Chaleur à distance: potentiel des assemblages par sertissage

Les réseaux thermiques sont un élément important pour la mise en œuvre de la stratégie énergétique 2050 et la réalisation de l’objectif de zéro émission nette. Les Perspectives énergétiques 2050+ prévoient près du doublement de la consommation de chaleur à distance (CAD) et à proximité par rapport au début des années 2020. En conséquence, des réseaux de CAD sont actuellement construits ou étendus dans de nombreuses villes suisses. L’un des principaux facteurs de coûts est le temps nécessaire à la construction de conduites avec des systèmes de tuyaux en acier. Cela est en partie dû également à la technique d’assemblage actuelle, le soudage. En outre, cette technique requiert des spécialistes expérimentés disposant de connaissances en soudage, qui sont de plus en plus difficiles à trouver. Une solution envisageable pour contrer ces difficultés liées à la construction de conduites pourrait être l’utilisation d’assemblages par sertissage pour les conduites de CAD en acier.

SVGW a organisé en juin un colloque d’échanges d’expériences pour discuter des attentes concernant les assemblages par sertissage, ainsi que leurs possibilités et leurs limites d’utilisation. La première partie de l’échange d’expériences s’est focalisée sur les systèmes d’assemblages par sertissage pour les conduites de CAD enterrées, et la seconde partie sur l’utilisation des assemblages dans le bâtiment.

Attentes concernant les assemblages par sertissage

Compte tenu des forces de dilatation, des pressions élevées jusqu’à 40 bar, des contraintes alternées liées aux variations de température (forces de traction et de compression) et des températures d’exploitation jusqu’à 130 °C, la CAD impose des exigences assez élevées à la technique de raccordement. Naturellement, les assemblages par sertissage doivent eux aussi répondre à ces exigences. Alexandra Zumkeller, d’eniwa AG, a résumé en une phrase les attentes d’un exploitant de réseau concernant les assemblages par sertissage: «Les systèmes à sertissage devraient être aussi bons que les systèmes de raccordement éprouvés, du point de vue de la planification et de la technique de la construction et de l’exploitation.» De nouveaux systèmes ne seraient utilisés que s’ils n’entraînaient aucune restriction en termes de planification, de construction et d’exploitation. Comme pour les systèmes éprouvés, on attend des alternatives une durée de vie d’au moins 40 ans. 

Comment fonctionnent les systèmes d’assemblages par sertissage pour les tuyaux en acier enterrés?

Lors des échanges d’expériences, deux systèmes d’assemblages par sertissage purement métalliques, sans joints en élastomère, ont été présentés par leurs fabricants respectifs: le système HAELOK par Bernhard Sauter et le système FIPE par Daniel Krieg. Le principe des deux procédés est similaire: dans le raccord installé sur le tuyau, deux cylindres coniques sont superposés par sertissage à l’aide d’un outil de sertissage (fig. 1). Le tuyau en acier est ainsi déformé selon le principe qui veut que «le plus fin cède». Le plus souvent, deux lèvres sur la face intérieure du cylindre de raccord interne sont serties dans le tuyau. Ces lèvres et les renflements ainsi formés au niveau du tuyau sont souhaités car ils évitent l’insertion ou le retrait du tuyau et rendent l’assemblage étanche.

Le procédé d’assemblage par sertissage comprend quatre étapes:

• Préparation des tuyaux à sertir: mise à la longueur, décapage de l’isolation pour les tuyaux préisolés, ébavurage et ponçage. Les numéros de série gravés et les rayures profondes dans la zone du tuyau sur laquelle le raccord est posé ne sont pas autorisés. La rouille éventuelle doit être éliminée.
• Insertion: le tuyau préparé est inséré dans le raccord approprié jusqu’au marquage réalisé au préalable.
• Sertissage: à l’aide d’un outil spécial entraîné par un moteur et adapté au raccord, une force radiale est exercée sur le raccord, le déformant et le pressant fermement contre le tuyau. Un assemblage permanent est ainsi formé entre le tube et le raccord. Grâce au sertissage mécanique, on obtient une qualité d’assemblage qui peut être reproduite.
• Vérification: le contrôle de l’assemblage par sertissage en lui-même est purement visuel. Grâce aux marquages réalisés sur le tuyau avant le sertissage (un outil de marquage adapté au système est généralement proposé à cet effet), il est possible de vérifier si le sertissage a bien été effectué. Comme pour les systèmes soudés, le tronçon de conduite est soumis à un contrôle d’étanchéité et de résistance une fois l’opération réalisée.

