Pour commencer, rappelons qu’en France, la majeure partie de la gestion de l’eau est assurée par les compagnies fermières qui gèrent le captage, la distribution eau de ville et le nettoyage des eaux usées. Le point d’attention dans la gestion de ces réseaux (canalisation, joint d’étanchéité, …) se porte sur la réduction des fuites. “20% du volume d’eau potable introduit dans le réseau est perdu par fuites”, alerte le dernier rapport de l’Observatoire des services publics d’eau et d’assainissement (Onema), repéré par Les Echos.
Gestion des réseaux : contenir le coût économique des fuites
Afin de réduire les fuites, le premier axe d’intervention réside dans l’entretien et la remise en état des réseaux d’eau. Ceci représente un coût important pour les collectivités, les usagers et les entreprises, et le sujet doit aussi être appréhendé dans une approche globale de la conception à l’installation des réseaux.
Les fuites ne sont pas acceptables, car elles sont dangereuses pour l’Homme à cause de la pression du fluide, de sa température ou de sa nature (produits chimiques, radioactifs, gaz asphyxiant, …). Elles dégradent le matériel (nécessitant souvent une remise en état), et le rende parfois indisponible en perturbant ainsi la conduite de l’installation. Essayons de comprendre les facteurs de fuites …
L’intégration des joints d’étanchéité dans les réseaux au cours de l’histoire
a) Le joint
Revenons un peu sur l’histoire des réseaux d’eau et du joint d’étanchéité. L’eau potable pour tous a été possible grâce au progrès technique, économique, au développement des adductions d’eau et des systèmes d’assainissement. Si dès l’Antiquité, les villas des riches citoyens romains étaient pourvues d’eau courante, pour la majorité des gens, la corvée du seau à la rivière ou aux puits d’eau a très longtemps été une tâche pénible et quotidienne.
Les joints d’étanchéité ont eux aussi évolué au fil des siècles. On est passé des joints torchis (dans l’antiquité) aux joints en plomb. Puis sont apparus les joints en cuir au début du XIXème siècle qui présentaient une vraie révolution du fait de leur qualité technique. Adaptée aux variations de pression jusqu’à 60 bars, intrinsèquement gonflante et naturelle, cette matière est toujours d’actualité aujourd’hui et est régulièrement utilisée dans les réseaux d’eau. Avec le temps, d’autres matières sont apparues : fibres sans amiantes, plastiques et autres dérivés pétrolifères.
b) Les réseaux
De nos jours, les centres de gestion, situés dans les usines des eaux, veillent 365 jours par an au bon fonctionnement des installations de production, de traitement et de stockage. Leur mission est :
- D’adapter la quantité d’eau produite à la demande des consommateurs
- De contrôler en continu la qualité de l’eau produite,
- De prévenir et de déclencher les interventions sur le réseau des équipes et notamment en cas de suspicion de fuite.
Sur ce dernier point les fuites peuvent être dues à des erreurs naturelles (glissement de terrain, inondations, …) ou à des erreurs humaines (à la conception ou à l’assemblage).
La plupart du temps, on a recours à un joint d’étanchéité pour assembler des brides boulonnées : jonctions corps/chapeau des robinets, brides de raccordement de divers appareils à leur tuyauterie, trappes de visite de capacité (générateur de vapeur, échangeurs, …).
L’assemblage à brides boulonnées
Un assemblage boulonné est constitué de plusieurs composants :
- Les brides (et éventuels éléments de tuyauterie associés),
- La boulonnerie (vis, écrou, rondelle),
- Le joint d’étanchéité,
- La tuyauterie.
Son comportement mécanique et son niveau d’étanchéité dépendent de chacun de ces composants. Abordons maintenant plus spécifiquement le rôle du joint d’étanchéité.
