Des études statistiques montrent que les fluides corrosifs et les sols agressifs détériorent les canalisations traditionnelles dans le monde au rythme de 100 milliards de francs par an.
Par ailleurs, environ 40 % de la production mondiale d’acier sont utilisés au seul remplacement des produits corrodés. Pour lutter contre ce « gaspillage », les utilisateurs, désormais sensibilisés « au prix global de revient » d’une canalisation (coût d’acquisition + coût de mise en œuvre, d’installation et surtout d’exploitation et de maintenance), réalisent qu’ils effectuent des économies importantes en utilisant des conduites en résine thermodurcissable, matériau inerte tant à la corrosion interne qu’externe.
Parallèlement à la recherche d’un matériau non corrodable, le renchérissement des réserves mondiales de combustibles fossiles, pétrolières en particulier, a fait prendre conscience aux pouvoirs publics occidentaux de ce que l’utilisation optimale du potentiel énergétique du pays et la lutte contre le gaspillage conduiraient au niveau national à une économie substantielle de combustibles et de devises.
En France, les possibilités d’économies d’énergie sont renforcées par l’existence dans le sous-sol du pays d’une nappe aquifère chaude (50° à 90°) sur environ 70 % du territoire.
Par ailleurs, et alors qu’il existe dans chaque pays un réseau bien établi pour le transport et la distribution de l’électricité par exemple, le réseau de distribution de chaleur, lui, est en règle générale encore embryonnaire ; il faut le développer.
Les réseaux de distribution de chaleur peuvent trouver leur utilisation à partir des diverses sources ci-après :
- — géothermie : eaux géothermales, géothermiques,
- — industrie nucléaire,
- — industries utilisant des systèmes de réfrigération,
- — chaufferies collectives.
Parmi les principaux secteurs d’utilisation, on retiendra principalement :
- — le chauffage des logements, locaux et équipements collectifs,
- — le chauffage des serres pour la production florale et maraîchère,
- — le séchage de produits agricoles ou industriels.
UN NOUVEAU TUBE EN VERRE EPOXY
Un nouveau tube calorifugé destiné aux réseaux de distribution de chaleur et particulièrement adapté à cet usage vient de faire son apparition sur le marché.
Ce produit, dans la constitution duquel intervient la mise en œuvre d’un calorifuge aérocellulaire, est réalisé selon la technique de l’enroulement filamentaire (conforme en particulier à la norme ASTM D. 2996-71/77) et peut véhiculer, jusqu’à des pres-
sions de l'ordre de 20 bars, des eaux de chauffage ou des eaux chaudes sanitaires, à des températures maximales de 110 °C.
Il convient parfaitement pour une mise en place :
- — en version aérienne, que ce soit en atmosphère neutre, ou bien agressive (air pollué, atmosphère humide et/ou saline),
- — en version enterrée, que ce soit en terrain sec, ou humide (zones polluées, marécageuses, salines), en évitant la mise en œuvre, toujours très onéreuse, de caniveaux, de lyres et compensateurs de dilatation.
Technique de fabrication
L'équipement utilisé, doté d'un système de programmation, est constitué de plusieurs bancs de transformation dont la longueur est réglable de 3 mètres à 12 mètres selon le diamètre.
La structure du tube est réalisée en quatre phases, avec séquence de polymérisation :
Phase 1 : Structure chimique
Cette phase consiste, sur un banc machine, à enrouler autour du mandrin un voile de surface (polyester ou verre C) très imprégné de résine Epoxy. Cette couche d’étanchéité primaire à haute élasticité, après avoir été prégélifiée sur un banc infra-rouge, est renforcée par plusieurs voiles ou couches du même type.
Après de multiples essais, une couche de protection mince a été adoptée. Nous avons, en effet, constaté en laboratoire qu'une couche plus épaisse, moins élastique et plus cassante, favorisait l'apparition de microcraquelures lors des manutentions et de chocs thermiques : on sait que ces microcraquelures provoquent une diminution rapide des caractéristiques du tube.
On doit veiller par contre, lors de la fabrication, à ce que la couche mince soit exempte de porosités, trous d'aiguille ou bulles d’air ouvertes.
Phase 2 : Structure mécanique
Cette structure est obtenue en enroulant en une seule opération, sur toute la longueur du mandrin, des nappes hélicoïdales non juxtaposées de fibres de verre du type « E », imprégnées de résine Epoxy.
L'angle d'enroulement est déterminé afin de réaliser le meilleur compromis flexion-compression du tube pour un cahier des charges donné. Les fibres de verre sont bobinées sous tension pendant toute la durée de l'opération (équitension) ceci permettant d'obtenir une structure riche en verre (65 à 72 %) et à caractéristiques mécaniques élevées.
C'est cette structure mécanique qui protège la structure chimique des contraintes tant intérieures (pression) qu'extérieures (compression, chocs) ; elle comporte elle-même une couche extérieure riche en résine pure, qui se forme naturellement sous l'effet de la tension des fibres et qui constitue en soi une structure chimique équivalente à une couche de 0,5 à 1 mm d’épaisseur.
Entre la barrière chimique, riche en résine et la structure mécanique riche en verre, la liaison est assurée par un « mat » (matelas de fibres de verre coupées) d’ancrage et/ou un enroulement de nappes de roving (fibres de verre jointives).
