d étude des Réseaux en Polyéthylène

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1 Guide d étude des Réseaux en Polyéthylène Edition

2 SOMMAIRE Domaines d application...4 Le polyéthylène Historique du polyéthylène ère synthèse : Hans von Pechmann (Allemagne) ère synthèse industrielle du polyéthylène ère synthèse haute pression reproductible de polyéthylène...5 1ère production industrielle...5 Développement de plusieurs types de catalyse ème type de système catalytique...6 Développements de nouveaux systèmes à «site unique» Les caractéristiques du polyéthylène...6 Trois types de polyéthylène...6 Deux méthodes de polymérisation sont mises en œuvre...7 Histoire du PE pour tubes pression Matière première et propriétés...9 La légèreté...9 Flexibilité et installation...10 Flexibilité, élasticité et opération...11 Exemple du tremblement de terre à Kobe (Japon)...12 La soudabilité du polyéthylène et l absence de fuites Les propriété mécaniques...12 a-la courbe de régression...13 b-la Propagation Rapide de Fissures (RCP, Rapid Crack Propagation)...14 c-la Propagation Lente de Fissure (SCG, Slow Crack Growth) Les modes de fabrication des tubes et accessoires...17 L extrusion de tubes...17 Les avantages du polyéthylène...21 Types de PE utilisés...21 Propriétés chimiques...21 Corrosion...21 Perméation...21 Vieillissement à la lumière- résistance aux U.V. :...21 Propriétés mécaniques...21 Comportement aux chocs...21 Comportement au fluage...21 Résistance à la fissuration...21 Résistance à l abrasion...22 Résistance aux coups de béliers...22 Ductibilité et flexibilité:...22 Autobutage...22 Environnement...23 La longévité du produit...23 Lʼempreinte carbone...23 La production des tubes...23 Le transport des tubes de l usine au chantier...24 La pose...24 Le cycle de vie...24 Le recyclage...24 Les enjeux sanitaires...24 Normes et réglementations...25 La normalisation...25 La certification...25 La Marque NF...25 Ne pas confondre norme NF et marque NF...25 La Marque NF 114 tubes en Polyéthylène...26 Comparatif marque NF et norme NF...28 La conformité à la norme NF EN La Marque NF La réglementation : la conformité sanitaire (Arrêté du Ministère du 29 mai 1997)...28 Produits...30 Conditionnement...33 Manutention et stockage...34 Règles générales...34 Transport et livraison...34 Réception...34 Déchargement et stockage...35 Tubes en longueurs droites...35 Tubes en tourets...35 Raccords...35 Stockage sur chantier...35 Signalisation, protection & détection des conduites et fluides présents dans le sous-sol..36 Les dispositifs avertisseurs...36 Les exigences et objectifs de la norme NF EN «Dispositifs Avertisseurs»...36 La protection mécanique des conduites...37 Les étapes et étages de la protection des canalisations présentes dans le sous sol...37 La détection des conduites non conductrices...38 Accessoires...39 Les raccords...39 Les accessoires de canalisation...40 Les modes de raccordements...41 La Polyfusion ou soudure bout-à-bout...41 Description...41 Le principe

3 SOMMAIRE L outillage nécessaire...41 La procédure de soudage...42 Valeurs types des paramètres de soudure :...44 Lʼélectrofusion...44 Description...44 Le principe...44 L outillage nécessaire...44 La procédure de soudage...45 Le soudage des thermoplastiques par extrusion...47 Description...47 Le principe...47 Les raccords mécaniques...48 Formations...49 Formations aux techniques de soudages...49 Formations aux techniques d essais de la Marque NF Les types d installation Recommandations générales pour la mise en œuvre des tubes...50 Les tubes conditionnés en couronnes...51 Les tubes conditionnés en tourets...51 Les tubes conditionnés en longueurs droites...52 La mise en place de vannes ou autres appareils lourds...52 Contraintes d environnements La Pose traditionnelle en tranchée...53 Les règles de sécurité...53 Réalisation de tranchées...54 Le remblayage des tranchées...54 Le compactage...56 La pose mécanisée Les techniques sans tranchées...57 La pose aérienne...57 Le forage dirigé...57 Le micro tunnelier...58 Le remplacement de conduites en lieu et place...59 Essais de réception...62 Groupe 1 : Gaz combustibles...62 Contrôles avant mise en service...62 Contrôles après mise en service...62 Documents applicables...62 Groupe 2 : Applications eau potable...63 Épreuve principale en pression suivant NF EN Généralités...63 Procédure d'épreuve...63 Phase préliminaire...63 Essai de chute de pression...64 Phase d'épreuve principale...64 Les groupes 3 & Groupe 3 : Irrigation...65 Groupe 4 : Application industrie et eau non potable...65 Application assainissement sous pression...65 Maintenance des réseaux polyéthylène...66 Maintenance des réseaux polyéthylène...66 Guides de réparation des réseaux polyéthylène...66 Réparation provisoire...66 Réparation définitive...66 Conception du réseau polyéthylène Le dimensionnement de la canalisation Calcul de la Pression Nominale (PN) La résistance à la dépression (phénomène de flambement) La résistance à des surpressions répétées Charge de surpression Pertes de charge et écoulement libre Réseau en charge Réseau avec écoulement à surface libre Dilatation et points fixes Généralités Calcul de la dilatation Calculs de supportage Calcul des portées Support Montage Calcul de résistance mécanique Caractéristiques du tuyau, définies dans le fascicule Caractéristique de sol et de pose (extrait du fascicule 70) Calcul intermédiaire (comportement rigide ou flexible)...87 (extrait du fascicule 70) Détermination des actions (extrait du fascicule 70) Détermination des sollicitations (extrait du fascicule 70) Vérification aux états limites ultimes (extrait du fascicule 70) Résultats de l étude du TEPPFA (The European Plastic Pipes ant Fittings Association) sur le comportement mécaniques des canalisations plastiques enterrées Les influences extérieures La tenue au feu La tenue au rayonnement ultraviolet (UV) La tenue au gel Ancrages, butées, passages de paroi Abbréviations-Glossaire

4 DOMAINES D APPLICATION Réseau et branchement d eau potable Distribution Gaz Irrigation et micro irrigation Assainissement, évacuation d effluents divers Réseau d incendie Réseau d air comprimé (canon à neige arrivée d air) Transport de fluides corrosifs (Industrie) Réhabilitation Emissaire en mer Protection des câbles (fibres optiques, énergie) Protection des canalisations (gaz, eau) Protection des câbles en acier (dont câbles de précontrainte des ponts) Etc 4

5 POLYÉTHYLÈNE 1 - Historique du polyéthylène 1 ère synthèse : Hans von Pechmann (Allemagne) Réalisée par accident pendant le chauffage de diazométhane. Eugen Bamberger and Friedrich Tschirner ont caractérisé cette substance blanche et cireuse constituée de longues chaines à motif -CH 2 - et l ont nommé «polyméthylène». 1 ère synthèse industrielle du polyéthylène Réalisée à nouveau par accident chez ICI Chemicals : Eric Fawcett et Reginald Gibson appliquent une très haute pression de quelques centaines d atmosphères sur un mélange d éthylène et de benzaldéhyde. La réaction est alors initiée par une contamination sous forme de traces d oxygène, ce qui explique la difficulté de reproduire l expérimentation au début. 1 ère synthèse haute pression reproductible de polyéthylène Réalisée par un chimiste d ici, Michael Perrin. Les bases de la synthèse industrielle du polyéthylène basse densité (LDPE) sont établies. 1 ère production industrielle Développement de plusieurs types de catalyse (polymérisation d éthylène à des conditions de températures et pressions plus modérées). 1 ère catalyse basée sur le trioxyde de chrome 1951 Réalisée par Robert Banks et Paul Hogan chez Phillips Petroleum, tous deux inventeurs du polypropylène semi-cristallin et du polyéthylène haute densité (HDPE). Ces 2 plastiques furent vendus sous la marque commerciale MARLEX. Paul Hogan Né le 7 août 1919 Polymers and Production Thereof HDPE and Polypropylene Plastics Patent Number(s) 2,825,721 Robert Banks Né le 24 novembre 1921 Décédé le 3 janvier 1989 Polymers and Production Thereof HDPE and Polypropylene Plastics Patent Number(s) 2,825,721 5

6 POLYÉTHYLÈNE 1953 : Karl Ziegler développe un système de catalyse basé sur des halogénures de titane et un organoaluminium, travaillant à des conditions encore plus modérées que celles de la catalyse Philips. Il faut cependant noter que la catalyse Phillips est moins coûteuse et plus aisée à mettre en œuvre. Les deux systèmes persistent dans l industrie à ce jour. A la fin des années 1950, les deux types de catalyse, Philips et Ziegler sont utilisées pour la production de HDPE. Phillips avait initialement des difficultés pour produire un HDPE de qualité uniforme et a rempli des entrepôts de produits hors spécifications. 3 ème type de système catalytique : les métallocènes Walter Kaminsky et Hansjörg Sinn (Allemagne). Développements de nouveaux systèmes à «site unique» (single-site) post-métallocène. Ils offrent une plus grande maîtrise de la structure du polymère que les métallocènes. Fujita chez Mitsui Corporation, a démontré que certains complexes iminophenolates de groupe IV métalliques présentent une plus grande activité que les métallocènes. 2- Les caractéristiques du polyéthylène - Composé uniquement de carbone et d hydrogène. - Matériau thermoplastique, fait à partir du monomère éthylène (C 2 H 4 ). - Plus léger que l eau (masse volumique entre 0.90 et 0.96 g/cm³). - Polymère semi-cristallin. - Thermo-fusible. - Brûle entièrement en rejetant du CO 2 et de l eau. - Non toxique et inerte. Trois types de polyéthylène Le polyéthylène basse densité (PEbd ou LDPE) qui est un polyéthylène pur. Sa masse volumique se situe entre 915 et 935 kg/m 3. On observe des branchements longs de 1000 à carbones. 6

7 POLYÉTHYLÈNE Le polyéthylène basse densité linéaire (PEbdl ou LLDPE) qui est un copolymère. Sa masse volumique se situe entre 900 et 935 kg/m 3. On observe environ 10 à 20 branchements courts (copolymères) tous les 1000 carbones. Le polyéthylène haute densité (PEhd ou HDPE) qui est un homopolymère ou plus souvent légèrement copolymérisé. Sa masse volumique se situe entre 935 à 965 kg/m 3. On observe environ 0 à 10 branchements courts tous les 1000 carbones. Nota : la dénomination PEmd (polyéthylène moyenne densité) est parfois utilisée pour l intervalle de masse volumique de 930 à 940 kg/m³. Deux méthodes de polymérisation sont mises en œuvre Polymérisation du PEbd : - Haute pression (2000 bar) - Hautes températures ( C) - Initiation par radicaux libres (ROOR) - Pas de comonomère Polymérisation du PEbdl et du PEhd : - Basse pression (20 bar) - Basses températures ( C) - Catalyseurs métaux de transition - Comonomère C4 Butène C6 Hexène C8 Octène La copolymérisation du polyéthylène Elle est «contrôlée» par le catalyseur qui possède des sites actifs. 7

8 POLYÉTHYLÈNE Le polyéthylène bimodal Il est obtenu en mélangeant deux types de synthèses. On obtient alors deux types de chaînes macromoléculaires de polyéthylène : Ce type de produit présente quelques propriétés intéressantes : 8

9 POLYÉTHYLÈNE Histoire du PE pour tubes pression 3 - Matière première et propriétés Par rapport aux matériaux traditionnels, le polyéthylène offre plusieurs avantages : - Légèreté, - Flexibilité et élasticité, - Installation rapide et facile, - Pas de corrosion, - Bonne résistance chimique, - Pas de fuites, - Faible friction / faible perte de charges, - Meilleure qualité de l eau transportée, - Facilité d installation des connexions et des branchements, - Pas d encrassement. Grâce à ces propriétés, de nombreux pays ont adopté le PE comme la solution idéale pour les réseaux de distribution eau et gaz. La légèreté Elle permet une manutention facile de produits et par conséquent une main d œuvre réduite, moins de machines et les tubes polyéthylène flottent. 9

10 POLYÉTHYLÈNE Poids par métre de tube pression (PN 10) Flexibilité et installation Elle permet de suivre le terrain, de diminuer le nombre de connexions et de rendre le tracé du réseau plus facile. 10

11 POLYÉTHYLÈNE La flexibilité des tubes permet de les transporter et de les stocker en tourets. On peut enrouler jusqu à 200 m de tube, permettant ainsi d avoir de grandes longueurs. Les avantages résultants sont : - De grandes longueurs, - Moins de connexions et soudures, - Moins de manipulations et manutention, - Moins de risques de fuite, - Suit la forme du terrain, - Moins d engineering, - Ceci représente un gain de temps et d argent et une amélioration de la fiabilité. Cette propriété permet également l utilisation de techniques d installation récentes : - Narrow trenching - U or C-lining - Swage lining - Slip lining - Pipe bursting - Directional drilling Flexibilité, élasticité et opération Elle contribue à la durée de vie des tubes car elle procure : - Une excellente résistance aux variations de pression, aux coups de bélier, - Une relaxation de contrainte liée aux contraintes internes (charges constantes ou trafic routier par exemple), - Une résistance aux mouvements de terrain, tremblements de terre, - Une résistance aux chocs (machines, ). 11

12 POLYÉTHYLÈNE Exemple du tremblement de terre à Kobe (Japon) A l issue du grand tremblement de terre à Kobe, le 17 janvier 1995, l expertise a dénombré ruptures de tubes. Les matières utilisées étaient le polyéthylène, le PVC, la fonte ductile, l acier, le béton. Le nombre de ruptures sur le tube PE s élève à ZERO! La soudabilité du polyéthylène et l absence de fuites Une connexion mécanique = un risque de fuite. Pour garantir un réseau sans fuite, il y a deux méthodes : - Limiter le nombre de connexions, ce qui est réalisable avec les tubes polyéthylène qui peuvent être installés en grandes longueurs. - Éviter les connexions mécaniques en réalisant des soudures entre les tubes polyéthylène. Soudure bout à bout Soudure par manchon électro-soudé 4 - Les propriété mécaniques Il existe 3 propriétés mécaniques essentielles pour caractériser le PE : a : la courbe de régression b : la propagation rapide de fissure (RCP) c : la propagation lente de fissure (SCG) Propagation lente de fissure (Résistance à l entaille) Propagation rapide de fissure 12

13 POLYÉTHYLÈNE a-la courbe de régression La courbe de régression est réalisée en faisant des essais de pression hydrostatique à différentes contraintes et températures afin de construire une courbe qui pourra permettre l exploitation temps-température à 20 C jusqu à un temps de 50 ans et assurer le dimensionnement correct des tubes dans l application réelle. Exemple de courbe de régression typique pour un matériau de 1ère génération : Le test de pression hydrostatique Un échantillon de tube est mis sous pression dans un bac d eau à une température définie et on observe l évolution de ses caractéristiques en fonction du temps. 3 modes de rupture peuvent se produire : 13

14 POLYÉTHYLÈNE Evolution des grades PE pour tubes : augmentation de la tenue à la pression Les nouvelles révisions des normes ISO et EN interdisent la présence d un genou à 80 C avant 5000 heures. La classification MRS (minimum required strength) : b-la Propagation Rapide de Fissures (RCP, Rapid Crack Propagation) Sous des conditions sévères telles qu une pression élevée et/ou une température basse, un impact sur un tube sous pression peut conduire à une fissuration rapide pouvant se propager sur plusieurs centaines de mètres, dans le cas de canalisation rigides de types métalliques. La mesure du RCP peut s effectuer selon deux types de tests : - Le full scale testing (FST) ou essai pleine échelle, - Le test S4 (Small Scale Steady State). 14

15 POLYÉTHYLÈNE Full Scale Testing (FST) : Le test est réalisé sur de grandes longueurs de tubes. De grands réservoirs de gaz sont requis. Le test est cher et complexe à réaliser mais il est très proche de la réalité. Rupture d une canalisation par RCP Test RCP Full Scale 15

16 POLYÉTHYLÈNE Test S4 (Small Scale Steady State) : Ce test est réalisé typiquement sur un tube de 110 mm de diamètre et de SDR11. La cage de confinement et les déflecteurs internes entrainent des conditions plus sévères de test. Le test S4 est moins cher et plus facile à réaliser. Il est également plus sévère que le test Full Scale. c-la Propagation Lente de Fissure (SCG, Slow Crack Growth) C est un processus de vieillissement de la résine à long terme conduisant à une rupture dite fragile. Ce processus est accéléré par les rayures et pierres en contact avec le tube. Elle peut être mesurée en attendant l apparition du genou dans la courbe de régression, réaliste mais cher et très long, ou à l aide du test notch (test sur tube entaillé). L ESC est accéléré par la concentration des contraintes dans l entaille. 16

17 POLYÉTHYLÈNE 5 - Les modes de fabrication des tubes et accessoires L extrusion de tubes La ligne d extrusion est globalement constituée de 4 zones. Profils de température standards pour le polyéthylène des tubes Les températures maximales recommandées sont : Zone d alimentation 50 C Fourreau C Tête C Filière C Température de masse C Lorsqu un fourreau est équipé d une culasse rainurée, la température doit être maintenue à 50 C ou moins dans la zone d alimentation. La différence de température de la matière fondue entre le bout de la vis et la filière ne doit pas excéder 10 C. Le phénomène de sagging A cause de la faible conductivité thermique du polyéthylène, la surface interne ainsi que le cœur de l épaisseur des tubes épais restent à l état fondu pendant un temps important. Le matériau en fusion peut alors s écouler à l intérieur de la paroi du tube. 17

18 POLYÉTHYLÈNE Ce flux gravitationnel de polyéthylène fondu s appelle sagging ou fléchissement. Le résultat est une différence parfois importante d épaisseur en différents endroits de la paroi. Pour les grades PE100 classiques, le phénomène apparaît pour des épaisseurs de paroi à partir de mm. Les facteurs influençant le sagging sont : Sur la matière première : - La tenue en fondu du grade polyéthylène (PE) considéré ( viscosité à faibles gradients de vitesse), - La cristallinité ( chaleur de fusion ou de cristallisation), - L épaisseur du tube considéré. Sur le procédé de fabrication : - La température (impact sur la viscosité en fondu), - L excentricité de la filière (pour compenser l augmentation d épaisseur vers le bas), - Le taux d étirage durant l extrusion (rapport entre le diamètre du tube et le diamètre de la filière), - L influence du refroidissement dans le bain est relativement faible. L injection des accessoires (raccords) en PE100 - La machine d injection : La matière est transportée et fondue dans l unité d injection. Une pression est appliquée sur la vis pour faire avancer la matière fondue. Le moule est maintenu fermé durant l injection et le refroidissement. Ensuite le moule est ouvert et la pièce moulée éjectée. 18

