Dilatation et contraction des tubes

Pourquoi les tubes bougent-ils ?

La plupart des matériaux se dilatent à la chaleur et se contractent au froid, et les tubes n’échappent pas à la règle. La dilatation et la contraction des tubes peuvent provoquer des mouvements importants des tuyauteries.

Etant donné que les tubes contiennent souvent des fluides chauds ou froids, les mouvements de ces tubes doivent être pris en compte. Les forces déployées par les changements de température peuvent provoquer des déformations importantes des tubes. La torsion et l’expansion des tubes peuvent abîmer les valves, les pompes et les colliers de fixation. Dans certains cas, la structure même du bâtiment peut être impactée.

Il est donc très important de maîtriser les mouvements des tubes. Vous trouverez ici des informations utiles sur ce sujet et plusieurs solutions permettant de réaliser une installation sécurisée.

Tout d’abord, une courte vidéo permet d’illustrer la réalité de la déformation des tubes :

Qu’est-ce qui cause la déformation des tubes ?

Les changements de température font changer la forme, la surface ou le volume des substances. Généralement les tubes se dilatent quand la température augmente et se contractent quand elle baisse. Ce phénomène s’explique par l’expansion de la structure moléculaire qui est elle-même la conséquence de l’augmentation de l’énergie cinétique provoquée par l’élévation de la température : les molécules sont plus mobiles.

Le taux de dilatation dépend habituellement de trois facteurs :

  1. La matière du tube : des matériaux différents se dilatent selon des taux différents. Par exemple, les différents types de plastique (PP, PVC, PE, etc.) et les différents métaux (acier, cuivre, fer, etc.) ont des taux de dilatation différents. C’est la raison pour laquelle il est important de calculer le taux d’expansion de chaque tube qui constitue une installation.
  2. La longueur du tube : plus le tube est long, plus il sera sujet à la dilatation et à la contraction.
  3. Les températures minimum et maximum :  l’amplitude des températures auxquelles le tube sera exposé, c’est à dire la différence entre la température la plus élevée et la température la plus basse, est primordiale.

Le tableau ci-dessous indique le taux de dilatation de tubes de 50 mètre de long, avec une amplitude de température de 50°C. Comme vous pouvez le constater, les tubes plastiques se dilatent nettement plus que les tubes métalliques. Un tube de 50 mètres en polyéthylène (PE), par exemple, se dilatera de 500 mm dans le sens de la longueur.

 

Concevoir une installation pour prendre en compte la dilatation

Il est primordial de prendre en compte les mouvements d’expansion et de contraction des tubes au stade de la conception, pour éviter toute difficulté par la suite.

La torsion des tubes et la pression exercée sur les raccords peuvent conduire à des fuites ou à la rupture des tubes, avec tous les dommages que cela peut induire.

Quelle est donc la meilleure solution pour maîtriser les mouvements de contraction et de dilatation des tubes ? Deux solutions peuvent être envisagées :

Coudes et boucles de dilatation thermique

Il est préférable de permettre au tube de bouger, en utilisant des coudes et des boucles de dilatation thermique pour diriger et maîtriser les forces de dilatation parfois considérables qui agissent dans le tube. Il s’agit de créer une zone de compensation naturelle. Les boucles de dilatation thermique sont des sections de tube perpendiculaires à l’installation. Elles sont semi-rigides mais permettent le mouvement du tube, ce qui évite les pressions et mouvements au niveau des points de fixation du système. Des points fixes encadrent l’installation pour contrôler le mouvement et le diriger vers la boucle de dilatation.

Des dispositifs de guidage avant et après la boucle peuvent permettre de diriger le mouvement dans la bonne direction. La distance entre le premier collier de fixation et la boucle de dilatation est importante : plus cette distance est courte, plus la force de contraction ou de dilatation pliera le tube, et plus cette force s’appliquera sur le point de fixation.

Les boucles de dilatation peuvent prendre beaucoup de place ; c’est la raison pour laquelle ce système est choisi de préférence pour les installations extérieures. Dans les espaces plus restreints, des boucles de dilatation peuvent être créées en utilisant des manchons flexibles métalliques (voir photos ci-dessous). Ces boucles sont plus compactes que les boucles réalisées avec du tube, mais elles doivent être soutenues pour qu’elles ne s’affaissent pas. Ces boucles sont particulièrement indiquées pour les installations en zone sismique.

thermal pipe expansionsteel pipe thermal expansion

Joints de dilatation

Si la place manque, un joint de dilatation peut être installé à la place d’une boucle de dilatation. Compensateurs, soufflets… les possibilités sont nombreuses.

Si l’on choisit d’installer un joint de dilatation, il faut porter une attention particulière à la pression à l’intérieur du tube. Par exemple, un tube standard DN 200 équipé de soufflets axiaux supporte une force de 2,5 tonnes. Le tube reste aligné mais les forces de pression sont disséminées ailleurs dans l’installation.

Etant donné les forces importantes qui entrent en jeu dans l’installation, il est important d’avoir un bon point d’ancrage fixe pour que les soufflets fonctionnent correctement.

expansion of pipeworkpipes expansion and contraction

Quelques règles simples d’installation permettent d’installer les soufflets efficacement, au moyen d’ancrages et de guides de dilatation.

2ème guide (à 14x diamètre tube)

1er guide (à 4x diamètre tube)

Soufflet

1er guide (à 4x diamètre tube)

2ème guide (à  14x diamètre tube)

pipe thermal expansion

Points d’ancrage

pipe thermal expansion

Pour une installation sécurisée, il est important de respecter certains principes fondamentaux. L’installation sur la photo de gauche n’a pas respecté ces principes, alors que l’installation sur la photo de droite, bien que plus simple, a permis de réaliser une installation prenant en compte efficacement les mouvements des tubes.

thermal pipe expansionexpansion of pipework

Comment pouvons-nous vous aider à réaliser l’installation adéquate ?

Tout d’abord, vous devez calculer le coefficient de dilatation thermique de votre installation, pour pouvoir déterminer quels sont vos besoins.

Nos techniciens peuvent vous aider à réaliser les calculs et à concevoir une solution qui correspond à vos besoins.

Nos produits vous permettront d’installer les coudes, boucles, joints et dispositifs de guidage dont nous avons parlé :

Nos produits sont des solutions aux problèmes les plus complexes : découvrez notre étude de cas pour une installation sur un pont !

N’hésitez pas à nous contacter pour obtenir plus de renseignements.

Contactez-nous !

Liste de produits 0
Retour en haut de page
Close

Oceania

Or visit our international website.