PONT-A-MOUSSON S.A.
Dans l’acier (lequel en contient 0,10 à 1,5 % au maximum) le carbone reste combiné au fer. Dans la fonte, au contraire (qui en contient de 2,2 à 4 %), le carbone reste à l’état libre et apporte alors au matériau ses qualités originales traditionnelles : résistance à la corrosion, aptitude au moulage, usinabilité excellente, résistance à l’usure par frottement grâce à l’action lubrifiante du graphite, grande capacité d’amortissement des vibrations.
Dans la fonte grise, autrefois utilisée dans la fabrication des tuyaux, le graphite se présentait sous forme de lamelles. Chacune de ces lamelles de graphite, soumise à une concentration d’efforts anormaux en certains points, pouvait entraîner une amorce de fissure. Elle avait le défaut d’être cassante, encore que la centrifugation en matière de tuyaux ait permis d’augmenter sensiblement ses qualités mécaniques.
Une évolution métallurgique est intervenue avec la découverte vers 1948 de la fonte ductile, dans laquelle le graphite n’est plus disposé en lamelles, mais rassemblé sous forme de sphères qui éliminent les lignes de propagation de ruptures (figure 1).
La cristallisation du graphite sous forme de sphères s’obtient par addition dans la fonte grise en fusion, d’une faible quantité de magnésium qui agit alors comme catalyseur.
Aussi riche en graphite que la fonte grise, la fonte ductile ou fonte GS (à graphite sphéroïdal), sans perdre aucune des qualités traditionnelles de la fonte grise, y ajoute trois nouvelles caractéristiques mécaniques remarquables : résistance à la traction et aux chocs, allongement important, haute limite élastique.
Les tuyaux centrifugés en fonte ductile bénéficient des qualités propres à ce matériau avec les résultats suivants :
— résistance minimale à la traction ........ 42 daN/mm² — limite élastique minimale ................ 30 daN/mm² — allongement minimal à la rupture ..... 10 % — dureté Brinell inférieure à .............. 230
De là, l’appellation « Fonte 42.10 ». D’autres nuances existent pour diverses utilisations (raccords, pièces mécaniques...).
LA FABRICATION
Les tuyaux en fonte ductile sont obtenus par centrifugation. Dans ce procédé, un débit constant de fonte liquide est introduit par un canal de coulée légèrement incliné dans un moule cylindrique, appelé coquille, tournant à grande vitesse et monté sur un chariot qui se déplace longitudinalement par rapport au canal de coulée. La fonte liquide se déversant par l’extrémité du canal est appliquée, par la force centrifuge, contre la paroi de la coquille refroidie par une circulation d’eau à température contrôlée. Elle s’y répartit uniformément et se solidifie à son contact en « donnant naissance » à un tuyau.
Extraits des coquilles, les tuyaux sont transportés dans des fours à température contrôlée où ils subissent un recuit. Ce traitement a pour effet de donner les caractéristiques mécaniques définitives de la fonte ductile. Chaque tuyau (en classe K 9, c’est-à-dire de fabrication courante) est éprouvé individuellement à des pressions de 30 à 60 bars suivant les diamètres.
LES TUYAUX, RACCORDS ET JOINTS POUR CANALISATION D’EAU
Conformes à la norme française et internationale NFA 48 801 et ISO 2531, les tuyaux en fonte ductile sont en outre munis, en exécution normale pour l’eau, d’un revêtement intérieur centrifugé à base de ciment et d’une protection extérieure très élaborée, et le cas échéant, renforcée.
Ils sont assemblés soit par joint mécanique Express 2 GS, soit par joint automatique Standard 2 GS.
Le revêtement intérieur
Le revêtement intérieur des tuyaux en fonte ductile est réalisé à base de ciment et d’une épaisseur conforme à la norme ISO 4179. Le ciment utilisé pour la confection du mortier est un ciment de haut fourneau dont les caractéristiques sont conformes à la norme française NFP 15.301.
Le mortier appliqué par centrifugation à très grande vitesse présente une excellente compacité qui assure au revêtement une résistance à l’action des eaux agressives ou peu minéralisées.
Son poli de surface exceptionnel, procure aux tuyaux à l’état neuf et pour les vitesses de fluide usuelles, une rugosité correspondant au coefficient « K » de 0,03 mm de la formule de Colebrook, assurant un débit équivalent à 97 % de celui d’un tuyau idéalement lisse.