19 POLYÉTHYLÈNE - Le cycle d injection : Il se compose de 4 étapes de moulage principales : remplissage du moule, maintien en pression, refroidissement et plastification de la matière pour le cycle suivant, ouverture du moule, éjection de la pièce et de fermeture du moule. 1 ère étape - Le remplissage du moule C est une phase dynamique où la vis effectue un mouvement vers l avant avec une vitesse du flux de matière imposée, soit constante, soit avec un profil. La vis joue alors le rôle de piston. A environ 95 % du remplissage complet de l empreinte du moule, il y a commutation, c est-à-dire passage de la phase dynamique à la phase de maintien appelée également phase statique. Type d écoulement de la matière 2 ème étape La phase de maintien et de compactage Une forte pression (300 à 1000 bar) reste imposée sur la matière pour permettre d en rajouter dans la cavité de moulage (= empreinte) pour compenser le retrait dû au refroidissement de la matière et à la cristallisation du polyéthylène. Le maintien se termine lorsque la solidification est complète au niveau du seuil d injection. 3 ème étape Le refroidissement Il démarre en même temps que le remplissage du moule. Son temps est évalué à environ 2,5 fois l épaisseur pièce élevée au carré. La plastification pour préparer le prochain cycle démarre quand la phase de maintien est achevée. La vis exécute un mouvement de rotation et recule vers l arrière. La vitesse de vis est fonction du diamètre de vis et de la masse injectée en une fois. Une contre-pression est exercée simultanément sur la vis pour assurer une bonne homogénéisation de la matière. 4 ème étape - Mouvement du moule et éjection des pièces Le moule s ouvre, la pièce est éjectée et le moule se referme pour réaliser le prochain cycle. 19

20 POLYÉTHYLÈNE Résumé du cycle d injection 20

21 AVANTAGES DU POLYÉTHYLÈNE Types de PE utilisés Pour les applications courantes, les PE 80 et 100 sont les plus utilisés. Propriétés chimiques Le PE résiste bien à de nombreuses substances chimiques. En règle générale, cette résistance est évaluée par un gonflement des éprouvettes ou leur allongement à la rupture. Elle est d autant meilleure que la masse volumique et la masse moléculaire sont élevées. Pour connaitre la tenue du PE aux substances chimiques, se reporter à la norme NFT ou l ISO-TR Corrosion : Le PE est inerte chimiquement. Il est imputrescible et ne se corrode pas. Un tube PE est insensible à une corrosion chimique ou électrique. Perméation : De par leurs caractéristiques, les tubes PE présentent une bonne résistance à la perméation de la plupart des produits chimiques. Dans le cas de la présence dans le sol d une forte pollution de composés aromatiques, un gainage du réseau est recommandé. Vieillissement à la lumière- résistance aux U.V. : De par la présence d antioxydants résistant spécifiquement à l action des UV et de l incorporation de noir de carbone bien sélectionné et correctement dispersé, on peut estimer une durée de vie de 20 ans en exposition continue en climat tempéré. Propriétés mécaniques Comportement aux chocs : Les PEHD et PEMD ont une excellente résistance aux chocs et sont capables de dissiper une partie de l énergie transmise au cours du choc par des mécanismes de déformation. Comportement au fluage : Le phénomène de fluage qui désigne l évolution au cours du temps de la matière soumise à charge constante est une des manifestations de la nature viscoélastique des matières plastiques. Cette propriété doit nécessairement être prise en compte dans le dimensionnement des tuyaux qui sont soumis à contrainte et destinés à des applications de longue durée. Résistance à la fissuration : Les nouvelles générations de PE présentent un excellent comportement à la fissuration des tubes. En plus de la pression interne, d autres charges peuvent être exercées sur un tube lors de son installation ou lorsqu il est en service comme par exemple des poinçonnement et des défauts de surface causés par une pose peu précautionneuse. Une haute résistance à la propagation lente de fissures est dès lors importante pour atteindre la durée de vie calculée. Différents tests permettent de s assurer de cette tenue à la fissuration, le plus connu est l essai sur tube entaillé (NF EN ISO 13479). 21

22 AVANTAGES DU POLYÉTHYLÈNE Résistance à l abrasion : La structure du PE lui assure in coefficient de friction faible, permettant dans certaines limites un frottement à sec avec les métaux. La résistance à l abrasion des tuyaux en PE est remarquable et ces tuyaux se révèlent supérieurs à l acier pour le transfert de substances abrasives en suspension. Résistance aux coups de béliers : La nature de la matière limite les efforts du coup de bélier par un effet d amortissement rapide. La longévité du réseau s en trouve améliorée. Ductibilité et flexibilité : La ductibilité du PE permet aux réseaux de bien résister aux vibrations et contraintes liées aux mouvements de terrain. Le tube est flexible; ainsi il s adapte parfaitement à des conditions de pose nécessitant des changements de direction et des tracés difficiles. Le tube PE s adapte aussi au mouvement du sol. Autobutage Les réseaux en PE, de part l aptitude du matériau à être conditionné en grande longueur, permettent de limiter les points d ancrage du réseau. 22

23 ENVIRONNEMENT La production de tous les plastiques ne nécessite que 4% de la production mondiale de Pétrole. Par leur apport sur notre vie quotidienne (légèreté des véhicules, isolation, remplacement de métal, etc...) ils permettent une économie énergétique de 25%. La balance est donc très largement positive et ils contribuent ainsi à la préservation des ressources énergétiques.le transport des résines polymères se fait par voie maritime et fluviale, ou par le train, ce qui réduit la facture énergétique de l'approvisionnement. Son faible prélèvement sur la ressource pétrolière et sa recyclabilité font du PEHD une ressource quasi-inépuisable. Le Polyéthylène est précieux, c'est pour quoi on le recycle. La longévité du produit L eau est au centre des préoccupations de notre nouveau millénaire. La raréfaction des sources d eau potable et la distribution auprès des populations sont des sujets essentiels. Il n y a plus de place pour le gaspillage. Les réseaux d adduction d eau sous pression doivent de plus en plus répondre à des normes de qualité exigeantes en termes de propriétés physiques dans le temps et organoleptiques, mais aussi en terme d adaptabilité à l environnement en milieu urbain ou rural. Le polyéthylène haute densité (PEHD), utilisé depuis plus de 50 ans, a fait ses preuves et continue à offrir d innombrables perspectives grâce à l évolution constante des techniques de fabrication des matières premières, des tubes, raccords et accessoires. Des normes internationales, telle que la norme ISO/TR 9080, permettent, à partir de mesures mécaniques en température, d extrapoler la durée de vie jusqu à 100 ans! Lʼempreinte carbone Les tubes en polyéthylène constituent une excellente réponse au regard des critères du développement durable, avec un bilan Carbone très favorable, de la production de tubes, au transport de l usine au chantier puis à la mise en œuvre de techniques modernes de pose. La production des tubes Des études montrent par rapport à un matériau traditionnel une nette différence en faveur du polyéthylène PEHD lorsqu on raisonne en mètre linéaire de tube à diamètre nominal (DN) caractéristiques de pression nominale (PN) équivalentes. Exemples : - Pour un tube DN 160 (PN16) : PEHD 3,4 kg d équivalent Carbone / m de tube fabriqué, Fonte 13,8 kg d équivalent Carbone / m de tube fabriqué. - Pour un tube DN 800 ( PN16) : PEHD 83,3 kg d équivalent Carbone / m de tube fabriqué, Fonte 132,5 kg d équivalent Carbone / m de tube fabriqué. 23

24 ENVIRONNEMENT Le transport des tubes de l usine au chantier Le poids d'un tube PE est 4 à 10 fois inférieur au poids d'une fonte par exemple, ce qui permet un transport beaucoup plus économique en carburant. Par exemple, pour un tube DN 100 et PN 16, la quantité d équivalent Carbone émise est divisée globalement par 4 par rapport à la fonte. La pose La légèreté relative du polyéthylène permet de minimiser l'utilisation des engins de chantier. Lors dune pose traditionnelles, la réduction d émission de gaz à effet de serre peut atteindre 20 %. Avec les techniques sans tranchées, elle atteint 80 %. Le cycle de vie La production de tubes et canalisations polyéthylène PEHD n'émet aucun rejet dans l'environnement. 100% des rebuts de production sont recyclés sur site et l'eau servant au refroidissement des canalisations produites circule en circuit fermé. En conséquence, aucun rejet n'est à craindre pour l'environnement. La fiabilité du polyéthylène PEHD en terme d'étanchéité surclasse tous les autres matériaux. Sa flexibilité lui permet de s'adapter à tous les terrains, sans risque de casse ou de fuites. Le réseau soudé, son taux de défaillance est proche de ZERO, même sous contraintes. C'est un matériau extrêmement résistant, ce qui explique son expansion sous tous les climats et permet de préserver de manière considérable la ressource en eau. Le Polyéthylène est le matériau le plus utilisé au monde pour sa fiabilité. cf : site de TEPPFA-étude EPD ( Le recyclage Le polyéthylène PEHD est un matériau 100% recyclable et sans retraitement spécifique en fin de vie. Il peut être broyé et utilisé dans d autres applications. Il peut également être valorisé par incinération avec récupération d énergie. Les enjeux sanitaires Le PEHD, en tant que matériau, est considéré comme neutre vis-à-vis de l eau. Pour le transport de l eau potable, les matières premières et les canalisations répondent à des critères stricts : - Délivrance d ACS (Attestation de Conformité Sanitaire) par des laboratoires agrées par le ministère de la Santé. Une harmonisation européenne est en cours pour mettre en place un système d homologation des matériaux en contact avec l eau potable (EAS, European Acceptance Scheme). - Tests organoleptiques réguliers. 24

25 NORMES ET RÉGLEMENTATIONS La normalisation Les canalisations d eau potable exigent des propriétés nécessitant un suivi à chaque étape de leur fabrication, de la maîtrise de la composition de la matière de base à la fabrication des tubes. Ces exigences sont précisées dans des normes élaborées par des commissions de normalisation regroupant tous les acteurs économiques concernés et définissant : - Les caractéristiques générales des produits, - Les spécifications auxquelles ils doivent satisfaire, - Les méthodes d essais permettant de les évaluer. Les normes les plus utilisées sont les suivantes : - NF EN 1555 : Systèmes de canalisation plastique pour la distribution de combustibles gazeux Polyéthylène (PE). - NF EN : Systèmes de canalisation plastique pour l alimentation en eau Polyéthylène (PE). - NF EN : Systèmes de canalisation plastique pour l industrie et eau non potable. - NF T : Systèmes de canalisation plastique pour la distribution de combustibles gazeux Polyéthylène. Spécifications pour le conditionnement, le stockage, la manutention et le transport des tubes. La certification C est une preuve de conformité aux normes apportée par une tierce partie qui a suivi une procédure de contrôle définie et donné l assurance écrite que le produit est conforme aux exigences spécifiées. La Marque NF C est une démarche de certification volontaire du fabricant qui souhaite apporter des preuves supplémentaires de la sécurité et de la qualité de son produit. La marque NF s appuie sur la vérification systématique de l aptitude à l emploi, des performances et de la sécurité du produit, ainsi que sur l évaluation du système qualité. Elle atteste la conformité des produits aux normes françaises, européennes ou internationales les concernant. Ne pas confondre norme NF et marque NF - La norme est un document de référence qui fixe des caractéristiques et des critères de performance. Elle est élaborée collectivement. - La certification est une preuve de conformité. Dans ce cadre, la Marque de qualité délivrée par un organisme certificateur indépendant est attribuée après contrôle du produit et de l organisation du fabricant. 25

26 NORMES ET RÉGLEMENTATIONS La Marque NF 114 tubes en Polyéthylène Elle concerne les producteurs de matières et les extrudeurs. Les référentiels sont : Règles de Certification Marque NF 114 Tubes en polyéthylène pour réseaux de distribution de gaz combustibles, réseaux de distribution d eau potable, irrigation et applications industrie, eau non potable et assainissement sous pression qui distingue 4 groupes : - Groupe 1 - Applications gaz combustibles - Groupe 2 - Applications eau potable - Groupe 3 - Applications irrigation - Groupe 4 - Applications industrie, eau non potable et assainissement Norme de référence : NF EN (2003) Systèmes de canalisations en plastiques pour l alimentation en eau Polyéthylène (PE) partie 2 : tubes, Spécifications pour les compositions de base et de repérage (tableau I des RC), Méthodes d'essais complémentaires ( des RC), Spécifications pour les tubes (tableau III des RC). Caractéristiques et méthodes d essais Dimensions Indice de fluidité à 190 C, 5 kg (g/10 min) (NF EN ISO 1133) Dispersion du noir de carbone (ISO / 2.1.2) Conformité norme NF EN Diamètre, épaisseurs, ovalisations +/- 20 % valeur mesurée sur la composition de base / Conformité Marque NF 114 Diamètre, épaisseurs, ovalisations, conditionnements PE 80 : 20 à 125 PE 100 : 90 à /- 10 % valeur mesurée sur la composition de base Note 3 Stabilité à l oxydation à 200 C (NF EN 728 / 2.1.2) T 20 min Retrait à chaud (NF EN ISO 2505 / 2.1.2) / 3 %, aspect conservé Traction (NF EN ISO et ISO / Contrainte au seuil d écoulement Allongement à la rupture / 350 % PE 80 > 15 MPa PE 100 > 19 MPa 500 % 26

27 NORMES ET RÉGLEMENTATIONS Caractéristiques et méthodes d essais Conformité norme NF EN Conformité Marque NF 114 Résistance à la pression hydraulique (NF EN ISO et / 2.1.2) 20 C 80 C 100 h PE 80 : 10 MPa PE 100 : 12,4 MPa 165 h PE 80 : 4,5 MPa PE 100 : 5,4 MPa 1000 h PE 80 : 4 MPa PE 100 : 5 MPa Propriétés organoleptiques (NFT / 2.1.2) Résistance à la propagation lente de fissure, tube e 5 mm, essai à la virole (ISO / 2.1.2) / / Seuil 3 v 10 mm/ jour Résistance à la propagation lente de fissure, tube e > 5 mm, essai sur tube entaillé (NF EN ISO 13479) / 500 h 80 C Résistance à la propagation rapide de fissure, test S4 (ISO ), pression critique (Pcs4) à 0 C Conformité sanitaire / Les réglementations nationales s appliquent PE 80 0,95 bar PE 100 3,5 bar Les compositions et tubes doivent être conformes aux dispositions de l arrêté du relatif aux matériaux et objets utilisés dans les installations de production, de traitement et de distribution d eau destinée à la consommation humaine et ses annexes (JO du ) complété par la circulaire DGSNS4 n du Contact de produits chimiques Aptitude à l emploi ISO 4433 Guide résistance chimique ISO TR Suivant NF EN

28 NORMES ET RÉGLEMENTATIONS Comparatif marque NF et norme NF La conformité à la norme NF EN Auto-déclaration : n engage que la responsabilité du fabricant ou distributeur - Rapport d essai de conformité : essais selon la norme pour un lot de tube La Marque NF114 La gestion de la Marque NF 114 est assurée par le Laboratoire National d Essais (LNE), mandaté par l AF- NOR qui est l organisme certificateur. Audits LNE : - 1 fois/an pour les producteurs de matières, - 2 fois/an pour les extrudeurs dont 1 audit inopiné avec contrôles dimensionnels. Essais LNE : - 1 fois/an pour les producteurs de matières (prélèvement audit), - 2 fois/an pour les extrudeurs (prélèvement audit inopiné et dans le commerce). La réglementation : la conformité sanitaire (Arrêté du Ministère du 29 mai 1997) «Les matériaux utilisés dans les systèmes de production ou de distribution et qui sont en contact avec de l eau destinée à la consommation humaine ne doivent pas être susceptibles d altérer la qualité de l eau». Les tubes et raccords doivent par conséquent subir des tests normalisés afin d obtenir une attestation de conformité sanitaire (ACS) délivrée par des laboratoires habilités par la Direction Générale de la Santé. L ACS, obligatoire depuis 2002, a été intégrée dans le Règlement de la Marque NF pour les tubes destinés aux réseaux d eau potable. La réglementation liée aux eaux potables se distingue de celle liée au contact alimentaire car un matériau apte au contact alimentaire n est pas de facto reconnu apte au transport de l eau potable. Elle demande à ce que les matières premières servant à fabriquer le Polyéthylène soient en conformité avec des «listes positives» de molécules autorisées et qu en outre des essais rigoureux soient effectués en ce qui concerne : - les caractéristiques organoleptiques, - la migration du produit dans l eau selon les procédures normalisées, avec détection des molé cules à des concentrations extrêmement faibles (moins de 1 microgramme par litre après des 28

29 NORMES ET RÉGLEMENTATIONS mises en contact de plusieurs fois 24 heures avec des eaux témoins). Les tubes certifiés sont caractérisés par des filets de repérage de couleur jaune pour le gaz et bleu pour l eau potable. Ils sont marqués comme indiqué sur la figure ci-dessous. NOTA La seule présence de bande bleue ou le marquage CE sur un produit n est pas un gage de conformité. Le marquage CE est une auto-certification qui garantit uniquement le respect des spécifications propres au fabricant. La réglementation française est parmi les plus sévères en Europe. Malgré les efforts imposés par l harmonisation européenne, il n existe pas encore de réglementation commune. Aussi, la meilleure façon d être garanti est d utiliser un produit à la marque NF. 29

30 PRODUITS Gammes usuelles de tubes - Gaz - Eau - Fluide industriel Gammes usuelles de tubes du groupe 1 : Marque NF gaz Ø Gaz 4 PE 80 Gaz 8 PE 100 Gaz 4 PE 100 SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids 20 7,4 3,0 0, ,0 0, ,0 0, ,7 0, ,6 0, ,8 1, ,8 1, ,2 2, ,0 3, ,4 4, ,7 5, ,6 6, ,6 6, ,4 8, ,2 10,400 17,6 11,4 6, ,5 13,200 17,6 12,8 8, ,6 14,2 10, ,6 15,9 13, ,6 17,9 16, ,6 20,2 21, ,6 22,8 27,400 Tube gaz 4 : traits jaunes Tube gaz 8 : double traits jaunes 30