Les deux fabricants ont développé des systèmes spécialement conçus pour la CAD. FIPE a également développé un système d’assemblage par sertissage pour les conduites de CAD enterrées, le système E. Étant donné que les tuyaux de CAD sont relativement mous pour le sertissage, ce système a été complété par une douille de support installée à l’intérieur du tube, au niveau du raccord (fig. 2). FIPE propose en outre un outil de sertissage pouvant être utilisé pour les systèmes de tuyaux doubles.

Propriétés des assemblages par sertissage

Par rapport au soudage et aux autres techniques d’assemblage, le procédé de sertissage présente différents avantages:

• Des temps de montage bien inférieurs par rapport à ceux des assemblages soudés. Grâce au gain de temps important lors de l’installation, le sertissage est une solution économique.
• Ce procédé ne présente aucun risque d’incendie, car la technique de sertissage à froid ne génère ni flammes, ni gaz de combustion.
• Les raccords non sertis par inadvertance se remarquent immédiatement lors d’un test de pression.
• Cette technique convient à un large spectre d’applications, même dans les espaces restreints et les situations contraignantes.
• Il n’est pas nécessaire de vider les conduites pour réaliser l’assemblage des tuyaux. C’est un avantage en cas de réparations.
• La manipulation du système est simple, et une formation réalisée directement sur le chantier permet un apprentissage en peu de temps.

À l’heure actuelle, le principal inconvénient est le manque d’expérience concernant le comportement à long terme des assemblages par sertissage. Cependant, la branche ne pourra acquérir cette expérience que si les systèmes sont utilisés dans des conditions réelles. En Allemagne, deux entreprises de distribution assument actuellement ce rôle de pionniers: Stadtwerke Pforzheim (SWP) et Sachsen Energie à Dresde.

Rapports d’expériences en Allemagne

Lors du colloque, Tobias Engelien (SWP) et Frank Döhnert (Sachsen Energie) ont fait état de leurs expériences avec les assemblages par sertissage dans les conduites enterrées (fig. 3). Dans les deux villes, les assemblages par sertissage sont utilisés en complément et non en remplacement du soudage, comme l’ont souligné les deux intervenants allemands.

Pforzheim

Thomas Engelien, de SWP, a ajouté à propos du sertissage: «Il ne s’agit pas d’un système de raccordement Gardena.» Le processus n’est pas aussi simple, et il a fallu tenir compte des limites d’utilisation comme des normes. Il a également souligné que le système de CAD de SWP avait  un régime de fonctionnement relativement modéré, tant au niveau des températures que de la statique des tuyaux, ce qui facilite l’utilisation de systèmes d’assemblages par sertissage. Il a cité les règles suivantes que s’est fixées SWP pour le sertissage:

• Les tuyaux ne doivent pas présenter de rayures, de poinçon ou de trace de rouille dans la zone à sertir, sinon l’assemblage serti ne sera pas étanche à 100%. Pour la préparation du tuyau, cela signifie qu’il faut éliminer toute rayure, tout poinçon et toute trace de rouille. Dans l’idéal, les tuyaux sont préparés à l’aide d’une ponceuse de tubes.
• Les tuyaux ne doivent pas être sertis sous tension, autrement dit, un alignement total est nécessaire. Pour savoir si c’est le cas, il suffit de vérifier si le raccord peut pivoter facilement. Après le sertissage, le tuyau est définitivement aligné dans la tranchée (déformation élastique).
• Dans le sol, ne pas utiliser de coude de sertissage, seulement des coudes KMR.
• L’utilisation du pochoir de marquage fourni par le fabricant est impérative. Si le marquage n’est pas correct, le sertissage est considéré comme défectueux.
• Les tuyaux fortement rouillés peuvent être soudés, leur sertissage est en revanche interdit.
• Seul le personnel spécialisé et formé peut réaliser le sertissage.
• Une documentation interne à SWP, contenant les principales informations et les instructions du fabricant, a été établie pour le travail dans les fouilles.
• Tous les assemblages par sertissage sont documentés dans le système SIG.