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Auteur(s)
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Fabrice DAL MASO : Ingénieur en Génie mécanique de l’Université de technologie de Compiègne - Docteur ès sciences de l’École nationale supérieure du pétrole et des moteurs et de l’Université Paris VI - Chef de projet Polymères et Composites à l’Institut français du pétrole
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Lire l’articleINTRODUCTION
Tout concepteur de systèmes de canalisations utilise des codes de construction et des normes afin de dimensionner les tubes et les différents accessoires. Il lui est particulièrement important de connaître avec précision les modes de ruine des structures en fonction de l’environnement que le système de canalisations va rencontrer. Ainsi, les matériaux métalliques subissent la corrosion et leur ruine se manifeste alors par des fuites. Pour un tube métallique neuf testé en pression, l’ultime étape sera l’éclatement. Dans le cas des tubes en matériaux composites, l’éclatement est rarement constaté ; en effet, le mode de ruine le plus fréquent est le perlage. Ce phénomène spécifique a des conséquences économiques non négligeables et fait l’objet de cet article. Le lecteur trouvera au préalable un bref exposé sur la conception d’un système de canalisations. Ensuite, les paramètres qui influencent le perlage seront analysés. La structure des tubes fabriqués par enroulement filamentaire sera considérée, en particulier l’angle de bobinage et la présence d’un « liner » ou d’un « gel coat ». Les différents chargements mécaniques imposés aux tubes et les constituants du matériau composite (résine, ensimage des fibres) seront ensuite examinés.
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3. Structure des canalisations en composite
Un tube en composite est formé de plusieurs couches de matériaux.
Une couche interne, le gel coat , assure la résistance à la corrosion, à l’abrasion et permet d’obtenir un état de surface très lisse. Le gel coat est constitué soit de résine pure, avec éventuellement des charges minérales, soit d’un voile de fibres de verre E ou C riche en résine (jusqu’à 70 % en poids). Cependant, la couche interne peut elle-même être un tube en polymère thermoplastique ou en élastomère. C’est alors un liner .
Au-dessus de la couche interne, plusieurs couches de résines renforcées de fibres de verre procurent la résistance mécanique du tube. On les désignera par la suite par stratifié composite. La fraction volumique de verre dans ces couches est de l’ordre de 70 %.
Enfin, une couche externe assure la résistance à l’environnement (UV, corrosion, bactéries), au feu, aux chocs, et permet d’obtenir un meilleur aspect… On l’appelle parfois top coat . Elle est constituée d’une résine contenant des additifs et des pigments. Alors que les épaisseurs de gel coat et du stratifié composite sont définies par les normes ou les codes, la présence, la nature et l’épaisseur de la couche externe sont définies selon le besoin de l’utilisateur.
3.1 Procédés de fabrication
Les procédés de fabrication des tubes en composites sont principalement l’enroulement filamentaire et le moulage par centrifugation. Pour des applications particulières ou des structures non axisymétriques, les techniques de drapage manuel, de moulage au sac ou par compression peuvent être utilisées. En particulier, la plupart des accessoires (coudes, tés, dérivations, bouchons d’arrêt, etc.) sont fabriqués par drapage manuel, par compression et par moulage par injection de résine [10].
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Enroulement filamentaire
Ces techniques sont basées sur le principe de l’enroulement de fibres de verre continues sur un mandrin en rotation (figure 4). Le mandrin peut être le liner. Les fibres sont préimprégnées de résine ou imprégnées en ligne. L’angle de bobinage et le placement des fils sont assurés par le mouvement du guide-fil et par une tension constante. Lorsque l’épaisseur désirée est atteinte, la résine est réticulée...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NAYYAR (M.L.) - Piping Handbook. - McGraw Hill Inc., New York, 6th edition, 1580 p. (1992).
-
(2) - LEFÈBVRE (Y.) - Seawater circuits, treatments and materials. - Éditions Technip, Paris, 384 p. (1998).
-
(3) - JONES (M.L.C.), HULL (D.) - Microscopy of failure mechanisms in filament-wound pipe. - Journal of Materials Science, 14, p. 165-174 (1979).
-
(4) - BARRÈRE (C.) - Relations entre les propriétés de la résine et le phénomène de perlage de tubes composites verre-époxy. - Thèse de Doctorat de l'Université Paris VI, 206 p. (1998).
-
(5) - HULL (D.), LEGG (M.D.), SPENCER (B.) - Failure of glass/polyester filament wound pipe. - Composites, 9, no 1, p. 17-24, janv. 1978.
-
(6) - KRAWCZAK (P.) - Essais des plastiques renforcés. - Techniques...
ANNEXES
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1 À lire également dans nos bases
- 2 Normes et standards
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3 Événements
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4 Annuaire
- 4.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive) 4.1.1 Principaux constructeurs spécialisés
- 4.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
4.1.2 Quelques constructeurs non spécialisés et distributeurs
4.1.3 Quelques sociétés d'installation de tuyauterie
1 À lire également dans nos bases
COGNARD (P.) - Applications des composites anticorrosion dans l'industrie. - [COR 502] Traité Corrosion Vieillissement (2005).
GODART (H.) - Adduction et distribution d'eau. - [C 5 195] Traité Génie civil (2000).
BERBAIN (F.), CHEVALIER (A.) - Mise en œuvre des composites. Méthodes et matériels. - [A 3 720] Traité Plastiques et Composites (1997).
...
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