31 PRODUITS Gammes usuelles de tubes du groupe 2 : Adduction eau potable Ø PN 10 SDR Epai. Poids PN 12,5 PN 16 PN 20 PN 25 SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids 20 7,4 3,0 0,162 7,4 3,0 0,162 7,4 3,0 0, ,4 0, ,0 0, ,0 0, ,0 0,210 7,4 3,5 0, ,2 0, ,0 0, ,0 0, ,6 0,326 7,4 4,4 0, ,4 0,456 PE ,6 3,0 0, ,7 0, ,5 0,510 7,4 5,5 0, ,7 0,705 13,6 3,7 0, ,6 0, ,6 0,790 13,6 4,4 0, ,8 1, ,1 1,260 13,6 5,6 1, ,8 1, ,4 1,770 13,6 6,7 1, ,2 2, ,1 2,550 13,6 13,6 8,1 9,2 2,620 3, ,0 11,4 3,150 4, ,3 14,0 3,790 4, ,4 1,47 13,6 6,7 1, ,2 2, ,1 2,57 7,4 12,3 3, ,6 2,19 13,6 8,1 2, ,0 3, ,3 3,82 7,4 15,1 1, ,4 2,79 13,6 9,2 3, ,4 4, ,0 4,94 7,4 17,1 5, ,3 3,50 13,6 10,3 4, ,7 5, ,7 6,20 7,4 19,2 7,35 PE ,5 10,7 11,9 13,4 14,8 4,57 5,80 7,15 9,05 11,10 13,6 13,6 13,6 13,6 13,6 11,8 13,3 14,7 16,6 18,4 5,60 7,10 8,70 11,00 13, ,6 16,4 18,2 20,5 22,7 6,75 8,55 10,60 13,30 16, ,9 20,1 22,4 25,2 27,9 8,7 10,20 12,65 16,00 19,65 7,4 7,4 7,4 7,4 7,4 21,9 24,6 27,4 30,8 34,2 9,58 12,10 15,00 18,95 23,40 16,6 18,7 21,1 23,7 14,00 17,70 22,50 28,40 13,6 13,6 13,6 13,6 20,6 23,2 26,1 29,4 17,00 21,60 27,30 34, ,4 28,6 32,2 36,3 20,60 26,00 33,00 42, ,3 35,2 39,7 44,7 24,70 31,20 39,70 50,30 7,4 7,4 7,4 7,4 38,3 43,1 48,5 54,7 29,30 37,10 47,00 59,70 26,7 29,7 33,2 37,4 35,90 44,50 55,50 70,50 13,6 13,6 13,6 13,6 33,1 36,8 41,2 46,3 43,90 54,50 68,00 86, ,9 54,4 50,8 57,2 53,10 65,50 82,50 104, ,3 55,8 63,70 78,50 7,4 61,5 75,60 42,1 89,00 13,6 52,2 109, ,4 113,00 13,6 58,8 139,0 31

32 PRODUITS Gammes usuelles de tubes du groupe 4 : Industrie, eau non potable et assainissement sous pression Ø PN 6,3 PE 80 SDR Epai. Poids PN 10 PE 80 PN 16 PE 80 PN 6,3 PE 100 PN 10 PE 100 SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids SDR Epai. Poids PN 16 PE 100 SDR Epai. Poids ,3 0, ,8 0, ,6 2,4 0,231 13,6 3,0 0,361 13,6 3,7 0, ,6 0,327 4,5 0,510 5,6 0, ,6 4,7 0, ,1 1, ,6 5,6 1, ,4 1, ,6 6,7 1, ,4 1, ,2 2, ,3 1,78 13,6 8,1 2, ,6 2, ,0 3, ,0 2,27 13,6 9,2 3, ,4 2, ,4 4, ,7 2,85 13,6 10,3 4, ,3 3, ,7 5, ,7 3,73 13,6 11,8 5, ,5 4, ,6 6, ,6 4, ,9 3, ,7 5, ,4 8, ,6 5, ,7 4, ,9 7, ,2 10, ,8 7, ,6 5, ,4 9, ,5 13, ,9 9, ,6 7, ,8 11, ,7 16, ,4 11, ,7 9, ,6 14, ,4 20, ,0 14, ,1 11, ,7 17, ,6 26, ,9 18, ,6 14, ,1 22, ,2 33, ,1 23, ,3 18, ,7 28, ,3 42, ,5 29, ,2 23, ,7 35, ,9 53, ,9 36, ,1 29, ,7 44, ,4 65, ,7 45, ,4 36, ,2 55, ,8 82, ,9 57, ,1 46, ,4 70, ,2 104, ,1 72, ,4 59, ,1 89, ,2 92, ,6 75, ,4 113,00 Les tubes industrie et eau non potable n'ont pas de traits de repérage Les cases grisées en marron peuvent comporter des traits marron pour l'application Assainissement sous pression 32

33 CONDITIONNEMENT Couronne Touret Barre Longueurs et diamètres standards Les diamètres standards sont définis à la rubrique «produits» 33

34 MANUTENTION ET STOCKAGE Règles générales Le tube en Polyéthylène est résistant, léger et facile à manutentionner. Les propriétés du Polyéthylène ne sont pas altérées par le froid. Malgré tout, du fait de leur surface lisse, il conviendra de porter une attention particulière lors des manutentions durant les périodes de pluie ou de gel. Les tubes resteront dans leur emballage d origine ainsi que les bouchons de protection jusqu à leur mise en œuvre. Les tubes et les raccords seront stockés à la même température. Ils seront couverts par une bâche durant une longue période de stockage au soleil. Transport et livraison Les camions destinés au transport des tubes doivent être appropriés sans parties saignante pouvant blesser les tuyaux. Les chargements en hauteur seront bien sécurisés. Les tubes et raccords ne seront pas stockés à proximité d une source de chaleur qui pourrait altérer le polyéthylène. Ils ne devront pas être en contact avec des hydrocarbures. Les manutentions sur chantier se feront à l aide de sangles Nylon (Polyamide) ou Polypropylène. Réception Tous les produits livrés feront l objet d un contrôle visuel par le destinataire afin de s assurer qu il n y a aucune blessure ou autre altération de la surface du tube. En cas d un défaut le fabricant sera immédiatement informé en plus des réserves habituelles sur les documents de transport. 34

35 MANUTENTION ET STOCKAGE Déchargement et stockage Tubes en longueurs droites Les tubes en palette seront déchargés avec une grue et avec une sangle non métallique. Pour les longueurs supérieures à 6 mètres on utilisera un palonnier. L emploi de chaînes ou de crochets est interdit. Les opérations de levage nécessiteront une attention particulière afin de ne pas blesser les tubes ou leurs extrémités. Tubes en tourets Les cerclages posés lors de la fabrication ne doivent pas être coupés avant la mise en œuvre du produit afin d éviter des accidents lors de la pose (effet ressort). Le déchargement et la manutention des tourets se feront avec beaucoup de précautions afin d éviter tout accident lors des manœuvre de la grue. Les tourets métalliques devront être manipulés avec précaution afin de préserver leur état pour faciliter de nouvelles utilisations. Ils seront stockés sur un sol propre et plan et seront calés afin d éviter tout accident de déplacement qu ils soient vides ou pleins. Raccords Les raccords devront rester dans leurs emballages d origine, à l abri des intempéries, jusqu à leurs mises en œuvre. On appliquera les mêmes précautions de déchargement que pour les tubes. Stockage sur chantier Les tubes et accessoires devront être protégés du vandalisme et de la pollution. Les zones de stockages devront être balisées afin d assurer la sécurité des personnes. Les tubes (longueurs droites ou tourets) doivent être calés. Les règles de sécurité de stockage respecteront la signalisation routière. 35

36 SIGNALISATION, PROTECTION & DÉTECTION DES CONDUITES ET FLUIDES PRÉSENTS DANS LE SOUS-SOL Les dispositifs avertisseurs Les Dispositifs Avertisseurs ont pour fonction de signaler la présence d une canalisation ou d un câble lors de l ouverture d une fouille, d indiquer son orientation et d identifier (par le coloris code) l ouvrage protégé. Les exigences relatives au matériau ainsi que les exigences mécaniques et fonctionnelles des dispositifs avertisseurs et méthodes d essais sont définis et décrits par la norme NF EN (diapositifs avertisseurs à caractéristiques visuelles, en matière plastique, pour câbles et canalisations enterrés). La présence du logo NF sur les produits «Dispositifs Avertisseurs» garantit que les caractéristiques du produit mis en œuvre sont conformes aux exigences Normatives. La mise en œuvre des Dispositifs Avertisseurs NF répond aux exigences normatives : NF P Chaussées et dépendances Tranchées : ouverture, remblayage, réfection (Article 6.2.6), NFP Règles de distance entre les réseaux enterrés et règles de voisinage entre les réseaux et les végétaux (Tableau 3 : Règles techniques «réseaux souterrains dans le domaine routier»). Les exigences et objectifs de la norme NF EN «Dispositifs Avertisseurs» IDENTIFIER L OUVRAGE PROTÉGÉ INDIQUER SON ORIENTATION SIGNALER LA PRÉSENCE D UNE CANALISATION OU D UN CÂBLE LORS DE L OUVERTURE D UNE FOUILLE 36

37 SIGNALISATION, PROTECTION & DÉTECTION DES CONDUITES ET FLUIDES PRÉSENTS DANS LE SOUS-SOL La protection mécanique des conduites La mise en œuvre de la plaque de protection est tout particulièrement recommandée contre les éventuelles agressions mécaniques des outils et machines d excavation : - Lors d une intervention d excavation sur une conduite dite «fragile» - Décaissage de route (évite le dévoiement des réseaux) - Pour la protection des branchements - Lors de croisement d ouvrages - Dans une zone à forte densité d ouvrages enterrés - Lors de traversée d ouvrages d art. De part leur composition et leurs caractéristiques mécaniques, les plaques de protection protègent durablement les ouvrages et résistent à l agression de la majorité du parc des machines d excavation. Les étapes et étages de la protection des canalisations présentes dans le sous sol 37

38 SIGNALISATION, PROTECTION & DÉTECTION DES CONDUITES ET FLUIDES PRÉSENTS DANS LE SOUS-SOL La détection des conduites non conductrices La détection électromagnétique est la technique de base permettant de suivre et d identifier tout réseau présent dans le sous-sol. De même, il sera possible de réaliser des mesures de profondeur. De nombreux fabricants et experts de détecteurs électromagnétiques sont présents sur le marché. Par contre la nature des conduites PE voire des conduites métalliques séparées par un joint d étanchéité n étant pas ou difficilement conducteur diélectrique, il devient impossible de localiser ces ouvrages à l aide de ces appareils. Le mode opératoire pour s affranchir de cette incapacité consiste à mettre en œuvre sur ces ouvrages soit : - Un dispositif avertisseur détectable (intégrant un fil traceur, dont il sera nécessaire d assurer la continuité électrique avec le rouleau de dispositif avertisseur précédent). - Un fil traceur spécifique déroulé en fond de fouille à proximité de la canalisation, ou positionné sur la génératrice supérieure. Le fil traceur sera raccordé à des boîtiers d accès, autorisant ultérieurement le raccordement direct du générateur du détecteur électromagnétique. Ainsi seul le signal véhiculé par le fil traceur sera identifié sur toute sa longueur même dans les zones encombrées de signaux parasites. 38

39 ACCESSOIRES Il faut distinguer 2 types d accessoires : Les raccords Compatibilité Types d assemblages usuels Gamme raccords existants - Coudes, T, prises et selles de branchement, réductions, collets, brides, etc. - Expliquer qu avec PE on a une gamme de raccords identique / matériaux traditionnels Les accessoires de canalisations Accessoires pour la sécurité des réseaux (grillages avertisseurs, etc.) Accessoires pour la protection des réseaux (point haut ventouse, point bas vidange) citer les systèmes de protection existants (catalogue Bayard par exemple) Les raccords Ce sont des éléments utilisés pour la jonction de deux ou plusieurs tronçons de canalisation. Plusieurs modèles existent dont ceux permettant de modifier la direction de celle-ci. Ils doivent assurer l étanchéité de la canalisation et garantir son maintien mécanique pour éviter le déboitage des éléments. La compatibilité Le polyéthylène étant une matière chimiquement non polaire, il n est pas possible d assembler les tubes et les raccords par collage. La méthode appropriée sera le soudage. La matière est fondue au niveau de l interface des 2 parties à assembler, puis refroidie. Les résines de base sont désignées par leur contrainte minimale requise MRS. Les résines PE 63, PE 80 et PE 100, dont les indices de fluidité sont compris entre 0,2 g/10 min et 1,3 g/10 min, sont considérées comme compatibles au soudage entre elles (cf. norme EN , fiche technique DVS 2207 partie 1, ). Il faut prendre en compte ces données pour vérifier la bonne adéquation au soudage d un élément de tuyauterie par rapport à un autre. Quelques exemples de raccords usuels : Réduction Té Coude 45 39

40 ACCESSOIRES Prise de branchement Selle de dérivation Les accessoires de canalisation Manchon simple Manchon électrosoudable - Exemple de manchon électrosoudable (Doc. Plasson) 40

41 LES MODES DE RACCORDEMENT Il existe deux types d assemblages pour raccorder les tubes PE (polyéthylène) : La soudure, qui peut être exécutée par : - Polyfusion - Electrofusion - Soudure par extrusion Les raccords mécaniques dont le principe repose sur la compression d un joint. La Polyfusion ou soudure bout-à-bout Description La soudure bout-à-bout est une méthode simple et rapide de soudure, sans apport de matière, des tubes et des raccords en PEHD de même épaisseur et de même PN (Pression Nominale, ce qui signifie que les indices de fluidité doivent être compatibles entre eux). Cette méthode de soudage, réalisable à partir des diamètres de 63 mm, est souvent utilisée pour des tubes de diamètre supérieur ou égal à 200 mm. Le principe La soudure bout à bout peut être divisée en plusieurs étapes : Les tubes à souder sont coupés au droit. Les surfaces doivent être propres. Les extrémités des tubes et/ou raccords à assembler sont portées à température de soudage (environ C) par un outil chauffant, souvent appelé miroir, jusqu'à création du bourrelet. Le chauffage est maintenu ensuite sans pression. L outil chauffant est escamoté. Les extrémités à souder sont mises rapidement en contact et maintenues en pression pendant le cycle complet de refroidissement. Exécutée dans les règles de l art, une bonne soudure assure la continuité de la canalisation en termes d étanchéité et de résistance mécanique qui restent identiques à celles du tube. Par conséquent, elle doit être réalisée par un soudeur qualifié. L outillage nécessaire Une machine à souder avec une partie fixe et une partie mobile, des colliers de serrage rapide (mâchoires), deux vérins hydrauliques pour déplacer les mâchoires, un groupe hydraulique avec mise en pression rapide et précise, Un dispositif de fraisage (rabot), Un miroir chauffant thermorégulé, Une source d'énergie électrique, Des rouleaux pour supporter les tubes, Un coupe-tube pour adapter la longueur des tubes, 41

42 LES MODES DE RACCORDEMENT Un enlève-bourrelet extérieur pour vérifier la qualité de la soudure, Une tente de protection pour protéger la zone de soudure contre les mauvaises conditions atmosphériques, Des bouchons pour obturer les tubes afin d éviter toute circulation d air qui pourrait refroidir brutalement la zone de soudure. La procédure de soudage Le document de référence est la norme ISO Préparation de la machine : - Monter les mors au diamètre du tube, - Connecter les câbles, - Monter la température du miroir à 210 C +/- 10 C, sa température devant se situer entre 200 C et 230 C, - Aligner les tubes pour faciliter leur positionnement sur la machine, - Fixer les tronçons de tube dans les mâchoires en laissant dépasser 30 à 40 mm du côté à assembler. Laisser un espace suffisant entre eux pour insérer le rabot puis le miroir. NOTA : les tubes doivent être parfaitement coaxiaux sur la machine. Leur surface de contact doit concorder. Ils doivent également garder leur mobilité dans le sens longitudinal. Préparation au soudage : - Usiner immédiatement avant le soudage les extrémités des tubes à souder à l aide du rabot associé à la machine de manière à les rendre parallèles et parfaitement planes. Des tolérances sur le jeu et le parallélisme existent et sont données dans les normes de référence. - Retirer les copeaux produits, y compris à l intérieur du tube. Les extrémités à souder doivent être propres. Dans le cas contraire, il est nécessaire d utiliser un nettoyant adapté à la matière et ne plus toucher les surfaces à souder. Réalisation du soudage : 42

43 LES MODES DE RACCORDEMENT Elle s effectue en 5 phases, illustrées graphiquement sur le diagramme ci-dessous : t1 temps de chauffage initial sous pression t2 temps de chauffage initial sous pression réduite t3 temps de retrait du miroir t4 temps de mise en pression t5 temps de refroidissement en pression Les paramètres de soudure sont fonction du diamètre et de l'épaisseur du tube ou du raccord. 1- La phase d égalisation C est la première étape du chauffage des deux surfaces à souder. Ces surfaces sont appliquées sur le miroir à une pression P 1,de0,18 à 0,22 MPa. Cette pression est calculée sur la surface totale de contact, le niveau de pression à appliquer sur le groupe hydraulique dépendant de la taille du vérin de la machine à souder. Cette pression est maintenue pendant un temps t 1 jusqu'à la formation d'un bourrelet de 0,5 + 0,1.e (mm) (e = épaisseur). La régularité et l épaisseur du bourrelet servent d indicateurs pour l appréciation du contact en tous points entre le tube et le miroir. Si la température est trop élevée, il y a risque de dégradation de la matière. Une température trop basse peut entraîner des difficultés liées à l'état insuffisamment fondu de la matière. Il est impératif de vérifier régulièrement la température du miroir. 2- La phase de chauffage La pression est réduite à un niveau P 2 très voisin de zéro, juste suffisante pour que les surfaces à souder restent en contact avec le miroir. Le temps de chauffe t 2 de cette seconde étape est fonction de l épaisseur du tube et doit être suffisamment long pour éviter une soudure froide non-conforme. t 2 =15.e (mm). 3- La phase d escamotage Les mors sont écartés et le miroir retiré sans endommager ni salir les surfaces préparées. Les surfaces à souder sont jointes le plus rapidement possible, à pression nulle, pour limiter les risques d oxydation et de refroidissement des surfaces. Ce temps d opération t 3 doit être le plus court possible. 43

44 LES MODES DE RACCORDEMENT 4- La phase de soudage Les surfaces ramollies sont rapprochées avec une vitesse être presque nulle au moment du contact. La pression est montée linéairement jusqu à la pression maximale P 1 préconisée pour le temps de soudage (0,18 à 0,22 MPa). 5- La phase de refroidissement La pression de soudage P 1 est maintenue constante pendant le temps de refroidissement t 5, temps durant lequel l assemblage ne doit pas subir de contraintes mécaniques. Un bourrelet uniforme se constitue sur le pourtour du joint. Il peut fournir des indications sur la régularité de la soudure. Valeurs types des paramètres de soudure : Ces paramètres s'appliquent pour les conditions suivantes : Température de soudure : 200 à 230 C. Pression P1 : 0,18 à 0,22 Mpa Pression P2 : Pression de contact e = épaisseur de paroi D = diamètre extérieur (mm) t1 = temps jusqu'à la formation d'un bourrelet de 0,5 + 0,1.e (hauteur en mm) t2 = 15.e (secondes) t3 = maximun 3 + 0,01.D (secondes) t4 = maximun 3 + 0,03.D (secondes) t5 = ,5.e (minutes) Lʼélectrofusion Description Cette technique consiste à assembler 2 tubes de même PN (pression nominale) à l aide de raccords électrosoudables dans lesquels a été intégré, dès leur fabrication, une résistance électrique. Le principe Après avoir réalisé un montage dans les règles de l art, décrites dans la procédure ci-après, la résistance électrique du raccord est connectée à une source d énergie électrique. La dissipation par effet Joule de la puissance électrique provoque une fusion de surface des deux pièces à assembler et assure grâce à un mélange intime des polyéthylènes des 2 pièces une cohésion et une étanchéité parfaites. L outillage nécessaire Un désovaliseur pour corriger l ovalisation du tube dans la zone de soudage. 44