Les facteurs d’influence de l’étanchéité, de l’assemblage au moment de la conception
- L’application, le Process
- Les tuyauteries, les brides, la boulonnerie
- Les joints
- Le montage
Critères propres au fluide nécessaires pour définir le joint d’étanchéité
- Pression du fluide
- Température fluide (transitoires, haute température, cryogénie, …)
- Nature corrosive
- Cycle de process
- Dimension des assemblages
- Nature du fluide (liquide, gaz, vapeur…), pH du milieu (acidité), agressivité chimique
Arrangement des brides
- Configuration / type
- Etat de surface
- Matériau
- Charge disponible des boulons
- Probabilité de corrosion / d’érosion
- Résistance des brides / rigidité (brides « class » ou ANSI, brides « PN » ou DIN)
- Tolérance d’alignement des tuyauteries, de parallélisme des portées
- Efforts extérieurs
- Accessibilité
- Type de portée (surélevée, emboîtement, contact métal/métal…)
Joint d’étanchéité
- Résistance à la rupture
- Effort de serrage en température
- Résistance à l’extrusion
- Comportement du matériau dans le temps
- Résistance au fluage relaxation
- Capacité de reprise élastique
- Durée de vie prévue
- Coût
- Compatibilité chimique avec le fluide
- Résistance à la corrosion
- Adhérence aux portées
- Facilité de manutention / d’installation / de dépose
- Tenue au feu
- Dimensions (épaisseur requise)
- Etanchéité : – Gaz – Liquide – Vapeur
Le rôle du joint d’étanchéité
Un joint d’étanchéité est destiné à créer et maintenir une zone hermétique entre deux brides fixes, dans une installation en service renfermant une grande variété de fluides.
Ces étanchéités statiques sont destinées à fournir une barrière physique intégrale contre le fluide présent dans l’installation, bloquant ainsi tout chemin de fuite potentiel.
Pour y parvenir, le joint d’étanchéité doit pouvoir se positionner dans toutes les irrégularités du plan de pose de la bride à étancher. Mais il doit aussi rester suffisamment élastique pour résister à l’extrusion et au fluage dans des conditions de service normales.
L’étanchéité est réalisée par l’action d’un effort sur la surface du joint, ce qui permet de comprimer le joint afin d’épouser toutes les imperfections de la bride. De ce fait, la combinaison de la pression de contact entre le joint et les brides ainsi que la densité du joint évitent que le fluide présent s’échappe de l’ensemble. Voyons les différents critères à prendre en compte dans la définition du cahier des charges global.
Montage du joint d’étanchéité
Sans un bon montage, l’ensemble ne fonctionnera pas ! Il ne servira à rien de rechercher le meilleur joint d’étanchéité, si le montage du joint n’est pas adapté !
Les défaillances proviennent des joints d’étanchéité mais pas seulement. En effet, elles viennent bien souvent des assemblages !
De faibles couples de serrage, des charges de serrage excessives des boulons, des boulons réalisés en matériaux peu performants, une lubrification non appropriée des boulons / rondelles / écrous, une mauvaise conception des brides ou de mauvais matériaux, une mauvaise découpe ou un mauvais stockage des joints d’étanchéité, des modes d’installation inadaptés peuvent provoquer ensemble ou séparément une défaillance de l’étanchéité.
Et ce, même si le matériau utilisé pour le joint d’étanchéité lui-même a été correctement spécifié et si l’assemblage a été bien conçu !
Voyons ensemble comment, en appliquant une check-list, on peut réduire voire même éviter ces fuites.
Comment faire ?
L’obtention de l’étanchéité d’un assemblage à brides boulonnées est souvent complexe et elle n’est possible qu’en réunissant de façon harmonieuse :
- 1e étape : Un bon cahier des charges spécifiant les conditions de services
- 2e étape : Une conception correcte de l’assemblage : dimensionnement et dessin des brides ou des divers éléments, rugosité des portées de joint, souplesse de l’assemblage
- 3e étape : Un joint d’étanchéité choisi avec soin, tenant compte de l’assemblage prévu et des conditions de services : la pression, le fluide et sa température en particulier
- 4e étape : Un serrage ajusté selon les règles de l’art tenant compte du joint utilisé, des conditions de service de l’assemblage, de la qualité de la boulonnerie
- 5e étape : Des conditions d’installation sur sites appropriés.
Pour conclure, l’étanchéité est un sujet complexe, en particulier le choix du joint d’étanchéité, qui demande une maîtrise complète de l’ensemble des facteurs allant de la conception à l’utilisation. Nous vous recommandons de consulter des professionnels.
Rédigé par Arnaud, 17/02/2020
