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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée du chapitre portant sur l'étanchéité dynamique de l’article [B5420] "Étanchéité en mécanique" rédigé par Jean MARTIN en 2004.
RÉSUMÉ
L’étanchéité dynamique est une fonction fondamentale en mécanique de commandes hydrauliques et pneumatiques, et dans les réseaux de fluides. En cas de fuite de gaz ou de liquide, le fonctionnement de l’installation, mais également la sécurité sont alors mises à mal. Une étanchéité dynamique peut être, selon la nature du mouvement relative entre pièces, en translation ou en rotation. Cet article décrit les différents types d’étanchéité dynamique en rotation, et expose les solutions à mettre en œuvre en fonction du degré d’étanchéité attendue (relative, par fuite contrôlée ou rigoureuse).
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Abdelghani MAOUI : Ingénieur d’étude et prestations - Département de « Fluid and Sealing Technologies », Cetim, Nantes, France - Note de l'éditeur : Cet article est la réédition actualisée du chapitre portant sur l'étanchéité dynamique de l'article [B 5 420] « Étanchéité en mécanique » rédigé par Jean MARTIN en 2004.
INTRODUCTION
L’étanchéité en mécanique est dite dynamique lorsqu’elle est appliquée entre deux pièces en mouvement relatif, qui peut être un mouvement de rotation et/ou de translation. Lorsqu’il n’y a pas mouvement entre les pièces, l’étanchéité est dite statique. Cette dernière est traitée dans l’article [BM 5 418].
L'étanchéité dynamique est considérablement plus impliquée que l'étanchéité statique. Un joint dynamique doit étancher au repos, comme un joint statique. Il doit également être capable d'effectuer cette tâche en mouvement, en tenant compte des forces de frottement et de l'échauffement des surfaces dynamiques.
Le confinement d’un gaz ou d’un liquide, de par sa nature, n’est pas aisé. Le taux de fuite admissible dépend de la nature du fluide à étancher ; les fuites des fluides coûteux, toxiques, corrosifs, explosifs ou inflammables doivent être réduites au minimum. La durée de vie et la fiabilité des joints sont également des préoccupations majeures des utilisateurs pour réduire les temps d’arrêt des équipements et de processus.
Une défaillance du joint peut avoir de multiples conséquences, tant sur le plan de la disponibilité du matériel que sur celui du fonctionnement et aussi de la sécurité. Des exemples courants montrent que des ensembles fort complexes, tels que les trains d’atterrissage, peuvent connaître des ennuis importants par suite d’une simple fuite. Une bonne fiabilité en matière d’étanchéité dynamique n’est pas souvent facile à obtenir.
En effet, l’étanchéité dynamique fait appel à de nombreuses notions de physique et de chimie, où les propriétés des matériaux et des surfaces de contact dynamique tiennent une place importante. De plus, les problèmes à résoudre sont variés et doivent intégrer un nombre important de paramètres difficiles à optimiser simultanément. Les meilleures solutions en techniques d’étanchéité mécanique de manière générale et d’étanchéité dynamique en particulier ne sont presque toujours que le résultat de savants compromis.
Cet article est consacré aux étanchéités dynamiques en rotation. Il décrit les différentes technologies de joints dynamiques pour arbre tournant selon les différents degrés d'étanchéité : rigoureuse, maîtrisée et relative. Il complète l'article [BM 5 419] qui traite des scellés dynamiques en translation.
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1. Définition de l’étanchéité dynamique en rotation
L’étanchéité mécanique est la qualité de confinement dans un appareil d’un fluide, liquide ou gaz, mais aussi de très fines particules solides en suspension dans un gaz.
L’étanchéité mécanique est dite statique lorsque les pièces de contact sont immobiles, et dite dynamique lorsqu’il y a mouvement relatif entre les pièces de contact.
Selon la nature du mouvement entre les pièces en contact, on distingue deux types d'étanchéité dynamique, en translation ou en rotation.
Une définition plus détaillée de l’étanchéité et des différents types d’étanchéité est présentée dans le paragraphe 1 de l’article [BM 5 419].
Il est important de rappeler la définition des différents degrés d’étanchéité : rigoureuse, à fuite contrôlée et relative selon le débit énergétique de la fuite q :
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l’étanchéité rigoureuse, qui ne conduit à aucune fuite décelable avec les appareils de mesure utilisés ; ces appareils sont alors de très grande sensibilité et la fuite existante est extrêmement faible (q de l’ordre de 10−12 Pa.m3.s−1) ;
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l’étanchéité à fuite contrôlée, qui admet une fuite, mais déterminée à l’avance et pratiquement constante dans le temps ; ce type se rencontre essentiellement dans les étanchéités dynamiques ;
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l’étanchéité relative, qui admet une fuite, sa valeur dépendant de l’application du matériel ; elle peut varier dans une gamme très large allant de q = 10−12 à 10−1 Pa.m3.s−1, pour se situer le plus souvent entre 10−10 et 10−4 Pa.m3.s−1 ; c’est évidemment le cas le plus courant.
Une classification des principales technologies des étanchéités dynamiques en...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MARTIN (J.) - Manuel de l’étanchéité en mécanique. - P.P.I.-C.C.P. (1981).
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(3) - IDELC’IK - Mémento des pertes de charge. - Eyrolles (1969).
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(4) - RIOUT (J.) - Étude du fonctionnement des presse-garnitures. - Note Technique n° 14. Cetim (1976).
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(5) - Les joints d’étanchéité dans la construction mécanique. - Mécanique/Matériaux/Électricité n° 256.4 (1972).
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(6) - BUCHTER (H.H.) - Industrial Sealing Technology. - John WILEY & son (1979).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Garnitures mécaniques d’étanchéité – Lubrification hydrostatique.
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Garnitures mécaniques d’étanchéité – Comportement dynamique et thermique.
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Garnitures mécaniques d’étanchéité – Déformations des faces et applications.
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Garnitures mécaniques d’étanchéité – Cas des fluides compressibles et diphasiques.
NORMES
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Garnitures mécaniques d’étanchéité – Dimensions principales, désignation et codes matériaux. - NF EN 12756 - Avril 2001
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Bagues d’étanchéité à lèvres pour arbres tournants incorporant des éléments d'étanchéité en élastomère. Partie 1 : dimensions nominales et tolérances. - ISO 6194-1 - 2007
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Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : méthode du profil – Partie 2 : termes, définitions et paramètres d'état de surface. - NF EN ISO 21920-2 - 2022
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