Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
1~9~
La pr~sente invention concerne un tuyau de grand diamètre
destiné à permettre le transport d'un fluide ~ température élevée
sur une distance importante.
On connait déjà des tuyaux thermiquement isolés. Par
exemple, le brevet FR 2 042 814 montre un tuyau comportant une
mousse de matière plastique thermiquement isolante qui adhere d'une
- part au tuyau intérieur et, d'autre part, à une couche extérieure
de protection et qui recouvre la majeure partie du tuyau mais se
termine a une certaine distance de chacune des extrémités de celui-
ci par une surface inclinée de forme tronconique.
L'invention a pour but de fournir un tuyau du meme type
qui soit particulièrement adapté au transport de fluides chauds,
c'est-à-dire possédant une libre faculté de dilatation.
A cet effet , l'invention a pour objet un tuyau du type
précité, caractérisé en ce que la couche extérieure est constituée
d'une part d'une chape relativement rigide qui se termine avant
chaque surface tronconique, et d'autre part d'une enveloppe de
protection de chacune des surfaces tronconiques de la mousse, qui
: est fixée à une extrémité à la chape et, à l'autre extrémité, est
directement solidarisée du tuyau intérieur, cette enveloppe pos-
sédant une élasticité suffisante pour permettre à la mousse de
suivre la dilatation du t.uyau interieur alors que la chape reste
immobilisée.
Ltinvention concilie ainsi les imp~ratifs d'une part de
; résistance ~écanique de la partie courante de la couche extérieure
:~ et, d'autre part, de mouvement différentiel de la mousse entre la
surface du tuyau intérieur qui se dilate et celle de la couche ex-
térieure qui ne subit aucun allongement du fait de son ancra~e
dans le sol et de son isolement thermique.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la
chape externe est formée par une bande de bitume ou d'un mélange
de bitume et d'élastomère pourvue d'une armature non tissée et
enroulée extérieurement en hélice sur la mousse de matière plasti~ue.
Dans un second mode de réalisation de l'in~ention, la
chape est constituée par une couche de polyuréthane non alvéolaire
disposée autour de la couche de mousse isolante par projection.
Ceci assure une ~tanchéit~ parfaite de la chape et facilite la
fabrication du tuyau calorifugé.
La description ci-dessous de deux modes de réalisation
de l'invention, donnés a titre d'exemples non limitatifs et re-
présentés aux dessins annex~s, fera d~ailleurs ressortir les avan-
tages et caractéristiques de l'invention.
Sur ces dessins:
La Fig. 1 est une vue partielle, en coupe axiale, dluntuyau calorifugé selon l~invention;
La Fig. 2 est une demi-vue, également en coupe axiale,
du raccordement entre les extr~mités de deux tuyaux consécutifs à
emboItement conformes au mode de réalisation de la Fig. l;
La Fig. 3 est une vue partielle, en coupe axiale, d'un
tuyau calorifugé selon un autre mode de réalisation de l'invention;
La Fig. 4 est une demi-vue, également en coupe axiale,
du raccordement entre les extrémités de deux tuyaux consécutifs
emboitement conformes au mode de r~alisation de la Fig. 3.
Le tuyau calorifugé T représenté ~ la Fig. 1 comporte
un tuyau intérieur l en .~onte, de préférence en fonte à graphite
sphéroidal dite fonte ductile, qui présente un grand diamètre,
c'est-à-dire un diamètre supérieure à 300 mm et pouvant atteindre
1200 et même 1600 mm. Ce tuyau est destiné à transporter de lleau
chaude ou un fluide analogue, ~ une température élevée pouvant
atteindre 120C, sur une distance de l'ordre d'un ou de plusieurs
kilomètres, le tuyau ~tant de pr~f~rence enterr~.
La surface interne du tuyau 1 est munie dlun revetement
intérieur 2, par exemple un revêtement de mortier de ciment, dont
la nature et la ~ualit~ sont fonction du type de circuit dans
-- 2 --
lequel est monté le tuyau calorifugé, ainsi que de la qualité et
de la nature du fluide transporté.
