuyau en un mouvement tournant.
Un ressort intérieur possède un anneau qui aide éventuellement à le
retirer du tuyau.
Application
Ce système s’applique sur les tuyaux en cuivre doux ou sur les tuyaux
synthétiques multicouches. Le diamètre est limité à 22 mm pour le
cuivre et à 20 mm pour les tuyaux multicouches. Pour cintrer pendant
que le ressort est à l’intérieur ou à l’extérieur du tuyau, on exerce une
pression avec les mains des deux côtés de la pièce à cintrer.
Pour obtenir un coude lisse, le rayon de cintrage doit être au moins six
fois plus grand que le diamètre extérieur du tuyau. Un ressort permet
de réaliser n’importe quel coude.
Outils à utiliser:
– essort à cintrer extérieur pour les tuyaux en cuivre,
– ressort à cintrer intérieur ou extérieur pour les tuyaux en matière
synthétique.
Source: Henco
43
2.2.2 Avec une pince à cintrer
Principe
Le cintrage des tuyaux à la pince s’effectue avec une pince à deux
mains ou à une main.
La pince à cintrer et/ou les têtes de cintrage seront adaptées au diamètre du tuyau.
Réalisation avec une pince à cintrer à deux mains
Le rayon du coude à cintrer est déterminé par le rayon du gabarit.
Source: Ridgid
La mesure A est importante pour le cintrage du coude: c’est la mesure de l’extrémité du tuyau jusqu’à la ligne axiale de la partie cintrée
(= mesure imposée).
Pour cintrer le tuyau exactement à mesure, nous cherchons un point
qui peut être reporté avec précision sur:
– la pince à cintrer: O (cette distance est égale ou supérieure au rayon
de cintrage);
– le tuyau à cintrer: X.
Pour cela, nous allons soustraire la mesure C (constante de la pince à
cintrer) de la mesure A et faire correspondre le point X du tuyau avec
le point O de la prince.
Le point X reste toujours A moins C
(constante de la pince à cintrer)
La constante C de la pince à cintrer peut être déterminée de différentes façons:
1 – un point avant l’appui (amorce du coude) du tuyau,
2 – un point après l’appui (amorce du coude) du tuyau,
3 – jusqu’au point charnière.
On peut maintenant cintrer le coude.
Pour cintrer à un angle déterminé, on peut positionner la partie mobile
de la pince sur la graduation souhaitée, p. ex.: 45°, 90°.
La méthode décrite ici n’est qu’une des manières possibles pour cintrer à mesure.
44
Réalisation avec une pince à cintrer à une main
Les pinces à cintrer à une main possèdent un jeu de têtes dont les
repères indiquent clairement la longueur dont il faut tenir compte pour
cintrer. Cette longueur est la distance A moins le retrait (retrait = raccourcissement/2) ou encore le “gain de pliage”.
Source: Geberit
Source: Rothenberger
Application
Les tuyaux en cuivre doux et demi-dur peuvent être cintrés sans
peine à d’aide d’une pince à cintrer appropriée jusqu’à un diamètre de
22 mm. Au-delà de ce diamètre, le tuyau plissera à l’intérieur et s’aplatira à l’extérieur du coude.
Il en va de même lorsqu’on cintre des tuyaux de précision ou en
inox.
Les tuyaux en cuivre ou les tuyaux de précision à fourreau protecteur
en matière synthétique sont cintrés à l’aide d’une pince appropriée ou
d’une pince 1 mesure plus grande que le diamètre du tuyau et avec un
lubrifiant.
Le cintrage des tuyaux multicouches s’effectue de la même façon,
mais le rayon de cintrage peut être ramené à 60 mm pour le diamètre
15.
Rayon de cintrage du gabarit de cintrage (selon
la marque)
Nombre de mm à
soustraire depuis le pli
du coude
= retrait
= raccourcissement/2(*)
Longueur du coude
déployé (sur la ligne
neutre)
DN 10
60 mm
13 mm
94 mm
DN 15
70 mm
15 mm
110 mm
DN 20
90 mm
20 mm
141 mm
DN 25
110 mm
24 mm
172 mm
(*) raccourcissement = retrait = 0,43 * rayon de cintrage (voir également cintrage hydraulique).
45
Outils à utiliser:
– pince à cintrer d’une seule main,
– pince à cintrer à deux mains,
– gorge de centrage.
2.2.3 Méthode hydraulique
Principe
La cintreuse hydraulique est équipée d’un piston sur lequel on monte
le gabarit approprié.
La cintreuse est actionnée à la main ou par un moteur; la pression
augmente sur le piston qui se déplace vers l’avant. C’est le mouvement
vers l’avant du piston, à l’extrémité duquel est monté le gabarit, qui
cintre le tuyau à l’angle désiré.
L’ouverture de la vanne de décharge commande le recul du piston.
Réalisation
La cintreuse hydraulique pour tuyaux en acier existe avec châssis
ouvert ou fermé. La commande est plus facile avec un châssis ouvert
qu’avec un châssis fermé dont la plaque supérieure empêche de voir
le tuyau pendant le cintrage; en outre son réglage est plus rapide.
Source: Ridgid
Application
Convient pour cintrer des coudes normaux sur les tubes en acier de
3” maximum.
Il n’est pas toujours possible de se faire succéder les coudes à faible
distance. La grandeur du rayon est déterminée par le gabarit.
Il faut tenir compte du fait que le rayon de cintrage sera toujours plus
grand que celui indiqué sur le gabarit. La raison en est que lorsque
le piston recule, le tuyau se détend et que le rayon du coude devient
alors plus grand que celui du gabarit.
Un coude est toujours plus court à l’intérieur qu’à l’extérieur.
Le cintrage crée des tensions dans le matériau. Le matériau est étiré à
l’extérieur et comprimé à l’intérieur.
46
Le tube conserve sa longueur initiale quelque part entre l’angle extérieur et l’angle intérieur du coude; on l’appelle la ligne neutre. Sur
cette ligne, le tube est exactement aussi long après cintrage qu’avant
l’opération.
longueur mesurée
longueur ligne neutre
gain = raccourcissement = 0,43 x R
retrait = 1/2 raccourcissement
Raccourcissement
= ½ périmètre du carré – ¼ périmètre du cercle
= (1/2 · 4 · R) – (1/4 · 2 · R · 3,14)
= 2R – ½ · 3,14 · R
= (2 - 1,57) · R
= 0,43 · R
= 0,43 rayon de courbure
Il est important, pour gagner du temps et éviter la perte de matériau,
de calculer exactement le retrait et de le tracer sur le tuyau.
L’importance de ce retrait dépendra du rayon de cintrage du gabarit,
comme on le voit au tableau ci-dessous.
3/4”
1”
1¼”
1½”
2”
DN20
DN25
DN32
DN40
DN50
Ø ext. (mm) = D
26,9
33,7
42,4
48,3
60,3
Ø int. (mm) = d
21,6
27,2
35,9
41,8
53
Dimension tuyau:
Cintrage à la cintreuse mécanique: (le retrait peut varier en fonction du rayon de cintrage)
Rayon de cintrage = 3 à 4 x D
retrait 90°
21,5 mm
27 mm
36 mm
42 mm
53 mm
retrait 45°
11 mm
13,5 mm
18 mm
21 mm
26,5 mm
47
Outillage à utiliser:
– cintreuse mécanique (hydraulique).
2.2.4 À la machine
Principe
Cintreuses mécaniques pour tuyaux à paroi mince, sur lesquelles le
mouvement (tournant) du gabarit est commandé par un procédé mécanique ou hydraulique. On tient fermement la machine dans la main
et c’est le mouvement tournant du gabarit qui donne au tuyau la forme
souhaitée.
Source: Virax
Source: Ridgid
Réalisation
Il existe différentes versions, tant mécaniques qu’hydrauliques. Les
appareils fonctionnent sur la tension du réseau ou sur batteries.
Application
Sur les cintreuses mécaniques pour tuyaux à paroi mince, le réglage
de l’angle est manuel ou automatique. On peut y cintrer des tuyaux en
cuivre, demi-dur ou doux, des tuyaux en acier, des tuyaux de précision
et des tuyaux inox de diamètre limité.
– cintreuse électrique,
– cintreuse pour tuyaux en cuivre.
2.2.5 Cintrage à chaud
Principe
Avec le cintrage à chaud, le matériau chauffé est allongé à l’extérieur
du coude et refoulé à l’intérieur.
Cette méthode peut s’appliquer aux tuyaux en acier de 1” maximum
sans qu’il faille remplir le tuyau.
En reportant la ligne axiale sur le tuyau, on peut y tracer des dimensions sans que celles-ci se modifient. Cette ligne axiale ou ligne neutre
ne devient en effet pas plus longue ou plus courte pendant le cintrage.
Réalisation
Lors du cintrage, il est très important de savoir quelle sera la longueur
“déployée”. Cette longueur déployée est la longueur du coude tracée
sur la ligne neutre.
48
Le rayon de cintrage est en étroite relation avec le diamètre et l’épaisseur du tuyau.
Si le rayon n’est pas indiqué, on applique un gabarit fixe pour une
dimension de tuyau donnée (diamètre) tel que préconisé au tableau
ci-après.
3/8”
1/2”
3/4”
1”
DN10
DN15
DN20
DN25
17,2
21,3
26,9
33,7
rayon R = ± 3 x D
en arrière
50 mm
60 mm
80 mm
100 mm
1/2 rayon R
en avant
25 mm
30 mm
40 mm
50 mm
ligne de pliage = R x 1,5
total à chauffer
75 mm
90 mm
120 mm
150 mm
Dimension tuyau
Ø extérieur = D (mm)
Cintrage à chaud 90 °C en pratique:
La longueur totale de la partie déployée et donc à chauffer est toujours
égale au rayon x 1,57. La longueur de la partie cintrée du coude de 90°
est égale au quart du périmètre du cercle.
Dans la pratique, il suffit d’appliquer la règle: rayon x 1,5.
Pour réaliser un cintrage plus précis, il faut appliquer un autre principe.
Nous utilisons pour cela la même technique que pour le cintrage hydraulique et nous traçons le milieu du coude. Nous chauffons le tuyau
sur une distance égale à la longueur totale du coude, à gauche et à
droite de ce point.
49
Application
Les tuyaux en acier pour installations de chauffage central et conduites de gaz de 1” maximum de diamètre se prêtent au cintrage de:
– coudes à 90°,
– changement de direction ou ressaut,
– chicane ou contournement.
– chalumeau oxyacéthylénique,
– établi + étau,
– équerre.
2.2.6 Pour travailler en toute sécurité
• Utiliser l’équipement de protection individuelle (EPI)
• Regarder où arrive l’extrémité du tuyau lorsqu’on le cintre; on risquerait de blesser quelqu’un ou de faire des dégâts
• Eviter de se pincer les mains
• L’équipement électrique doit être conforme aux normes de sécurité
• En cas de cintrage à chaud, respecter les instructions de sécurité
2.3 Mise à longueur
2.3.1 Sciage
Principe
Cette opération d’usinage se réalise à l’aide d’une lame de scie montée dans un porte-scie.
Source: Virax
La règle devrait être que l’on procède par sciage uniquement si l’on ne
peut pas effectuer une coupe pour l’une ou l’autre raison.
Le sciage détache de petites particules de matière qui risquent de
tomber dans le tuyau et, en, plus, il n’est pas toujours évident de scier
d’équerre.
Réalisation
Les lames de scie possèdent un nombre de dents différent selon le
matériau à scier. Ces dents sont tournées alternativement vers l’intérieur et vers l’extérieur, et toutes sont orientées vers l’avant. De ce fait,
la coupure est un peu plus large que la lame de scie proprement dite,
qui restera moins vite coincée. Il faut toujours utiliser une lame de scie
à denture fine pour les tuyaux. En effet, l’épaisseur de la paroi du tuyau
ne dépasse jamais quelques mm.
50
Voici des valeurs indicatives pour le choix d’une lame de scie:
Métaux durs:
• acier doux, acier à
outils
Métaux doux:
• aluminium, zinc,
cuivre, matières
synthétiques
Épaisseur de la pièce
à usiner
Dents par
centimètre
Dents par
centimètre
0 tot 3 mm
12
10
3 tot 6 mm
10
8
6 tot 12 mm
8
8
Application
Comme les tuyaux en acier et en matière synthétique ont une paroi plus
épaisse, l’utilisation d’une scie s’indique davantage dans leur cas que
pour les tuyaux en cuivre ou les tuyaux de précision à paroi mince.
Conseil
On commence toujours à scier avec la pointe orientée légèrement
vers le bas. Veillez à ce qu’il y ait toujours au moins deux dents sur
la pièce à usiner, sans quoi la scie reste coincée et les dents se cassent. Il n’est pas toujours facile de réaliser un trait de scie droit sur les
tuyaux. Pour cela, il faut bien serrer le tuyau et utiliser les deux mains:
une à l’avant de l’arc et l’autre sur la poignée.
Exercez de la force sur la scie uniquement pendant le mouvement
vers l’avant. Il ne faut pas mettre de force sur la scie pendant le recul.
Outils à utiliser:
– scie à métaux,
– scie à arc,
– miniscie (à arc).
2.3.2 Coupe
Principe
La coupe (découpe) est une opération plus rapide et plus précise que
le sciage et ne produit pas de copeaux. Deux, trois galets ou plus
soutiennent le tube pendant que la molette coupante, tournée progressivement, pénètre dans la paroi du tuyau. Le coupe-tube fait le
tour complet du tuyau.
Réalisation
La forme et la longueur seront adaptées en fonction du diamètre des
tuyaux à couper.
Les lames doivent être adaptées au matériau à couper: elles seront
plus affûtées pour les matériaux doux (synthétiques).
51
Les coupe-tubes pour tuyaux en matière synthétique ont parfois la
possibilité de réaliser aussi un chanfrein de 15° à l’extrémité du tuyau
en une même opération.
Source: Ridgid
Source: Ridgid
Source: Virax
Application
Tous les matériaux peuvent être coupés avec un coupe-tubes approprié.
On obtient toujours un tuyau coupé d’équerre, ce qui favorise la réalisation d’un bon assemblage.
Le tuyau reste propre et il n’y a pas de copeaux qui y pénètrent.
Conseil
Il faut tourner progressivement la molette de coupe. Sinon, il y a
une ébarbure trop importante à l’intérieur du tuyau ou le tuyau se
déforme. Il faut alors plus de travail par la suite pour ébarber le
tuyau et le calibrer.
Il faut remplacer régulièrement les lames de coupe car elles
s’émoussent. Une lame émoussée nécessite plus de force et produit de plus grandes ébarbures à l’intérieur du tuyau.
Outils à utiliser:
– coupe-tubes.
2.3.3 Cisaillage
Principe
Le cisaillage est un exemple caractéristique de découpe du matériau
sans copeaux et sans ébarbures. Le haut du tuyau est cisaillé et le bas
est déchiré.
La découpe est perpendiculaire au tuyau et totalement lisse. À basse température, le tuyau risque de se fissurer ou de tomber en morceaux.
Réalisation
Cisaille de conception spéciale avec lame amovible pour la découpe
des tuyaux en matière synthétique. La lame est traitée pour produire
une coupe sans ébarbures et tout à fait lisse.
52
Source: Virax
Application
La cisaille peut s’utiliser pour les tuyaux en matière synthétique jusqu’à
un diamètre de 63 mm.