45 LES MODES DE RACCORDEMENT Un outil de grattage pour gratter toute la surface où s effectuera la soudure de la pièce à raccorder. Pour obtenir une surface propre et non oxydée, il doit enlever des copeaux et donner une profondeur de grattage de l ordre de 0,15 mm sur toute la surface grattée. Un coupe-tube pour couper perpendiculairement le tube à son axe sans l écraser (nota : l utilisation d une scie est à proscrire). Des positionneurs et positionneurs redresseurs, indispensables pour garantir la qualité de l assemblage. Ils servent à : - aligner les pièces et les tubes, - supprimer les courbes résiduelles pour les tubes en couronne ou en touret, - supprimer les mouvements intempestifs pendant les temps de soudage et de refroidissement de l assemblage. Un automate de soudage pourfournir une énergie régulée définie par le fabricant de la pièce à souder. Il peut être programmé : - par lecture d un code à barres, - par lecture d une carte magnétique contenant les informations nécessaires à la réalisation du soudage. - par une entrée manuelle des paramètres de soudure. Un groupe électrogène de puissance minimale de 5 kva. Il doit être démarré avant de brancher l automate de soudage. Des produits de nettoyage des surfaces à souder. Certains fabricants proposent des serviettes pré-imprégnées de solvant en conditionnement individuel. Des crayons marqueurs à marquage permanent compatible avec le PE. Des mètres pour mesurer les longueurs d emboitement. Des équerres pour s assurer que les coupes sont bien perpendiculaires à l axe du tube. La procédure de soudage Préparation - En cas de mauvais temps, pluie, neige, mettre une protection (tente, bâche) car toute trace d humidité entraînera une mauvaise qualité de soudure (bulles, effets de collage). - Mettre en place le positionneur-redresseur. - Marquer et couper le premier tube à la longueur désirée. La coupe doit être perpendiculaire à l axe du tube. La tolérance maximum d une coupe biaise doit être conforme aux valeurs indiquées dans le tableau suivant. 45

46 LES MODES DE RACCORDEMENT - Placer ce tube dans le positionneur. - Présenter le deuxième tube en suivant la même procédure que pour le premier. - Gratter régulièrement toutes les surfaces à souder des tubes (une longueur de manchon sur le premier tube et une demi-longueur de manchon sur le deuxième tube). L utilisation de papier de verre, toile émeri, lime, couteau, cutter est interdite. Le grattage est obligatoire. - Eliminer après grattage les copeaux sur les arêtes intérieures et extérieures des tubes ou pièces mâles lisses. - Remettre les tubes au rond avec un appareil approprié. - Nettoyer les tubes avec un solvant dégraissant adapté et un tissu de coton blanc propre ou bien avec une serviette de dégraissage spéciale. - Attendre l évaporation complète du solvant. - Marquer sur chaque extrémité des tubes, de façon précise, la longueur du demi-manchon (emboîture) avec un crayon ou un marqueur PE. Prendre le manchon (toujours dans son emballage d origine) et en nettoyer l intérieur avec le solvant dégraissant ou la serviette spéciale. - Attendre l évaporation complète du solvant. - Placer le deuxième tube dans le positionneur. - Emboîter entièrement le manchon sur le tube qui a été gratté sur une longueur de manchon. - Redresser et aligner les tubes à l aide du positionneur. L espace résiduel entre les 2 faces de tubes doit être le plus réduit possible et au maximum de : - Faire coulisser le manchon sur le deuxième tube jusqu'à ce qu il se trouve bien centré entre les 2 marques. Dans cette position, le centre du manchon se trouve alors à l interface des 2 tubes. NOTA 1 : pour les manchons comportant une butée centrale, placer le manchon en butée sur le premier tube, puis emboîter ensuite le deuxième tube dans le manchon jusqu à la butée. NOTA 2 : les diamètres importants entraînent quelques difficultés d installation des tubes du fait de leur poids. Il faut éviter d endommager les résistances lors de l emboitement du tube dans le manchon et s assurer d un bon alignement du tube et du manchon. Soudage - Le cas échéant, vérifier la tension délivrée par le groupe électrogène avant le raccordement électrique de l automate de soudage. - En cas d utilisation, dérouler complètement la rallonge électrique. Respecter la longueur correcte pour la section de cette rallonge (ne pas dépasser 25 m avec un câble 3 x 2,5 mm 2 ). - Suivre scrupuleusement les instructions affichées par l automate de soudage. 46

47 LES MODES DE RACCORDEMENT - Connecter le manchon aux câbles secondaires de l automate. Pour un soudage en mode code à barres ou carte magnétique, lire les données de soudage pour la programmation de l automate(attention : seul le code ou la carte de l accessoire doit être utilisé). - Dans le cas d une utilisation en mode automatique, respecter la procédure affichée par l automate et les instructions fournies par le fabricant du manchon. - Vérifier le bon déroulement du cycle de soudage jusqu'à son terme. - Observer les indicateurs de fusion du manchon et faire une marque pour visualiser leur activation. Indiquer sur le tube, l heure prévue de fin de refroidissement de l assemblage autorisant le démontage du positionneur. - Le temps de refroidissement est défini par le fabricant du manchon. - A l heure indiquée, démonter le positionneur. On peut procéder aux essais d étanchéité à l air ou à l eau suivant le fluide à véhiculer seulement quand les assemblages sont revenus à température ambiante. - Après avoir vérifié l étanchéité avec un produit moussant, il est obligatoire de rincer à l eau claire les parties concernées et de bien les essuyer. - Pour un soudage en mode manuel, suivre les instructions de soudage fournies avec le manchon. Veiller à l affichage des bons paramètres et à la correction éventuelle du temps de soudage en fonction de la température superficielle du tube. Le soudage des thermoplastiques par extrusion Description Cette technique de soudage permet l assemblage de tubes et plaque polyéthylène avec l apport d un cordon de polyéthylène fondu. Le principe L outil, dont la forme s apparente à une grosse perceuse et qui présente l avantage d être très maniable par rapport à d autres moyens de soudage, comprend : Une extrudeuse qui avale un fil thermoplastique entre 3 et 5 mm qu elle broie et met en fusion à une température contrôlée. Un flux d air chauffé au moyen d une résistance incorporée pour préchauffer les surfaces à souder. En France, le soudage des thermoplastiques par extrusion est défini par la norme NF EN Principe de soudure par extrusion Détail : dépose cordon PE 47

48 LES MODES DE RACCORDEMENT Les raccords mécaniques Constitués de collets brides, de raccords électrosoudables mixtes ou de pièces de transition PE/cuivre ou PE/acier, ils servent principalement à assurer les raccordements entre le tube PE et la robinetterie en place. Recommandations d emploi : utilisables jusqu au diamètre 63 mm, à proscrire au-delà. 48

49 FORMATIONS La bonne tenue dans le temps des réseaux polyéthylène passe par le respect des procédures régissant les règles de mise en œuvre. De fait, la formation des équipes de pose s avère indispensable. Formations aux techniques de soudages L Office International de l Eau (OIE) 22 rue Edouard Chamberland Limoges cedex tél : Institut de soudure 90 rue des Vanesses Villepinte tél : Formations aux techniques d essais de la Marque NF 114 Laboratoire National d Essais (LNE) 1 rue Gaston Boissier PARIS Cedex 15 tél :

50 LES TYPES D INSTALLATION 2 types d installation coexistent Les travaux neufs, comprenant : - Pose traditionnelle En tranchée Aérienne - Travaux sans tranchée Forage dirigé Micro tunnelier La réhabilitation, comprenant : - Pose traditionnelle En tranchée - Travaux sans tranchée Forage dirigé Micro tunnelier Eclatement Tubage avec ou sans remplissage du vide annulaire Techniques spéciales (swage, roll down,.) 1 - Recommandations générales pour la mise en œuvre des tubes La pose en grande longueur, spécifique aux canalisations en polyéthylène, à partir de couronnes et de tourets permet une exécution plus rapide du chantier en limitant le nombre de raccordements. Les tubes PE doivent être soigneusement inspectés avant la pose. Toute couronne, tout tube blessé ou entaillé doit être écarté. Un soin particulier doit être apporté à la mise en fouille pour éviter des contacts brutaux avec le bord ou le fond de la tranchée. Ne pas installer les tubes sur des cales provisoires en matériaux durs (bois, briques, parpaings) qui risqueraient d être oubliés au moment du remblayage. Les tubes polyéthylène assemblés par soudage supportent les efforts longitudinaux et ne nécessitent pas, en général, de butées ni d ancrages au droit des courbes ou des piquages. Lors des changements de direction, lorsqu elle est possible, la pose en courbe est à respecter puisqu elle limite la perte de charge et les effets des coups de bélier. Pour les tubes, en fonction du SDR, un rayon de courbure minimum du tube doit être respecté selon le schéma suivant : 50

51 LES TYPES D INSTALLATION Nota : ces valeurs sont utilisables à 20 C. Pour une installation par temps froid (0 C), il est nécessaire de doubler ces rayons de courbures. Dans tous les autres cas, l utilisation de raccords est nécessaire. Les tubes conditionnés en couronnes Leur pose doit s effectuer par déroulement des couronnes plutôt que par tirage du tube, de façon à éviter le vrillage. Par temps froid, le désanglage des couronnes ou la coupe du tube demandent une attention et des moyens particuliers pour éviter un effet de ressort. Positionner la canalisation au fond de la fouille en réalisant de larges ondulations pour tenir compte d une éventuelle contraction thermique ultérieure, surtout lors d une pose en pleine chaleur. Les tubes conditionnés en tourets Les tubes polyéthylène sont enroulés «à chaud» en usine sur des tourets adaptés sur lesquels ils sont solidement sanglés par des liens. Lors du déroulage, afin de garantir la sécurité des personnes, il convient de respecter les règles de mise en œuvre ci-après permettant de se protéger de l effet ressort du matériau. Equipements nécessaires - Une dérouleuse pour tourets disposant d un axe fixe et stable. Les systèmes à rouleaux tangentiels reposant sur le sol sont interdits. - Une tête de tirage fixée au tube par un système d excentrique interne. Le tirage par utilisation de cordes ou câbles passés dans un trou fait sur le tube est interdit. - Des galets ou diabolos de pose en nombre suffisant, y compris aux angles pour éviter les frottements. - Dans le cas où le déroulage serait effectué en poste fixe : - Un treuil avec dispositif de limiteur de couple, - Des appareils de communication de type «talkie-walkie» permettant à tous les opérateurs de se coordonner. Sens de déroulage Le touret doit être placé sur la dérouleuse de façon à, dans tous les cas, effectuer le déroulement par le dessous. Les frottements sur le sol ou sur les bords de la tranchée seront évités par la mise en place de protection bois ou en matière plastique. L emploi d une goulotte de guidage facilite l entrée en fouille. 51

52 LES TYPES D INSTALLATION Coupe des liens Avant de procéder à la coupe des premiers liens, l extrémité externe du tube, équipée de sa tête de tirage, doit être arrimée au dispositif de traction. Les liens seront coupés couche par couche au fur et à mesure du déroulage. L opérateur chargé de cette tâche se placera obligatoirement à l arrière de la dérouleuse, face au touret, c est-à-dire entre le touret et la tranchée. L accès aux liens par le côté du touret est formellement interdit. A cet effet, certaines dérouleuses sont maintenant équipées de carters, latéralement et à l avant, interdisant cet accès. Le lien assurant la fixation de l extrémité intérieure du tube sur le touret ne sera libéré qu à la fin du déroulage, après avoir immobilisé le tube. Coupe du polyéthylène pour les diamètres au-delà de 90 mm Avant de procéder à la coupe du tube, lorsqu une partie reste sur le touret, il est nécessaire d immobiliser le tube de part et d autre de la coupe afin d éviter la détente du tronçon restant et le coup de fouet de la partie libre. Pour ceci, il convient d utiliser des sangles à cliquet ou un outil de contention. La mise en œuvre du polyéthylène à des températures inférieurs à 0 C n est pas recommandée. En cas de nécessité absolue de pose jusqu à -5 C, il faudra être très prudent lors de la coupe : l amorce de la coupe peut provoquer à basse température la rupture du tube. Toutes ces règles doivent être respectées, y compris dans le cas d une pose à la trancheuse. Toutefois, si le déroulage par le dessus est obligé, ces règles devront être adaptées. Les tubes conditionnés en longueurs droites Dans le cas d assemblage de longueurs droites en poste fixe, il est indispensable d utiliser des rouleaux permettant d acheminer la canalisation en évitant tout contact avec le sol. Le maintien des bouchons d extrémité jusqu au raccordement est conseillé : - Pour éviter toute intrusion de corps étrangers ou d animaux, - Pour conserver l état sanitaire de la canalisation, - Pour éviter tout tirage thermique, en termes plus simples un courant d air, lors du soudage. La mise en place de vannes ou autres appareils lourds En raison des efforts supplémentaires que la conduite aura à supporter autour de ces pièces, à cause de leur poids propre et d un éventuel couple de torsion à la manœuvre, il convient de les sceller ou de les supporter directement. Dans le cas de l utilisation de vannes en polyéthylène, cette contrainte est fortement réduite. 52

53 LES TYPES D INSTALLATION En cas de supportage, le tube doit être maintenu par des colliers fixes de part et d autre de l appareil. Dans le cas de passage en zones privatives avec trafic automobile, il est recommandé de protéger la conduite par un fourreau rigide si la profondeur d enfouissement est inférieure à 40 cm. Il est possible de noyer dans le béton des portions de canalisations polyéthylène si celles-ci passent à travers un fourreau. L épaisseur de l enrobage doit être au moins de 10 cm. Lorsque la conduite polyéthylène se trouve au voisinage d une canalisation de chauffage urbain, il est recommandé de la faire passer dans un fourreau. Contraintes d environnements La flexibilité des canalisations en polyéthylène leur permet de s adapter à des conditions de terrain particulièrement difficiles. Le polyéthylène satisfait bien au besoin d étanchéité de la canalisation d eau potable chaque fois que le réseau ne peut éviter une zone sensible ou polluante telle que la proximité d un réseau d assainissement par exemple, ou d effluents industriels. Les canalisations en polyéthylène soudées ou électro-soudées permettent d assurer l étanchéité totale des réseaux. Toutefois, dans le cas de réseaux d eau potable, il est nécessaire d assurer une protection des canalisations par un fourreau approprié, PVC ou autre, lorsque le terrain comporte des risques de présence d hydrocarbures. 2 - La Pose traditionnelle en tranchée Les règles de sécurité La réglementation en vigueur devra être respectée, en particulier ce qui concerne le blindage des parois de la tranchée, précaution obligatoire lorsque des hommes doivent travailler en fond de fouille. Il en va de même pour les règles de signalisation et de balisage pour garantir la sécurité des personnes. Un rappel de toutes ces règles est effectué dans le guide des bonnes pratiques pour la pose des réseaux de distribution de GrDF (Gaz Réseau Distribution France). 53

54 LES TYPES D INSTALLATION Réalisation de tranchées Le tracé doit être conforme à celui défini dans le projet. La souplesse naturelle des tubes en polyéthylène (PE) leur permet d éviter les obstacles du sous-sol et de croiser facilement les autres réseaux. On distingue la tranchée classique, de 0,30 à 0,60 m et la tranchée étroite, inférieure à 0,30 m. La largeur de tranchée minimale, au fond de fouille, y compris les blindages est déterminée en fonction de : - de la profondeur de la tranchée, - du type de blindage employé, - du diamètre nominal du tuyau (DN), - du diamètre extérieur (De). La largeur du fond de fouille doit être déterminée pour permettre le déroulage du tube et le compactage du remblai. Les sur-largeurs de part et d autre du tube pour réaliser ce dernier sont données dans le fascicule 71 : - DN 20 à DN 160 : 100 mm, - DN 180 à DN 600 : 300 mm, - DN 600 : 400 mm. La profondeur minimale de la tranchée est en général de 0,80 m par rapport à la génératrice supérieure du tube, et de 0,40 m pour les branchements posés en terrain privé sans circulation. Cette profondeur doit permettre de maintenir la canalisation hors gel. Le fond de fouille de la tranchée est réglé selon la pente prescrite et compacté si nécessaire de façon à ce que chaque tube repose sur toute sa longueur. Lorsque des bancs rocheux ou des maçonneries sont rencontrées, la fouille est approfondie d au moins 0,10 m est sablée jusqu à la hauteur initialement prévue. Si le fond de fouille ne présente pas les caractéristiques de portance suffisante pour assurer l appui correct du tube, cet approfondissement est alors de 0,20 m minimum, le lit de pose étant constitué ensuite par des matériaux rapportés. Les éventuelles venues d eau seront épuisées de façon à maintenir le niveau d eau à un niveau inférieur à celui du fond de fouille pendant la durée des travaux. Si nécessaire, des niches sont creusées à l emplacement des raccords. Le remblayage des tranchées Il comporte en générale 2 phases principales : - Le remblai d enrobage, - Le remblai supérieur. 54

55 LES TYPES D INSTALLATION La zone d enrobage comprend le lit de pose, l assise et le remblai de protection. Source : Guide SETRA/LCPC de mai 1994 Le remblai d enrobage est réalisé avec des matériaux ne blessant pas la canalisation par des effets de poinçonnement, tassements ou chocs lors de la consolidation. Les débris végétaux, les pierres, les produits de démolition, par exemple, seront éliminés. Le guide SETRA / LCPC de mai 1994 et le guide de la distribution REAL 0160 font référence à du sable 0/6,3mm pour un objectif de densification q5/q4. La mise en œuvre du lit de pose doit être soignée. Il est réalisé avec une couche minimale de 10 cm de sable roulé de granulométrie comprise entre 0,1 et 5 mm. En présence d une nappe phréatique, cette granulométrie est de 5 à 15 mm. Jusqu à un diamètre nominal DN de 160 mm, l assise et le remblai de protection ne sont pas différenciés et sont réalisés en une seule fois. Pour l assise, jusqu à hauteur de l axe du tube, le matériau de remblai sera poussé sous les flancs de la canalisation et compacté de façon à éviter tout mouvement de celle-ci. En cas d utilisation de blindages, l assise sera réalisée après un relevage partiel de ceux-ci. Avant ou après les épreuves en pression, le remblai supérieur est réalisé : Pour la partie inférieure avec de la grave nontraitée pour un objectif de densification q4, Pour la partie supérieure avec de la grave nontraitée pour un objectif de densification q3. 55

56 LES TYPES D INSTALLATION Le compactage Les objectifs de compactage à atteindre sont fonction de la densité OPN (densité à l Optimum Proctor Normal). La distance minimale entre la canalisation et l engin de compactage est de 25 cm. Le compactage est réalisé par couches de 15 cm mini. Source : Guide SETRA/LCPC de mai 1994 Il est cependant conseillé de se reporter aux règles décrites selon les cas dans les fascicules 70 ou 71. La pose mécanisée Deux types de machines sont utilisés : Les trancheuses à roue pour les terrains nécessitant de couper le revêtement, comme la pose de fourreaux le long d une chaussée d autoroute. La tranchée est étroite, et un dispositif à l arrière de la machine permet le mise en place des tubes, du sable et le grillage avertisseur. Les trancheuses à chaîne où la roue dentée est remplacée par une chaîne à godets, permettant d obtenir des tranchées plus larges et profondes (> 2m). Une bande transporteuse évacue les matériaux d extraction pour les remplacer par un remblai de granulométrie appropriée. Source : Guide des bonnes pratiques GrDF 56

