Tuyauterie en plastique

Un tuyau en plastique est une section tubulaire ou un cylindre creux en plastique . Il est généralement, mais pas nécessairement, de section circulaire, utilisé principalement pour transporter des substances qui peuvent s'écouler : liquides et gaz (fluides), boues, poudres et masses de petits solides. Il peut également être utilisé pour des applications structurelles ; les tuyaux creux sont beaucoup plus rigides par unité de poids que les éléments pleins.

Les canalisations en plastique sont utilisées pour le transport de l'eau potable , des eaux usées , des produits chimiques , des fluides de chauffage et de refroidissement , des denrées alimentaires , des liquides ultra-purs, des boues , des gaz , de l'air comprimé , de l'irrigation , des systèmes de canalisations sous pression en plastique et des applications de systèmes sous vide .

Il existe trois principaux types de tuyaux en plastique :

Tubes extrudés constitués d'une couche d'une matrice homogène de matériau thermoplastique, prêts à être utilisés dans un pipeline.

Les tubes et raccords à parois structurées sont des produits dont la conception est optimisée en ce qui concerne l'utilisation des matériaux pour répondre aux exigences physiques, mécaniques et de performance. Les tubes à parois structurées sont des solutions sur mesure de systèmes de tuyauterie, pour une variété d'applications et dans la plupart des cas développées en coopération avec les utilisateurs.

Tuyau constitué d'une couche métallique flexible au milieu de trois couches collées. Le tuyau barrière est utilisé, par exemple, pour assurer une protection supplémentaire du contenu qui passe dans le tuyau (notamment l'eau potable) contre les produits chimiques agressifs ou d'autres pollutions lorsqu'il est posé dans un sol contaminé par une utilisation antérieure.

La plupart des systèmes de tuyaux en plastique sont fabriqués à partir de matériaux thermoplastiques. La méthode de production consiste à faire fondre le matériau, à le façonner puis à le refroidir. Les tuyaux sont normalement produits par extrusion .

Les systèmes de canalisations en plastique répondent à de nombreuses exigences de service. Les normes de produits pour les systèmes de canalisations en plastique sont élaborées au sein du comité de normalisation CEN/TC155. Ces exigences sont décrites dans un ensemble de normes de produits européennes pour chaque application, ainsi que leurs caractéristiques spécifiques, par exemple :

• Transport de l'eau potable : exigences d'hygiène
• Transport de gaz : exigences de sécurité les plus élevées
• Tubes en plastique pour chauffage radiant et chauffage par le sol : résistance à la température pendant des décennies
• Applications d'égouts : Haute résistance chimique

Les tubes en plastique sont capables de répondre aux exigences spécifiques de chaque application. Ils le font sur une longue durée de vie et avec fiabilité et sécurité. Le facteur clé de réussite est atteint en maintenant des niveaux de qualité constamment élevés. Pour les produits de tubes en plastique, ces niveaux sont définis par les différentes normes. Deux aspects sont fondamentalement importants pour les performances des tubes en plastique : la flexibilité et la longue durée de vie.

L'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) est utilisé pour le transport de l'eau potable, des boues et des produits chimiques. Il est le plus souvent utilisé pour les applications DWV (drain-waste-vent). Il a une large plage de températures, de -40 °C à +60 °C.

L'ABS est un matériau thermoplastique développé au début des années 1950 pour être utilisé dans les champs pétroliers et l'industrie chimique. La variabilité du matériau et sa rentabilité relative en ont fait un plastique technique très apprécié. Il peut être adapté à une gamme d'applications en modifiant le rapport des différents composants chimiques.

Ils sont principalement utilisés dans les applications industrielles où une résistance aux chocs et une rigidité élevées sont essentielles.

Ce matériau est également utilisé dans les systèmes de tuyauterie sans pression pour les sols et les déchets.

Le polychlorure de vinyle chloré (CPVC) résiste à de nombreux acides, bases, sels, hydrocarbures paraffiniques, halogènes et alcools. Il ne résiste pas aux solvants, aux aromatiques et à certains hydrocarbures chlorés. Il peut transporter des liquides à des températures plus élevées que le PVC, avec une température de fonctionnement maximale atteignant 200 °F (93,3 °C). En raison de son seuil de température plus élevé et de sa résistance chimique, le CPVC est l'un des principaux choix de matériaux recommandés pour le transport d'eau et de liquides résidentiels, commerciaux et industriels.