Pour découper des tuyaux gainés (tube-en-tube), il faut commencer
par découper le fourreau extérieur à l’aide d’un couteau spécial à faible
profondeur de coupe, afin de ne pas endommager le tuyau intérieur.
Ce n’est qu’après qu’on peut couper le tuyau intérieur. Des dégâts sur
le tuyau intérieur peuvent provoquer, par la suite, une rupture de la
conduite.
Pour les gros diamètres, on peut utiliser le coupe-tube à guillotine qui
coupe le tuyau perpendiculairement, sans mouvement tournant autour
du tube et sans ébarbures. Le coupe-tubes à guillotine coupe rapidement les tuyaux en PE de 4” à 12” de diamètre.
Outils à utiliser:
– cisaille,
– coupe-tubes à guillotine.
2.3.4 Mise à longueur mécanique
Principe
Le sciage mécanique s’effectue avec une scie à ruban, une lame de
scie ou une scie circulaire. On imite ici le mouvement de la main du
sciage manuel.
Réalisation
Ces scies en acier spécial ont un entraînement électrique et peuvent
être fixées ou prises en main.
• Scie mécanique à ruban: la lame de scie a la forme d’un ruban et
effectue un mouvement continu.
• Scie circulaire: lame de scie en forme de cercle munie de dents sur
son pourtour. Cette machine peut scier selon un angle réglable (scie
à onglet).
• La scie sabre ou scie tigre est une scie mécanique à main à lame de
scie et à vitesse réglable, équipée ou non d’un serre-tube. Elle existe
en version pour tension réseau et en version avec accumulateur.
53
Source: Ridgid
Source: Ridgid
Application
La scie à ruban convient pour scier les conduites en métal et en matière synthétique, avec ou sans produit réfrigérant.
La scie circulaire permet de scier rapidement d’équerre.
La scie sabre est très pratique pour scier des tuyaux encastrés ou, lors
de réparations, pour couper d’équerre sur place.
Un assortiment de lames de scie permet de scier tous les matériaux.
Outils à utiliser:
– scie circulaire,
– scie à ruban,
– scie sabre.
• Choisir l’outil de coupe correct pour mettre à longueur
• Serrer la pièce à usiner
• L’équipement électrique doit répondre aux normes de sécurité
2.4 Ébarbage et calibrage
Principe
La mise à longueur produit des ébarbures qui sont enlevées ou des
déformations qui sont corrigées à l’aide d’un mandrin de calibrage.
Réalisation
Le sciage ou la coupe d’un tube ont généralement pour effet que l’extrémité du tuyau n’est plus nette. On peut avoir des ébarbures à l’intérieur et à l’extérieur. Pour les supprimer, on utilise une fraise à tubes
ou une lime.
• Les limes doivent posséder une finesse adaptée au matériau à limer.
Leur forme sera adaptée à l’endroit où se trouve l’ébarbure: plate
pour une ébarbure externe, ronde ou demi-ronde pour une ébarbure
interne.
54
• La fraise à tubes a une forme conique, des bords tranchants droits
ou hélicoïdaux; elle peut s’utiliser pour différents diamètres intérieurs
ou extérieurs.
• Les coupe-tubes pour tuyaux en cuivre sont généralement équipés d’un mandrin à évaser, mais on peut aussi employer de simples
ébarboirs de tubes à lames fixes ou amovibles.
• Mandrin de calibrage: mandrin fini avec précision en fonction du
tube et adapté au diamètre de la conduite.
• Calibreuse: appareil équipé de plusieurs mandrins de calibrage.
Source: Begetube
Source: Ridgid
Source: Virax
Source: Henco
Application
• Tube d’acier scié:
– ébarbage à l’intérieur avec une fraise conique à vilebrequin ou une
lime adaptée;
– à l’extérieur avec une lime.
• Tube d’acier coupé:
– ébarbage à l’intérieur avec une fraise conique ou une lime ronde.
• Tube de cuivre scié:
– ébarbage avec une fraise à tubes ou une lime adaptée à l’intérieur
– fraise à tubes ou lime adaptée (à l’intérieur et à l’extérieur).
55
• Tube de cuivre coupé:
– ébarbage à l’intérieur avec une fraise à tubes ou une lime ronde.
• Tube synthétique scié:
– ébarbage avec une lame ou un mandrin à évaser à l’intérieur
– avec une lime adaptée à l’extérieur.
• Tube synthétique coupé:
– avec des outils bien affûtés, la coupe ne provoque pas d’ébarbures.
Quand on coupe ou qu’on scie des tuyaux en cuivre et en matière
synthétique, il arrive que le tuyau se déforme légèrement et devienne
ovale. Cette déformation empêche de bien raccorder le tuyau à l’accessoire. Une calibreuse permet d’éliminer cette déformation.
Outils à utiliser:
– lime,
– fraise,
– ébarboir intérieur ou extérieur:
– commande à main,
– entraînement électrique avec toc monté sur foreuse,
– ébarboir de tubes,
– fraise conique,
– calibreuse,
– mandrin de calibrage.
Pour travailler en toute sécurité
• Choisir l’outillage adapté
56
3 Assemblage
3.1 Préparation
3.1.1 Evasement/alésage
Principe
Le diamètre des conduites à assembler (cuivre, matière synthétique)
est évasé d’un côté à l’aide d’un outil à évaser, afin qu’un des tuyaux
glisse au-dessus de l’autre.
Réalisation
Outils à évaser possibles:
– mandrin à évaser ayant un diamètre adapté pour chaque dimension
de tuyau, ou des dimensions calibrées pour différents diamètres de
tuyaux dans le même mandrin;
– jeu de toupies: support sur lequel sont montés différents mandrins à
évaser adaptés aux différentes conduites;
– pince à évaser: pince à têtes amovibles correspondant aux diamètres des tuyaux.
L’évasement à la pince à évaser présente l’avantage que l’opération
est plus facile et que la profondeur d’insertion de la tête de la pince
correspond à celle du tuyau à raccorder.
Application
Matières synthétiques
Certains assemblages de tuyaux en matières synthétiques sont réalisés à l’aide d’outils à évaser.
Pour préparer un assemblage à manchon coulissant, on évase le tuyau
en matière synthétique afin de le faire glisser facilement sur le raccord.
Source: Rehau
Source: Virax
Cuivre
Quand on ne veut pas utiliser de manchons pour assembler des conduites en cuivre, on évase les tuyaux d’un seul côté et on les insère l’un
dans l’autre pour appliquer un soudage.
Source: Ridgid
Chapitre 3: Assemblage
57
Outils à utiliser:
– mandrin à évaser + marteau,
– jeu de toupies,
– pince à évaser.
• Enlever régulièrement les bavures (coiffe) du mandrin à évaser.
3.1.2 Branchement
Principe
Un branchement est une opération pour laquelle aucun accessoire
n’est nécessaire. On raccorde une conduite de diamètre plus petit ou
égal sur une conduite principale.
Réalisation
On fore un orifice dans la conduite principale; cet orifice est plus petit
que le diamètre du branchement. Les bords de l’orifice sont redressés
et finis de telle sorte que le branchement offre le moins de résistance
possible au fluide à transporter.
Application
Acier
La réalisation d’un branchement sur un tube fileté ou tube bouilleur en
acier débute par le traçage et la réalisation d’une ouverture ovale dans
la paroi du tuyau. Les bords de la découpe sont mis d’équerre et finis
au diamètre approprié, après quoi le tuyau à brancher est soudé.
Pour réaliser l’ouverture dans la paroi du tuyau, on peut utiliser, pour
les grands diamètres, des outils spéciaux qui renflent le tuyau depuis
l’intérieur.
Cuivre
Il faut d’abord forer un trou à l’aide d’un poinçon plus petit que le tuyau
à brancher. La paroi du tuyau est redressée à la verticale à l’aide d’un
extracteur adapté. On introduit le tuyau à brancher dans cette ouverture, après avoir pratiqué deux arrêts sur ce tuyau à l’aide d’une pince
spéciale pour éviter que le tuyau à brancher ne descende trop bas
dans la conduite principale.
Cette technique convient uniquement pour les assemblages à braser
car le recouvrement est insuffisant pour un assemblage par soudure
tendre capillaire.
58
Source: Ridgid
Outils à utiliser:
– foreuse + foret à métal,
– outil d’extraction et marteau,
– set d’extraction composé de foreuse spéciale et de mandrin(s) d’extraction,
– outil de chauffage (flamme oxyacéthylénique ou brûleur au propane).
• Extincteur à portée de la main
3.1.3 Battage de collets
Principe
L’extrémité des tubes est recourbée de 2 à 3 mm vers de haut pour
former un angle de 30, 45 ou 90 degrés.
Réalisation
L’appareil à sertir se compose d’un étau comportant des orifices appropriés et d’un mandrin à évaser. L’étau serre le tuyau pendant que le
mandrin ouvre le tube selon l’angle souhaité.
Source: Virax
59
Applications
Cette technique est appliquée avec des tubes en cuivre doux.
Cette méthode permet, moyennant l’ouverture d’un collet, de réaliser
des assemblages avec des accessoires filetés (nipples) ou des robinets.
• Avec un collet de 45°, on peut réaliser un assemblage métallique
étanche au moyen de l’écrou libre adapté sans garniture supplémentaire.
• Avec un collet à 90°, on utilise un écrou libre à siège plat avec une
rondelle d’étanchéité.
Pour les applications du sanitaire et du chauffage, on utilise des appareils à sertir pour petits diamètres de tuyaux.
En technique du froid, on se limite aux diamètres de 6 mm à 14 mm
avec des cônes de 45°. Cet assemblage évasé ne pourra plus être
utilisé à l’avenir pour les nouvelles installations réfrigérantes.
Outils à utiliser:
– sertisseuse.
• Attention à ne pas se faire pincer les doigts
3.2 Assemblage fileté
3.2.1 Principe
Quand on visse un tuyau à filetage extérieur conique dans un raccord
à filetage intérieur parallèle, le filet extérieur se bloque dans le filet
intérieur et on obtient un contact métallique robuste entre tuyau et
raccord. C’est ce qu’on appelle un raccord fileté à filet autobloquant
(ISO 7-1 ou DIN 2999), l’étanchéité étant réalisée par le contact entre
les deux métaux.
3.2.2 Réalisation
Le filetage Withworth dont l’angle supérieur forme 55° et le pas avance
d’un certain nombre de filets par pouce forme un cône de 1:16 par
rapport à la ligne médiane de l’extrémité du tuyau.
Le filetage peut se faire à l’aide d’une filière à main ou d’une filière
mécanique.
Une filière à main se compose d’un cliquet muni d’une série de têtes
de filetage de différents diamètres pour filets droits et filets gauches.
Les lames de la tête de filetage doivent être remplacées dès qu’elles
sont endommagées.
60
Source: Ridgid
Source: Ridgid
Le filetage mécanique peut s’effectuer avec une filière portable ou une
filière montée sur un banc.
Le filetage mécanique est plus rapide. Avec la machine portable, on
peut utiliser les mêmes têtes de filetage qu’avec la filière à main du
même fabricant.
Il faut bien serrer le tuyau dans l’étau ou dans le banc rabattable
(Pionier) afin qu’il ne tourne pas avec l’outil, ce qui l’endommagerait.
Source: Ridgid
Source: Virax
Il est important de respecter la longueur du filet et la profondeur du filetage. Cette longueur dépend du diamètre du tuyau et de l’accessoire
(raccord) utilisé.
Pour déterminer facilement et rapidement la longueur du filet, nous
mesurons la longueur de filetage du raccord, nous filetons sur le tube
un pas de moins afin d’éviter que le raccord ne se fissure. La profondeur est exacte si l’on peut tourner le raccord à la main sur environ les
2/3 de la longueur moyenne du filetage. La garniture doit être adaptée
au fluide à transporter dans les conduites.
61
3.2.3 Applications
L’assemblage fileté est amovible et s’applique pour assembler des
tuyaux en acier à l’aide de raccords (accessoires).
Assemblages de tuyaux en acier jusqu’au diamètre 2”. Diamètres plus
importants uniquement quand il est impossible de les souder pour
cause de danger d’incendie. Avec un petit diamètre, il vaut mieux ne
pas souder pour être certain de garder le bon diamètre.
Pour obtenir un bon assemblage, il faut un filet bien coupé sur le tuyau.
C’est pourquoi l’extrémité du tuyau doit être sciée bien droit et ne pas
présenter d’ébarbures. Il faut nettoyer et entretenir l’outil de coupe, et
utiliser une huile de coupe de bonne qualité.
Lorsque le filet est bien coupé, il ne faut pas appliquer (beaucoup) de
matériau d’étanchéité (chanvre, téflon, pâte).
Les accessoires (raccords) sont en fonte malléable et leurs dimensions sont indiquées en pouces anglais. L’indication des numéros des
accessoires est également normalisée. Le type de l’accessoire est indiqué par un numéro et sa dimension par un nombre (p. ex.: n° 130 et
dimension 1/2”).
Une indication placée sur le pourtour de l’accessoire indique par des
signes spéciaux si celui-ci a un filetage intérieur gauche ou droit.
PRINCIPALES DIMENSIONS
Conformes du point de vue technique à ISO 7 – DIN 2999
Diamètre
3/8”
1/2”
3/4”
1”
1 1/4”
1 1/2”
2”
10
15
20
25
32
40
50
17,2
21,3
26,9
33,7
42,4
48,3
60,3
Nombre de pas par 25,4 mm
(= 1 pouce)
19
14
14
11
11
11
11
Distance vissable à la main,
en mm
6
8
10
10
13
13
16
2 3/4
2 3/4
2 3/4
2 3/4
2 3/4
2 3/4
2 3/4
10
13
15
17
19
19
24
DN
en mm
Nombre de pas vissables avec
un outil
Longueur vissable moyenne
en mm
62
3.2.4 Outils à utiliser
• Filière à main
• Filière électrique portative
• Filière électrique mobile
• Banc repliable avec pince-tubes (Pionier)
• Clé à tubes
• Pince-tubes
• Pince à tubes à chaîne
Source: Ridgid
Source: Ridgid
Source: Virax
• Pas de vêtements flottants
• L’équipement électrique doit être conforme aux prescriptions de sécurité
• Recueillir les fluides de coupe et de refroidissement pour ne pas
polluer l’environnement
• Respecter une hygiène personnelle pendant et après le travail
3.3 Assemblage par raccord
Egalement appelé assemblage bicône.
3.3.1 Principe
Dans un assemblage par raccord, une rondelle ou un joint en métal,
caoutchouc ou plastique est comprimé sur le tuyau et contre le corps
du raccord à l’aide d’un raccord-union.
Source: Begetube
63
3.3.2 Réalisation
Source: Begetube
Un assemblage par raccord comprend au moins 3 parties.
Avec du cuivre doux et du plastique, il faut appliquer aux extrémités
des tuyaux des manchons de renforcement ou de soutien afin que le
tuyau ne s’écrase pas.
Dans certains cas, une bague de compression (fendue) empêche l’assemblage de se désolidariser après la mise sous tension.
Il faut veiller à ce que le tuyau pénètre assez profondément (jusqu’à la
butée) dans le corps du raccord, sans quoi l’assemblage peut se mettre à fuir sous l’effet des vibrations, de la dilatation et du retrait.