57 LES TYPES D INSTALLATION Ces machines sont utilisées lorsque plusieurs tubes sont installés simultanément. La pose par ces techniques s effectue avec des tourets de grande longueur pour éviter des arrêts de la trancheuse trop fréquents. Elle permet ainsi de poser chaque jour plusieurs centaines de mètres. Pour des diamètres supérieurs à 160 mm, les tubes polyéthylène (PE) conditionnés en longueur droite sont soudés bout à bout au préalable le long de la zone de pose. 3 - Les techniques sans tranchées La pose aérienne Gestion de la dilatation : cf. chapitre conception 3 «Dilatation et points fixes». Montage : cf chapitre conception 4 «Supports» Le forage dirigé Technique dérivée des forages pétroliers, elle fait appel à un matériel spécifique permettant d enterrer une canalisation en limitant la gêne pour les riverains et dans le respect de l environnement. Elle permet en outre de réaliser des travaux impossibles à réaliser autrement ou très coûteux (exemple : passage sous une rivière). Il est à noter que dans tous les cas, une étude préalable de la composition du terrain est nécessaire, ainsi que la localisation des canalisations existantes. La technique se décompose en deux étapes : La réalisation du trou pilote, environ d une dizaine de centimètres de diamètre, avec une tête de forage adaptée, amenée en rotation et poussée. Simultanément, de la bentonite, mélange thixotropique de boue, argile, eau et plastifiant, est injectée au niveau de la tête de forage. Ceci lubrifie la tête tout en consolidant le trou. Par la suite, elle permettra le passage de l aléseur en rendant malléable la zone de forage. Source : Guide des bonnes pratiques GrDF 57

58 LES TYPES D INSTALLATION La profondeur, la direction et l inclinaison de la tête sont communiquées à la surface par une sonde incorporée à l outil. L opérateur dirige le forage en jouant sur l angle d inclinaison de la tête directement à partir de la foreuse. L alésage et le tirage simultané du tube. Source : Guide des bonnes pratiques GrDF Le trou pilote réalisé, un aléseur, 1,2 à 1,5 fois le diamètre de la canalisation à installer, est monté à l extrémité du train de tige. Immédiatement derrière est accroché le tube polyéthylène (PE). Le tout est ramené vers la foreuse en même temps que le trou se fait. Le micro tunnelier Cette technique concerne de petites distances et est idéale pour réaliser de petits branchements sans ouvrir la chaussée. Une tête de coupe évoluant sous terre et pilotée par des personnes depuis la surface avance en tirant derrière elle le tube au fur et à mesure du forage. Seuls deux puits d accès sont nécessaires. 58

59 LES TYPES D INSTALLATION Le remplacement de conduites en lieu et place Ces techniques sont applicables aux tuyaux en fonte grise, amiante-ciment, PVC jusqu au diamètre 250 (voire 300 pour l éclatement). Elles permettent d augmenter le diamètre de la conduite existante dans le cas des réseaux sous-dimensionnés et de réhabiliter des tronçons jusqu à 150 m. Cependant, il est nécessaire de connaître le réseau des autres concessionnaires et il est difficile de les mettre en œuvre pour des conduites peu profondes. L éclatement de conduite Le procédé «Hydros plus» Le tubage avec et sans vide annulaire Le tubage consiste à introduire dans une canalisation existante, depuis un puits d introduction et tiré depuis un puits de tirage, un tuyau PE soudé au miroir. 59

60 LES TYPES D INSTALLATION Le tubage peut être étanche, consolidant et auto-structurant. Il existe deux types de tubage : - Le tubage avec espace annulaire, lorsque le diamètre extérieur du tube PE est inférieur au diamètre intérieur de la conduite à tuber. - Le tubage sans espace annulaire, lorsque le diamètre extérieur du tube PE est égal au diamètre intérieur de la conduite à tuber. Le tubage simple Principe : positionner dans une conduite existante, utilisée comme fourreau, un tube polyéthylène (PE). La technique a pour avantages une faible emprise de chantier, une rapidité d exécution, une étanchéité du réseau, une solution auto-structurante utilisable pour tous les diamètres. Les inconvénients sont liés à une réduction de diamètre intérieur du réseau à cet endroit. Par conséquent, elle n est utilisée que dans le cas de réseaux surdimensionnés. Le cas des coudes crée également une difficulté. Le tubage sans espace annulaire structurant : le ROLLDOWN Le principe consiste à réduire le diamètre du tuyau PE soudé à l aide d une machine ROLLDOWN équipée de galets concentriques, de procéder ensuite à un tubage simple et de «réverser» le tuyau grâce à de l eau sous pression. 60

61 LES TYPES D INSTALLATION C est une technique applicable du diamètre 100 au diamètre 500 jusqu au PN 16. Elle présente l avantage d être une technique à froid, ce qui présente une certaine souplesse de mise en œuvre, de produire une faible réduction de diamètre et de permettre ainsi l utilisation de raccords PE standards. En inconvénients, on notera la nécessité d une implantation de chantier importante car il y a obligation de souder le tube au préalable et également le cas des coudes et forts rayons de courbures à traiter. Le Tubage sans espace annulaire étanche ou consolidant : le SUBLINE Une fois soudé, on plie le tube en forme de U et on l introduit dans la conduite. La réversion est réalisée grâce à de l eau sous pression. Cette technique s applique du diamètre 100 au diamètre

62 ESSAIS DE RÉCEPTION Groupe 1 : Gaz combustibles Contrôles avant mise en service Avant leur mise en service, les canalisations en PE sont soumises à des essais de résistance mécanique et d étanchéité. Les essais sont réalisés après remblaiement de la canalisation excepté au droit des différents assemblages. 1-1 Essai de résistance mécanique L essai est réalisé à l air sec à une pression 1,5 fois la Pression Maximale de Service avec un minimum de 6 bar pendant une durée d au moins 2 heures. A la fin de l essai et sous la pression d essai maintenue, vérifier l étanchéité des assemblages à l aide d un produit moussant puis rincer ces assemblages à l eau claire. 1-2 Essai d étanchéité L essai se fait à l air sous une pression comprise entre 0,5 et 1 bar pendant une durée d au moins 48 heures. Aucun défaut d étanchéité ne peut être toléré. La différence de pression relative (atmosphérique + essai) entre le début et la fin de la conduite doit être inférieure (après correction éventuelle de température) à la valeur de l incertitude des instruments de mesure utilisés. 1-3 Modalités applicables Si la longueur de la canalisation est inférieure à 200 m, l essai consistera en un essai en gaz à la pression de service avec contrôle de l étanchéité des assemblages avec un produit moussant. Si le tronçon comporte des parties en cuivre ou acier (dont la longueur ne doit pas dépasser 200 mètres), les essais sur ces parties seront les mêmes que pour la partie polyéthylène et les soudures acier seront radiographiées. Un rapport d essai devra être effectué par l opérateur. Celui-ci devra tenir compte des précautions de sécurité à prendre lors des essais. Contrôles après mise en service Après leur mise en service et sous une période inférieure à 12 mois, les canalisations doivent faire l objet d une recherche systématique de fuite. Documents applicables NF EN Systèmes d'alimentation en gaz - Canalisations pour pression maximale de service inférieure ou égale à 16 bar - Partie 1 : Recommandations fonctionnelles générales. NF EN Systèmes d'alimentation en gaz - Canalisations pour pression maximale de service inférieure ou égale à 16 bar - Partie 2 : Recommandations fonctionnelles spécifiques pour le polyéthylène (pression maximale de service inférieure ou égale à 10 bar). NF EN Systèmes d'alimentation en gaz - Essais de pression, modes opératoires de mise en service et de mise hors service des réseaux d'alimentation en gaz - Prescriptions fonctionnelles. DTU 61.1 «Installations de gaz». 62

63 ESSAIS DE RÉCEPTION Groupe 2 : Applications eau potable Épreuve principale en pression suivant NF EN 805 Généralités Cette méthode, applicable aux conduites à comportement viscoélastique telles que les conduites en polyéthylène et en polypropylène, est fondée sur le fait que le fluage qui caractérise ces matériaux est insuffisamment pris en compte dans le cadre de l'épreuve principale en pression. En conséquence une procédure particulière est décrite ci-après. Procédure d'épreuve La procédure d'épreuve complète comprend nécessairement : - une phase préliminaire incluant une étape de relaxation, - un essai de chute de pression, - une phase d'épreuve principale. Phase préliminaire Condition préalable à la phase d'épreuve principale, son but est de créer les conditions initiales pour les variations de volume qui dépendent de la pression, du temps et de la température. Afin d'éviter des résultats erronés lors de la phase d'épreuve principale, réaliser la phase préliminaire comme suit : - Après remplissage et purge, ramener la pression à la pression atmosphérique et autoriser un temps de relaxation d'au moins 60 min afin d'éliminer toute contrainte due à la pression. Prendre soin d'éviter toute entrée d'air. - Après ce temps de relaxation, monter la pression régulièrement et rapidement (en moins de 10 min) jusqu'à la pression d'épreuve du réseau (STP). Maintenir STP pendant 30 min en pompant continuellement ou fréquemment. Pendant ce temps, vérifier la conduite pour détecter les fuites manifestes. - Laisser une période supplémentaire de 1 h sans pomper pendant laquelle la conduite peut fluer de façon viscoélastique. - Mesurer la pression rémanente à l'issue de cette période. Dans le cas où la phase préliminaire est réussie, il y a lieu de poursuivre la procédure. Si la pression a chuté de plus de 30 % de STP, arrêter la phase préliminaire et ramener la pression à la pression atmosphérique. Examiner et revoir les conditions d'épreuve (influence de la température, indice de fuite par exemple). Ne reprendre la procédure d'épreuve qu'après un temps de relaxation de 60 min au moins. 63

64 ESSAIS DE RÉCEPTION Essai de chute de pression Les résultats de la phase d'épreuve principale ne peuvent être pris en compte que si le volume d'air emprisonné dans le tronçon d'épreuve est suffisamment faible. Les étapes suivantes sont indispensables : - Réduire rapidement la pression effective mesurée à l'issue de la phase préliminaire, en extrayant de l'eau de façon à produire une chute de pression, ΔP comprise entre 10 % et 15 % de STP. - Mesurer avec précision le volume ΔV extrait. - Calculer la perte d'eau admissible ΔVmax à l'aide de la formule ci-après et vérifier que le volume extrait ΔV ne dépasse pas ΔVmax : Pour l'interprétation du résultat, il est important d'utiliser la bonne valeur de ER correspondant à la température et à la durée d'épreuve. Il y a lieu de mesurer ΔP et ΔV avec la plus grande précision possible, particulièrement pour les petits diamètres et les petits tronçons d'épreuve. Interrompre l'épreuve si ΔV est supérieur à ΔVmax et purger à nouveau après avoir ramené la conduite à la pression atmosphérique. Phase d'épreuve principale Le fluage viscoélastique dû à la contrainte produite par STP est interrompu par l'essai de chute de pression. La chute rapide de pression conduit à une contraction de la conduite. Observer et noter pendant 30 min (phase d'épreuve principale) l'accroissement de pression dû à la contraction. La phase d'épreuve principale est considérée comme satisfaisante si la courbe des pressions montre une tendance croissante et n'est en aucun cas décroissante pendant ce laps de temps de 30 min qui est normalement suffisamment long pour donner une bonne indication (voir fig. ci-dessous). Phase épreuve principale - Courbe des pressions 64

65 ESSAIS DE RÉCEPTION Si, pendant ce laps de temps, la courbe des pressions montre une tendance décroissante, cela indique une fuite dans le réseau. En cas de doute, prolonger la phase d'épreuve principale jusqu à une durée totale de 90 min. Dans ce cas la chute de pression est limitée à 25 kpa à partir de la valeur maximale atteinte en phase de contraction. Si la pression chute de plus de 25 kpa, l'épreuve n'est pas satisfaisante. Il est conseillé de vérifier tous les raccords mécaniques préalablement au contrôle visuel des joints soudés. Corriger tout défaut de l'installation décelé lors de l'épreuve et répéter celle-ci. La répétition de la phase principale d'épreuve ne peut être réalisée qu'en suivant la procédure complète en y incluant les 60 min du temps de relaxation de la phase préliminaire. Les groupes 3 & 4 Groupe 3 : Irrigation - Plus de produits à la marque pour l irrigation. Groupe 4 : Application industrie et eau non potable Application assainissement sous pression - Dès qu il y a une application pression pour un tube assainissement, le fascicule 70 renvoie sur le fascicule 71 65

66 MAINTENANCE DES RÉSEAUX POLYÉTHYLÈNE Maintenance des réseaux polyéthylène Aucune maintenance particulière n est requise pour les réseaux de canalisation en PE réalisés exclusivement par soudure. Guides de réparation des réseaux polyéthylène Réparation provisoire Suite à un accident mineur, il est possible d intervenir sans précautions particulières et de procéder à la pose d un accessoire à joint (manchon, collier, etc.). Ceci permet de rétablir très vite la continuité du réseau et d attendre une réparation définitive ultérieure. Suite à un écrasement ou autre agression du tube PE, il faut remettre au rond le tube et mettre en place une selle de renfort électrosoudable qui assurera le renforcement de la paroi. Réparation définitive C est l élimination de la partie du réseau endommagée et son remplacement par un élément sain. Mise en place de raccords mécaniques coulissants : exclusivement pour les canalisations de petites dimensions (DN 63) lorsque ceci est possible. Soudure : impossible en présence de liquide. Par conséquent, il s avère indispensable de mettre la canalisation «hors d eau». En supprimant les écoulements résiduels. La plupart du temps, un élément de tube en longueur droite est utilisé pour remplacer la partie détériorée. Il est raccordé à la canalisation par des raccords électrosoudables. 66

67 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE 1- Le dimensionnement de la canalisation Le dimensionnement de la canalisation dépend : - Des caractéristiques de la matière (type de PE, PE 80 et PE 100), - De la géométrie de la canalisation : diamètre et épaisseur. A partir de ces éléments, on calcule : - La pression nominale - La résistance à la dépression (phénomène de flambement) - La résistance à des surpressions répétées Nota : tous les calculs présentés dans ce chapitre le sont à titre indicatif et doivent être vérifiés et validés par un bureau d études. 1-1 Calcul de la Pression Nominale (PN) L épaisseur des tubes est déterminée à partir de la formule de Gabriel LAMÉ qui a établi la théorie mathématique de l élasticité des corps solides en prenant en compte les caractéristiques de la déformation et les tensions internes. σ = contrainte hydrostatique à long terme P = pression à l intérieur du tube (en MPa) (1 MPa = 10 bar) D = diamètre extérieur du tube (en mm) e = épaisseur du tube (en mm) Désignation Polyéthylène MRS (Minimum Required Stress) Contrainte hydrostatique à long terme σ PE MPa 8 MPa PE 80 8 MPa 6,3 MPa PE 63 6,3 MPa 5 MPa Lorsqu un tube est soumis à une pression interne P, il en résulte dans sa paroi un système de contraintes dont la plus importante est la contrainte circonférentielle. Dans cette équation, on choisit pour cette contrainte la résistance hydrostatique à long terme parmi les valeurs du tableau précédent. Elle intègre déjà le coefficient de sécurité de 1,25. Ceci permet de déterminer l épaisseur de la paroi du tube : - Le SDR (Standard Dimension Ratio) Pour une matière et une pression donnée, le rapport des dimensions nominales des tubes (diamètre, épaisseur) est constant. Cette constance est désignée sous le sigle SDR qui se traduit par «Rapport Dimensionnel Standardisé». 67

68 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Il a été convenu d arrondir ses valeurs aux nombres suivants, selon la série de Renard : (ou 17,6) - 13, et 6. - Le détimbrage Dans le cas où les conditions de fonctionnement présentent un risque vis-à-vis de la pérennité de la canalisation (températures > 20 C, nature du fluide, type de pose, ), il convient d appliquer un coefficient de détimbrage calculé de la façon suivante : PMA = f(t) x f(a)xpn Avec : PMA : Pression Maximale Admissible à ne pas outrepasser dans le réseau considéré. f(t) : facteur de détimbrage imposé par la température, avec f(t) 1. f(a) : facteur de détimbrage entrainé par les conditions internes et environnementales de fonctionnement, avec f(a) 1. Ce qui revient à dire que pour une PMA déterminée, on définira la pression nominale (PN) du tube par l expression : Les valeurs de coefficient de détimbrage sont données dans le tableau ci-dessous, issu de la norme NFI2201-Partie 2 : Température Coefficient 20 C 1,00 30 C 0,87 40 C 0,74 Pour des températures intermédiaires, une interpolation est permise (voir également ISO 13761:1996). 1-2 La résistance à la dépression (phénomène de flambement) La pression de flambement P b correspond à la charge limite à partir de laquelle va se produire le flambement de la paroi du tube. Elle peut être calculée par l équation suivante : 68

69 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Avec : E = module d élasticité de la matière du tube v = coefficient de contraction de la matière du tube e = épaisseur de la paroi du tube D m = diamètre moyen du tube P b σ e N Avant flambement, la déformation du tube suit une forme elliptique et l étape finale de flambement est considérée comme un effondrement à 2 nœuds. La résistance théorique au flambement suit alors l équation suivante : Où : n = nombre de nœuds à partir duquel le flambement se produit, S R = rigidité circonférentielle du tube, donné par l équation : I est le moment d inertie de la paroi du tube Le nombre de nœud étant de 2, la relation entre P b et S R devient : P b = 24 S R 69

70 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE 1-3 La résistance à des surpressions répétées Exposition intermittente Le terme «intermittent» est employé dans les cas où la charge est interrompue par des périodes de non-opération pendant lesquelles le tube n est pas exposé à la charge et où différents mécanismes de charge ou thermiques interviennent à différents moments. La question alors est de savoir comment les durées d utilisation sous charge se cumulent et comment elles influencent la durée d utilisation réelle calculée sur la base d une charge constante dans le temps. Pour clarifier les choses, un tube PE de 32 x 3 mm a été exposé à une température constante de 80 C et à une contrainte de 3 N/m² pendant 6 h, puis déchargé et laissé au repos pendant 18 h. Ce cycle de mise en charge a été répété jusqu à la rupture de l échantillon. Le temps moyen de défaillance (durée totale d utilisation sous charge) observé sur 6 tests est de 310 h contre 275 h pour un test avec une exposition constante à la charge. Sous ces conditions, l exposition intermittente à la charge n a pratiquement pas d influence sur le fluage et le temps de défaillance des tubes par rapport à une exposition constante à la charge. La théorie de l accumulation linéaire des dommages est donc applicable. Elle est basée sur un dommage linéaire équivalent au ratio de durée de vie sous charge et la durée de vie jusqu à la défaillance peut ainsi être anticipée. On peut transposer le modèle mathématique de la durée de vie réelle sous charge constante vers celle sous charge évoluant dans le temps : Δt i est le temps d exposition à la charge particulière σ i à la température θ i et t B le temps de défaillance mesuré dans le test de fluage sous la charge constante correspondante. 70