A la surface extérieure du tuyau 1 adhère une couche de
matière isolante 4 constituée de préférence par une mousse de
polyur~thane relativement rigide ayant par exemple une ~paisseur
de 30 à 50 mm. Le polyuréthane, ou autre matière plastique, des-
tiné à former la mousse isolante est dépos~ par pulv~risation à
froid sur le tuyau 1 entrainé en rotation. Cette matière plas-
tique a par exemple la formulation proposée par la Soci~té ENODIM,
sous la référence MR 2109, de sorte qu'elle adhère fortement sur
la fonte. En outre, la mousse formée à la suite de cette projec-
tion a froid sur le tu~au présente une densité plus ~levée aux
interfaces, c'est-a-dire au contact de la fonte et sur sa surface
extérieure, que dans la masse. La mousse ainsi formee présente de
préférence des densités de l'ordre de 80 a 120 kg/m3 qui lui as-
surent des qualités de résistance mécanique sans élever de manière
trop importante sa conductibilité thermique.
Cette couche de mousse isolante 4 est entourée par une
chape protectrice 6 compos~e de préf~rence par du bitume ou un
mélange de bitume et d~lastomère et pourvue dlune armature cons-
tituée par exemple par une voile de verre ou de polyester non
tissé. Cette chape est de préférence la chape SOPRALENE* fournie
par la Société SOPREMA. Elle est enroulée à chaud en hélice sur
la surface extérieure de la mousse, à laquelle elle adhère. Cette
chape est en effet assez souple pour suivre d'éventuels poinconne-
ments locaux de la mousse sans se rompre ni se craqueler. Elle
résiste également aux perforations par les racines ou autres, en
raison tout particulièrement de la présence de l'armature en maté-
riau non tissé. La résistance à la traction de cette chape est
- 30 de l~ordre de 300 Newton/cm; son allongement ~lastique est de
8 à 10%.
Sur sa surface opposée ~ la mousse, la chape 6 comporte
-- 3 --
*Marque de Commerce
des asp~rit~s d'ancrage 8 formées de préférence par une incrus-
tation en surface de graviers, naturellement de tr~s petit calibre,
qui favorisent son ancrage dans le terrain. Ces petits graviers
empechent par ailleurs le collage de la bande destinée à ~ormer la
chape lorsqu'elle est enroulée en bobine avant sa mise en place
sur le tuyau. En outre, ils gênent l'action des rayons ultravio-
lets qui seraient susceptibles de dégrader les matières constitu-
tives de la chape lorsqu'elle est exposée à la lumière.
La chape 6, comme la mousse 4, ne recouvre pas la tota-
lité de la longueur du tuyau 1, mais s'arrete a une certaine dis-
tance des extrémités de celui-ci, de façon à laisser libre le bout
uni 10 ainsi que l'emboitement 12 prévus respectivement à chacune
de ses extrémités et destinés au raccordement avec les tuyaux ad-
jacents. Au voisinage de chacune de ces extrémités, la mousse 4
se termine par une surface 14 inclinée par rapport ~ l'axe de
l'ensemble du tuyau et ayant une forme sensiblement tronconique.
Cette surface est recouverte par une enveloppe 16 de forme cor-
respondante, qui est serrée sous la chape 6 à l'une de ses extré-
mités et fixée au tuyau à la fois par collage et au moyen d'un
; 20 collier de serrage 20 ~ son autre extrémité. L'enveloppe 16 est
r~alisée en un matériau susceptikle de résister aux températures
élevées et notamment aux températures de l'ordre de 120C prévues
pour le fonctionnement du tuyau. Ce materiau doit également avoir
une bonne résistance à la traction et une souplesse suffisante pour
se déformer sans etre détérioré sous l'effet des dilatations ther-
miques du tuyau. Le caoutchouc butyl, ou plus simplement le
butyl, est un mat~riau qui correspond à ces exigences, bien que
l'on puisse également utiliser d'autres caoutchoucs, par exemple
du caoutchouc d1éthylène-propylène.
Comme le montre la Fig. 2, lorsque le tuyau calorifugé
- de l'invention est du type à raccordement par emboitement et com-
pression radiale d'une garniture d'étanchéité, l'une de ses ex-
-- 4 --
~C41~3
tr~mit~s 10 forme un bout uni ou pièce male, tandis ~ue l~extr~-
mité oppos~e forme un emboltement conique ou pièce ~emelle 12.