Polyéthylène haute densité (PEHD) - Le tuyau en PEHD est solide, flexible et léger. Il présente un taux de fuite nul lorsqu'il est fusionné.

Le PB-1 est utilisé dans les systèmes de tuyauterie sous pression pour l'eau potable chaude et froide, les réseaux de chauffage urbain pré-isolés et les systèmes de chauffage et de refroidissement de surface. Ses principales propriétés sont la soudabilité, la résistance à la température, la flexibilité et une résistance élevée à la pression hydrostatique. Un type standard, le PB 125, a une résistance minimale requise (MRS) de 12,5 MPa. Il présente également une faible transmission du bruit, une faible dilatation thermique linéaire, aucune corrosion ni calcification.

Les systèmes de tuyauterie PB-1 ne sont plus vendus en Amérique du Nord. La part de marché en Europe et en Asie est faible mais en constante croissance. Sur certains marchés, par exemple le Koweït, le Royaume-Uni, la Corée et l'Espagne, le PB-1 occupe une position forte.

Le polyéthylène est utilisé avec succès depuis de nombreuses années pour le transport sécurisé des eaux potables et usées, des déchets dangereux et des gaz comprimés. Il existe deux variantes : les tuyaux en PEHD ( polyéthylène haute densité ) PEX (polyéthylène réticulé, également XLPE), plus résistant à la chaleur .

Le PE est utilisé pour les tuyaux depuis le début des années 1950. Les tuyaux en PE sont fabriqués par extrusion dans une variété de dimensions. Le PE est léger, flexible et facile à souder. Sa finition intérieure lisse assure de bonnes caractéristiques d'écoulement. Le développement continu du matériau a amélioré ses performances, ce qui a conduit à une utilisation croissante rapide par les principales sociétés de distribution d'eau et de gaz dans le monde entier.

Les tuyaux sont également utilisés dans les technologies de revêtement et sans tranchée, les applications dites sans creusement, où les tuyaux sont installés sans creuser de tranchées, sans aucune perturbation au-dessus du sol. Dans ce cas, les tuyaux peuvent être utilisés pour revêtir d'anciens systèmes de canalisations afin de réduire les fuites et d'améliorer la qualité de l'eau. Ces solutions aident donc les ingénieurs à réhabiliter des systèmes de canalisations vétustes. L'excavation est minimale et le processus est réalisé rapidement sous terre.

En ce qui concerne les tuyaux en PE, plusieurs études ont également démontré leur longue expérience avec une durée de vie prévue de plus de 50 ans.

Le polyéthylène réticulé est communément appelé XLPE ou PEX. Il s'agit d'un matériau thermoplastique qui peut être fabriqué de trois manières différentes en fonction de la manière dont les chaînes polymères sont réticulées. Le PEX a été développé dans les années 1950. Il est utilisé pour les tuyaux en Europe depuis le début des années 1970 et a gagné en popularité au cours des dernières décennies. Souvent fourni en bobines, il est flexible et peut donc être guidé autour des structures sans raccords. Sa résistance à des températures allant de zéro à presque l'ébullition en fait un matériau de tuyau idéal pour les installations d'eau chaude et froide, les radiateurs et le chauffage par le sol, les applications de dégivrage et de refroidissement par plafond

Le polyéthylène à température élevée (RT) ou PE-RT étend les propriétés traditionnelles du polyéthylène. Une résistance accrue à haute température est ainsi rendue possible grâce à une conception moléculaire spéciale et à un contrôle du processus de fabrication.

Sa résistance aux basses ou hautes températures rend le PE-RT idéal pour une large gamme d'applications de conduites d'eau chaude et froide.

Le polypropylène est adapté à une utilisation dans les denrées alimentaires, les eaux potables et ultra pures, ainsi que dans les industries pharmaceutiques et chimiques.

Le PP est un polymère thermoplastique fabriqué à partir de polypropylène. Il a été inventé dans les années 1950 et est utilisé pour les tuyaux depuis les années 1970. En raison de sa résistance élevée aux chocs, combinée à une bonne rigidité et à une résistance chimique élevée, ce matériau est adapté aux applications d'égouts. Une bonne performance dans une plage de températures de fonctionnement allant jusqu'à 60 °C (140 °F) (en continu) rend ce matériau adapté aux systèmes d'évacuation des eaux usées et des sols internes. Une qualité spéciale de PP avec un comportement à haute température jusqu'à 90 °C (194 °F) (à court terme) fait de ce matériau un bon choix pour l'approvisionnement en eau chaude interne.

