[Photo : Tubes PP à parois lisses]
Le polypropylène est aujourd’hui un matériau couramment utilisé à travers l’Europe pour la fabrication de systèmes de tuyauteries et de canalisations, aussi bien pour des applications pression que non pression.
Le polypropylène en canalisations
On distingue trois grandes familles de
[Photo : Annexe 1 : Schéma de principe des 3 familles de polypropylène]
Résines polypropylènes, obtenues par la modification des conditions de polymérisation et du mode d'incorporation de copolymère d’éthylène (voir annexe 1) :
- Le polypropylène homopolymère (PP-H), constitué uniquement de chaînes de monomère de propylène.
- Le polypropylène copolymère statistique (PP-R), dans lequel le copolymère est introduit de manière aléatoire dans les chaînes de polypropylène.
- Le polypropylène copolymère bloc (PP-B), dans lequel le copolymère est cette fois introduit par séquences.
Ces trois grandes familles possèdent chacune des propriétés différentes qui permettent au polypropylène de couvrir une vaste gamme d’applications pour le marché du tube.
Le PP-H est souvent utilisé pour la fabrication de tubes pression pour l'industrie, grâce à sa résistance chimique élevée et sa grande capacité de tenue en pression.
La durée de vie étendue du PP-R dans des conditions de pression et de températures élevées en font naturellement un matériau de choix pour les systèmes de canalisations intérieures pour la distribution de l’eau froide et de l'eau chaude sanitaires.
Un des domaines d'application privilégiés du PP-B est depuis longtemps l’assainissement enterré, notamment grâce à ses bonnes caractéristiques de résistance aux chocs à basse température.
Nouvelles résines pour l’assainissement
L’apparition d'une nouvelle génération de résines PP-B, appelées « Stiff PP » ou PP à haute rigidité, spécialement conçues pour ce type d’applications, a cependant considérablement augmenté les atouts des canalisations PP en assainissement enterré.
Conçues et réalisées par la société Borealis, un des leaders européens du marché, ces nouvelles résines ont été définies pour répondre à deux objectifs essentiels : augmenter la rigidité et améliorer la résistance aux chocs, tout en optimisant également la résistance au fluage.
Cette nouvelle génération de PP copolymères hétérophasiques à haut poids moléculaire est constituée tout d’abord d'une matrice de polypropylène homopolymère, caractérisée par une isotacticité et une cristallinité élevées, garantissant une haute rigidité.
Afin d’améliorer la résistance aux chocs, des phases éthylène-propylène finement dispersées sont introduites dans cette matrice grâce à une technologie de polymérisation multi-réacteurs.
Les propriétés sont optimisées grâce au contrôle de la cristallisation et de la nucléation.
[Photo : Annexe 2 : influence de la nucléation sur l’aspect des PP homopolymères ; micrographies sous lumière polarisée prises durant la cristallisation/solidification]
[Photo : Annexe 3 : micrographie présentant la structure typique d'un PP hétérophasique : matrice PP à haute cristallinité + phases éthylène propylène]
[Photo : Annexe 4 : caractéristiques comparées des propriétés des « Stiff PP » par rapport aux PP-B classiques]
[Encart : Un exemple de chantier : assainissement du littoral du canton de Trévières
- Début du chantier : avril 2002 ; durée 11 mois
- Objet : Assainissement des eaux usées de 4 communes
- Matériel utilisé : Ultra rib 2, fabriqué par la société Uponor (polyoléfine à structure nervurée)
- 23 km de canalisations, SN200 et DN 150, 680 boîtes de branchement
- Choix du polyoléfine : résistance chimique, insensibilité à la corrosion, facilité de mise en œuvre]
L'annexe 2 montre l'incidence de la nucléation sur l'aspect de la matrice PP-H.
L'annexe 3 présente l'aspect typique d'un polypropylène copolymère hétérophasique. En règle générale, l’équilibre entre la résistance aux chocs et la rigidité est le fruit d'un compromis rarement satisfaisant.