Ce revêtement conserve dans le temps ses caractères hydrauliques, et les mesures de pertes de charge effectuées aux U.S.A. par Cast Iron Pipe Research Association (1951-1955) sur des tuyaux cimentés intérieurement en service depuis 25 ans, ont révélé que les tuyaux présentaient un coefficient de rugosité « K » variant en 0,01 et 0,15 mm.
Le revêtement extérieur
Les revêtements extérieurs sont de deux sortes :
- Revêtement de fabrication courante
De par sa composition et en particulier grâce au carbone qu’elle contient, la fonte ductile résiste aux agents corrosifs ; cependant pour compléter cette résistance naturelle, tous les tuyaux de DN inférieur et égal à 600 mm reçoivent un zingage extérieur appliqué par métallisation. Ils sont enfin, en exécution normale, revêtus d’un vernis noir.
— Revêtement renforcé
Les tuyaux peuvent, pour certains cas particuliers, recevoir des revêtements extérieurs spéciaux adaptés à un environnement spécifique.
De cette manière, les tuyaux classiques en fonte ductile sont en mesure d’être utilisés dans la majorité des sols et d’être adaptés, soit en usine, soit sur chantier, à la traversée de sols qui se révéleraient susceptibles de réduire la longévité normale de la canalisation.
Les joints
On distingue trois types de joints :
— le joint automatique Standard
L’étanchéité de l’assemblage est obtenue par compression d’une bague de joint en élastomère. Composé d’un corps massif prolongé par deux lèvres épaisses dirigées vers le fond de l’emboîtement du tuyau, la bague en élastomère assure l’étanchéité de jonction par la seule introduction du bout uni du tuyau suivant.
— le joint mécanique Express
L’étanchéité est obtenue également par compression de la bague en élastomère logée dans l’emboîtement, mais cette fois par le recours à une contrebride serrée par des boulons prenant appui sur la collerette externe de l’emboîtement.
— le joint Standard Verrouillé
Ce type de joint permet une maîtrise des efforts tendant à déboîter les éléments de conduite sous l’effet de la pression, en réalisant une conduite « autobutée » tout en gardant les avantages de déviations possibles au niveau du joint.
LES AVANTAGES DE LA FONTE DUCTILE
Les progrès constants réalisés dans la métallurgie et la réussite spectaculaire de la fonte ductile ont complété les références plus que centenaires des canalisations en fonte qui équipent les principales villes du globe.
La gamme importante des diamètres – 60 à 2 000 – et la multiplicité des raccords exécutés eux aussi en fonte ductile, autorisent la réalisation des réseaux comme un simple assemblage de pièces élémentaires, et la mise en œuvre des joints ne comporte que des opérations simples. Cette double caractéristique réduit à l’extrême les coûts de construction des conduites neuves de même que les coûts d’exploitation ultérieurs.
Utilisables à des pressions de service allant de 25 à 60 bars, suivant les diamètres, les tuyaux en fonte ductile couvrent la quasi-totalité des contraintes techniques des réseaux.
La résistance mécanique remarquable de la fonte ductile rend les tuyaux peu sensibles aux chocs de manutention, de transport, de bardage.
En cours de vie, la conduite est en mesure de faire face aux agressions de l’environnement (terrassements, vibrations, interventions du voisinage…), tandis que de larges coefficients de sécurité lui permettent de conserver sa rigidité face aux charges d’ovalisation, même à la suite de mouvements de terrain modifiant la compacité du sol.
Par leur qualité, et en raison des avantages qu’ils procurent aussi bien à l’entrepreneur qui les met en œuvre qu’à la collectivité qui les reçoit, les tuyaux en fonte ductile, après avoir équipé la majeure partie des distributions, participent activement maintenant au renforcement des réseaux publics d’eau potable. Ils restent, après plus de 150 ans, la meilleure solution technique pour de tels investissements d’infrastructure.
Les tuyaux en fonte ductile trouvent maintenant un développement nouveau dans les canalisations d’assainissement. Utilisés de tous temps pour les refoulements, les prescripteurs ont recherché maintenant dans le tuyau en fonte ductile la solution à l’étanchéité indispensable des réseaux pour la protection de l’environnement. Des revêtements intérieurs et extérieurs spécifiques ont été mis au point pour ces tuyaux comme pour toute une nouvelle gamme de pièces spéciales adaptées aux réseaux d’assainissement.