71 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE La figure suivante montre une superposition de courbes de dommages à différentes températures. Exemple de calcul Données : transport d eau à pression constante de 9,6 bar dans un tube PE 100 avec les températures en cycle suivantes : - à 50 C - 3 h par jour, - à 30 C - 21 h par jour. Le coefficient de sécurité (tubes pour eau) choisi est S = S min = 1,25. Recherche : quelle SDR doit avoir un tube PE 100 pour assurer une durée de vie de 50 ans? Calculs : Un tube en PE 100 de SDR 11 (ratio diamètre/épaisseur) est retenu en première approche. Sur une période de 50 ans, les temps d expositions se répartissent de la façon suivante entre les 2 températures : - à 50 C - Δt 1 = 6,25 ans - à 30 C - Δt 2 = 43,75 ans Le niveau de contrainte admis (contrainte d exploitation) pour une pression d exploitation constante de 9,6 bar est : 71

72 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE σ zhul = MRS = PN x (SDR 1) x S/20 = 9,6 x (11-1) x 1,25/20 = 6 N/mm² Les temps de défaillance obtenus pour une contrainte constante de 6 N/mm² à partir du diagramme des forces hydrostatiques des tubes en PE 100, en conformité avec la DIN 8075, sont : - à 50 C t B (θ 1 ) = 16 ans - à 30 C t B (θ 2 ) 100 ans Les dommages proportionnels correspondants sont alors : - Δt 1 / t B (θ 1 ) = 6,25 / 16 = 0,39 = 39 % - Δt 2 / t B (θ 2 ) = 43,75 / 100 = 0,44 = 44 % Il en résulte : Δt 1 / tb(θ 1 ) + Δt 2 / t B (θ 2 ) = 0,83 = 83 % Résultat : Le tube en PE 100 de ratio diamètre/épaisseur SDR 11 sélectionné est correct pour l application envisagée Charge de surpression Des changements de vitesse d écoulement d un fluide dans une canalisation génèrent simultanément des changements de pression qui se propagent dans le système à partir du lieu de changement de vitesse. Les ondes de dépression et de surpression sont répercutées aux extrémités du réseau, branches et intersections comprises, se superposent les unes aux autres, d avant en arrière, apparemment de façon aléatoire jusqu à leur déclin par atténuation après un certain temps. Les principes de base régissant les états stationnaires et non stationnaires de l écoulement d un fluide dans un tube sont connus, mais le calcul spécifique des variations de pression est difficile du fait d une connaissance insuffisante du caractère particulier de certaines conditions limites des cycles d utilisation. Les surpressions se produisant dans un tube lors d une fermeture soudaine d une vanne, par exemple, ou en cas d arrêt brutal de pompes peuvent être assimilées à une défaillance de puissance. Elles peuvent être calculées en termes de magnitude théorique maximale selon les bases établies par Zhukovsky : P zhuk = a. v 0. ρ Où : P zhuk = surpression maximum selon Zhukovsky a = vitesse de propagation des ondes de pression (m/s) v 0 = vitesse du fluide (m/s) ρ = masse volumique du fluide (kg/m3) La vitesse de propagation des ondes de pression, et donc l intensité de la surpression, est grandement réduite par rapport aux tubes acier dans le cas du polyéthylène haute densité (PEHD) du fait de son bas 72

73 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE module d élasticité. La vitesse de propagation des ondes de pression devient donc : E M = module d élasticité du fluide (N/m²), E eau = N/m² E R = module d élasticité du PEHD en surcharge (N/m²) D m = diamètre moyen du tube (m) e = épaisseur de la paroi du tube (m) ρ = masse volumique du fluide (kg/m 3 ) Le module E R du tableau suivant peut être utilisé pour les calculs de surcharge et des températures de 20 C, 40 C et 60 C. Température ( C) Coefficient Module E R du PEHD (N/m²) 20 C Il a été démontré sur des tests réalisés sur des tubes en polyéthylène exposés à une pression dynamique interne que la surpression peut être pré-calculée avec une bonne approximation par la théorie de surpression de Zhukovski. 40 C 60 C De nouveaux essais ont permis de découvrir que les surpressions ne sont pas en principe nuisible pour les tubes polyéthylènes à condition que la contrainte moyenne ne soit pas plus grande que la contrainte à la pression nominale, c està-dire à condition que la pression nominale ne soit pas dépassée, en cas de variation de pression, à moyen et long terme. En fonction de leur coefficient de sécurité, des tubes sous pression sont capables d absorber des pics de pression définis dans le tableau ci-joint sans dommage permanent à des températures supérieures à 20 C. Coeff. de sécurité S Evaluation du degré de dépassement de la pression nominale pour une courte période 1,25 50 % 1,6 100 % Les tubes en polyéthylène pour pression, s ils sont correctement soudés à chaud par des techniques de fusion adaptées (Electrofusion ou Polyfusion), ne présentent aucune différence de comportement avec les tubes non soudé lorsqu ils sont exposés à la surpression. 73

74 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE 2- Pertes de charge et écoulement libre 2-1 Réseau en charge On distingue 2 types de perte de charge : Les pertes de charge régulières Elles se calculent de la façon suivante : ΔH = J x L (nota : pour obtenir ΔH en bar diviser le résultat par 10) ΔH = perte de charge du réseau (m de colonne d eau) J = perte de charge par frottement (m colonne d eau/m de tuyau) L = longueur de la canalisation (m) v m = vitesse moyenne du fluide (m/s) g = accélération de la pesanteur (m/s²) λ = coefficient de perte de charge (sans dimension) D i = diamètre intérieur (m) k = rugosité hydraulique (m) Re = nombre de Reynolds υ = viscosité cinématique (m²/s) La démarche de calcul pour une conduite droite : 1 - Calculer λ 2 - Calculer J 3 - Calculer ΔH La perte de charge peut également s exprimer comme une pression : ΔP = ω x ΔH Avec : ΔP = perte de charge (Pa) ω = poids volumique du fluide (N/m 3 ) Les pertes de charge singulières Ce sont celles induites par les changements de direction et les coudes. ΔP 1 = perte de charge due aux points singuliers (bar) V m = = vitesse moyenne du fluide (m/s) ρ = masse volumique du fluide (kg/m3) ζ = coefficient de résistance des points singuliers 74

75 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Vue d ensemble des résultats d essais réalisés par le Pr.Dr-Ing. W. Tiedt sur 2 tubes pression polyéthylène de 300 et 450 mm. Rugosité de la paroi du tube k (mm) Rugosité hydraulique effective 0,01 Nature des résistances singulières Coefficient de résistance ζ Collet soudé avec bride folle 0,053 Bourrelet de soudure bout à bout 0,025 Soudure par électrofusion 0,025 Té de branchement à 90 0,100 Dérivation à 90 0,036 Coude 45 à 90 0, Réseau avec écoulement à surface libre Ici on calcul un débit en fonction de la pente et de la rugosité de la surface du tube. Le calcul du débit gravitaire s effectue avec la formule de Marning STRICKLER : Avec : R i = rayon intérieur du tube (mm) θ = 2 x cos- 1 x (1 2 x taux de remplissage) Coeff. de Strickler : il est communément admis de prendre 90. Taux de remplissage = 0,938 si on veut un débit maximum. 75

76 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE 3- Dilatation et points fixes 3-1 Généralités Un tube PEHD soumis à des variations de température va se dilater ou se contracter. L effet de la dilatation sera d autant plus important que l amplitude de température sera importante. Cela se traduit, soit par un allongement ou une rétractation, soit par une mise en contrainte du tube PEHD. Un réseau d adduction d eau enterré en polyéthylène associé à des raccords électrosoudables est un réseau autobuté. La dilatation ou la contraction n a aucun effet sur le fonctionnement du réseau. Aucune disposition particulière n est à prévoir (ancrage, point fixe...). Le polyéthylène lui même va prendre en charge les contraintes associées à la dilatation. La gestion de la dilatation est nécessaire dans les cas suivants : - Pose du tube PEHD en aérien car les variations de température peuvent être importantes. - A l entrée d un bâtiment pour éviter que les efforts de la dilatation ne portent sur les murs porteurs. - A l interface entre un réseau autobuté et un réseau non autobuté (emboiture mécanique) car la dilatation ou la contraction peut provoquer un déboitement du réseau non autobuté. Dans ces trois cas, deux solutions permettent de gérer la dilatation : Solution 1 le tube est laissé libre de s allonger ou se rétracter. Dans ce cas, il n y pas d effort de poussée. Solution 2 le tube est bloqué par un point fixe. Dans ce cas, le tube ne s allonge pas ni ne se rétracte. Dans le premier cas il faut prévoir un dispositif permettant au tube de s allonger tout en assurant l étanchéité (ex : lyre de dilatation en aérien, joint de dilatation ). Dans le deuxième cas, le point fixe doit être dimensionné pour résister aux efforts liés à la dilatation. 3-2 Calcul de la dilatation Solution 1 : Méthode de Calcul de l allongement du polyéthylène : La variation de longueur ΔL d'un tube est calculée selon la formule (1) : ΔL = α.l.δt avec α = 0, m/m/ C, coefficient de dilation du PEHD L = longueur initiale ΔT = variation de température en C Solution 2 : Méthode de Calcul de la poussée au point fixe : Le calcul de la poussée est donnée par la formule suivante. Elle est issue de la théorie de la mécanique des milieux continus : 76

77 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE F = E. ΔL /L.S Avec E = module de Young. Pour le PE100 : E = 1700 MPa. ΔL = dilatation réelle L = longueur entre support ou point fixe S = surface de la section du tube Soit, en reprenant la formule (1), F = E.ΔL /L.S = E.α.ΔT.S Il est à noter que la force de poussée au point fixe est indépendante de la longueur du tube. Pour prendre en compte les caractéristiques viscoélastiques du polyéthylène et du temps pendant lequel la dilatation va avoir lieu, la valeur à prendre en compte pour le module de Young est égale à E/4, soit 425 MPa. Lors de l installation il conviendra de faire attention aux températures de pose et au risque de rétractation du tube avant le raccordement, une fois le tube remblayé. 4- Calculs de supportage Les conduites en polyéthylène installées en aérien doivent être maintenues par des supports appropriés. La conception du supportage doit prendre en compte la variation de longueur liée aux phénomènes de dilatation en fonction de la température. Le montage des canalisations sera donc réalisé avec des supports libres et des points fixes choisis en tenant compte des possibilités du tracé (lyre, bras, robinetterie, ). Les fixations sont dimensionnées afin de ne pas endommager les canalisations. La distance entre les supports prend en considération : - Le dimensionnel du tube (diamètre, épaisseur, SDR), - La densité du fluide transporté, - La température de service de la canalisation, - La disposition de la canalisation. Si les supports doivent être très proches, il est souhaitable d utiliser des goulottes. Pour des conduites horizontales, un support continu (goulotte, chemin de câble, ) peut être plus rationnel et économique que des fixations. 4-1 Calcul des portées Un abaque donne les distances entre supports. Les distances indiquées sont valables pour une canalisation horizontale en PE de SDR 11 et un fluide transporté de densité 1 (eau). 77

78 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Portées (cm) DN (Diamètre Nominal) Les distances seront multipliées par un ou plusieurs coefficients en fonction : De la densité du fluide : - Gaz...coeff. 1,30 - Fluides de densité 1,25... coeff. 0,90 - Fluides de densité 1, coeff. 0,85 - Fluides de densité 1,75... coeff. 0,80 Du SDR de la canalisation : - SDR 9... coeff. 1,03 - SDR coeff. 1,00 - SDR 13,6... coeff. 0,95 - SDR coeff. 0,90 - SDR coeff. 0,86 De l inclinaison de la canalisation : - Installation verticale... coeff. 1, Support Il existe des fixations standards en acier ou en matière plastique. Il est nécessaire de protéger les canalisations de l effet des frottements. Les points fixes : évitent les déplacements de la canalisation non maitrisés. Lors de leur calcul, il faut prendre en compte le type de montage : montage bloqué ou montage libre. 78

79 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Exemple de conception : Les points mobiles : utilisés pour suivre les déformations de la canalisation dans toutes les directions d un plan. 4-3 Montage Montage bloqué Points fixes Les mouvements longitudinaux sont annulés par des points fixes, ce qui génère des tensions dans la matière. Les poussées axiales résultantes doivent être absorbées par les points fixes et la conduite doit être guidée longitudinalement pour éviter qu elle ondule sous l effet de ces tensions. Colliers de guidage Evitent que la conduite ondule entre deux points fixes. Ils doivent être répartis judicieusement et laisser le jeu nécessaire à la conduite. Le diamètre intérieur de ces colliers doit être de 2 % supérieur à celui du diamètre extérieur du tube afin que ce dernier puisse se dilater librement. Lors du serrage, le collier de guidage ne devra en aucun cas bloquer la conduite. G F G G F 79

80 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Le choix du type de point fixe dépend des poussées attendues, ainsi que de la distance à supporter. Dans la zone de changement de direction ou de courbure de la conduite, les efforts transversaux sont à considérer. Un dimensionnement approprié doit être effectué pour tout montage particulier. La répartition des colliers «points fixes» (F) et de «guidage» (G) dépend du diamètre, du tracé ainsi que des conditions d utilisation de l installation (température, etc.). Poussées axiales sur les points fixes dans le cas d une conduite installée en aérien Elles sont à calculer avec la formule suivante : P = S x K P = poussée sur le point fixe (N) S = section du tube (mm²) K = coefficient de poussée (N/mm²) dépendant de la température (cf. courbe ci-dessous). Remarque : la poussée P n est pas fonction de la distance entre points fixes. Montage libre Contrairement au montage bloqué, les mouvements longitudinaux sont dirigés et absorbés dans les dispositifs de dilatation (manchon long, compensateurs, lyre de dilatation, etc.). Le système de fixation (point fixe, collier de guidage et blocage) doit être adapté en conséquence. 5- Calcul de résistance mécanique 5-1 Caractéristiques du tuyau, définies dans le fascicule 70 Les paramètres relatifs à la canalisation sont essentiellement : - la nature du ou des matériaux constitutifs, - le diamètre extérieur De (en m), - l épaisseur minimale e de la paroi (en m) définie par la norme, l avis technique ou la déclaration par le fabricant en cas d absence de données dans la norme ou l avis technique, - les modules d élasticité instantané E Ti et différé E Tv (en MPa) et le coefficient de Poisson v T du ou des matériaux constitutifs (sans dimension), - la déformation avant application des charges e 0 (en mm) qui s exprime pour certains matériaux en fonction du diamètre nominal DN. 5-2 Caractéristique de sol et de pose (extrait du fascicule 70) Pour toutes les canalisations, il est recommandé de réaliser une zone d enrobage soignée. 80

81 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Définition générale des différentes zones Par convention, on considère : Le sol en place La zone d enrobage Ç constituée par : - le lit de pose, constitué d une épaisseur de matériau supérieure ou égale à 10 cm sur sol normal et à 15 cm (a) sur sol dur ou rocheux. - l assise, - le remblai latéral - le remblai initial, dont l épaisseur doit être au moins égale à 10 cm au-dessus du collet et à 15 cm audessus de la génératrice supérieure (c). Cette épaisseur minimale de la première couche doit tenir compte des contraintes de mises en œuvre liées aux caractéristiques du matériel de compactage ("Guide de remblayage des tranchées" du SETRA). La zone de remblai proprement dite Å, composée des parties inférieure et supérieure du remblai. Ces 3 zones de sol sont caractérisées par un certain nombre de paramètres physiques ou mécaniques. Poids volumique : déterminé par des essais, il peut varier de 16 à 22 kn/m 3. Cette valeur dépend notamment du type de sol et de son état hydrique. A défaut d une valeur précisée par le maître d ouvrage on prendra = 18 kn/m 3. Coefficient de poisson : le coefficient de POISSON v s de l enrobage est pris égal à 0,3. Coefficient de cisaillement du sol k 1 : en un point donné dans un sol, il est égal au rapport entre la contrainte de cisaillement sur un plan vertical et la contrainte normale sur un plan horizontal au point considéré. Le coefficient k 1 est pris égal en général à 0,15 quel que soit le sol. Module de sol conventionnel Ec : paramètre d interaction sol-structure qui caractérise la raideur du remblai. Coefficient k 2 de pression horizontale des terres : à l interface tuyau / enrobage, en un point donné, il est égal au rapport des contraintes normales agissant respectivement sur un plan vertical et sur un plan horizontal, au point considéré. Angle d appui conventionnel 2α : La valeur de ces trois dernières caractéristiques est fonction du groupe de sol et des conditions de mise en œuvre traitées ci-dessous. 81

82 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Influence de la mise en place sur le module de sol conventionnel Ec Les modules de sol à prendre en compte sont déterminés à partir de l identification des sols établie lors de l étude géotechnique réalisée au préalable, en particulier dans le cas d un réemploi. A défaut d informations spécifiques sur la nature des sols, ces valeurs sont celles figurant dans le tableau 3 ci-dessous. Suivant les modalités de mise en œuvre des matériaux au niveau de l enrobage (2) et le type de sol en place, différentes valeurs de module de sols conventionnels sont à considérer pour le dimensionnement (voir 5.2.5). Dans les cas courants sous l emprise de la chaussée, la mise en œuvre de l enrobage se fait selon les prescriptions de la norme NF P pour atteindre les objectifs de densification q5 (cas courants) ou q4 (cas particuliers). Le compactage correspondant à un objectif de densification q4 peut présenter des conséquences dommageables pour les canalisations (ovalisation, déplacements, fissuration...). Ces dommages apparaissent notamment dans le cas du non-respect des distances minimales de recouvrement telles qu elles sont préconisées dans le "guide de remblayage des tranchées" du SETRA ou dans le cas de compactage non symétrique. On distingue les cas de mise en œuvre suivants : Mise en place non contrôlée : ne faisant l objet d aucun contrôle ou vérification. Compacté contrôlé non validé : contrôle des moyens de compactage mis en œuvre mais pas de validation de l objectif de densification. Dans ce cas, l entrepreneur soumet pour avis au maître d œuvre le mode d exécution et de justification des dispositions prévues pour le compactage. Compacté, contrôlé et validé q5 : contrôle des moyens de compactage et validation de l obtention de l objectif de densification q5. Compacté, contrôlé et validé q4 : contrôle des moyens de compactage et validation de l obtention de l objectif de densification q4. 82