La surface extérieure du bout uni 10 est recouverte d~un revete-
ment 22 qui recouvre toute sa surface et se prolonge en dessous
du collier 20 et de l'extrémité de l'enveloppe 16. Ce revatement
est réalis~ en un matériau présentant ~ la fois un faible coef-
ficient de ~rottement avec les joints élastomères et une tenue
mécanique suffisante pour résister à un échauffement jusqu~ une
température de l'ordre de 120C sans perdre ses qualités de frot-
tement. Ce revatement est de préf~rence un polymère fluoré ou dupolyvinylidène difluoré généralement désigné par les initiales
PVDF. Un revatement du meme matériau ou d'un mat~riau analogue 24
recouvre également la surface ext~rieure de l'emboitement 12 en
se prolongeant sous le collier 20 et l'extrémité 18 de l'enveloppe
16. Toutefois, ce rev~tement se prolonge sur l~extrémité de l~em-
boitement 12 et sur la surface interne de celui-ci. Cette surface
interne comporte un évidement de logement dlune garniture d'étan-
chéité 26 destinée à atre comprimée entre le bout uni 10 et l'em-
bo~tement 12. Llévidement de logement de la garniture 26 est déli-
mité a son extr~mité interne par un épaulement interne 28 de l'em-
boitement 12 et ~ son extrémit~ externe par un rebord de butée 30
form~ à l'extrémité libre de ce meme emboitement 12. Le fond de
l'évidement est formé par une surface cylindrique 32 qui peut
; etre venue de fonderie mais qui, de préférence, est al~s~e de
~ façon à avoir des tolérances diamétrales plus serrées autour d'un
;~ diamètre fonction de la compression d~sirée pour la graniture 26
lors du raccordement. Au droit de llépaulement de butée 30, le
fond cylindrique 32 comporte une gorge 34 dans laquelle vient
s'embolter un talon de la graniture 26, ce qui permet à celle-ci
d'0tre immobilisée rigoureusement dans sa position d~utilisation.
La partie active de cette garniture ~tant, elle, au contact de la
surface 32.
-- 5 --
l~C~
Comme le montre clairement la Fig. 2, lorsque deux
extrémit~s adjacentes de tuyaux calorifug~s T et T' a emboitement
sont raccord~es, le bout uni 10 de l~une, qui est muni du revête-
ment 22, est enfonc~ dans l'emboitement 12 de l'autre et glisse
sur la garniture 26 qu'il comprime. Le diamètre de l'épaulement
; de but~e 30 est supérieur au diamètre extérieur du revetement 22
du bout uni 10, de sorte que ce bout uni pénètre facilement dans
l'emboltement 12 avec un jeu diamétral faible limitant les excen-
trations, donc la compression. De la meme mani~re~ le diamètre
de la surface cylindrique 32 est choisi de facon à ssurer une
compression radiale de la garniture 26 qui soit au moins supérieure
à 5% mais ne dépasse pas 25%, quelles que soient les tolérances
de réalisation du bout uni. La garniture 26 elle-m~me peut atre
réalisée par moulage à partir d'un mélange d'éthylène-propylène-
diene-méthylène, ou de toute autre mati~re analogue susceptible de
résister aux températures élev~es, par exemple le "EPDM 5512" vendu
par KLEBER COLOMBES.
Llensemble du tuyau calorifugé est réalis~ en usine et
peut facilement ~tre stocké puis transporté au moment de son uti-
lisation. Lors de celle-ci, un premier tuyau T est placé dans
la terre, de manière que la chape extérieure 6 puisse s'ancrer,
par llintermédiaire des gravillons ou autres aspérités 8, dans
le terrain. Sur le bout uni 10 de ce premier tuyau T est enfilé
l'emboitement 12 d'un second tuyau T' pratiquement identique au
premier, de telle sorte que la garniture 26 est serrée entre ces
deux tuyaux et assure l~étanch~ité de leur raccordement. Un
calorifuge annexe (non représenté) peut alors etre mis en place
autour de la tete d'emboItement 12 et des colliers 20. Un nombre
approprié de tuyaux identiques sont ainsi fix~s les uns au bout
des autres sur la longueur désir~e, cette longueur pouvant at-
teindre plusieurs kilom~tres.
Lors de l'utilisation, lleau ou un autre fluide chaud,
-- 6 --
parcourt successivement les tuyaux intérieurs 1, et provoque leur
échauffement, c'est-à-dire leur dilatation thermique. Sous l'ef-
fet de cette dilatation, le bout uni 10 a tendance a glisser sous
la garniture 26 en direction de l~intérieur de l'emboitement 12.