Le polyfluorure de vinylidène (PVDF) est un fluoropolymère thermoplastique relativement non réactif doté d'une excellente résistance chimique et thermique pour les utilisations dans les canalisations en plastique. La résine PVDF est produite par polymérisation du monomère de fluorure de vinylidène . La résine PVDF est ensuite utilisée pour fabriquer des tuyaux en PVDF ainsi que de nombreux autres produits.

Les industries et les applications choisissent les tubes PVDF en raison de leurs qualités inertes et durables. Les tubes PVDF sont surtout utilisés dans l'industrie des procédés chimiques en raison de leur capacité à capter des solutions agressives et corrosives. Les tubes PVDF sont également couramment utilisés dans les applications de haute pureté, la fabrication de semi-conducteurs, l'électronique/l'électricité, les développements pharmaceutiques et le traitement des déchets nucléaires.

Les spécifications et les caractéristiques de performance des tuyaux PVDF approuvent les tuyaux PVDF jusqu'à 248 °F (120 °C) dans des conditions de système sous pression. Le tuyau ne favorise pas la croissance de champignons selon la méthode de test militaire standard 508, 81-0B. Contrairement aux autres tuyaux thermoplastiques courants (uPVC, CPVC, PE, PP), le PVDF ne présente pas de sensibilité aux rayons UV ou aux dommages oxydatifs causés par l'ozone, ce qui l'approuve pour des utilisations extérieures à long terme.

Le PVC-U est un matériau thermoplastique dérivé du sel commun et des combustibles fossiles. Le matériau des tuyaux a la plus longue expérience de tous les matériaux plastiques. Les premiers tuyaux en PVC-U ont été fabriqués dans les années 1930. À partir des années 1950, les tuyaux en PVC-U ont été utilisés pour remplacer les tuyaux métalliques corrodés et ainsi apporter de l'eau potable à une population rurale croissante, puis urbaine. Les tuyaux en PVC-U sont certifiés sans danger pour l'eau potable selon la norme NSF 61 et sont largement utilisés pour les conduites de distribution et de transmission d'eau en Amérique du Nord et dans le monde entier. Le PVC-U est autorisé pour les conduites d'évacuation des eaux usées dans les maisons et est le tuyau le plus souvent utilisé pour les égouts sanitaires.

D'autres applications sous pression et sans pression ont rapidement suivi dans le domaine des égouts, des sols et des déchets, du gaz (basse pression) et de la protection des câbles. La contribution du matériau à la santé publique, à l'hygiène et au bien-être est donc significative.

Les tuyaux en polychlorure de vinyle ou en uPVC (polychlorure de vinyle non plastifié) ne sont pas bien adaptés aux conduites d'eau chaude et leur utilisation à l'intérieur des conduites d'alimentation en eau des maisons aux États-Unis est interdite depuis 2006. Code IRC P2904.5 uPVC Non répertorié.

Le PVC-U présente une résistance chimique élevée sur toute sa plage de températures de fonctionnement , avec une large bande de pressions de fonctionnement. La température de fonctionnement maximale est de 140 °F (60 °C) et la pression de service maximale de 450 psi (3 100 kPa). En raison de ses caractéristiques de résistance à long terme, de sa grande rigidité et de sa rentabilité, les systèmes en PVC-U représentent une grande partie des installations de tuyauterie en plastique et certaines estimations indiquent que plus de 2 000 000 miles (3 200 000 km) de tuyaux en PVC-U sont actuellement en service dans toutes les applications.

Sur la base du matériau standard en polychlorure de vinyle, trois autres variantes sont utilisées.

Une variante appelée OPVC, ou PVCO, représente une étape importante dans l'histoire de la technologie des tubes en plastique. Cette version biaxiale à orientation moléculaire hautes performances allie une résistance accrue à une résistance accrue aux chocs.

Une variante ductile est le MPVC, un chlorure de polyvinyle modifié avec des acryliques ou du PE chloré. Ce matériau plus ductile avec une résistance élevée à la fracture est utilisé dans les applications à forte demande où la résistance à la fissuration et à la corrosion sous contrainte est importante. Dans plusieurs études, le long historique des tuyaux en uPVC a été étudié. Des recherches récentes menées par le KRV allemand et le TNO néerlandais ont confirmé que les tuyaux sous pression en uPVC, lorsqu'ils sont installés correctement, ont une durée de vie utile de plus de 100 ans.

Les tuyaux en plastique sont utilisés depuis plus de 50 ans. La durée de vie prévue des systèmes de tuyauterie en plastique dépasse 100 ans. Plusieurs études industrielles ont démontré ce pronostic.