Il ne faut pas garnir le filetage d’un matériau d’étanchéité.
Il existe des assemblages par raccord sous forme d’accouplements,
de coudes, de pièces en T, de réductions, etc.
Source: Begetube
3.3.3 Applications
L’assemblage ainsi obtenu est démontable et le risque d’endommager
le tuyau est pratiquement nul.
On peut appliquer les assemblages par raccord sur tous les matériaux
pour tuyaux. En présence d’un tuyau en matériau doux, il faut commencer par insérer un manchon de soutien dans le tube:
– tuyaux de précision avec bague en synthétique ou en caoutchouc,
– tuyaux en cuivre avec bague en synthétique, caoutchouc ou laiton,
– tuyaux en synthétique avec bague en caoutchouc ou en laiton.
Tuyau métallique
Source: Comap
Source: VSH
64
Tuyau synthétique
Tuyau multicouche
Source: Begetube
Source: Begetube
On peut appliquer les assemblages par raccord dans les conduites
d’eau, de gaz et de chauffage.
Il ne faut jamais serrer trop fort le raccord-union, sans quoi on risque
d’endommager la bague d’étanchéité ou même de la briser sous l’effet
de la tension.
Nombre de tours pour un tuyau en...
6 mm - 15 mm
22 mm
28 mm
35 mm - 54 mm
Tuyau en acier
3/4 de tour
3/4 de tour
1/2 tour
1/2 tour
Tuyau en acier inoxydable
3/4 de tour
3/4 de tour
1/2 tour
1/2 tour
Tuyau en cuivre
1 tour
3/4 de tour
3/4 de tour
1/2 tour
Tuyau en synthétique
2 tours
1 1/2 tour
1 1/2 tour
-------------------
• Clés à douille
• Clé à boulons réglable
• Clés à douille ouvertes
• Choisir l’outillage approprié
65
3.4 Raccord rapide
3.4.1 Principe
Technique d’assemblage qui ne nécessite pas d’outillage spécial. Le
tuyau est dirigé dans l’accessoire par une bague de positionnement en
inox, tandis que l’étanchéité est assurée par un élément d’étanchéité
en EPDM.
Source: Cupro
Source: Cupro
3.4.2 Réalisation
Après coupe d’équerre, ébarbage, calibrage et marquage de la profondeur d’insertion, on peut réaliser l’assemblage sans le moindre outil,
en enfonçant le tube dans le raccord jusqu’à ce qu’il s’encliquète.
Le résultat en est un assemblage rapide, réalisé sans outil chauffant,
sans dégâts ni risques d’incendie. Certaines réalisations résistent à la
traction. Dans certaines réalisations, il est encore possible de désolidariser l’assemblage par après.
L’assemblage “Hawle” (marque) est un assemblage rapide, robuste et
résistant à la traction (joint à manchon) en fer ou en synthétique, plus
résistant à la traction et destiné aux diamètres plus importants.
Source: Cupro
Source: Hawle
66
3.4.3 Applications
Pose et assemblage:
– d’installations de chauffage,
– d’assemblage de tuyaux d’eau froide et d’eau chaude,
– de raccordement de radiateurs,
– de conduites de gaz, si cet assemblage est homologué.
Peut aussi bien être appliqué avec du cuivre dur, semi-dur et doux
(avec du cuivre doux, on utilisera un manchon de soutien). Existe en
diamètres de 12-15-18-22 et 28 mm.
Il existe également des assemblages rapides pour tuyaux en acier, PE,
multicouches et PVC-C.
Source: Cupro
Source: Cupro
• Pas d’outillage spécifique
3.5 Assemblage à sertir
3.5.1 Principe
Tuyau en métal
Un assemblage à sertir est un système où un accessoire muni d’une
rondelle d’étanchéité est glissé au-dessus du tuyau puis déformé à
l’aide d’une pince; il est alors serré (serti) sur le tuyau.
Tuyau multicouche
Le serrage déforme la couche métallique du tuyau multicouche, si bien
que le tuyau est serré sur l’accessoire, avec ou sans manchon de serrage supplémentaire.
Source: Prandeli
Source: Viega
67
3.5.2 Réalisation
Cet assemblage est un raccord mécanique non démontable.
Tuyau en métal
La compression crée un profil à 6 côtés, 8 côtés ou même 9 côtés
pour les grandes dimensions (42 mm et 54 mm). Il est donc important
d’utiliser les douilles de serrage appropriées. Ces douilles peuvent être
fixes ou rotatives.
Tuyau multicouche
Technique appliquée sur certains tuyaux multicouches munis d’une
couche d’aluminium suffisamment épaisse. Le tuyau est serré à l’aide
d’une pince sur l’accessoire. Dans certains cas, on prévoit un manchon à sertir en métal ou en matière synthétique.
Source: Henco
Source: Ridgid
Source: Uponor-Velta systems
3.5.3 Applications
Les assemblages à sertir sont associés en premier lieu aux tuyaux en
matière synthétique ou aux tuyaux multicouches, mais on peut aussi
les envisager avec des tuyaux métalliques (inox et cuivre).
Avec les tuyaux en cuivre et les tuyaux de précision en acier, un assemblage à sertir convient pour les conduites d’eau, l’eau chaude et
l’eau froide, l’eau de chauffage (attention aux additifs spéciaux), le gaz
(à certaines conditions) et l’air comprimé (sans huile).
Cet assemblage résiste à une pression de service PN 16 et à des températures de 120 °C maximum.
68
Avec les tuyaux multicouches, les domaines d’application varient selon le fabricant et le diamètre.
On peut partir du principe que la température de service ne peut pas
dépasser 70 °C et que la pression de service maximum est de 10
bars.
Source: Comap
• Clé de serrage à main
• Clé de serrage électrique (batterie ou tension réseau)
– clé de serrage électro-hydraulique,
– clé de serrage électromécanique
Source: Viega
Source: Ridgid
• Lire et appliquer la fiche d’instructions de sécurité
• L’équipement électrique doit être conforme aux prescriptions de sécurité.
3.6 Assemblage à manchon coulissant
Également connu sous le nom d’assemblage par manchon de serrage.
69
3.6.1 Principe
Un assemblage par manchon de serrage est un système d’assemblage où un manchon, inséré par dessus le tuyau évasé, serre la conduite
synthétique sur le raccord préformé.
Le système repose sur un principe simple puisqu’on fait appel, pour
cette technique d’assemblage, à ce qu’on pourrait appeler la “mémoire” des tuyaux en matière synthétique.
Source: Rehau
3.6.2 Réalisation
Le tuyau est élargi à froid à l’aide d’une pince à évaser et inséré immédiatement après sur la douille de soutien du raccord. Le tuyau rétrécit
en quelques secondes (il veut retrouver son état de départ) et serre la
douille de soutien.
Ensuite, le manchon coulissant est glissé sur le tuyau rétréci à l’aide
d’une sauterelle à tige coulissante.
Le tuyau en matière synthétique repose solidement sur les cannelures
entre la douille et le manchon.
Cet assemblage est un raccord mécanique non démontable.
Source: Rehau
70
3.6.3 Application
Cette technique s’applique entre un tuyau en matière synthétique et
des accessoires appropriés. Elle peut être appliquée partout, tant en
applique qu’encastrée.
Convient pour les conduites des installations sanitaires et de chauffage. Cette technique d’assemblage permet d’assembler entre elles des
conduites encastrées, ce qui limite au maximum la perte de matière.
Source: Rehau
• Pince à évaser
• Sauterelle à tige coulissante
• Sauterelle à tige coulissante électrique (batterie ou tension réseau)
Source: Rehau
• Lire et appliquer la fiche d’instructions de sécurité
3.7 Brasage tendre
3.7.1 Principe
Le brasage tendre est une opération consistant à assembler deux métaux (matériaux de base) à l’aide d’un troisième métal (soudure) dont
le point de fusion est inférieur à 450 °C, température à laquelle les
matériaux de base ne fondent pas.
3.7.2 Réalisation
Le soudage est une technique qui permet d’assembler entre eux des
tuyaux à l’aide d’un manchon ou d’un accessoire.
Cet assemblage est excellent pour les tuyaux en cuivre. Il est facile à
réaliser de manière impeccable.
Cette méthode d’assemblage est une application du principe physique
de la capillarité18. Les fluides en contact avec une ouverture très étroite
échappent aux lois de la gravité et contredisent les lois de l’équilibre
en remontant le long de cette ouverture étroite.
18
71
Source: FFC
3.7.3 Applications
Les assemblages par brasage tendre sont appliqués sur les tuyaux en
cuivre et en acier inoxydable destinés, entre autres:
– aux conduites d’air comprimé,
– aux conduites d’eau froide et d’eau chaude,
– aux conduites de chauffage.
En général, l’application des assemblages par brasage tendre est limitée à des températures comprises entre 10 °C et 110 °C et de faibles
pressions de service.
La soudure utilisée se compose de deux métaux ou davantage, qui
détermineront la qualité et la température de fusion de la soudure.
On utilisera de préférence les alliages étain-cuivre et étain-argent plutôt que l’alliage étain-plomb. D’après les directives européennes, les
brasures à base de plomb seront prochainement interdites.
Comment effectuer un bon brasage?
Pour préparer le brasage, on nettoie les extrémités à assembler et on
y applique un fluide approprié.
Le fluide remplit les fonctions suivantes:
– dissoudre les résidus d’oxydation éventuels,
– protéger le métal contre l’oxydation pendant le chauffage,
– favoriser l’écoulement de la soudure.
Il est important que la profondeur d’insertion soit suffisante et que le
jeu entre tuyaux ou entre tuyau et manchon soit aussi réduit que possible (il ne peut pas dépasser 0,3 mm).
72
La règle principale pour réaliser un bon brasage: c’est la chaleur du
tuyau qui doit faire fondre le métal d’apport et non la flamme de la
lampe à souder.
Opérations à réaliser:
1. Nettoyer les éléments à assembler.
2. Ne pas appliquer une quantité excessive de fluide.
3. Échauffer l’assemblage à l’aide d’une lampe à souder ou d’un fer à
souder électrique.
4. Vérifier si le métal d’apport fond.
Lorsque le métal d’apport fond par contact avec le tuyau, cela veut
dire qu’on a chauffé suffisamment.
Si le métal d’apport ne fond pas, il faut l’enlever (de la flamme) puis
chauffer à nouveau.
5. Si le métal d’apport fond, il faut éloigner la flamme. Le métal d’apport pénètre par capillarité à l’intérieur de l’assemblage.
6. Nettoyer l’assemblage pour enlever le fluide excédentaire.
Diamètre extérieur en mm
Profondeur d’insertion L en mm
6 x1
5
8 x1
6
10 x1
7
12 x 1
7
15 x 1
8
18 x 1
9
22 x 1
11
28 x 1,5
13
35 x 1,5
15
42 x 1,5
18
54 x 2
22
Source: www.copperbenelux.org
73
• Bouteille de gaz à détendeur et soupape antirupture de flexible
• Flexible avec pinces
• Lampe à souder avec support et becs appropriés
• Fer à souder électrique au lieu d’une lampe à souder
Source: Ridgid
• Extincteur à portée de la main
• Respecter les instructions pour l’utilisation sans danger des bouteilles de gaz
• L’emploi de fluides exige des précautions contre l’inhalation de vapeurs toxiques.
3.8 Brasage fort
3.8.1 Principe
Le principe du brasage fort est identique à celui du brasage tendre. On
parle de brasage à partir du moment où la température de fusion de la
matière d’apport est supérieure à 450 °C.
Seule la matière d’apport fond.
74
3.8.2 Réalisation
Tout comme pour le brasage tendre, les brasures fortes peuvent être
réalisées par capillarité. Étant donné que l’assemblage soudé est plus
solide, la profondeur d’insertion de l’assemblage ne doit pas nécessairement être aussi grande. Pour réaliser un assemblage à manchon
par brasage, il suffit d’une longueur de recouvrement égale au tiers de
l’épaisseur de la paroi, avec un minimum de 3 mm.
Pour braser des pièces en T avec collet (voir plus haut), la longueur
de recouvrement doit être au moins égale au tiers de l’épaisseur de la
paroi du tuyau sur lequel s’effectue le piquage.
Les alliages pour brasage fort produisent un assemblage plus robuste
que ce qu’on peut obtenir par brasage tendre. Par contre, sous l’effet
de la température plus élevée pendant le brasage, le tuyau de cuivre
ramollit et perd ses propriétés mécaniques.
Source: FFC
3.8.3. Applications
Le brasage fort de tuyaux de cuivre s’applique:
– quand la longueur d’insertion serait trop courte pour un assemblage
par brasage tendre;
– quand l’assemblage est exposé à des tensions de longue durée;
– aux endroits où des vibrations peuvent survenir dans la conduite;
– aux endroits où la température du tuyau se situe en permanence aux
alentours ou au-dessus de 10 °C ou en dessous de –10 °C;
– là où la nature de l’application l’exige (conduites de gaz).
Il est déconseillé d’appliquer des brasages forts sur des conduites
dotées d’une protection contre la corrosion sur la paroi intérieure. En
effet, cette couche de protection est brûlée par la température élevée
et cet endroit du tuyau est alors exposé aux agressions corrosives.
On n’utilisera donc jamais le brasage fort pour les conduites d’eau
potable.
Les alliages pour brasage fort sont essentiellement composés de cuivre, d’argent, de zinc et de cadmium. Ils doivent toujours s’utiliser avec
un fluide approprié. Seuls les alliages à base de phosphore peuvent
s’utiliser sans fluide, quand le tuyau en cuivre est assemblé à l’aide un
raccord en cuivre.
75
On ne peut pas utiliser de raccords en laiton: à température élevée, le
zinc contenu dans l’alliage à base de laiton s’écoulera.
Dans certains cas, le brasage s’effectuera avec un gaz de protection
(p. ex. azote, CO2): pour la pose de conduites destinées aux gaz réfrigérants et aux gaz médicaux.
Source: Cool & comfort
Source: Virax
• Lampe à souder au propane adaptée pour les hautes températures
• Lampe à souder oxyacétylénique
• Porter des lunettes de sécurité à verres teintés
• L’emploi de fluides exige des précautions contre l’inhalation de vapeurs toxiques.
• Respecter les instructions de sécurité relatives aux bouteilles de
gaz
• L’application de hautes températures nécessite une attention accrue
au risque d’incendie et de brûlure.
76
3.9 Soudage autogène – Soudage au chalumeau
3.9.1 Principe
Le soudage autogène ou soudage au chalumeau consiste à assembler
deux métaux (matériaux de base); soit les bords fondus constituent le
joint soudé soit un troisième métal s’incorpore dans le joint soudé. Si
la matière d’apport possède les mêmes propriétés mécaniques que le
matériau de base, on parle de soudure homogène. Si ce n’est pas le
cas, on parle de soudure hétérogène.
Source: FFC
3.9.2 Réalisation
Le soudage autogène se réalise à l’aide d’une flamme, généralement
alimentée par de l’acétylène et de l’oxygène, qui produit une chaleur
suffisante pour amener à fusion une petite surface (côtés) de la pièce
(des éléments) en même temps que le cordon de soudure tenu dans
la flamme.
La flamme oxyacétylénique dégage une température élevée (env.
3 200 °C) et se règle facilement.