L'annexe 4 montre clairement que les « Stiff PP », par la technologie employée pour leur fabrication, ont permis de dépasser ce compromis, en optimisant simultanément les deux paramètres.
Les systèmes de canalisations
L'utilisation de ces résines uniques pour les systèmes de canalisations permet d’optimiser et de compléter les avantages traditionnels du polypropylène :
- bonne résistance à tous types d’agression chimiques ;
- plage de température de service étendue, jusqu’à 60 °C en continu ;
- haute résistance à l'abrasion : parmi tous les matériaux utilisés, traditionnels ou matériaux plastiques, le polypropylène est un de ceux qui présentent les meilleurs résultats ;
- faible densité : 900 kg/m³, et donc faible poids des différents éléments constitutifs.
Les systèmes de canalisations PP – tubes bien entendu, mais également raccords, chambres de visites… permettant de proposer des systèmes complets – existent principalement aujourd’hui sous deux aspects : parois lisses ou parois structurées, dimensionnés pour des classes de rigidité CR 4 ou CR 8.
Le premier type est généralement proposé pour des diamètres jusqu’à 200 ou 250 mm. L'utilisation dans ce cas de « stiff PP » permet bien entendu d’optimiser une caractéristique essentielle pour ce type de canalisations : le poids.
Combiné à la faible densité du PP, le gain en rigidité obtenu permet, pour une classe de rigidité donnée, de proposer les tubes les plus légers, tous matériaux utilisés à ce jour pour l'assainissement confondus !
Les canalisations à parois structurées, quant à elles, sont le plus souvent dédiées à des diamètres supérieurs, jusqu’à 1000 mm. Elles combinent une paroi intérieure lisse, pour favoriser l’écoulement, et une paroi extérieure nervurée, annelée… ; la créativité du design de la structure permet d’affiner le rapport poids/performance ; pour ces canalisations, le paramètre clé est la bonne combinaison entre les propriétés des résines utilisées et la conception du système.
[Photo : PP à parois structurées]
Le cadre normatif européen
Les systèmes de canalisations pour l’assai
[Photo : Annexe 5 : principales exigences des normes européennes]
L’assainissement s'intègre maintenant dans le cadre normatif européen, qui définit des exigences pour les matières, les tubes et les accessoires, garantissant à l'utilisateur final la qualité et la durabilité des produits installés.
La norme NF EN 1852-1 : systèmes de canalisations en PP pour les branchements et les collecteurs enterrés d’assainissement ; polypropylène, spécifie les exigences pour les systèmes à parois lisses.
Il est d’ailleurs important de noter qu’un amendement à cette norme, pr NF EN 1852-1/A1, a été spécialement proposé pour prendre en compte les améliorations techniques amenées par les nouvelles générations de résines décrites plus haut, en définissant des épaisseurs de paroi plus faibles pour une même classe de rigidité.
Pour les tubes à parois structurées, les exigences techniques sont couvertes par la norme pr EN 13476, qui concerne non seulement le PP mais aussi le PVC et le PE.
Le tableau ci-dessus (annexe 5) résume les principales exigences techniques contenues dans ces deux normes ; elles portent principalement sur la tenue en pression (même si les applications couvertes sont sans pression), la rigidité annulaire minimale à respecter pour les différentes séries de tubes, la résistance aux chocs des tubes, la méthode dite « de l’escalier » simulant par exemple des conditions de manutention et d’installation sur chantier particulièrement brutales.
[Photo : Dispositif de mesure de la rigidité annulaire]
Conclusion
Le PP, à une époque où la protection de notre environnement devient un enjeu majeur, a également l’avantage de proposer des solutions non polluantes et de se recycler ou de s'incinérer facilement.
Il est donc légitime de penser que le fort développement de son utilisation pour les systèmes de canalisations, s’appuyant sur des résines de plus en plus performantes, va continuer et s’accentuer dans les prochaines années et s’étendre à travers l'Europe.
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