La nature du revetement 22 permet ce glissemen~ en assurant toute-
fois un contact étanche constant entre lui et la garniture, de
sorte que l'étanchéité n'est nullement détruite par la dilatation
thermique.
Cette dilatation entraine par ailleurs une déformation
de la mousse isolante 4 à son interface avec le tuyau 1 pour ac-
compagner celui-ci. Par contre, la chape de protection 6 reste
rigoureusement fixe en raison de son ancrage et reste en outre
relativement froide puisqu'elle est protégée de la chaleur par
la présence de la mousse. Toutefois, la mousse isolante 4 présente
une souplesse suffisante pour pouvoir se déformer et suivre la
dilatation du tuyau 1 sans se détacher de la chape fixe 6. En
outre, l~enveloppe 16 est également suffisamment élastique pour
s'adapter a la dilatation du tuyau 10 en restant solidement soli-
daire de l'extrémité de la chape 6, ce qui permet au calorifuge
de supporter des dilatations thermiques importantes sans risquer
d'etre d~térioré et, par suite, de conserver son ef~icacité pen-
dant une durée prolong~e.
Par ailleurs, lors de l~introduction du bout uni dans
l'emboitement, il est aisé de réserver entre ces deux ~léments
une distance axiale suffisante pour permettre une dilatation ther-
mique relativement importante des tuyaux lors de la montée en
température de l~ensemble de la canalisation. Les dilatations de
chaque tuyau sont ainsi absorbées au point de raccordement avec
le tuyau voisin sans risquer de se transmettre et de se cumuler
3n d~un tuyau à l~autre, et de pr~senter des inconvénients importants
en ~ertains points
Llinvention permet donc de disposer d'un tuyau calorifugé
-- 7 --
de grand diam~tre, fabriqué en usine en un ensemble form~ d~or-
ganes rigoureusement solidaires et ne risquant en aucun cas de
se séparer, et susceptible de résister à des températures élevées.
En outre, il est possible de réaliser au moyen d'un certain nombre
de tuyaux semblables des canalisations de grande longueur et cela
d~une manière tr~s simple en emboitant les extrémités des tuyaux
adjacents l'une dans l'autre, sans l'utilisation de dispositifs
spécialisés tels ~ue lyres ou soufflets pour assurer la jonction
entre eux. Bien entendu, il est toujours possible, dans certaines
applications, d'utiliser des tuyaux calorifugés suivant l'inven-
tion comportant deux bouts unis 10, le raccordement s'effectuant
au moyen d'un manchon ou équivalent permettant la dilatation. La
canalisation ainsi réalisée ne présente aucun danger d~absence
d'étanchéité ou de manque de r~sistance ~ la chaleurJ mame si
elle présente une tr~s grande longueur, et est ainsi particulibre-
ment adaptée au transport de fluide sur des distances importantes.
Il est bien évident que la simplicité du montage sur le terrain,
venant s'ajouter a une facilité de transport du tuyau calorifugé,
réduit considérablement le co~t de réalisation et d'entretien des
canalisations formées ~ l'aide du tuyau selon l'invention.
En outre, les enveloppes 16 compartimentent l'isolation
de la conduite, de sorte qu~aucun cheminement d'humidité ne peut
survenir et d~coller la mousse, meme dans le cas d'une défaillance
du calorifuge annexe placé autour de la jonction des tuyaux ad-
. .
jacents.
Le tuyau calorifugé Ta de la Fig. 3 a un diametre compris
entre 150 et 1200 ~ 1600 mm. Il nP diffère du tuyau T de la Fig.
1 que par la constitution de la chape extérieure 6a de protection
et d'étanch~ité.
En effet, la chape 6 est constituée par une couche de
vernis de polyur~thane, qui est un polyur~thane non alv~olaire et
qui est donc compact et étanche. La chape de polyuréthane 6 est
-- 8 --
disposée autour de la couche de mousse isolante 4 suivant une
technique connue en soi par projection. Le polyuréthane est un
produit non solvanté ~ deu~ composants (un polyol et un isocyanate);
c'est pourquoi l'on effectue la projection au moyen d~un pistolet
à deux composants, de préférence au moyen d~un pistolet automati-
que sans air. On peut par exemple utiliser le polyuréthane com-
mercialisé sous la marque "POLYSTAL" par la Société Technique
d'Applications Chimiques (S.T.A.C.), et projeter ce produit sous
une épaisseur de 1 ~ quelques millimbtres.