Source: SPIA/CNAC
Flamme normale
Soudage autogène
Pièce
Zone 3
Zone 2
Zone 1
Matériau d’apport
Dard
Cordon de soudure
Plume de la
flamme
Zone de soudage
Plume
Source: SAF
Source: SAF
77
3.9.3 Applications
L’installateur peut utiliser le poste de soudure à l’autogène comme
source de chaleur pour:
– cintrer à chaud,
– solidariser,
– souder,
– rétrécir,
– extraire.
Lorsqu’on soude des tuyaux en acier, les extrémités des tuyaux à assembler seront de préférence propres (sans peinture, rouille ni lubrifiant).
Les extrémités des parois épaisses de plus de 4 mm sont biseautées
pour former un orifice en V de 90°.
L’allumage et l’extinction du poste à souder s’effectuent comme suit:
– régler la pression de l’oxygène et de l’acétylène,
– ouvrir lentement le robinet d’oxygène,
– ouvrir entièrement le robinet d’acétylène et ajouter lentement l’oxygène jusqu’à ce que la partie blanchâtre du dard ait tout à fait disparu. À ce moment, on obtient une flamme neutre.
Le soudage des tuyaux s’effectue en deux phases:
– la cohésion,
– le soudage.
On peut éviter le retrait et la déformation du tuyau en le solidarisant
correctement.
En effet, l’échauffement du matériau produit une dilatation suivie d’une
déformation. La cohésion a pour but de maintenir les deux côtés du
joint dans la position correcte.
Pour solidariser des tuyaux à paroi mince, il est préférable de dessiner
l’ordre des cohésions à effectuer sur le tuyau.
Pour les tuyaux à paroi épaisse et les diamètres inférieurs à 4”, il suffit
de trois points d’adhérence. Avec des diamètres plus importants, il
faut davantage de points d’adhérence, mais on évitera une cohésion
par quatre points d’adhérence, moins solide qu’avec trois points.
Source: SAF
78
• Une batterie de bouteilles de gaz comprimé à 20 000 kPa (= 200
bars) pour l’oxygène et à 1 500 kPa (= 15 bars) pour l’acétylène
• Chaque bouteille est équipée d’un détendeur qui amène le gaz à
la pression de service et possède deux manomètres indiquant respectivement la pression de la bouteille et la pression de service. Les
bouteilles sont généralement équipées aussi d’une soupape de sécurité pour limiter la pression.
• Des dispositifs de sécurité comme un clapet antiretour, un interrupteur et des raccords
• Un ou plusieurs chalumeaux avec buses correspondantes (brûleur à
souder, chalumeau à découper);
• Des lunettes de soudeur comme équipement de protection individuelle;
• Des flexibles de couleur différente pour raccorder les bouteilles aux
chalumeaux.
Source: SAF
• Porter des lunettes de sécurité à verres teintés
• Porter des vêtements ignifuges
• Respecter les instructions de sécurité relatives aux bouteilles de
gaz
au risque d’incendie et de brûlure.
• Prévoir une ventilation et une aspiration suffisantes
3.10 Soudage électrique/semi-automatique (soudage à l’arc)
3.10.1 Principe
Le principe est similaire à celui du soudage autogène. C’est une méthode de soudage où un arc électrique (= l’étincelle entre la pièce à
usiner et l’électrode) fournit la chaleur nécessaire pour faire fondre le
matériau de base et/ou le matériau d’apport.
79
3.10.2 Réalisation
Soudage à l’arc à l’électrode enrobée
Protection à l’aide de gaz et de laitier: la chaleur de l’arc électrique fait
fondre l’électrode et le noyau métallique forme des gouttelettes que
l’arc dépose dans le bain de fusion. Le gaz généré par la combustion
de l’enrobage constitue une protection naturelle pour le bain de fusion
et la matière coagulée de l’enrobage forme un laitier qui se dépose sur
le métal prélevé pendant la coagulation.
Source: SAF
Procédé avec électrode enrobée
Noyau métallique
Gaz de protection
Enrobage
Pénétration
du cordon de
soudure
Cratère
Laitier
Gouttelettes de
métal déposées
par l’arc
Pièce
Bain de fusion
Cordon de soudure
Source: SAF
Source: SAF
Soudage à l’arc avec des cordons massifs ou soudage semiautomatique
Soudage à l’arc avec protection par gaz:
– TIG (Tungsten Inert Gas) avec électrode en wolfram résistant à la
chaleur; un gaz inerte (argon ou hélium qui ne se lie pas avec le
métal fondu) est ajouté pour protéger l’électrode, le bain de fusion et
le métal en train de se figer. Quand il faut un matériau d’apport, on
l’introduit dans l’arc à l’aide d’une baguette distincte.
Source: Lorch
80
Gaz de protection
Schéma d’une installation TIG
Procédé TIG
Eau
Buse
Métal d’apport
Gaz de
protection
Métal de base
Électrode au
wolfram non
fusible
Bain de fusion
Boîtier de commande
Câble de terre
Zone en fusion
Source: SAF
Source de courant continu
ou alternatif
Source: SAF
–
MIG (Metal Inert Gas) et MAG (Metal Active Gas), ou gaz miscible:
procédés de soudage à l’arc où l’on utilise une électrode continue
fusible qui provient d’un dévidoir. Le gaz protecteur est un gaz inerte,
actif ou miscible (il se lie avec le métal en fusion mais est moins coûteux).
Gaz de protection
Schéma d’une installation MIG ou MAG
Tube de contact
Électrode
continue fusible
(+)
Source de
courant
continu
220 V
Interrupteur de commande
Gaz de protection
Dévidoir
Source: SAF
Source: SAF
3.10.3 Applications
Les deux applications au soudage d’acier peuvent se faire aussi bien
sur le chantier qu’en atelier.
On les utilise moins dans les petites installations.
Ce sont surtout la mise en œuvre de chaufferies, le soudage de grands
diamètres et la préfabrication de collecteurs, de bouteilles d’équilibrage et autres accessoires de chaufferie qui peuvent être réalisés vite et
efficacement par soudage électrique ou semi-automatique.
• Appareils de soudage appropriés
81
• Utiliser un casque de sécurité avec des verres teintés foncés
• Porter des vêtements ignifuges
• Se protéger contre le rayonnement nocif
au risque d’incendie.
• Prévoir une ventilation et une aspiration suffisantes
• Respecter les prescriptions de sécurité relatives aux bouteilles de
gaz en cas de TIG, MIG et MAG
3.11 Soudage par manchon
3.11.1 Manchon électrosoudable
Principe
Manchon électrosoudable dans lequel est noyé un fil de résistance
enrobé de matière synthétique. Un poste de soudage échauffera le fil
de résistance et unira le manchon au matériau du tuyau.
Source: Geberit
Réalisation
Le matériel de soudage et les outils doivent être en bon état et adaptés
à la tuyauterie à appliquer.
Couper les extrémités d’équerre, les décrasser, gratter la zone à souder et la nettoyer avec un solvant.
Une fois que les données relatives au tuyau seront introduites dans
l’appareil de soudage, celui-ci effectuera correctement l’assemblage.
Nous devons uniquement contrôler les indicateurs de soudage (points
de contrôle sur le manchon soudable).
Laisser refroidir l’assemblage pendant au moins 20 minutes.
Application
Ce procédé s’utilise pour le PE et le PP, tant sur les conduites d’eau
froide et d’eau chaude que sur les conduites de chauffage central.
Outils à utiliser:
– poste de soudage avec matrices,
– grattoir,
– ébarboir.
au risque de brûlure.
3.11.2 Soudage par polyfusion
Principe
Les différents éléments, conduites et accessoires en synthétique (PP
ou PE) sont amalgamés entre eux sans l’aide de raccords.
82
La polyfusion dans la masse génère une nouvelle pièce sans interruption de matière, ce qui produit une installation particulièrement résistante à la pression et à la température.
Source: Niron
Source: www.vink.be
Réalisation
Une fois que le tuyau est coupé d’équerre par rapport à son axe, on
vérifie si tout est parfaitement lisse et propre avant de procéder au
soudage. Lorsque les tuyaux possèdent une couche d’aluminium, on
commence par enlever cette couche à l’aide du grattoir prévu à cet effet (ébarboir). On étalonne ainsi le diamètre extérieur du tuyau. Quand
on a monté les matrices qui correspondent au diamètre du tuyau sur
l’appareil de soudage, on chauffe à environ 260 °C et l’on comprime
en même temps le tuyau et l’accessoire dans les matrices, tout en respectant les indications de longueur et de temps du fabricant.
Le soudage proprement dit consiste à mettre rapidement bout à bout
les parties fondues, à effectuer immédiatement les corrections de linéarité éventuellement nécessaires afin d’éviter les tensions de soudage.
Source: Fusiotherm
Source: Fusiotherm
Application
Le système peut s’appliquer aussi bien pour les conduites d’eau froide
et d’eau chaude en construction résidentielle particulière, dans les immeubles à appartements et dans l’industrie.
83
Il s’applique aussi pour les installations d’air comprimé, les installations agricoles et horticoles ainsi que les piscines.
Tous les tuyaux et accessoires pour chauffage central sont du même
matériau. Seules les pièces métalliques terminales à raccorder aux
robinets sont dotées d’un filetage dans certaines marques.
Outils à utiliser:
– poste de soudage,
– ébarboir.
au risque de brûlure.
3.12 Soudage au miroir (ou soudage bout à bout)
Principe
Les extrémités des tuyaux, coupées d’équerre et nettoyées, sont rendues plastiques par chauffage de contact avec un miroir à souder.
Ensuite les extrémités sont mises bout à bout à une pression prédéfinie.
Réalisation
Un miroir à souder, muni d’un élément chauffant puissant, chauffe les
extrémités du tuyau.
Le miroir peut être indépendant ou intégré dans une machine à souder
au miroir.
Source: Geberit
Application
S’utilise pour le PE-HD, principalement pour les conduites d’évacuation et de gaz.
84
Outils à utiliser:
– poste de soudage,
– grattoir,
– ébarboir.
3.13 Assemblage à bride
Principe
Les brides font partie du groupe des assemblages démontables. Deux
disques, fixés au tuyau ou à l’accessoire, sont boulonnés entre eux.
Une garniture empêche les fuites.
Réalisation
Il existe:
– des brides présoudées: elles sont soudées sur le tuyau;
– des bride filetées: elles sont vissées sur le tuyau;
– des brides poussoirs: on fait coulisser la bride indépendante sur le
tuyau puis on applique un bord à l’extrémité du tuyau.
Source: Grundfos
Application
Les pompes, vannes et canalisations sont souvent assemblées. Dans
les tronçons horizontaux, il faut éviter qu’un trou de bride se situe
sous la ligne neutre du tuyau: en cas de fuite, le boulon risquerait de
rouiller.
85
86
4 Produits d’étanchéité
4.1 Généralités
En principe, l’assemblage fileté est auto-étanchéifiant (filetage extérieur conique et filetage intérieur cylindrique). On utilise des produits
d’étanchéité pour reprendre les écarts entre les filetages. Le même
problème se pose avec les brides et les raccords.
Le produit d’étanchéité peut être utilisé pur ou en combinaison avec
un matériau de support. Dans la pratique, c’est cette dernière formule
que l’on préfère.
Source: CDO zuid, Antwerpen
La pression et la température jouent un rôle important dans le choix
du produit d’étanchéité. Les produits d’étanchéité cités ici sont limités
à 500 kPa (5 bars) pour les gaz à une température comprise entre
–20 °C et 70 °C. Pour l’eau chaude, ils sont limités à 700 kPa (7 bars) à
une température de 130 °C.
4.2 Produit d’étanchéité pour assemblage fileté
La description et la classification sont basées sur les normes
EN 751-1, EN 751-2 et EN 751-3.
4.2.1 Produits d’étanchéité anaérobies
Définition
Ce sont des produits d’étanchéité qui durcissent sans la présence
d’oxygène. Ils sont appliqués sur le filetage sous forme de liquide, de
gel ou de pâte, sans apport de matériaux de support. Le durcissement
survient dans l’orifice de l’assemblage fileté en l’absence d’oxygène et
est entamé par le contact avec le métal (il est catalysé par les ions métalliques). Les propriétés d’étanchéité et la résistance mécanique sont
influencées par la nature du matériau, ainsi que la forme, la rugosité et
la propreté du filetage.
Source: Virax
19
Exemples
• Loctite 542
• Loctite 577
• Loctite 5331
• Swak (Cajon)
Les normes EN 751-1, EN 751-2 et EN 751-3 déterminent le produit d’étanchéité, sa classification, ses propriétés et ses domaines d’application
avec des assemblages métalliques en contact avec des gaz des 1er, 2e et 3e familles ainsi qu’avec l’eau chaude.
Chapitre 4: Produits d’étanchéité
87
4.2.2 Produits d’étanchéité non-durcissants
Définition
Ils sont appliqués sur le filetage sous forme de liquide, de gel ou de
pâte, normalement sans apport de matériaux de support. Ils peuvent
aussi prendre la forme de fibres synthétiques non tissées, imprégnées
de produit d’étanchéité.
Exemples
• Kolmat universel (en pratique avec apport de matériau de support:
– pour le gaz: acrylique,
– pour l’eau: lin (chanvre)
• Loctite L55
• Paraliq
4.2.3 Ruban PTFE non fritté
Définition
Il s’agit d’une bande d’étanchéité de filetage en polytétrafluoréthylène
(PTFE) non fritté neuf, sans matières de charge ni additifs. Le frittage
est un traitement sous haute pression des matières synthétiques, visant à améliorer leur structure. Ce matériau a des propriétés très spécifiques et est tellement stable qu’on peut l’utiliser lorsque d’autres
matériaux naturels et synthétiques ne suffisent pas. Cette bande présente l’inconvénient qu’il est impossible de dévisser l’assemblage pour
le repositionner.
Exemples
• Teflon (0,075 mm d’épaisseur pour l’eau; minimum 0,1 mm pour le gaz)
• Autres dénominations commerciales: Hostaflon, Algoflon, Fluon, Halon,
Enflon
88
4.2.4 Matériaux de support
Dans les assemblages filetés, le matériau de support maintient le produit d’étanchéité à sa place sur le filetage extérieur et l’empêche de se
détacher pendant le montage de l’assemblage.
Produit naturel: lin (chanvre)
Le lin est un produit naturel qui se dilate quand il est humide (hygroscopique). Comme le gaz naturel est un gaz sec, on ne peut pas utiliser le lin pour les applications gaz. On ne peut pas non plus l’utiliser
avec le gazole. Le lin présente l’inconvénient qu’il peut pourrir. Dans
le temps, on utilisait des tiges de chanvre, imputrescibles mais beaucoup plus chères. Le lin est commercialisé sous la forme de bobines
(80 grammes), de boules (100 grammes) ou d’écheveaux. Le lin peigné
est beaucoup plus fin et donc plus facile à appliquer.
Produit synthétique: acrylique
Il s’agit d’une fibre synthétique filée qui ne peut s’appliquer qu’avec le
gaz naturel.
Source: Loctite
89
4.2.5 Méthode d’étanchement des assemblages filetés
La méthode qui consiste à resserrer sans application supplémentaire
de fibres, de téflon, etc. permet le contact métal/métal entre le filetage cylindrique intérieur et le filetage conique extérieur, et garantit une
bonne étanchéité de l’assemblage.