83 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Niveau de mise en œuvre Non contrôlé Compacté/Contrôlé/ Non validé Objectifs de densification recommandés Compacté, contrôlé et validé q5 (1) Compacté, contrôlé et validé q4 (1) Remarques Valeur moyenne (3) minimale : 90 % de l OPN (2) Groupe de sol G1 G2 G3 G4 Ec (MPa) Ec (MPa) Ec (MPa) Ec (MPa) 0, ,6 1, ,5 1 2,5 4,5 < 0,3 0,6 1,5 3 Valeur moyenne (3) minimale : 95 % de l OPN (2) (1) Au sens de la norme NF P : q4 95 % de l OPN en moyenne, et 92 % de l OPN en fond de couche q5 90 % de l OPN en moyenne et 87 % de l OPN en fond de couche (2) OPN = Optimum Proctor Normal (3) Sur la hauteur de la couche Tableau 3 : Valeurs conventionnelles des modules de sol G Pour les enrobages de type gravette, on adoptera en l absence d études spécifiques Ec = 5 MPa Cas des matériaux autocompactants liés utilisés en enrobage : dans l attente d informations plus précises sur ces matériaux, on assimilera leurs paramètres mécaniques à ceux des sols de groupe 1 compactés contrôlés validés q4. Nota : pour les besoins du calcul, on considérera : Ec 2 qui désigne le module conventionnel de la zone d enrobage (2) Ec 3 qui désigne le module conventionnel du sol en place (3) Influence de la mise en place sur les valeurs de k 2 et 2α Pour k 2 et 2α, il convient de prendre les valeurs données dans le tableau 4 ci-dessous pour lesquelles le niveau de mise en place évoqué ne concerne que la zone d enrobage (2). Pour les enrobages de type gravette, on adoptera en l absence d études spécifiques k 2 = 0,5 et 2α = 120, quel que soit le niveau de mise en place. Niveau de mise en œuvre Non contrôlé Compacté/Contrôlé/ Non validé Objectifs de densification recommandés Compacté, contrôlé et validé q5 Compacté, contrôlé et validé q4 Remarques Valeur moyenne minimale : 90 % de l OPN Valeur moyenne minimale : 95 % de l OPN Groupe de sol G1 G2 G3 G4 G5 K 2 2 α K 2 2 α K 2 2 α K 2 2 α 0, , , , , , , , , , , , , Matériaux inutilisables en enrobage Tableau 4 : Valeurs de k 2 et 2α ( ) suivant le groupe de sol et le mode de mise en place de la zone (2) Les valeurs de k 2 et de 2α indiquées dans le tableau 4 sont à considérer comme des valeurs maximales. 83

84 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Influence de la nappe phréatique sur le module de sol Dans le cas où la zone de pose (enrobage, remblai proprement dit et sol en place) est soumise à l influence de la nappe phréatique, certains sols sont inutilisables, ou les valeurs de leur module sont minorées en fonction du groupe de sol et du niveau de mise en place de l enrobage. Ec (2) devient E c (2) = CE. Ec (2) avec C E 1 Groupe de sol de la zone d enrobage (2) Non contrôlé Compacté/Contrôlé/ non validé Compacté, contrôlé et validé q5 Compacté, contrôlé et validé q4 G1-G2 CE : 1,00 CE : 1,00 CE : 1,00 CE : 1,00 G3 G4 G5 Interdit en enrobage en présence de nappe Interdit en enrobage en présence de nappe Matériaux inutilisables CE : 0,75 CE : 1,00 CE : 0,50 CE : 075 Tableau 5 - Valeurs du coefficient minorateur CE en présence d une nappe phréatique dans la zone d enrobage Dans le cas où le niveau de la nappe phréatique est connu de façon certaine, on peut déjauger les terres situées dans la nappe. Dans ce cas, le poids volumique du remblai est pris égal à = 10 kn/m Influence des conditions de retrait de blindages sur le module du sol, sur le coefficient k 2, sur l angle 2α et sur le coefficient k 1 Lorsque des blindages sont nécessaires, il est recommandé de les retirer d une hauteur égale à chaque couche de remblai puis de compacter cette couche (cas 1). Lorsque les conditions de chantier ne permettent pas ce mode de retrait, deux solutions non recommandées restent possibles : - compactage de chaque couche de remblai puis retrait des coffrages ou panneaux sur la même hauteur (cas 2). - coffrage, panneaux ou palplanches retirés après remblaiement complet de la tranchée (cas 3). Ce dernier mode de retrait doit être évité, dans la mesure du possible. Relèvement du blindage puis compactage d une couche Compactage d une couche avant relèvement du blindage Remblaiement total puis enlèvement du blindage Blindage Compactage Figure 3 Mode de retrait des blindages dans la zone d enrobage Cas 1 recommandé Cas 2 Cas 3 84

85 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE a) Influence sur le module de sol conventionnel de l enrobage E c 2, sur l angle d appui conventionnel 2α et sur le coefficient de poussée k 2 Dans le cas d une pose en tranchée avec dispositif de blindage, les valeurs des modules de sol de l enrobage E c 2, de l angle d appui conventionnel 2 α, et du coefficient de poussée k 2 sont pondérées de telle sorte que : E c 2 devient E c 2 = C E. E C2 avec C E 1 2α devient C 2α. 2α avec C 2α 1 k 2 devient C k2. k 2 avec C k2 1. Les valeurs des coefficients C E, C 2α C k2 sont fonction de la manière dont s effectue le retrait du blindage, et de l épaisseur relative de celui-ci vis-à-vis de l espace disponible entre canalisation et blindage. Elles sont données par le tableau 6 ci-après, dans lequel les 3 types de retrait de blindage sont considérés. Type de blindage (B De)/b 6 6 < (B De)/b < 26 (B De)/b 26 Cas 1 Coffrage ou panneaux retirés par couche de remblai avant leur compactage Cas 2 Coffrage ou panneaux retirés par couche de remblai après leur compactage 0,6 2.(B De) / 100.b + 0,48 1 Cas 3 Coffrage ou panneaux ou palplanches retirés après remblaiement complet de la tranchée 0,2 4.(B De) / 100.b - 0,04 1 Tableau 6 - Valeur des coefficients minorateurs C E, C 2α et C k2 en cas d utilisation de blindage - B : largeur de la tranchée hors tout en m - De : diamètre extérieur de la conduite en m - b : épaisseur utile du blindage (en l absence d informations précises, on prendra b = 0,10 m) b) Influence sur le coefficient de cisaillement k 1 Le coefficient de cisaillement k 1 à l interface remblai/sol en place dépend du type de retrait de blindage. Dans ce cas, le coefficient de cisaillement k 1 devient C k1. k 1 avec C k1 choisi dans le tableau 7. Le coefficient de cisaillement k 1 n est pas affecté par la largeur de tranchée. Mode de retrait des blindages C k1 Coffrage ou panneaux retirés par couche de remblai avant leur compactage 1 Coffrage ou panneaux retirés par couche de remblai après leur compactage Coffrage ou panneaux ou palplanches retirés après remblaiement complet de la tranchée 0,6 0,2 - Tableau 7 - Valeur du coefficient minorateur C k 1 en cas d utilisation de blindage 85

86 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Détermination du module de sol de calcul Es Le module de calcul Es en MPa est déterminé comme suit : Si le rapport de la largeur de tranchée B au diamètre extérieur De est supérieur ou égal à 4, le sol en place (3) ne vient pas perturber l enrobage (2). Et l on retient Es = E c 2. La nature du sol en place étant identifiée lors de l étude préalable, on adoptera pour ce sol, sauf information contraire, le module Ec 3 correspondant à une densification q4. Figure 4 - Définition de la largeur de tranchée E c2 = Loi E = f(b/de) E (MPa) Ec3 = Figure 5 - Évaluation du module de sol de calcul en fonction de celui de l enrobage E c 2 et celui du sol en place Ec 3. Dans les autres cas : Si le module E"c 2 de la zone (2) (après minoration éventuelle) est supérieur au module de la zone (3), et en l absence de géosynthétique, l évaluation du module Es est effectuée selon la formule ci-après : En présence d un géosynthétique de renforcement anti-contaminant et si la largeur minimale de tranchée indiquée au chapitre V du fascicule 70 est respectée, on retient Es = E c 2 (sans minoration liée à la présence d une nappe phréatique). 86

87 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Si le module E"c 2 de la zone (2) est inférieur au module Ec 3 de la zone (3), c est le module de la zone (2) qui est retenu, quelle que soit la largeur de la tranchée. 5-3 Calcul intermédiaire (comportement rigide ou flexible) - (extrait du fascicule 70) Le calcul du critère de rigidité s effectue notamment en fonction des rigidités annulaires spécifiques instantanée ras i et différée ras V par unité de longueur La rigidité annulaire spécifique à l ovalisation du tuyau peut être mesurée ou calculée. Elle s exprime en kn/m² (= MPa). Dans le cas de tuyaux circulaires à paroi homogène, on a : où I représente l inertie de flexion du tuyau par unité de longueur, égale à : Dans le cas des tuyaux à comportement flexible, les valeurs rasi correspondent à la classe de rigidité (ras i = CR en kn/m² ou SN = rigidité annulaire nominale) et sont indiquées dans les normes produits ou les avis techniques. Les autres paramètres nécessaires aux calculs, par exemple sont également définis dans les normes produits ou les Avis Techniques délivrés en France par le CSTB. Pour quantifier le comportement du tuyau dans son environnement, il convient de déterminer le critère de rigidité RIG qui caractérise les différents comportements possibles du tuyau dans son environnement : (*) ras i pour le calcul à court terme, ras v pour le calcul à long terme. (**) cette valeur de Es tient compte des minorations éventuelles précédentes. Si RIG > 0, le comportement de la canalisation est considéré comme rigide. Si RIG 0, le comportement de la canalisation est considéré comme flexible. RIG exprime la différence de déformation sous l effet de la charge de remblai entre la canalisation et le sol environnant sous le plan horizontal passant par la génératrice supérieure de la canalisation. 87

88 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE 5-4 Détermination des actions (extrait du fascicule 70) Les actions à considérer sont : 1 : la pression verticale des terres pr due aux remblais en kn/m² ; 2 : la pression verticale due aux charges d exploitation roulantes routières per, permanentes pep ou de chantier pec en kn/m² ; 3 : la pression horizontale ph exercée par les remblais et les charges d exploitation ou permanentes en kn/m² ; 4 : la pression hydrostatique extérieure pwe due à la présence éventuelle d une nappe phréatique en kn/m² ; 5 : le poids propre du tuyau ; 6 : le poids propre de l eau véhiculée. Les actions 1, 2, 3, 4 sont déterminantes Les actions 5 et 6 peuvent être négligées dans certains cas particuliers : - Si le diamètre nominal de la canalisation est inférieur à Le poids propre du tuyau peut être négligé si le poids par ml du tuyau en kn/ml divisé par D (D diamètre moyen exprimé en m) est inférieur à 6 kn/m3 ou si la vérification de la force portante s effectue à partir d un essai de résistance conventionnel. On ne considère pas, dans les calculs suivants, les actions spécifiques résultant soit des discontinuités longitudinales de l assise (conditions d appui aléatoires), soit de conditions de remblaiement impropres qui se traduisent par des flexions longitudinales dans les canalisations. La sensibilité des canalisations à ce phénomène étant fonction de leur longueur, on peut être conduit selon les cas à en tenir compte Pression verticale du remblai pr pr est uniformément répartie sur le diamètre extérieur de la canalisation. Dans le cas d une pose sur lit de pose et assise conformes au chapitre V du fascicule 70, la réaction d appui est verticale et uniformément répartie suivant l arc d appui 2α. pr est égale à la pression due au prisme de terre situé au-dessus de la génératrice supérieure du tuyau jusqu au terrain naturel TN corrigé par un coefficient de concentration C. Dans ces conditions, on a : pr = C. γ. H γ : poids volumique du remblai H : hauteur de couverture Le coefficient de concentration C résulte d un calcul. Le coefficient de concentration C dépend en particulier : - du comportement du tuyau dans son environnement, celui-ci étant déterminé par le critère de rigidité RIG. - des conditions de mise en œuvre (type de pose, niveau de mise en œuvre, modalités de retrait des blindages). - de la qualité des matériaux de remblai et d enrobage (en particulier les coefficients k 1 et k 2 tels que défini dans le tableau 4). - de la hauteur de remblai H. - de la présence ou non d une nappe phréatique. 88

89 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Dans le cas où l on est en présence d une nappe phréatique dont les niveaux sont connus, pour les terres situées sous le niveau de la nappe, on peut utiliser le poids volumique déjaugé des terres, soit 10 kn/m 3. Détermination du coefficient de concentration C : Cas où l on est en tranchée : Cas des canalisations à comportement flexible : on prend C = 1. Cas des canalisations à comportement rigide : On effectue le calcul à l aide du modèle de MARSTON. On obtient alors C 1 à l aide de la figure 7, en fonction de H / B, de B / De et de k 1, (B étant la largeur de la tranchée en m au niveau de la génératrice supérieure de la canalisation). Si C 1 1 on retient C = 1 Sinon : On calcule C 2 = C 0 si H / De 2.5 (voir figure 6), C 2 = C 0-0,009 Es/ras i si H / De > 2,5 Avec Es et ras i en MPa et C 0 fonction de H/De et 2α. On retient C = Min (C 1 ; C 2 ). Cas où l on est en remblai indéfini : Cas de canalisations à comportement flexible : on prend C = 1 Cas de canalisations à comportement rigide : On effectue le calcul à l aide du modèle de MARSTON. On détermine C 2 tel qu indiqué précédemment, et on retient : C = C 2 C 0 2α : 15 2α : 60 2α : 90 2α : 120 k i : 0,03 k i : 0,09 k i : 0,15 -Figure 6 - Valeurs du coefficient C 0 en fonction de H/De et 2α H/DE Figure 7 - Valeurs de C 1 /(B/De) en fonction de H /B et de k l H/B Pression verticale due aux charges d exploitation pe Trois types d actions sont visées : Les actions per s exerçant au niveau de la génératrice supérieure de la canalisation, qui résultent de l effet des charges roulantes routières. Elles correspondent au système de charge le plus défavorable affecté de coefficients de majoration dynamique. En général, on retient le convoi type Bc. 89

90 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE La valeur des pressions correspondantes est indiquée sur la figure 8. Les différents systèmes de charges réglementaires sont définis dans le fascicule 61 du CCTG (Bc, Bt, Br, Mc120) ou dans l Eurocode 1 (tandem, tandem + UDL, essieu simple). Les coefficients dynamiques inclus dans la figure 8 sont tels que λ = 1,6 pour la file de roues directement à l aplomb de la canalisation et λ = 1 pour les autres roues. Les actions pep s exerçant au niveau de la génératrice supérieure de la canalisation qui résultent de l effet des charges permanentes au niveau du terrain naturel. La valeur de la pression pep exercée par les surcharges permanentes po dans le cas d une pose en tranchée étroite est prise égale à : pep = po.e - 2 kl H/B avec : pep en kn/m2 po en kn/m2 e, base de logarithmes népériens k1, coefficient de cisaillement H, hauteur de couverture (en m) B, largeur de la tranchée hors tout au niveau de la génératrice supérieure (en m). Eventuellement, les actions pec s exerçant au niveau de la génératrice supérieure de la canalisation, qui résultent de l effet des conditions d exécution du chantier et qui peut être plus défavorable que celui du système de charges roulantes retenu. La pression verticale totale vaut alors : pr + pe. Avec pe = Max (per + pep ; pec). Figure 8 (du texte) - Pression per due aux charges roulantes de type Bc en fonction du diamètre extérieur des canalisations et pour différentes hauteurs de remblai 90

91 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Pression horizontale ph exercée par les remblais et les charges d exploitation Exercée sur la canalisation, elle est considérée comme uniforme et prise égale à k2 (pr + pe), avec : - k 2, le coefficient de pression horizontale des terres dont les valeurs, après Minorations éventuelles, sont données dans les tableaux du Action due à la pression hydrostatique extérieure pwe Dans le cas où la canalisation est posée sous le niveau de la nappe phréatique, elle se trouve soumise à une pression hydrostatique extérieure pwe que l on considère comme uniforme et égale à celle qui s exerce au niveau des reins de la canalisation. Cette action est en général négligée pour les canalisations à comportement rigide Influence des actions Sous l effet des actions initiales précédemment définies, la canalisation est soumise aux pressions combinées suivantes : - La pression verticale des terres pr et les charges d exploitation pe. - La pression verticale totale est pv = pr + pe. - La pression horizontale associée est ph = k2. pv - La pression hydrostatique extérieure pwe. Sous l influence de ces pressions combinées, la canalisation se déforme en fonction du critère de rigidité RIG et subit alors de son environnement en tout point une pression de réaction ps. Cette pression de réaction ps est considérée comme normale à la paroi du tuyau et proportionnelle au déplacement radial, elle est égale à : ks : caractérise le comportement du milieu supposé élastique (en MPa/m). Es : module conventionnel du sol (incluant les minorations éventuelles) (en MPa). υ : coefficient de Poisson de l enrobage. D m : diamètre moyen du tuyau (en m). V V 0 déplacement radial au point considéré par rapport à la position initiale V 0 définie comme indiquée à la figure ci-après (en m). 91

92 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Avant d être soumis aux actions combinées, le tuyau est considéré comme étant de forme elliptique. Le défaut initial de géométrie e 0 par rapport à la forme circulaire théorique de la canalisation correspond aux tolérances de fabrication, à l ovalisation au repos sous l effet du poids propre du tuyau ou à l ovalisation générée par les conditions de stockage. La canalisation sous l effet des actions se déforme elliptiquement. 5-5 Détermination des sollicitations (extrait du fascicule 70) Dans le cas des canalisations à comportement rigide, caractérisées par une charge de rupture garantie FR, déterminée selon l essai de qualification défini dans la norme de produits, il est loisible de s assurer de la sécurité d emploi conformément au 5.6. Dans les autres cas, les calculs ci-après sont réalisés Pression moyenne d étreinte Sous l effet des actions combinées, la canalisation se trouve soumise à une étreinte extérieure moyenne : Pression critique de flambement La pression d étreinte a pour effet d amplifier les sollicitations (moments fléchissants, déformations, allongements...). Ce phénomène est d autant plus marqué que la canalisation est proche des conditions critiques d instabilité par flambement caractérisées par la pression critique de flambement pcr. La pression critique de flambement pcr est telle que : Avec : Ras qui peut prendre la valeur de rasi ou de ras v. s = indice de rigidité relative sol-tuyau à court terme ou à long terme obtenu respectivement à partir du module d élasticité du tuyau instantané ET i ou différé ET v, avec ET v ET i : no est l entier supérieur ou égal à 2 qui rend minimum l expression : 92

93 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE no représente le nombre d onde de la figure de flambement d ovalisation de la canalisation : Pour les canalisations à comportement rigide (RIG > 0), no est égal à Calcul du moment fléchissant Le calcul des sollicitations se fait à court terme en considérant : - la forme initiale elliptique, telle que définie au 5.4. avant l application des actions, - la rigidité annulaire spécifique ras i instantanée du tuyau. Le calcul des sollicitations se fait à long terme en considérant : - la forme initiale elliptique, telle que définie au 5.4 avant l application des actions ; - la rigidité annulaire spécifique ras v différée du tuyau Les paramètres suivants sont quantifiés selon le caractère rigide ou flexible de la structure et selon les besoins : - les moments fléchissants par unité de longueur M dans les sections les plus sollicitées quelle que soit la nature de la canalisation ; - le moment fléchissant M est maximum à la base du tuyau, et a pour expression : avec : Ras qui peut prendre la valeur de ras i ou de ras v. K α, coefficient de moment, fonction de l angle d appui conventionnel 2α est donné par la formule suivante : - Figure 9 - Valeur du coefficient de moment à l appui Kα - α est exprimé en radians Dm, diamètre moyen 93