Les matériaux des tubes en plastique ont toujours été classés sur la base d'essais de pression à long terme. Les temps de rupture mesurés en fonction des contraintes dans la paroi du tube ont été démontrés dans ce que l'on appelle des courbes de régression.

Une extrapolation basée sur les temps de défaillance mesurés a été calculée pour atteindre 50 ans. La contrainte de défaillance prédite à 50 ans a été prise comme base pour la classification. Cette valeur est appelée MRS, Minimum Required Stress, à 50 ans.

Les systèmes de tuyauterie en plastique peuvent être endommagés en raison d'une mauvaise adhérence du produit lors de l'installation et de dommages physiques naturels, tels que l'infiltration de racines d'arbres. Les tuyaux en plastique sont également plus susceptibles de tomber en panne pendant les étés secs et chauds.

Les tuyaux en plastique sont classés en fonction de leur rigidité annulaire . Les classes de rigidité préférées décrites dans plusieurs normes de produits sont : SN2, SN4, SN8 et SN16, où SN est la rigidité nominale (kN/m2). La rigidité des tuyaux est importante pour qu'ils puissent résister aux charges externes pendant l'installation. Plus le chiffre est élevé, plus le tuyau est rigide.

Après une installation correcte, la déflexion du tuyau reste limitée, mais elle persiste dans une certaine mesure pendant un certain temps. Par rapport au sol dans lequel il est encastré, le tuyau en plastique se comporte de manière « flexible ». Cela signifie que la déflexion ultérieure dans le temps dépend du tassement du sol autour du tuyau.

En principe, le tuyau suit le mouvement du sol ou le tassement du remblai, comme l'appellent les techniciens. Cela signifie qu'une bonne installation des tuyaux entraînera un bon tassement du sol. Les déformations ultérieures resteront limitées.

Pour les conduites flexibles, la charge du sol est répartie et supportée par le sol environnant. Les contraintes et déformations causées par la déflexion du tuyau se produiront à l'intérieur de la paroi du tuyau. Cependant, les contraintes induites ne dépasseront jamais les valeurs limites autorisées.

Le comportement thermoplastique du matériau du tube est tel que les contraintes induites se relâchent à un niveau faible. Les déformations induites sont bien inférieures aux niveaux admissibles.

Ce comportement flexible signifie que le tuyau ne se brisera pas. Il présentera seulement plus de déflexion tout en conservant sa fonction sans se casser.

Cependant, les tuyaux rigides, de par leur nature même, ne sont pas flexibles et ne suivront pas les mouvements du sol. Ils supporteront toutes les charges du sol, quel que soit le tassement du sol. Cela signifie que lorsqu'un tuyau rigide est soumis à une charge excessive, il atteindra plus rapidement la limite des valeurs de contrainte et se brisera.

On peut donc conclure que la flexibilité des tuyaux en plastique offre une dimension supplémentaire de sécurité. Les tuyaux enterrés ont besoin de flexibilité.

Les tuyaux, raccords, vannes et accessoires constituent un système de tuyauterie sous pression en plastique. La gamme de diamètres de tuyaux pour chaque système de tuyauterie varie. Cependant, la taille varie de 12 à 400 mm (0,472 à 15,748 po) et de 3 ⁄ 8 à 16 po (9,53 à 406,40 mm). Les tuyaux sont extrudés et sont généralement disponibles en longueurs droites de 3 m (9,84 pi), 4 m (13,12 pi), 5 m (16,40 pi) et 6 m (19,69 pi) et en bobines de 25 m (82,02 pi), 50 m (164,04 pi), 100 m (328,08 pi) et 200 m (656,17 pi) pour le PEBD et le PEHD.

Les raccords de tuyauterie sont moulés et sont disponibles en plusieurs tailles : té 90° égal (droit et réducteur), té 45°, croix égal, coude 90° (droit et réducteur), coude 45°, coude à rayon court 90°, douille/coupleur (droit et réducteur), union, embouts, bague de réduction et brides d'obturation, à face pleine et à embout. Les vannes sont moulées et sont également disponibles en plusieurs types : vannes à boisseau sphérique (également vannes multivoies), vannes papillon , vannes anti-retour à ressort, à bille et à battant, vannes à membrane , vannes à guillotine, vannes à soupape et soupapes de décharge/réduction de pression. Les accessoires sont des solvants, des nettoyants, des colles, des clips, des bagues de support et des joints.