Phase 3 : Structure isolante
Cette structure est réalisée à l'aide d'un isolant aérocellulaire du type polyuréthane. L'épaisseur de l'isolant, dans la version CALORCORD calorifugée, varie entre 33 et 58 mm d'épaisseur. Le calorifuge utilisé présente une densité de l'ordre de 40 kg/m³, ce qui correspond à un coefficient de conductibilité thermique voisin de 0,025 kcal/m²·h·°C. Il est à noter que plus la densité de la mousse est importante, plus les pertes calorifiques sont grandes (par exemple, pour une densité de 100 kg/m³ le coefficient de conductibilité approche 0,05 kcal/m²·h·°C).
Phase 4 : Enveloppe extérieure
L'enveloppe extérieure, en stratifié polyester ou Epoxy, d'une épaisseur de l'ordre de 2 mm, est obtenue soit par enroulement filamentaire, soit par enroulement de bandes de tissu de verre pré-imprégnées.
Cette enveloppe thermodurcissable confère à l'ensemble du tube une résistance à la compression et aux chocs extraordinaire et un comportement général supérieur aux enveloppes PVC, Polyéthylène ou Polyuréthane rigide.
Un essai en compression diamétrale montre que l'enveloppe extérieure de 200 mm d’un tube « CALORCORD » PN 10 bars, DN 100, peut atteindre une ovalisation de l'ordre de 40 % sans aucun délaminage ni fissuration, la structure interne ne subissant des déformations qu'à partir de 13 tonnes au mètre linéaire.
Séquence de polymérisation
Lorsque la structure du tube interne est constituée, celui-ci doit être thermodurci dans une étuve à passage continu.
Cette polymérisation finale a pour but d'optimiser de façon permanente les performances mécaniques et chimiques du complexe obtenu.
Technique de raccordement
Le raccordement de ces tubes peut se faire soit par tulipage et collage Epoxy, soit par brides :
a) Raccordement par tulipage et collage
L'ensemble des tubes et des accessoires est tulipé lors de l’enroulement. Les tubes se présentent donc à une extrémité avec un cône femelle, à l'autre extrémité avec un cône mâle (angle 3,5 °) calibré à la meule diamantée.
L'assemblage est donc du type conique (ou cylindro-conique dans le cas des réseaux haute-pression). La colle Epoxy utilisée pour le raccordement des éléments est une colle à deux composants, polymérisant à température ambiante. Cet assemblage assure une continuité totale de la barrière chimique le long du réseau de distribution de chaleur, et constitue un des avantages de nos canalisations par rapport aux solutions traditionnelles en acier ou en fonte. La tenue de ce collage a été vérifiée et testée sur le CALORCORD par le bureau VERITAS.
b) raccordement par brides
Les canalisations se raccordent sur les vannes, filtres ou autres types de canalisations par brides tournantes en fibres ou en acier. Ces brides sont maintenues par des collets en verre Epoxy obtenus par enroulement filamentaire (ou par frettage d’une bande de verre sur le tube pour les diamètres supérieurs à 250 mm).
POSE EN VERSION ENTERRÉE
Afin que les tuyaux enterrés conservent une longue durée de vie, il faut limiter leur déformation, provoquée par la charge de terre au-dessus de la génératrice supérieure du tuyau, ainsi que par les charges roulantes. Les travaux d’exécution des tranchées, de pose et de remblaiement doivent donc être exécutés avec soin, dans les conditions suivantes :
Exécution de la tranchée
La hauteur de remblai au-dessus de la génératrice supérieure des tubes doit être communiquée au constructeur, car elle constitue une des données de calcul de ces tubes. On peut considérer que la hauteur normale est de l’ordre de 1 mètre.
Le fond de la tranchée doit soutenir la tuyauterie sur toute sa longueur ; il doit être ferme, sans pierres. Le lit est formé de gravier ou de sable de rivière d’une épaisseur de l’ordre de 10 à 15 cm.
Dans le cas de terrain rocheux, l’excavation doit se faire au moins à 15 cm au-dessous de la ligne inférieure de la canalisation.
Pose de la conduite
Les canalisations travaillent en dilatation bloquée, du fait de leur élasticité naturelle (faible module de Young). Elles sont alors contrebutées à tous les changements de direction, par des massifs de béton dont les dimensions sont calculées en fonction des poussées occasionnées par la dilatation due aux contraintes de température et de pression.
Exécution du remblai
L’exécution du remblai doit être réalisée en plusieurs phases, la première consistant à tasser le remblai sur toute la longueur de la conduite, à un niveau couvrant le quart inférieur des tubes, les suivantes consistant à remplir la tranchée avec une compression de 90 % de Proctor modifié. Des précautions particulières doivent être prises en cas de conduites situées sous charges roulantes ; de plus il convient d’éviter que la tranchée ne fasse office de drainage.
CONCLUSION
Les tubes en résine armée induisent sur les réseaux de distribution de chaleur des économies importantes et cela :
— en supprimant :
- - les lyres et les compensateurs de dilatation,
- - les caniveaux,
- - les protections cathodiques, revêtements à base de zinc, peintures, etc. ;
— en diminuant :
- - les pertes de charge (1),
- - les pertes thermiques,
- - les coûts d’installation (pose rapide, matériel de chantier très simple : souvent réduit au tiers de celui utilisé dans les solutions traditionnelles),
- - les coûts d’entretien.
Les spécialistes ne s’y sont point trompés et, dans l’ensemble des pays européens, les réseaux de distribution de chaleur en résine armée vont bon train. Les méthodes de calcul, les programmes de test à long terme, les premières réalisations, permettent désormais d’assurer la fiabilité du produit et de démontrer sa rentabilité.
(1) Le coefficient de rugosité absolue du CALORCORD est de l’ordre de 5.10–6 m, avec une très bonne tenue dans le temps, à rapprocher de ceux de l’acier (50.10–6 m) et de la fonte neuve (200.10–6 m).