Le premier serrage s’effectue à l’aide d’une clé pour tubes avec laquelle on exerce une force de 200 Nm. Ensuite, on peut encore donner
au maximum un tour complet pour orienter la pièce dans la direction
voulue.
Malgré ces normes et ces descriptions, il faut appliquer la méthode
avec la plus grande circonspection. En effet, il est souvent problématique de fileter un tuyau dans des conditions idéales sur le chantier.
Dans l’assemblage cylindrique/conique, le matériau d’étanchéité a
pour seul rôle de combler les inévitables écarts par rapport au profil
théorique et les inégalités des surfaces filetées.
Les contraintes de l’assemblage en traction, en compression et en
flexion sont reprises par le contact métal sur métal.
Les produits d’étanchéité doivent être appliqués régulièrement et soigneusement sur le filetage extérieur, et être adaptés aux conditions
d’exploitation.
D’éminents fabricants de raccords, qui s’occupent de la question depuis longtemps déjà, sont en train d’étudier la possibilité de commercialiser un raccord dont le filetage intérieur serait revêtu de matériau
d’étanchéité.
L’étanchement des assemblages filetés en acier inoxydable ne peut se
faire qu’avec des produits d’étanchéité sans chlore.
90
4.3 Garnitures pour brides et raccords en trois parties
Ces matériaux comblent les inégalités des brides ou des surface du
raccord en trois parties. Dans certains cas, le matériau est placé dans
un anneau métallique pour éviter de serrer trop loin les écrous (joint
étanche semi-métallique)
En présence de températures et de pressions élevées, on applique
parfois des anneaux entièrement en métal doux (joint étanche métallique).
Source: ESDEVE Antwerpen
Voici ci-après un récapitulatif des matériaux les plus appliqués en
chauffage.
4.3.1 Klingérite
Ce sont des fibres synthétiques qui sont comprimées dans du caoutchouc et des matières de charge non organiques. Auparavant, on utilisait des fibres d’amiante pour augmenter la résistance à la chaleur.
Étant donné leur effet cancérigène, celles-ci ont été remplacées par
des produits synthétiques. Les plaques de klingérite sont colorées
pour identifier le domaine d’application (par exemple: brun = eau, vert
= vapeur…).
En outre, on peut façonner la plaque avec des couches anti-adhésives, pour les enlever facilement d’entre les brides en cas de montage
et de démontage.
On utilise aussi le graphite comme matière de charge ou comme couche anti-adhésive.
91
4.3.2 Caoutchouc
Parmi les joints d’étanchéité en caoutchouc, on distingue les caoutchoucs naturels et les caoutchoucs synthétiques, avec ou sans armature de renforcement.
Voici quelques exemples de caoutchoucs synthétiques: SBR, néoprène (CR), caoutchouc nitrile (NBR), caoutchouc EPDM (éthylènepropylène-diène), caoutchouc butyle, Hypalon (CSM) , caoutchouc
silicone (MVQ), Viton, caoutchouc polyuréthane.
4.3.3 Fibre
Il s’agit de caoutchouc vulcanisé avec des fibres synthétiques. Comme
il a la propriété d’être hygroscopique, il ne peut pas être utilisé pour le
gaz.
92
5 Récapitulatif des matériaux,
assemblages et joints d’étanchéité
utilisés pour les tuyaux
5.1 Dilatation des différents matériaux
Il faut tenir compte de la dilatation; de même, le retrait du tuyau (après
la pose) est une donnée importante.
Le graphique ci-après représente la différence de longueur linéaire par
mètre de tuyau pour une hausse de température ( θ) de 50 K pour les
différents types de matériaux.
Exemple:
– un tuyau en acier,
– longueur = 10 m,
– écart de température: lors de la pose 20 °C, en cas de chauffage:
70 °C; Τ = 50 K,
Tuyau multicouche
PE-X
PE
PP
PB
PVC-C
PVC-U
Acier inoxydable
Cuivre
Acier
(mm/m)
Dilatation en cas de hausse de température de 50 K
• différence de longueur = 60 mm
Chapitre 5: Récapitulatif des matériaux, assemblages et joints d’étanchéité utilisés pour les tuyaux
93
5.2 Techniques d’assemblage des tuyaux de chauffage
Matériau
Technique d’assemblage
Acier (galvanisé)
Raccord fileté
Raccord
bicône
X
X
Raccord
soudé
Raccord
serti
Raccord
rapide
X
Acier (inoxydable) à
paroi mince
X
(X)
X
Cuivre
X
X
X
X
PE- X
X
X
X
PP
X
X
X
PB
X
X
X
X
PVC (U et C)
(X)
Tuyau multicouche
X
ABS
X
Soudage
X
X
X (chaud +
froid)
X
X (chaud +
froid)
5.3 Application du brasage sur les tuyaux en cuivre
Type de soudage
Eau froide
sanitaire
Eau chaude
sanitaire
Chauffage
central
Gaz naturel
Gaz de pétrole
(LPG)
Gazole
Assemblage
Application
doux
oui
oui
oui *
non
non
non
fort
non
non
oui
oui
oui
oui
doux
oui
oui
oui *
non
non
non
fort
non
non
oui
oui
oui
oui
doux
oui
oui
oui *
non
non
non
fort
non
non
oui
oui
oui
oui
doux
non
non
non
non
non
non
fort
non
non
oui
oui
oui
oui
Brasage
Accessoires
à souder
Dilatation et
retrait
Piquage
* θ < 110 °C
94
5.4 Accessoires
95
5.5 Applications
Gazole
DN 15
Gaz
fictive
Chauffage
central
DN
Eau chaude
sanitaire
extérieur x
épaisseur paroi
Eau froide
sanitaire
mm
Exemple
Indication
des dimensions
Application
Type de matériau
Diamètre
15 x 1 mm
oui
oui
oui
oui
oui
oui °
oui °
oui
oui
oui
non
non
oui
oui
oui
Métaux
Cuivre
Acier (tube
fileté)
”
(pouce)
mesure en pouces
1/2”
DN
fictive
DN 15
”
(pouce)
mesure en pouces
1/2”
Acier (tube
de précision)
mm
extérieur x
épaisseur paroi
15 x 1,2 mm
oui °
oui °
oui
non
oui
Inox paroi
mince
mm
extérieur x
épaisseur paroi
15 x 1,2 mm
oui
oui
oui
non
oui
Acier (tube à
souder)
Matières synthétiques
ABS
mm
extérieur x
épaisseur paroi
16 x 1,5 mm
oui
oui °
oui **
non
oui1
PVC-U
mm
extérieur x
épaisseur paroi°°
40 x 3,0 mm
oui
non
non
non2
oui1
PVC-C
mm
extérieur x
40 x 1,8 mm
oui
oui
non
non2
oui1
PB
mm
extérieur x
16 x 2 mm
oui
oui
oui **
non2
oui1
PP
mm
extérieur x
16 x 2 mm
oui
oui
oui **
non2
oui1
PE - LD
mm
extérieur x
25 x 4,2 mm
oui
non
non
non2
oui1
PE - HD
mm
extérieur x
25 x 2,3 mm
oui
oui
non
oui *
oui1
PE - X
mm
extérieur x
16 x 2 mm
oui
oui
oui **
non2
oui1
Tuyau multicouche
mm
extérieur x
16 x 2,25 m
oui
oui
oui
non2
oui1
* uniquement en extérieur et enterré // ** avec écran protecteur// ° galvanisé, jusqu’à max 60°C// °° l’épaisseur de la paroi
peut varier selon l’application // 1 si résistant aux hydrocarbures// 2 pas (encore) en Belgique
96
5.6 Produits d’étanchéité utilisés
Eau chaude
sanitaire
Chauffage
central
Gaz naturel
Gaz de pétrole
(LPG)
Gazole
Produits d’étanchéité
anaérobies
+
+
+
+
*
*
Produits d’étanchéité non
durcissants
+
+
+
+
O
O
Bandes de PTFE
non fritté
+
+
+
+
+
+
Lin
(hygroscopique)
+
+
+
O
O
O
Acrylique
O
O
O
+
O
O
Type de
matériau
Eau froide
sanitaire
Application
O = interdit
+ = autorisé
* = autorisé si résistant aux hydrocarbures
97
98
6 Fixations
6.1 Introduction
Du fait de la grande diversité des matériaux de construction, comme
la brique, le béton, le bois, le fer, les panneaux de fibres et panneaux
en matière synthétique en versions dure, et molle, épaisse et mince,
l’installateur doit résoudre un nombre incroyable de problèmes de
fixation.
Il est donc indispensable de savoir de quelles possibilités il dispose. Il
doit avoir une vue générale de ce qui existe dans ce domaine.
Les vis, écrous et anneaux sont fabriqués en différents matériaux, selon l’application:
– acier,
– acier doux,
– laiton,
– acier inoxydable,
– acier galvanisé,
– acier cadmié,
– laiton,
– matière synthétique,
–…
6.2 Clous
6.2.1 Description
Les clous ordinaires existent en trois versions: à tête plate, à tête cylindrique (appelés “à tête perdue”) et à tête ronde.
Il existe aussi des clous à enfoncer automatiquement au cloueur; les
cloueurs existent, eux aussi, en différentes versions:
– pistolet à air comprimé,
– cloueur à poudre, cloueur à cartouche adaptée pour chaque type de
clou,
Chapitre 6: Fixations
99
Source: Spit
– cloueur à gaz propulseur permettant de fixer une série de clous.
Source: Spit
Sécurité: portez toujours des lunettes de sécurité, un casque et des
protections auditives!
Source: Spit
La dimension des clous est exprimée par deux nombres, dont le premier indique la longueur en mm et le second, le diamètre en mm.
Exemple: un clou de 45 x 2,2 mesure 45 mm de long et a un diamètre
de 2,2 mm.
100
6.3 Vis à bois et tire-fonds
6.3.1 Description
On distingue:
– les vis à tête ronde,
– les vis à tête noyée (vis pointeaux),
– les vis à tête ronde noyée (vis à tête lentiforme),
– les tire-fonds à tête à quatre ou à six pans.
La tête d’une vis à bois peut être munie d’une fente droite, d’une rainure en croix (Philips® ou Pozidriv®), en carré ou torx.
À l’heure actuelle, beaucoup de vis sont serrées par un procédé mécanique. On préfère pour cela les vis à tête cruciforme ou les vis torx.
Fente droite
Philips
Pozidriv
Combi
Torx
Source: Dejond fastening systems
Source: Facom
Source: Facom
La dimension des vis est exprimée par deux nombres, dont le premier
indique le diamètre en mm et le second, la longueur en mm
101
6.4 Vis à métaux, écrous et rondelles
6.4.1 Vis à métaux (boulons)
Description
Les types de filetages suivants sont les plus fréquents:
– filetage métrique (M) avec angle supérieur de 60° (Système
International, S.I.),
– filetage métrique fin (MF) avec également un angle supérieur de
60°,
– British Standard, angle supérieur de 55°, on y distingue:
– B.S.W. (British Standard Whitworth) version normale; également
désignée par W.W;
– – B.S.F. (British Standard Fine), avec filetage plus fin.
Ce sont les filetages métriques que l’on utilise actuellement. Les têtes
peuvent avoir la forme suivante: tête noyée, tête sphérique noyée, tête
cylindrique, tête bombée, tête cylindrique bombée, tête à six pans, vis
papillon et vis à ailettes.
Les cinq premières formes de têtes peuvent être réalisées avec une
fente, une encoche cruciforme, carrée ou torx.
De plus, les trois premières peuvent aussi être réalisées avec six pans
creux.
Source: Würth
Dimensions commerciales
Le filetage métrique est désigné comme suit: d’abord la lettre M, puis
le diamètre en mm et enfin la longueur, également en mm.
• p Exemple: filetage M6 x 45
Au lieu de la lettre M, on peut aussi trouver l’indication du numéro DIN
correspondant ainsi que le pas.
Pour les vis à filetage B.S.W., on indique d’abord le diamètre en pouce
puis la longueur en pouce ou en mm.
102
Qu’entend-on par la longueur indiquée?
• Pour les vis à tête noyée, la longueur indiquée est la longueur totale,
tête comprise.
• Avec les vis à tête cylindrique, tête bombée et tête à six pans, la longueur indiquée est la longueur de la tige. C’est également le cas pour
les vis papillons et les vis à ailettes.
• Avec les vis à tête bombée noyée, on indique comme longueur la
distance entre la ligne de coupe de la tête bombée et noyée et l’extrémité de la tige.
• p Exemple: une vis à métaux à filetage métrique et tête bombée
noyée M6 x 25 a un diamètre de 6 mm et une longueur de la
tige + la partie noyée de la tête, de 25 mm.
6.4.2 Écrous
Description
Les écrous se présentent sous différentes versions:
– écrous à six pans, normaux, bas et hauts,
– écrous à quatre pans, normaux et bas,
– écrous crénelés ou à crans,
– écrous borgnes,
– écrous à œillet,
– écrou moleté,
– écrous à ailettes ou écrous à oreilles,
– écrous indesserrables.
Dans cette dernière version, un anneau indesserrable en fibre ou en
nylon est intégré à l’écrou. Cet anneau serre sur le filetage, évitant ainsi
que l’écrou se desserre sous l’effet des vibrations.
103
Dimensions commerciales
Les dimensions mentionnées pour les écrous sont le type de filetage
et le diamètre, ainsi que parfois le pas et la hauteur de l’écrou.
6.4.3 Rondelles
Les bagues d’arrêt plates répartissent la pression de manière homogène sous l’écrou ou sous les têtes des boulons à écrou ou des boulons prisonniers.
Les bagues de retenue ont la même fonction, mais elles servent aussi
à caler l’écrou (l’empêcher de se dévisser).
Les rondelles dentées servent également à caler l’écrou et sont souvent utilisées en combinaison avec les bagues de retenue.
6.4.4 Vis autotaraudeuses
Il en existe essentiellement 2 types:
– pour usage en tôle mince (vis à tôle). Elles sont munies d’un filetage
continu.
– pour usage en matériau massif. Elles sont munies d’un filetage ainsi
que de fentes parallèles à la tige, ou encore le filetage est trilobé et
non rond.
Pour ces deux types de vis, il faut forer au préalable un trou de diamètre approprié.
6.4.5 Vis autoforeuses
Avec une vis autoforeuse, c’est la pointe de la vis qui amorce ellemême le perçage du trou. Si l’on continue à tourner, la vis se serre en
un seul mouvement. Ces vis ne doivent pas s’utiliser sur un matériau
massif.
104
6.5 Chevilles
Avant de placer des vis dans une maçonnerie, il faut d’abord percer un
trou à l’aide d’un foret. On introduit ensuite dans cette ouverture une
cheville dans laquelle on pourra ensuite serrer la vis. Les chevilles sont
fabriquées dans des matériaux indestructibles et résistant aux intempéries, à l’humidité, au vieillissement et à la corrosion. On utilise des
chevilles en matières thermoplastiques ou en métal.
La forme extérieure de la cheville est également importante car c’est
elle qui garantit un bon ancrage et empêche la cheville de tourner avec
la vis. Nous allons décrire ci-dessous quelques types de chevilles, sélectionnées parmi une offre très vaste.
6.5.1 Chevilles normales
• Elles existent en différents diamètres et différentes exécutions.
• Lorsqu’on visse, la partie centrale s’évase; cette cheville peut donc
s’utiliser sur un matériau plein ou sur des parois minces.