La Fig. 4 montre une jonction directe entre deux tuyaux
calorifug~s Ta, T'a suivant l'invention. Ce~te jonction a une
structure et un mode d'assemblage identique à ce qui a été décrit
en regard de la Fig. 2, ~ part la constitution de la chape 6 .
Comme dans le cas de la Fig. 2, lors de l'utilisation,
l'eau ou un autre fluide chaud parcourt successivement les tuyaux
intérieurs 1 et provoque leur échauffement, c~est-à-dire leur
dilatation thermique. Sous l'ef~et de cette dilatation, le bout
uni 10 a tendance à glisser sous la garniture 26 en direction de
l'intérieur de llemboitement 12. La nature du revatement 22 per-
met ce glissement en assurant toutefois un contact étanche cons-
tant entre lui et la garniture, de sorte que l~étanchéité n~est
nullement détruite par la dilatation thermique.
La dilatation provoquée par la circulation dlun fluide
chaud dans les tuyaux T , T~ entraine une déformation de la mous-
se isolante 4 à son interface avec le tuyau 1 pour accompagner
celui-ci. Par contre, la chape extérieure 6a ne s'échauffe pra-
tiquement pas puisqu~elle est isolée thermiquement par la présence
de la mousse. De plus, le mode d'enfouissement des tuyaux et la
nature du terrain qui les reçoit suffisent dans de nombreux cas à
assurer par frottement un ancrage suffisant de la chape 6a, malgré
l~absence dlaspérit~s sur la surface extérieure de celle-ci. Le
choix du polyuréthane permet d~obtenir le coefficient désiré de
l~G~*~
frottement entre la chape et le terrain.
Toutefois, la mousse isolante 4 présente une souplesse
suffisante pour pouvoir se déformer et suivre la dilatation du
tuyau 1 sans se détacher de la chape fixe 6a. En outre, l~enve-
loppe 16 est également suffisamment élastique pour s'adapter à
la dilatation du tuyau 10 en restant solidement solidaire de
l'extr~mit~ de la chape 6a, ce qui permet au calorifuge de sup-
porter des dilatations thermiques importantes sans risquer d'être
détérioré e*, par suite, de conserver son efficacité pendant une
durée prolongée. En d~autres termes, la combinaison de la mousse,
de la chape relativement rigide et fixe et des enveloppes élas-
tiques d'extr~mité permet, comme dans le mode de réalisation des
Fig. 1 et 2, de s~accommoder du gradient radial de dilatation au
sein de la mousse entre le tuyau et la chape fixe.
Le mode de réalisation des Fig. 3 et 4 présente les
memes avantages que celui des Fig. 1 et 2, auxquels s'ajoutent
d'autres avantages, décrits ci-dessous, dûs à la constitution de
la chape 6a.
La couche de polyuréthane 6a constituant la chape dl~tan-
chéité extérieure est appliquée par projection. Il en résulte une
; mise en oeuvre rapide et facile qui n'est pas genée par les éven-
tuelles irrégularités de la surface extérieure de la couche de
mousse isolante 4. Il faut noter également que le temps de hors
poisse, c'est-à-dire le temps au bout duquel on peut manipuler le
tuyau sans détériorer le revetement, est faible~ de l'ordre de
5 minutes. Ce mode de xéalisa-tion procure en plus un avantage im-
portant: pour mettre en place la couche de polyuréthane réalisant
la chape d'étanchéité 6a, on peut utiliser le même matériel que
celui qui sert à la mise en place de la couche isolante 4, ou un
matériel très voisin. Llétanch~ité obtenue par la chape 6a est
absolue meme aux extrémit~s du tuyau, puisque cette chape 6a vient
recouvrir l'extrémit~ de chaque enveloppe 16, et l'accrochage de
-- 10 --
1~6~
la chape sur la mousse 4 est excellent, supérieur à la cohésion
de cette mousse: en cas de sollicitation dlarrachement, le reve-
tement c~de plut~t au sein de la mousse 4 qu~a l~interface entre
cette derniere et la chape 6a.