94 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Ovalisation relative et contrainte L ovalisation verticale relative ov = d/dm où d est la déformation verticale du diamètre moyen, pour toutes les canalisations flexibles. L ovalisation verticale relative ov = d/dm a pour expression : ov (pr, pe, pwe) = ov 1 + ov 2 avec : Où kα, coefficient de déformation fonction de l angle d appui conventionnel 2α, est donné par la formule ci-après : avec a exprimé en radians. Figure 11 - Valeur du coefficient de déformation Kα L allongement maximal résultant de l ovalisation pour les canalisations flexibles. est donné, dans le cas de tuyau de paroi homogène présentant une section longitudinale de paroi rectangulaire, par : 94

95 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE La contrainte maximale correspondante σ est donnée par la formule : σ = E t. où E t peut prendre la valeur de ET i ou ET v. Dans le cas d une canalisation à comportement rigide ayant un indice de rigidité relative sol-tuyau négligeable et donc peu sensible au fluage, on n effectue en principe que le calcul à court terme. Dans le cas d une canalisation flexible, on effectue les calculs à court terme et à long terme. 5-6 Vérification aux états limites ultimes (extrait du fascicule 70) On distingue les états limites ultimes et les états limites de service. Les états limites ultimes correspondent à l atteinte de la capacité portante et concernent de ce fait la résistance mécanique et/ou la stabilité au flambement. Les états limites de service sont ceux dont le dépassement remet en cause les conditions de fonctionnement ou d exploitation de l ouvrage, ou à terme, de sa durabilité, par exemple par fissuration ou ovalisation excessives. Les états limites de fatigue. Lorsque la canalisation soumise à des actions répétitives et d un niveau connu (charges roulantes par exemple) voit par fatigue ses résistances caractéristiques diminuer, il y a lieu d en tenir compte au niveau de la justification (voir correspondant ci-après). Dans certains cas particuliers les états limites de fatigue appelant des justifications spécifiques doivent être considérés. Lorsque la résistance du matériau ou du produit intervient dans la définition d un état limite, on se réfère en principe suivant le cas à la résistance du matériau à la traction σ t, ou la résistance à l écrasement du produit, ou à sa limite élastique σ e. Le principe général de la sécurité est de faire en sorte que les états limites ne soient pas dépassés, et ce, compte tenu des variations aléatoires affectant : les caractéristiques des matériaux définies par leurs valeurs caractéristiques, les valeurs caractéristiques des actions et des sollicitations calculées Vérification aux états limites ultimes Suivant le comportement rigide ou flexible de la canalisation, on effectue en principe les vérifications suivantes : canalisation à comportement rigide : la résistance à court terme (force portante ou contrainte ou moment résistant), canalisation à comportement flexible : la stabilité par flambement à long terme et la résistance à court terme (force portante ou contrainte ou moment résistant). Vérification à l état limite ultime de résistance Cette vérification consiste à montrer que sous l effet des actions majorées (pression des terres, des charges d exploitation et pression hydrostatique extérieure), les sollicitations qui en découlent ne dépassent pas dans le sens défavorable les sollicitations limites correspondantes, c est-à-dire les résistances mécaniques de référence obtenues en divisant les résistances caractéristiques par un coefficient γ M multiplié par un coefficient pris égal à 1,1 pour les canalisations visitables (Di 1000) susceptibles de présenter une rupture brutale. Les valeurs des actions à prendre en compte sont alors les suivantes : 95

96 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE - Pression verticale : Le coefficient γ A tient compte principalement du dépassement possible dans le sens défavorable de la combinaison d actions considérée, compte tenu de la probabilité réduite de la simultanéité des actions. - Pression moyenne d étreinte : γ A = 1,25 Le moment fléchissant vis-à-vis de l état limite ultime M u est donc déterminé comme indiqué au en prenant : Trois types de vérification sont alors menés, selon la nature de la canalisation : 1 ) Vérification de la force portante On vérifie que : avec FR la charge de rupture minimale garantie obtenue suivant l essai de qualification défini dans les normes de produit. Le coefficient γ M tient compte de la probabilité d avoir une résistance inférieure à la résistance caractéristique, ainsi que d éventuels défauts géométriques ou structurels localisés. 2 ) Vérification de la contrainte dans le cas d un matériau homogène. On vérifie que la contrainte calculée σ u est telle que : avec σ c, contrainte caractéristique garantie donnée dans les normes produits ou les avis techniques. La contrainte calculée σu peut s écrire dans le cas d un matériau homogène élastique (PVC compact, béton non armé...) : 96

97 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE 3 ) Vérification du moment résistant : On vérifie que M r γ M M u où M r est le moment résistant garanti correspondant à l apparition de désordres dans la paroi du tuyau. Il est obtenu à partir d un essai de caractérisation, par exemple selon le mode opératoire figurant dans la norme NF T Vérification à l état limite ultime de flambement On vérifie que : avec : définis au 5.5 avec ras = ras v γ F : coefficient de sécurité vis-à-vis du phénomène considéré avec γ F = 2, Vérification aux états limites de service Suivant le comportement rigide ou flexible et la nature du tuyau, on effectue en principe les vérifications suivantes : Tuyau à comportement rigide : suivant le cas, il s agit d états limites d apparition de fissures ou d ouverture de fissures. On vérifie que, sous l effet des charges de service (non majorées), l inégalité suivante est satisfaite : avec F F, la charge minimale garantie d ouverture de fissure stable admissible en service, obtenue suivant l essai de qualification défini dans les normes de produits. M s, le moment fléchissant M vis-à-vis de l état limite de service, déterminé comme indiqué au avec : Dans le cas où le critère à prendre en compte est celui de l ouverture de fissures longitudinales stabilisées, c est le cas notamment pour les tuyaux préfabriqués en béton armé, l ouverture maximale admissible des fissures est fixée à 0,3 mm pour les tuyaux armés en fibre moyenne, et à 0,5 mm pour les tuyaux armés en double nappe ou de manière ovalisée. Aucune fissure circulaire n est admise. Pour les ouvrages coulés en place, le CCTP précisera l état limite d ouverture de fissure (peu préjudiciable, préjudiciable, très préjudiciable). Tuyau à comportement flexible : il s agit en principe d état limite de déformation à court terme et à long terme (allongement et ovalisation relative verticale ov) que l on vérifie selon la nature des matériaux et le comportement de leurs systèmes d assemblage sous déformation. Cette valeur de calcul correspond à une valeur d ovalisation moyenne à court terme (3 mois). 97

98 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Pour les tuyaux à comportement flexible, l ovalisation maximale à long terme admissible pour l exploitation du réseau est de 10 %, l ovalisation admissible de calcul à court terme est 5%, sauf prescription d ovalisation inférieure figurant dans les normes ou avis techniques. On vérifie que sous l effet des charges de service (non majorées), l ovalisation calculée comme indiqué au 5.4. reste inférieure aux ovalisations admissibles Vérification à l état limite de fatigue Ce type de vérification n est généralement applicable qu aux matériaux à comportement flexible. Dans le cas où le CCTP prévoit une vérification à l état limite de fatigue en fonction des conditions d actions répétitives ou fréquentes particulières, le spectre de chargement (niveau, amplitude, fréquence) doit figurer dans le CCTP. Ne sont à considérer en principe que les charges roulantes. Dans ce cas le projeteur, lorsque le spectre de chargement n est pas connu, est amené, par simplification, à augmenter la valeur du coefficient γ m 5-7 Résultats de l étude du TEPPFA (The European Plastic Pipes ant Fittings Association) sur le comportement mécaniques des canalisations plastiques enterrées En 1999, une importante étude technique a été menée sur les réseaux en tubes polyéthylène. Elle a permis une plus grande compréhension du comportement flexible des tubes en plastique et des aspects de leur installation. Un graphique a été développé pour prédire la déformation du tube en situation. Financée par TEPPFA et Plastics Europe, l équipe projet a consulté un large éventail d experts industriels du métier. D éminents professeurs à travers l Europe ont donné la possibilité de vérifier leurs calculs pour les installations de tubes. Un comité de pilotage d industriels a été également formé pour superviser et réaliser le travail nécessaire sous quelque forme que ce soit. Le graphique présenté ici montre les déformations obtenues après installation et celles obtenues après stabilisation du sol. Il a été construit à partir de l analyse des résultats d un travail mené par TEPPFA sur la performance des tubes plastiques enterrés entre 1996 et Les résultats de cette analyse ont été vérifiés et croisés avec ceux d autres études, y compris les résultats des mesures réalisées sur les réseaux opérationnels partout en Europe. 98

99 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Le graphique est valable pour : 1. Les profondeurs d'enterrement de plus de 60 cm. Les données utilisées pour l évaluation concernaient des profondeurs comprises entre 30 cm et 6 m. Il a été démontré que trafic, charge et profondeur sont des paramètres peu influents car ils n affectent pas la déformation du tube. Ils accélèrent seulement le tassement du sol,. 2. Les types de sol allant du granulat à une compacité de type sol argileux. 3. La charge de trafic est incluse. L effet du trafic est comprise dans le graphe de déformation final. La déformation finale sera toujours atteinte. En présence de trafic, elle sera atteinte plus tôt. Lorsque le sol a atteint sa densité maximale, il n y a pas d accroissement ultérieur de la déformation. 4. Tous les tubes thermoplastiques de rigidité supérieure à 2 kn/m² satisfont au test de flexibilité en compression. Ensuite, ils satisferont aux normes EN13476, EN12666, EN1852 et EN (Sheet piles) Les piles de feuilles seront enlevées avant le compactage, en accord avec la norme EN Cependant si elles étaient enlevées après compactage, on s apercevrait que le «bon» compactage ou le compactage «modéré» seront en fait réduits à un niveau de non compactage. 6. Diamètres de tubes supérieurs ou égal à 100 mm. Au-delà de ce diamètre, les déformations ont été vérifiées. Toutefois, il a été trouvé que le graphe est également valable pour de plus grands diamètres. Le graphique ne couvre pas l'utilisation de grandes masses d'argile sèche qui sont déposées au dessus du tube. 99

100 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Les types d installations utilisés pour l étude Installation sans compactage Installation de type modéré Une installation modérée est réalisée quand 30 à 60 cm de granulats sont positionnés autour du tube et ensuite compactés. Les valeurs typiques de densité vont de 95 à 98 % Standard «Proctor». Bon type d installation : Une bonne installation est réalisée quand des granulats de sol sont utilisées. Le sol sera structuré en couches de 30 cm, puis compacté. Le tube sera recouvert d au moins 15 cm de terre avant compactage au dessus du sommet du tube. Le niveau de compactage dépend beaucoup de la qualité du granulat utilisé. Quand des matériaux équivalents sont utilisés, peu d efforts sont nécessaires. Si le granulat devient plus cohésif, comme le sable limoneux, plus d efforts sont requis pour obtenir un bon compactage. Recommandations : Il est recommandé de toujours utiliser une bonne installation plutôt qu une installation modérée pour prévenir un affaissement de la route causé par le tassement du sol après l installation. Il sera réalisé dès lors que la plupart des efforts et des coûts des projets de réseau urbains sont relatifs à des travaux d installation routière. La rigidifié recommandée pour les tubes s échelonne de 4 à 16 kpa pour obtenir une faible déformation. L image ci-contre montre ce qui se passe dans le cas d une rigidité de tube non respectée et où un affaissement de la chaussée se produira à cause du tassement du sol qui n a pas été compacté pendant l installation. 100

101 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Chargement combiné et désovalisation (Combined Loading & Rerounding) Cas des tubes pression Quand ils sont enterrés, les tubes sont encore sans pression et se comporteront comme des tubes d écoulement par gravité. Après installation, les tubes seront mis sous pression et ils tendront à recouvrer la déformation subie. Il faut noter que les tubes pressions utilisés dans cette étude présentent une rigidité de 6 kn/m² et de ce fait la déformation restera faible. Le processus de recouvrement du tube sous l action de sa pression interne est montré sur les graphes ci-contre. Les tubes ont été enterrés dans de l argile tendre (3 m de hauteur) et de l argile ferme (1,15 m de hauteur). Quand on remblaye les tubes avec du granulat, on observe moins de désovalisation. Firm clay Soft clay Pour les tubes pression, deux conditions basiques existent actuellement : 1. Tube pression enterré dans des sols très fragiles comme de l eau. C est la condition la plus sévère. Le tube est dans un état de pleine reprise et se ré-arrondît complètement. Cette condition est utilisée également dans la classification des tubes. Ceci signifie que le ratio PN du tube est basé sur les conditions d exploitation les plus sévères. 2. Tubes installés dans des sols durs. Ils ne seront pas capables de se ré-arrondir totalement. Le tube est déformé dans une mesure acceptable et se trouve en état de relaxation. Ces 2 contraintes n entrainent pas de dégâts. Au même moment, l expansion du tube est bloquée par le sol ferme et les contraintes ne sont pas complètement développées comme indiquée par les formules de Barlow ou de Lame. Par conséquent, les tubes thermoplastiques peuvent être utilisés dans les conditions de charge les plus sévères pour des tubes, avec des conditions de fluage importantes, en utilisant la formule de Barlow (même procédure que pour leur classification). 6 - Les influences extérieures La tenue au feu Le comportement au feu des matériaux et éléments de construction est apprécié selon deux critères : - La réaction au feu avec le classement M0 à M4 qui sera prochainement remplacé par les Euroclasses A à F, - La résistance au feu. Nota : les canalisations PE sont généralement classées M4. L analyse des risques se fait également par la connaissance de la nature et du mode d exploitation des locaux. 101

102 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE Nota : le paragraphe suivant tient compte des réglementations en vigueur au 1 er avril 2006 et n a qu un but d information. Il ne peut en aucun cas se substituer aux différents textes officiels en vigueur, ni être considéré comme base juridique. Type de bâtiment et local Etablissements recevant du public (E.R.P.) Local à risques courants, moyens ou importants (Articles CO31 et CO32 de l arrêté du 22 décembre 1981 et ses modifications) Emplacement des conduits Conduits dans et hors gaine à l intérieur d un E.R.P. Conduit traversant une paroi séparant un E.R.P. et un tiers Dispositions réglementaires Aucune exigence en réaction et résistance au feu pour les conduits d eau en charge Le coupe feu de la traversée doit être égal à celui de la paroi franche Utilisation des canalisations de distribution d eau en PE Oui. Aucune restriction Autorisée avec clapet coupe-feu Bâtiment d habitation (Arrêté du 31 janvier 1986 relatif à la protection des bâtiments d habitation contre l incendie et ses modifications) Individuel de 1 ère et 2 nde famille (habitations individuelles) Isolées ou jumelées ou sur RDC groupée en bande A 1 étage sur RDC groupées avec structure non indépendante Conduit dans et hors gaine Oui. Aucune restriction Collectifs de deuxième famille, troisième et quatrième famille Conduits traversant des planchers Conduits traversant des murs Conduits traversant des caves et sous-sols Matériau M4. Gaine non exigée, coffrage éventuel Matériau M4. Gaine obligatoire si propriété de résistance au feu du mur exigée Oui, si matériau M4 e en eau permanente Oui si en matériau M2 à M4 et dans une gaine (avec degré de résistance au feu de moitié de celui de la paroi traversée ou égal si placé entre logements ou entre logements et circulation) Oui pour les conduits de diamètre inférieur ou égal à La tenue au rayonnement ultraviolet (UV) Le noir de carbone présent entre 2 et 2,5 % et finement dispersé dans les matières homologuées est un excellent agent de protection contre la dégradation du polymère provoquée par le rayonnement UV. Il est vivement recommandé de n utiliser que des tubes certifiés NF, produits imposant l emploi de compositions homologuées. En effet, une mauvaise répartition du noir de carbone dans le polyéthylène de base altère fortement la résistance mécanique et la résistance aux UV. 102

103 CONCEPTION DU RÉSEAU POLYÉTHYLÈNE 6.3 La tenue au gel Les caractéristiques mécaniques du tube ne sont pas dégradées en cas de gel du fluide transporté (absence d éclatement). Le polyéthylène est en effet un simple retardateur de gel. Aussi, toute partie de canalisation située en dehors de la zone hors gel devra être correctement calorifugée. Le tube revient à sa forme initiale après dégel. 6.4 Ancrages, butées, passages de paroi Certains raccords mécaniques proposés sont du type «à ancrage». Dans ces cas, il est impératif de suivre rigoureusement les indications fournies par le fabricant, en incluant dans la conception les éventuels efforts longitudinaux additionnels que peuvent créer l effet de fond et les efforts de dilatation ou de retrait causés par les différences de températures (cf. paragraphe sur la dilatation). L ensemble des tubes et raccords électrosoudés ou tubes soudés bout à bout constitue une canalisation autobutée qui, par définition, évite toute confection de butée. Par contre, l immobilisation par ancrage des vannes et de la robinetterie reste nécessaire. Les passages de paroi devront être réalisés en intercalant entre celle-ci et le tube PE un fourreau pouvant être pourvu éventuellement d un système à joint assurant l étanchéité. Une attention particulière doit aussi être portée aux éventuels problèmes de tassement du sol à l aplomb de la paroi, risquant d engendrer de sévères contraintes de cisaillement qu il conviendra donc de limiter (fourreau plus long et souple, supportage du tube prolongé hors de l aplomb, ). 103

104 BIBLIOGRAPHIE Marque de qualité NF Attestation de Conformité Sanitaire (ACS) Références normatives - Tubes - Raccords Résistance chimique Documents de référence 104

105 ABRÉVIATIONS - GLOSSAIRE DETIMBRAGE : Facteur correctif inférieur à 1 qui s applique à la PN d un réseau lorsque les conditions de fonctionnement diffèrent des conditions standard (température, nature du fluide, conditions mécaniques). DN : Diamètre Nominal. Diamètre extérieur pour le PE (PolyEthylène). DP : Design Pressure, pression de calcul en régime permanent. C est la pression maximale de fonctionnement du réseau qui prend en compte les développements ultérieurs mais pas le coup de bélier. MDP : Maximum Design Pressure, pression maximale de calcul du réseau fixée par le prescripteur. Elle doit prendre en compte le coup de bélier et les développements ultérieurs. MRS : Minimum Required Stress ou contrainte minimum requise. PFA : Pression hydrostatique maximale à laquelle un composant est capable de résister lorsqu il y est soumis de façon intermittente en service. PERTES DE CHARGE : Chute de pression entre deux points du réseau dans lequel circule un fluide, conséquence des frottements du fluide lors de son écoulement. PMA : Pression Maximale Admissible d un élément de canalisation, susceptible d être atteinte dans une installation dans les conditions de service. PN : Pression Nominale, exprimée en bar. Pression d eau maintenue constante à l intérieur d un élément de canalisation à 10 C. Désignation conventionnelle relative à la résistance mécanique d un composant de tuyauterie et utilisée à des fins de référence. PROPRIETES ORGANOLEPTIQUES : Aptitude de la canalisation PE à conserver les qualités gustatives et d aspect (couleur, saveur, odeur, transparence). SDR : Standard Dimension Ratio, rapport dimensionnel standardisé du diamètre nominal DN divisé par l épaisseur e. (SDR = DN/e). STP : System Test Pressure, pression hydrostatique d épreuve du réseau. Appliquée à une conduite, elle permet de s assurer de son intégrité et de son étanchéité. UNITES USUELLES DE PRESSION : 1 atm = 760 mm de mercure = 10,33 m d eau = 1 bar = 0,1 MPa = 1,013 dan/cm². 105