Source: Spit
Source: Spit
6.5.2 Chevilles spéciales
• Chevilles pour fixation dans les parois minces, les plafonds et les
panneaux, derrière lesquels se trouve un espace creux ou une couche de matériau d’isolation. Lorsqu’on serre la vis, la cheville métallique s’ouvre et ses 4 bras se déploient aussi loin que possible
derrière le panneau
105
Source: Spit
Source: Spit
• Chevilles universelles, utilisables sur les parois pleines comme sur
les parois creuses. La cheville va se serrer contre l’arrière de la paroi.
Source: Spit
Source: Spit
Source: Spit
• Chevilles à segment basculant et chevilles à ailes à ressort. Pour
les plafonds creux, plafonds en plâtre, parois creuses et panneaux
légers. Elles sont vendues en différentes tailles.
Source: Spit
Source: Spit
106
• Chevilles à frapper ou chevilles filetées. Elles s’utilisent pour la fixation aux plafonds et aux murs en matériaux durs tels que le béton.
Après avoir posé la cheville, on enfonce la clavette jusqu’à la profondeur contrôlable. La clavette ondulée de l’ancre assure, pendant
qu’on l’enfonce, une répartition suffisante du corps de serrage.
On peut introduire dans ces ancres des tiges filetées ou des vis métalliques, et éventuellement effectuer un réglage en hauteur.
Source: Spit
Source: Spit
• Ancre à expansion ou cheville pour fixations lourdes avec vis métalliques. La douille peut être en nylon armé ou en métal. Le vissage
provoque l’expansion de la cheville à l’arrière du trou; il faut donc
serrer le filetage à fond.
Source: Spit
Source: Spit
• Chevilles pour béton cellulaire. Également pour le montage dans les
matériaux de construction tendres. Le diamètre du trou à forer est
égal au diamètre du noyau de la cheville. Il existe aussi des versions
autoforeuses à utiliser sans forer au préalable.
107
Source: Spit
Source: Spit
• Chevilles à frapper et à clouer: il existe aussi des chevilles accompagnées d’un clou ou d’une vis spéciale qu’on enfonce dans la cheville
à l’aide d’un marteau. Cette méthode est plus rapide que le vissage
et est pratique, entre autres, pour fixer des serre-tubes, des matériaux minces contre un mur… Parfois, il faut encore donner un tour
de vis à l’aide du tournevis.
Source: Spit
Source: Spit
6.6 Boulons d’ancrage
Mais quand il s’agit de fixer des pièces lourdes, on accorde la préférence à l’utilisation de boulons d’ancrage. Il existe 2 types différents
de boulons d’ancrage classiques: le type à tête de boulon conique et
le type à tête d’écrou conique.
Ces boulons d’ancrage sont composés de lèvres ou d’une douille à
expansion. Ils sont fermés par une virole à une extrémité, et par un
ressort à anneau à l’autre extrémité. Lorsqu’on serre l’écrou ou la vis,
les lèvres sont forcées de s’ouvrir et vont exercer une pression considérable sur les parois du trou.
• Le boulon d’ancrage à tête d’écrou conique (écrou interne) s’utilise
généralement pour la fixation dans le plancher. Il permet, en effet,
d’enfoncer la douille dans le trou approprié sans écrou, de telle sorte
qu’on peut glisser l’objet à fixer en place sans qu’il faille le soulever
108
au-dessus des boulons qui dépassent. Le boulon est placé par la
suite.
Matériau plein
Matériau creux
Source: Spit
Source: Spit
• Les boulons d’ancrage à tête conique (extrémité rotative avec écrou
externe) s’utilisent habituellement pour les fixations aux murs, car
l’extrémité saillante de la vis permet d’accrocher l’objet à fixer avant
de commencer à serrer la vis. L’écrou est vissé par dessus.
Version écrou (E)
Version boulon (V)
Source: Spit
Source: Spit
• Les boulons d’ancrage du type à tête d’écrou conique peuvent aussi
être accompagnés de pitons et de tire-fonds. Les boulons d’ancrage
du type à tête conique peuvent également être fabriqués avec un
écrou pour piton et un œillet pour tire-fond.
6.7 Chevilles autoforeuses
• Les chevilles autoforeuses en acier pour béton possèdent à l’avant
une couronne dentée ressemblant à un trépan à couronne, derrière
laquelle se trouve une tête conique cassable et sont munies, à l’intérieur, d’un filetage métrique ou W.W. Le trou est percé avec la cheville
placée dans un mandrin approprié de la perceuse. Une fois le trou
percé avec la cheville, on retire celle-ci, on l’équipe de son ergot
conique, on la remet en place et on l’enfonce de telle manière que la
pointe s’ouvre.
109
• Les chevilles autoforeuses pour cloisons en plâtre possèdent, à
l’avant, une tête de coupe appropriée.
Source: Spit
Source: Spit
6.8 Ancrages chimiques
Malgré la grande diversité de fixations dont nous avons traité jusqu’à
présent, il arrive parfois qu’il faille rechercher une solution plus créative. Les ancrages chimiques offrent sans doute alors la solution.
On distingue 2 groupes d’ancrages chimiques:
– des capsules de verre, prêtes à l’emploi,
Source: Spit
– des mortiers chimiques à 2 composants.
Source: Spit
Cet ancrage peut s’utiliser pour les murs massifs et les parois creuses.
On procède comme suit: on perce un trou, on place éventuellement
un tamis tubulaire (dans les parois creuses), on injecte la pâte (ou on
introduit la capsule de verre) puis on place la douille ou la tige filetée.
Quand le temps de durcissement est écoulé, on peut serrer l’écrou.
110
Matériau plein
Matériau creux
Source: Spit
Source: Spit
6.9 Appareils de forage
6.9.1 Appareils électriques
On distingue les visseuses, les foreuses classiques, les foreuses à
percussion et les marteaux perforateurs électropneumatiques ou
électromécaniques. Un marteau perforateur a un régime plus bas, une
fréquence (nombre de “coups”) de frappe moindre et davantage de
force de frappe. Le marteau perforateur électropneumatique n’a pas
besoin de puissance supplémentaire (idéal pour le béton) et est muni
d’un accouplement limiteur. Ce dernier évite à la machine de tourner
quand le foret bloque.
Source: Spit
Source: Spit
Source: Spit
6.9.2 Appareils de forage à accumulateurs
Quand on n’a pas de courant à disposition, une perceuse sans fil est
tout indiquée. Ce genre d’appareil est muni d’un accumulateur que
l’on peut recharger sur la prise de courant quand on n’utilise pas la
perceuse. Ces perceuses ont moins de puissance et une autonomie
limitée.
111
Source: Spit
Source: Spit
6.9.3 Régime
Les appareils de forage à 2 vitesses mécaniques (lent et rapide) atteignent immédiatement leur vitesse maximale. Un réglage électronique de la vitesse permet d’augmenter progressivement le régime de
zéro au maximum, selon la vitesse mécanique sélectionnée. Le réglage électronique s’effectue via l’interrupteur à tirette. Le régime sera
d’autant plus bas que le diamètre du trou à percer est grand et que le
matériau est dur.
6.9.4 Tête de perçage
Pour insérer une mèche dans le mandrin porte-mèche (retirez toujours
la fiche de la prise!), on ouvre le bec à l’aide de la clé ad hoc, on place
une mèche et on referme le bec (tournez dans les 3 trous). L’opération
est plus rapide avec un mandrin à serrage rapide.
Avec les perceuses électropneumatiques, on utilisera les mèches appropriées (à 4 encoches ): les accouplements SDS et SDS max. Pour
mettre les mèches en place, il suffit d’enfoncer la mèche dans le mandrin, de tourner un peu la mèche jusqu’au déclic puis de l’enfoncer à
nouveau. Pour enlever la mèche, il suffit de faire coulisser l’embout
vers l’arrière et de retirer la mèche.
6.10 Mèches
6.10.1 Béton/maçonnerie dure
Pour forer dans la brique et la pierre dures ainsi que dans le béton, on
fait jouer le mécanisme de percussion. Mais si on doit d’abord traverser un matériau tendre (plâtre, p. ex.) avant d’atteindre la couche dure,
on enclenche le mécanisme uniquement au moment où on arrive sur la
couche dure. On évite ainsi d’endommager la couche supérieure.
112
6.10.2 Mèches à maçonnerie et à béton
Les deux types de mèches possèdent une pointe en métal dur (souvent colorée). On ne peut pas forer dans le béton avec une mèche à
maçonnerie, mais on peut forer dans la maçonnerie avec une mèche
à béton. Il n’y a pas de différence entre les marteaux perforateurs.
Contrôlez si la queue de la mèche est adaptée au mandrin de votre
perceuse. Un trépan permet aussi de forer des trous grossiers à travers les murs.
Source: Facom
Source: Facom
6.10.3 Mèches à couronne
Pour pratiquer des trous pour faire passer des tuyaux à travers des
murs en maçonnerie ou en béton sans trop les abîmer, on peut recourir à des mèches à couronne (trépans ou mèches au diamant). On
distingue les types suivants:
– mèches à couronne à fixer sur le marteau perforateur, sans refroidissement par eau (forage à sec),
– mèches à couronne à utiliser avec un appareil prévu à cet effet, sur
socle ou manuel (généralement forage humide).
Source: Spit
Source: Ridgid
Les mèches à couronne pour métal ou pour bois se présentent différemment.
Source: Facom
113
6.10.4 Mèche à bois (mèche hélicoïdale)
La mèche à bois normale sert à pratiquer des trous traversants ou
borgnes dans toutes les espèces de bois. La mèche à bois hélicoïdale
à pointe de centrage et dents de coupe sert à réaliser des trous traversants.
6.10.5 Forage dans une tôle mince
Ne tenez jamais une tôle mince avec les mains pour y forer. Quand la
mèche parvient de l’autre côté du métal, la tôle risque de tourner autour
de la mèche. C’est pourquoi il faut toujours coincer la tôle entre deux
pièces de bois (en sandwich) et serrer le tout avec des serre-joints.
6.10.6 Forage dans des tuyaux
Pour forer dans un tuyau, on utilise un support qui permettra de forer
parfaitement à la verticale. On serre le tuyau (protégé par un carton
ou un chiffon) dans un serre-joint. Au besoin, on enfonce un bout de
bois (de la même forme) dans le tuyau afin de l’empêcher de s’écraser
(également avec les profils rectangulaires).
114
7 Sciences appliquées
7.1 Unités de base: système SI
Les unités du système international sont structurées de telle sorte que,
si on les compare, on n’obtient jamais d’autre chiffre que “1”.
7.1.1 Mesures de longueur
Bien que le mètre soit l’unité officielle, différents préfixes décimaux
sont possibles. Les multiples et subdivisions les plus connus sont: km,
hm, dam, dm, cm et mm.
Mais dans les formules, il faut toujours réduire les distances en
mètre! Sinon, on risque de commettre de graves erreurs.
Notation
Conversions
km
1 000 m
1.10 3 m
hm
100 m
1.10 2 m
dam
10 m
1.10 1 m
Unité
m
1m
Subdivisions
dm
0,1 m
1.10-1 m
cm
0,01 m
1.10-2 m
mm
0,001 m
1.10-3 m
Multiples
7.1.2 Unités de temps
C’est la seconde mésopotamienne qui a été adoptée comme plus petite unité de temps: 1/60 de minute, 1/3600 d’heure, 1/ 86400 de journée. Les choses semblent simples, mais sous l’influence de la physique contemporaine surtout, la seconde a été définie comme: la durée
de 9 192 631 770 périodes du rayonnement émis par la transition entre
les deux “niveaux hyperfins” de l’état fondamental de l’atome de césium 133. Il n’est pas nécessaire de comprendre ces notions, il suffit
de savoir que c’est ainsi que fonctionnent les horloges atomiques disséminées à travers le monde, qui donnent l’heure exacte aux stations
de radio.
Dans le système SI, on travaille uniquement avec la seconde (s)
comme unité de temps (t).
7.1.3 Unités de masse
La masse a été définie pour la première fois comme une propriété de
l’objet par Isaac Newton (1642 ou ‘43 – 1727), entre autres comme la
force d’inertie, c’est-à-dire la résistance au changement de l’état de
mouvement. Pour parler simplement, au bowling, il faut fournir un plus
grand effort pour faire rouler une boule qui a une grande masse que
Chapitre 7: Sciences appliquées
115
pour faire rouler une boule de petite masse. Cet effort dépend évidemment de la force que l’on développe sur la ligne de faute au début de
la piste. Mais si vous jouiez au bowling sur la Lune, vous remarqueriez que votre effort serait beaucoup moins important, alors que rien
n’aurait changé du côté de la boule. Les boules de bowling auraient en
effet conservé leur masse.
Dans le système SI, on travaille uniquement avec le kilogramme.
Le kilogramme a été défini jadis comme la masse de 1 000 cm3 d’eau à
4 °C. Cette masse d’eau correspond aussi exactement à un litre.
Cette définition tient encore bon pour le moment. C’est la seule unité
qui ne repose pas sur un phénomène naturel mais simplement sur une
convention: 1 000 cm3 d’eau pure à 4 °C (ou 277 K).
Attention, utilisez toujours le kg comme unité dans les formules.
Sinon, vous ferez fausse route et votre résultat sera faux.
Notation
Conversions
1.103 kg
Multiples
Mégagramme
Mg
1 000 kg
1 000 000 g
Unité
kilogramme
kg
1 kg
Subdivisions
hectogramme
hg
0,1 kg
1.10-1 kg
100 g
decagramme
dag
0,01 kg
1.10-2 kg
10 g
gramme
g
0,001 kg
1.10-3 kg
1g
decigramme
dg
0,000 1 kg
1.10-4 kg
0,1 g
centigramme
cg
0,000 01 kg
1.10-5 kg
0,01 g
milligramme
mg
0,000 001 kg
1.10-6 kg
0,001 g
microgramme
μg
0,000 000 001 kg
1.10-9 kg
0,000 001 g
1 000 g
7.2 Unités dérivées
7.2.1 Surfaces
Une fois que nous pouvons mesurer une longueur, il est généralement
simple de calculer une surface à l’aide de quelques notions de géométrie plane. Nous multiplions toujours deux longueurs, éventuellement
avec une constante telle que π pour la surface du cercle.
Comme nous devons utiliser le mètre dans le système SI, nous avons
donc une surface en (m · m) ou m2.
116
Nous pouvons, ici aussi, utiliser des préfixes décimaux, comme pour
les longueurs. Mais attention: nous devons reculer chaque fois la marque de la décimale de deux chiffres.
1 m2 = 100 dm2 = 10 000 cm2, etc.
Faites très attention car, dans les calculs réalisés dans le cadre
du système SI, tout DOIT être en m2. Sinon, nous aurons à coup
sûr des résultats inexacts.
Notation
Conversions
km2
1 000 000 m2
1.10 6 m2
hm2
10 000 m2
1.10 4 m2
dam2
100 m2
1.10 2 m2
Unité
m2
1 m2
Subdivisions
dm2
0,01 m2
1.10-2 m2
cm2
0,000 1 m2
1.10-4 m2
mm2
0,000 001 m2
1.10-6 m2
Multiples
7.2.2 Volumes
Pour calculer un volume, nous multiplions trois unités de longueur exprimées en mètre dans le système SI. On obtient donc des m3.
Pour les liquides et les gaz, on utilise aussi très fréquemment le litre
comme unité. Mais quand on sait que 1 litre correspond en fait à 1 dm3
ou à 1/1 000 de m3, la conversion n’est pas très difficile.
On utilise aussi parfois l’unité cc. Il suffit de savoir que 1 000 cc équivalent à 1 litre.
Dans tous les calculs impliquant des formules, il faut utiliser les
unités SI. On a donc ici des m3.
Notation
Multiples
Unité admise
Conversions
km3
1 000 000 000 m3
1.10 9 m3
hm3
1 000 000 m3
1.10 6 m3
dam3
1 000 m3
1.10 3 m3
Unité
m3
m3
1 m3
Subdivisions
dm3
1 litre
0,001 m3
1.10-3 m3
cm3
1 millilitre ou cc
0,000 001 m3
1.10-6 m3
0,000 000 001 m3
1.10-9 m3
mm3
117
7.3 Unités appliquées
7.3.1 Masse
La masse d’un corps est, en fin de compte, une propriété du corps
proprement dit. Très souvent, on confond la masse et le poids. Ce sont
pourtant deux notions totalement différentes. Comme nous l’avons dit
plus haut, la masse est exprimée en kg (kilogramme) tandis que le
poids est exprimé en N (newton).
Il est facile de découvrir une différence de masse quand on doit exercer une force. Tout le monde sait qu’il est plus facile de pousser une
petite voiture à essence qu’une grosse voiture diesel. La masse se
mesure simplement à l’aide d’une balance. Mais attention, balance ne
veut pas dire “pèse-personne”. Avec une balance, nous comparons la
masse de l’objet avec des masses étalonnées au préalable. Rappelezvous la vieille balance de pharmacie, où l’on place des “poids” (en fait,
il faudrait dire des “masses”) sur un plateau jusqu’au moment où l’on
atteint l’équilibre avec l’objet qui se trouve sur l’autre plateau. Parfois,
on utilise aussi une balance romaine à masse “coulissante” (en langage courant, on parle de contrepoids). Remarquez encore une fois
que nous ne pesons pas la masse, mais que nous ne faisons que la
comparer avec des masses dont nous connaissons la valeur. Nous
utilisons bien la “force d’attraction” de la terre, mais nous devrions
pouvoir le faire également avec une autre force.
7.3.2 Force
Nous mettons une voiture en mouvement à l’aide de la force du moteur. La masse de la voiture reçoit une accélération grâce à la force du
moteur. Une fois que la voiture a pris de la vitesse, elle reviendra vite à
l’arrêt si nous coupons le moteur. C’est l’effet de la force du frottement.
Mais si nous voulons continuer à rouler, le moteur devra développer
une force égale au frottement. Si nous voulons nous arrêter, nous appuyons sur le frein.
La force présente dans les freins – le frottement – fait que la masse de
la voiture ralentit et finit par s’arrêter.
Isaac Newton (1642 ou ‘43 – 1727) a été le premier physicien à s’occuper des forces de manière scientifique. Il a formulé trois lois fondamentales.
Première loi (inertie):
– “Un objet au repos reste au repos si aucune force ne s’exerce sur lui.”
– “Un objet en mouvement demeure en mouvement avec la même vitesse et suivant la même direction si aucune force ne s’exerce sur lui.”
Deuxième loi:
– “Une force est le produit de la masse par l’accélération.” Ou:
F=m·a
– Où F représente la force, m la masse et a l’accélération.
118
Troisième loi (action et réaction)
– “Les forces surviennent toujours par paires – si un corps exerce une
force (= action) sur un autre corps, ce dernier exerce également une
force aussi grande en sens opposé sur le premier corps (= réaction).”
Nous pouvons aussi déduire simplement de la deuxième loi l’unité
d’une force.
Nous mesurons la masse en kg. L’accélération (ou la décélération) est
en fin de compte l’augmentation (ou la diminution) de la vitesse en m/s
à chaque seconde. Donc m/s2.
Si nous appliquons en conséquence la formule de la deuxième loi,
nous avons:
kg · m
-------ou N (newton – d’après le nom d’Isaac Newton)
s2
7.3.3 Gravité
Une force avec laquelle nous sommes particulièrement confrontés en
permanence est la gravité. Cette force est aussi responsable de la
confusion entre masse et force.
La gravité est la force d’attraction qu’un corps céleste exerce sur un
autre corps. C’est à cause de la gravité, p. ex., que la Terre reste dans
notre système solaire et que la Lune ne s’envole pas loin de la Terre.
Mais c’est sur la Terre, tout simplement, que nous ressentons le plus
l’influence de la gravité. En effet, chaque corps est attiré par la masse
relativement énorme de notre planète.
Si nous laissons tomber un objet, nous pouvons mesurer avec précision l’accélération qu’il prend en tombant. Mais pour réaliser notre
mesure, nous devons travailler dans le vide, sinon le frottement de l’air
freinera l’objet.
m
L’accélération sur Terre est égale à 9,81 -------.
s2
Nous appelons cette valeur g.
m
On peut simplifier en disant que g = 10 ------.
s2
Nous pouvons maintenant calculer simplement, grâce à la deuxième
loi de Newton, l’attraction de la Terre sur chaque corps.
Cette force s’appelle le poids.
119
Lieu
g (en m/s2 )
Dans nos régions
9,81
Aux pôles
9,83
À l’équateur
9,78
Sur la Lune
1,66
7.3.4 Poids
Calculons maintenant la force d’attraction de la Terre sur une personne
dont la masse est de 85 kg.
Puisqu’il s’agit d’une force, nous devons utiliser la deuxième loi de
Newton.
F=m·a
Pour calculer l’accélération (force d’attraction), nous devons utiliser
l’accélération due à la gravité g. Nous pouvons modifier la formule en
F = m · g et F devient alors G.
G=m·g
Nous appelons cette force le poids (G).
La force d’attraction exercée sur notre personne, ou son poids, est
donc (nous arrondissons g à 10):
m
G = 85 kg · 10 ------- = 850 N
s2
7.3.5 Masse volumique
masse
m
masse volumique = ρ = ----------- = ----- .
volume
V
Si nous prenons un liquide, un gaz ou un solide et que nous en déterminons le volume et la masse, nous pouvons déterminer sa masse
volumique (= masse spécifique, densité absolue) à une température
donnée (ρ = la lettre grecque rhô minuscule).
La définition est simple: dans le système SI, nous devons prendre
comme unités le kg et le m3.
kg
L’unité de densité est donc ––––
.
m3
120
Mais dans beaucoup de tableaux, on travaille encore avec l’ancienne
g
unité, c.-à-d. ------.
cm3
kg
La masse volumique de l’eau pure (ρeau), à 4 °C est égale à 1 000 -----m3
g
ou 1 ------.
cm3
La masse volumique de l’air (ρair) à 0 °C et 101 325 Pa est égale à
kg
1,293 -----.
m3
Beaucoup de tableaux utilisent encore la notion de densité relative
(δ) = delta (on utilise parfois “d”).
La densité relative est le rapport entre la densité d’un corps (solide ou
liquide) et la densité d’un autre corps (corps de référence) dans certaines conditions qui doivent être spécifiées. Ces conditions concernent
la température et la pression.
Pour parler simplement: la densité relative d’un liquide (ou d’un solide)
indique combien de fois un liquide est “plus lourd” ou “plus léger” que
l’eau ou combien de fois un gaz est “plus lourd” ou “plus léger” que
l’air.
ρ
Pour les liquides et les solides, δ = ------- .
ρeau
ρ
Pour les gaz, δ = ------ .
ρair
Pour la densité relative, on n’utilise pas d’unité parce que les unités du
numérateur et du dénominateur s’annulent.
Le poids volumique est une ancienne unité et non une unité dérivée
du système SI.
Comparaison
Actuellement on travaille surtout avec la densité (relative et absolue).
Par souci d’exhaustivité, nous pouvons définir comme suit le poids
volumique d’un liquide, d’un gaz ou d’un solide:
poids G
----------- = ---volume V
N
Nous devons alors utiliser l’unité ----3 du SI.
m
121
Dans la pratique, on confond souvent “poids volumique” et densité. Il
faut donc bien vérifier l’unité utilisée.
Masse volumique
Poids
volumique
kg/m3
N/m3
cuivre
8 900
87 000
plomb
11 400
112 000
acier
7 900
77 420
liège
240
2 350
glace
900
8 800
eau
1 000
9 800
eau de mer
1 030
10 100
850
8 300
Type de corps
Température: 20°C
Solides:
Liquides:
mazout
Densité relative des gaz
température: 20 °C
pression: 101 325 Pa (1 bar)
δ
Type de gaz:
méthane
0,554
gaz naturel de type H
0,625
gaz naturel de type L
0,640
propane
1,560
butane
2,090
air
1,000
7.3.6 Pression
Il se peut que vous soyez sous pression en étudiant ce cours. Mais
qu’entend-on par pression?
122
En physique, c’est très simple: vous posez une masse sur une surface
et vous y exercez une force par rapport à cette surface. En langage
humain, on définit la pression comme le rapport entre la force exercée
sur une masse et la surface. Attention: nous parlons bien d’une force.
Cela veut dire que nous devons calculer la force relative à la masse.
Cette force peut provenir de différentes sources, par exemple la force
d’attraction de la Terre, la force de dilatation due à des écarts de température.
F
Définition de la pression: p = ---- où p représente la pression, F la
S
force et S la surface.
Comme la force est exprimée en newton (N) et une surface en
m2 dans le système SI, nous pouvons exprimer la pression en
N
----2. On appelle cette unité le pascal, ou Pa.
m
Une masse de 1 kg posée sur notre Terre représente donc une
force de 9,81 N. C’est le poids de cette masse
m
(F = m · g où g = 9,81-----, voir plus haut).
s2
N
Placée sur 1 m2, cette masse exerce une pression de 9,81 -----ou
m2
9,81 Pa.
On parle de:
– la pression atmosphérique: la pression de l’air (ambiant). Elle est
égale à environ 1 013 hPa et varie selon le type de temps.
– la surpression: la pression supérieure à la pression atmosphérique;
– la dépression: la pression inférieure à la pression atmosphérique;
– la pression absolue: c’est la pression par rapport au vide avec une
pression “0”.
• Pression absolue = la surpression (nombre positif) + la pression atmosphérique
• Pression absolue = la dépression (nombre négatif) + la pression atmosphérique.
Pression absolue
Surpression
Dépression
Pression atmosphérique
123
7.3.7 Température
En ce qui concerne la détermination de la température, on a très vite
compris dans le passé que les corps se dilatent quand la température
monte et qu’ils se contractent quand la température baisse. Le mercure a paru pour ainsi dire idéal à cette fin, parce que ce métal liquide
se dilate et se contracte de manière très régulière sous l’effet des variations thermiques. Un thermomètre au mercure reste donc la norme
jusqu’à ce jour. La graduation de 0 °C (Celsius) correspond au point
de fusion (ou au point de congélation) de l’eau pure. La graduation de
100 °C est, par définition, égale au point d’ébullition de cette même
eau pure.
Attention: ces chiffres ont été établis à une pression atmosphérique
normale. En cas de dépression, le point de fusion se situera un peu
plus bas. On peut même faire bouillir de l’eau à température ambiante
pour autant que l’on abaisse suffisamment la pression. Mais on peut
aussi faire bouillir cette même eau à des températures beaucoup plus
hautes en y appliquant suffisamment de pression.
Dans le cadre de la recherche de la température la plus basse que l’on
puisse atteindre, il faut réaliser des performances encore plus difficiles. La température est aussi liée avec la mesure dans laquelle les molécules, ou les très petites particules, entrent en vibration et s’agitent.
La température la plus basse possible a donc été établie comme celle
où toutes ces particules seraient au repos. C’est ce qu’on appelle le
zéro absolu. Suivant un nombre énorme d’expériences et de calculs, le
zéro absolu se situerait aux environs de –273 °C. On l’appelle 0 kelvin,
ou 0 K.
Cela veut donc dire que le point de fusion de l’eau, 0 °C, peut être
assimilé à 273 K. Si nous supposons par hypothèse que 1 °C est égal
à 1 K, nous pouvons dire que le point d’ébullition de l’eau se situe à
373 K. On peut aussi dire qu’une température ambiante de 20 °C est
égale à 273 K + 20, soit 293 K.
Écart de température
On appelle cet écart DELTA T: le symbole utilisé est un petit triangle Δ
(la lettre grecque delta).
On peut indiquer cet écart de température par un t minuscule si on
travaille en degrés Celsius et par un T majuscule si la température est
exprimée en kelvin.
Un écart de température en K correspond à un écart de température en °C.
Par convention, dans ce cours, les écarts de température sont toujours exprimés en kelvin.
t :
T:
θ:
à ne pas utiliser
température en kelvin
température en °C
Δt
Δθ
ΔT
= écart de température en °C (à ne pas utiliser dans ce cours)
= écart de température en °C
= écart de température en K
124
Les écarts entre 2 températures sont naturellement identiques quelle
que soit l’échelle utilisée (Celsius ou Kelvin).
La température est la valeur mesurée d’un corps donné. Pour indiquer
la température, on utilise le symbole θ (la lettre grecque thêta).
Exemple a:
Température objet 1: θ1 = 10 °C
Δθ = θ1 - θ2
ΔΤ = 8 K
Exemple b:
Température objet 2: θ2 = - 2 °C
Δθ = θ1 - θ2
Δθ = 10 °C - (-2 °C)
Δθ = 10 °C + 2 °C
ΔΤ = 12 K
7.3.8 Particules
Si nous essayons de diviser un corps en particules aussi petites que
possible, sans pour autant devoir changer le nom de ce corps, nous
avons finalement affaire à des molécules. Si nous devions encore diviser ces molécules, nous obtiendrions des atomes. Dans la nature, il
existe 92 ‘éléments’ (types d’atomes).
Si la plupart des corps sont composés de molécules (et donc de plusieurs atomes), d’autres sont composés uniquement d’atomes reliés
entre eux de manière très spéciale. C’est le cas, entre autres, dans les
métaux.
Prenons un exemple: si nous divisons de l’eau en particules aussi petites que possible et que nous obtenons encore de l’eau, nous avons
alors des molécules d’eau. Mais si nous divisons le cuivre aussi finement que possible, de telle manière que chaque particule soit encore
du cuivre, nous avons des atomes de cuivre.
Pour simplifier les choses ci-après, nous parlerons toujours de “particules”. Mais ces particules peuvent être des atomes ou des molécules.
7.3.9 Cohésion
Une goutte d’eau est un bon exemple de cette notion. Elle ne se décompose pas en différentes particules d’eau, mais ses particules s’attirent (force d’attraction) et forment une goutte. En l’absence de toute
gravité, la goutte d’eau a une forme sphérique parfaite. Les astronautes peuvent souffler des “gouttes d’eau” de plusieurs centimètres de
diamètre.
125
Voici un autre exemple de ce que nous pouvons réaliser avec la cohésion: regardez un peu la bille qui roule à la pointe de votre stylo. Elle
s’est formée sous l’effet des forces de cohésion qui agissent à l’intérieur du métal pendant le refroidissement du liquide en solide. Il serait
impossible d’obtenir une forme sphérique aussi parfaite sur un tour.
Quand des particules identiques se trouvent à proximité l’une
de l’autre, elles s’attirent mutuellement. Nous appelons cette force
d’attraction la cohésion.
Source: Aquadomo
7.3.10 Adhésion
Des particules identiques sont maintenues ensemble par des forces
de cohésion, mais quand elles se trouvent à proximité de particules
d’une autre nature, il se crée des forces d’adhésion. L’adhésion se
forme donc entre deux corps de nature différente. Les gouttes d’eau
restent accrochées au verre par les forces d’adhésion. Si les forces de
cohésion sont plus puissantes que les forces d’adhésion, ce sont les
premières qui l’emporteront. Avez-vous déjà observé ce qui se passe
quand on renverse du mercure? Il se forme une multitude de petites billes que l’on peut rassembler pour en former une plus grosse et
que l’on peut ramasser avec un peu d’adresse, sans que rien ne soit
“mouillé”. Les forces de cohésion du lourd métal de mercure sont, en
effet, beaucoup plus puissantes que les forces d’adhésion. C’est aussi
pour cette raison que l’intérieur du tube du thermomètre ne devient
jamais “mouillé”.
Mais quand il pleut sur le pare-brise de votre voiture, il s’y forme des
gouttes sous l’effet des forces de cohésion jusqu’au moment où les
forces d’adhésion entre le matériau du pare-brise et l’eau soient plus
puissantes. C’est pourquoi les gouttes restent malheureusement accrochées et qu’elles s’écoulent jusqu’au moment où tout le pare-brise
est mouillé. Les gouttes deviennent plus petites et les forces de cohésion doivent encore plus reculer, votre essuie-glace aide encore un
peu et finalement, vous regardez à travers un filtre d’eau dangereux…
à moins que vous n’ayez de bons essuie-glaces.
En soudage, le flux décapant fait augmenter les forces d’adhésion, ce
qui facilite la soudure.
126
7.4 Propriétés générales
7.4.1 État d’agrégation
Une matière peut se présenter, globalement, sous trois états différents
sans qu’il faille changer le nom de la matière: liquide, solide et gazeuse.
Nous pouvons nous représenter un bloc de glace comme une foule
de particules d’eau qui grelottent bras dessus, bras dessous. Comme
elles sont accrochées les unes aux autres, elles sont fortes. Essayez
seulement de frapper sur la glace, ou de briser un gros bloc de glace:
elles sont fortes, ces particules d’eau.
Si nous commençons à chauffer ce bloc de glace, il fait chaud sous les
pieds des particules d’eau qui commencent à trépigner. Elles se séparent tout doucement, une à une. Il faut de l’énergie pour que leurs petits bras se détachent, opération qui absorbe toute l’énergie thermique
ajoutée. La température restera donc constante pendant leur fusion.
Finalement, elles roulent les unes sur les autres. Nous avons de l’eau
liquide. De temps à autre, une particule a tellement chaud aux pieds
qu’elle saute en l’air - dégageant de l’énergie. Si on continue à chauffer, il arrivera un moment où les petits bras (les liaisons entre les particules) se détacheront massivement. Cela coûte tellement d’énergie
que toute l’énergie thermique y est une nouvelle fois absorbée. L’eau
bout (s’évapore) et la température reste constante. Petit à petit, toutes les particules d’eau remplissent l’espace sous la forme d’un gaz.
Une fois ce phénomène enclenché, nous pouvons encore ajouter de
grandes quantités de chaleur et faire monter la température. Mais l’agitation va aussi augmenter fortement parmi les particules et la pression
montera.
Lorsque la température retombe un peu, les particules d’eau, qui perdent leur énergie, vont recommencer à s’attirer en raison des forces
de cohésion qui vont alors l’emporter. Il se forme des gouttes d’eau.
L’eau se condense.
Les transitions entre les trois états d’agrégation se retrouvent en principe avec toutes les matières. Outre la température, la pression joue
un rôle très important. Ainsi, sous une pression élevée, on pourra garder l’eau à l’état liquide beaucoup plus longtemps.
Les transitions entre les différents états d’agrégation portent chacune
un nom:
• de l’état solide à l’état liquide: fusion;
• de l’état fluide à l’état solide: solidification (gel);
• de l’état fluide à l’état vaporeux ou gazeux: évaporation;
• de l’état vaporeux ou gazeux à l’état fluide: condensation;
• de l’état solide à l’état vaporeux ou gazeux: sublimation;
• de l’état vaporeux ou gazeux à l’état solide: désublimation.
127
7.4.2 Diffusion
On parle de diffusion quand différents corps vont se mélanger lentement sous l’effet du mouvement des différentes particules (mouvement brownien pour qui veut en savoir plus à ce sujet).
Quand il y a une fuite de gaz, par exemple, le gaz qui a fui (généralement du méthane) va se mélanger progressivement à l’air. Sans doute
le gaz plus léger se trouvera-t-il dans le haut, mais il n’y aura pas de
ligne de démarcation nette. Les particules de gaz sont renvoyées plus
loin en permanence, comme les billes d’un flipper.
Le phénomène se complique si nous mettons en contact un liquide
et un gaz. Le mouvement est beaucoup plus puissant parmi les particules de gaz que parmi les particules du liquide et la diffusion se fera
surtout en direction du liquide. Ainsi l’eau absorbe-t-elle constamment
des particules d’air à sa surface. Si la température de l’eau monte, les
particules d’air dissoutes dans l’eau seront beaucoup plus facilement
rejetées parce que les particules d’eau présenteront davantage d’agitation et rejetteront les particules d’air. C’est pour cette raison que les
poissons s’asphyxient dans les eaux dormantes en cas de vague de
chaleur, par manque d’air dissous.
L’air (gaz) dissous dans un liquide dépend aussi de la pression: vous
le verrez en ouvrant une bouteille d’eau pétillante! Les bulles de gaz
se libèrent rapidement (la pression s’abaisse à la surface du liquide) et
débordent de la bouteille en pétillant.
Le problème se complique quand il existe entre, p. ex., un liquide et
un gaz (eau et air) une séparation qui semble, à première vue, étanche
à l’eau et au gaz. Cette paroi (p. ex. un tuyau) est elle aussi composée de particules qui sont bien regroupées sous une forme solide,
mais qui présentent des interstices entre elles. Des particules isolées
des deux matières, qui ont réussi à vaincre les forces de cohésion et
d’adhésion, traversent régulièrement ces interstices. Mais comme les
mouvements des particules d’air sont beaucoup plus puissants que
ceux des particules d’eau, le déplacement à travers la paroi (tuyau) se
fera surtout en direction de l’eau.
L’eau absorbe donc continuellement de l’air,
même à travers la paroi des tuyaux.
7.4.3 Capillarité
Prenez un morceau de sucre et plongez-le en partie dans votre café.
Vous verrez que le sucre aspire progressivement le café. Une brique
dans une flaque d’eau fait de même et nous arrosons nos plantes
en versant de l’eau dans la soucoupe… C’est la même chose qui se
passe avec le “soudage capillaire”. Quand les deux métaux sont bien
dégraissés, la soudure est “aspirée” entre eux.
Tous ces phénomènes résultent de l’action capillaire. Un liquide est
aspiré (et parfois même refoulé) dans un passage étroit entre deux
matières solides (verre, métaux, etc.). Comment cela se fait-il? Tous les
corps sont constitués de petites particules (molécules). Ces particuChapitre 7: Sciences appliquées
128
les exercent entre elles des forces d’attraction. C’est ce qu’on appelle
la cohésion. Mais les corps solides (parois du “passage étroit”) sont
également composés de particules. Il y a donc des forces d’attraction
qui s’exercent aussi entre les particules du liquide et celles des parois.
C’est ce qu’on appelle l’adhésion.
Si les forces d’adhésion sont plus puissantes que les forces de cohésion, le liquide est pour ainsi dire poussé vers le haut de la paroi. Si le
passage est très étroit, p. ex. dans des conduites très minces ou des
fentes extrêmement fines, le liquide est repoussé toujours plus haut
contre les parois. Le liquide se glisse entre les parois.
Le contraire peut aussi se produire par ex. dans certains cas, quand
les parois ne sont pas suffisamment dégraissées. Les forces d’adhésion peuvent alors être inférieures aux forces de cohésion. Le fluide “se
met en boule” et est repoussé. On utilise ce phénomène entre autres
dans les thermomètres ou les manomètres au mercure. Le mercure
possède des forces de cohésion très puissantes par rapport aux forces d’adhésion entre le mercure et le verre. Le fin tube de verre reste
donc “sec” et la colonne de mercure est automatiquement repoussée
vers le bas (point le plus bas possible).
7.5 Propriétés mécaniques
7.5.1 Dilatation thermique des corps
Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi une auto roule mieux quand
elle démarre “à chaud”? Pas trop chaud, naturellement, sinon on a un
gros problème. Ou pourquoi il y a de petits interstices (surtout l’hiver)
entre deux rails de chemin de fer consécutifs? C’est l’effet de la “dilatation thermique” quand la température monte et du “retrait thermique” quand la température baisse.
Imaginez une piste de danse où l’on danse calmement. Il y a assez de
place pour tout le monde. Mais quand le rythme s’accélère, les gens
commencent à se cogner et quand la danse devient vraiment “sauvage”, la piste est trop petite. Il y a “dilatation”.
Un corps solide (p. ex. un tuyau métallique) se compose de particules
qui sont toutes en mouvement. Elles vibrent, elles dansent en quelque
sorte. Des forces de cohésion puissantes maintiennent le tout ensemble. Mais quand la température monte, les vibrations deviennent “plus
intenses” et “plus larges”. Les forces de cohésion ont un peu plus de
mal et les particules s’éloignent les unes des autres. Elles ne quittent
pas encore la piste de danse, mais le corps solide, p. ex. un tuyau
devient simplement un peu plus long. Nous appelons ce phénomène
dilatation linéaire.
Vous comprendrez aussi que l’écart entre les particules est différent
pour pratiquement tous les corps solides. La dilatation linéaire sera
donc différente pour chaque corps. C’est ce que nous appelons le
coefficient de dilatation linéaire d’un corps solide.
Heureusement, on peut aussi calculer cette dilatation linéaire. On le
fait à l’aide de la formule suivante.
129
ΔT = Tf - Ti ; nous établissons une différence entre la température finale
(Tf ) et la température initiale (Ti).
Δl = lf - li ; cette équation représente la différence entre la longueur
initiale (li) et la longueur finale (lf ).
Le coefficient de dilatation linéaire (α) est donc:
Δl
α = -----------. On peut en déduire:
li · ΔT
m
• --------m·K
1
• ou ---K
• ou encore K-1
• ou encore: mm / (m · K)
Nous pouvons alors calculer la dilatation linéaire proprement dite à
l’aide de la formule suivante:
lf = li · (1 + α · ΔT).
Quelques exemples de coefficients de dilatation linéaire (α):
Corps
1
α en ---- ou K-1
K
ou mm / (m · K)
Aluminium
23,8 · 10-6
Fer
12 · 10-6
Cuivre
16,8 · 10-6
Plomb
29,4 · 10-6
Remarque importante
Jusqu’à présent, nous parlions uniquement de la dilatation linéaire des
corps solides. Mais, dans un tuyau métallique, par exemple, de l’eau
chaude peut circuler ou être réchauffée. L’eau est un fluide et les fluides ont une dilatation cubique. Donc, si nous avons un tuyau métallique dans lequel coule de l’eau chaude, nous devrons tenir compte non
seulement de la dilatation linéaire du tuyau mais aussi de la dilatation
cubique (dans toutes les directions) de l’eau chaude qui y circule.
Soit dit entre parenthèses, le tuyau métallique a lui aussi – comme
n’importe quel corps (solide) – une dilatation cubique. Mais si l’on
considère l’épaisseur du métal par rapport à sa longueur, la dilatation
cubique est approximativement à considérer entièrement comme linéaire. Cette remarque visait simplement à compléter l’information.
130
7.5.2 Mémoire thermique – élasticité – fluage et retrait
Prenez un élastique et tendez-le prudemment. Pas trop loin. Détendezle maintenant. Il retrouve ses dimensions initiales. L’élasticité en est
responsable en tant que “propriété physique”.
Prenez le même élastique, tendez-le brusquement et placez-le vite
contre vos lèvres. Vous ne vous brûlerez pas, mais vous sentirez que
l’élastique est chaud. Une grande quantité d’énergie a donc été générée et se libère sous forme de chaleur.
Si le cœur vous en dit, reprenez l’élastique et mesurez sa longueur
avec précision. Tendez-le ensuite fortement pendant une heure et mesurez à nouveau sa longueur.
Vous verrez certainement qu’il s’est allongé un peu (si vous ne l’avez
pas cassé). Vous connaissez aussi ce phénomène avec les élastiques
des vêtements.
Pour parler savamment: chaque corps a une limite d’élasticité. Si vous
dépassez cette limite, une déformation survient et le corps ne retrouve
plus sa forme initiale.
Lors de l’extension, de la chaleur s’est libérée. Nous pouvons aussi
agir dans l’autre sens et ajouter de la chaleur. Plus sur l’élastique mais,
par exemple, sur un tuyau en PVC. En tant que corps solide, celui-ci va
se dilater, et même devenir plastique (entre solide et liquide). Si nous
laissons refroidir ce “corps”, il va retrouver sa forme initiale. Tout au
moins dans certaines limites de température. Pas trop élevées, donc.
Mais il y a aussi un phénomène chimique qui survient. Au-delà d’une
certaine température, le corps changera de nom, il changera de nature, il deviendra simplement un autre corps, avec d’autres propriétés.
C’est ce qu’on appelle une réaction chimique. Cherchez si le tuyau en
PVC ne porte pas de taches de brûlure. Votre tuyau n’a pas été chauffé
partout avec la même intensité, donc certaines parties se situent audessus de la limite de température et d’autres, en dessous.
Si le tuyau en PVC devient plastique, les choses vont mal pour lui,
l’état d’agrégation se modifie (quelque part entre liquide et solide), la
dilatation augmente. Au refroidissement, tout retrouve sa forme initiale. Si nous répétons plusieurs fois de suite l’opération, nous serons
confrontés aux phénomènes de l’élasticité et la limite d’élasticité sera
tôt ou tard dépassée. Si nous chauffons trop, le corps proprement dit
se modifiera et sa mémoire thermique s’effacera totalement.
Nous parlions plus haut du refroidissement après échauffement, du
retour à la forme, au volume et à la longueur de départ. Ces phénomènes ne sont pourtant pas évidents, étant donné tout ce qui précède.
Après des refroidissements répétés ou de nombreuses détentes après
mises sous tension, certains corps solides deviennent un peu plus
longs qu’au départ (fluage) et d’autres un peu plus courts (retrait).
131
Notes
Notes
132
Notes
Notes
133
Notes
Notes
134
Notes
Notes
135
Notes
Notes
136
Manuels modulaires
Chauffage central
•• Les manuels disponibles
•• 1.1 Chauffage central: généralités et dessins techniques d’installations
•• 1.2 Tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations
•• 2.1 Transport de chaleur: pose des canalisations
•• 2.2 Transport de chaleur: principe, protection et entretien de l’installation
•• 2.3 Emission thermique: corps de chauffe et accessoires
•• 3.1 Production de chaleur: chaudières de chauffage
•• 3.2 Production de chaleur: accessoires d’installation et instructions de montage
Fonds de Formation professionnelle de la Construction

tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations

Transcription

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