Pressions d'utilisation


Le cuivre est un métal malléable, mais il présente aussi des caractéristiques mécaniques très intéressantes lorsqu'il est utilisé comme élément d'un réseau de transport de fluides. La résistance mécanique des tubes de cuivre est en effet élevée puisque leur charge de rupture (Rm) varie de 220 MPa (1 MPa = 1 N/mm² = 10 bars) pour du cuivre recuit à plus de 290 MPa pour des tubes écrouis. Ces caractéristiques de base permettent d'éviter aux tubes toute déformation et leur confèrent une grande résistance aux chocs. Lorsqu'ils sont mis sous pression, les tubes de cuivre sont ainsi capables de résister à des contraintes élevées et les dernières innovations permettent d'atteindre des niveaux spectaculaires. À vos manomètres ! 

LE CALCUL DE LA PRESSION MAXIMALE ADMISSIBLE

Pour effectuer ce calcul, il existe une relation entre la pression d'utilisation à l'intérieur d'un tube et la contrainte de traction appliquée tangentiellement à la paroi, dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube.
Cette relation est donnée par la formule de Lamé suivante, valable jusqu'à une température de 200°C :



En pratique, un tube soumis à la pression P d'un fluide ne subira aucune déformation si la contrainte σ reste inférieure à la plus faible des valeurs limites caractéristiques du comportement du cuivre dans les conditions de sollicitation.

Ces valeurs limites dépendent de la température :
• Lorsque la température est inférieure à 200°C, il s'agit de la limite élastique (Rp0,2) déterminée à un intervalle de température donné. 
• Lorsque la température avoisine les 200°C, il s'agit de la contrainte de fluage (C, engendrant une déformation permanente de 0,1 % en 10 000 heures).
 

CONDITIONS D'UTILISATION
Par mesure de sécurité, ces valeurs limites font l'objet de l'application d'un coefficient de sécurité de 1,5. Ainsi, dans les calculs, il convient d'utiliser les valeurs des contraintes maximales admissibles calculées dans le tableau 1.




Outre le coefficient de 1,5 appliqué aux valeurs limites, une deuxième mesure de précaution est utilisée dans les calculs : les données employées par défaut sont celles relatives aux tubes recuits. En effet, les tubes écrouis peuvent avoir été recuits lors des opérations de mise en oeuvre. Compte-tenu de l'application de ces facteurs de sécurité, l'éclatement des tubes ne se produira que pour des valeurs de pression 5 fois supérieures à celles obtenues par le calcul. 

Par ailleurs, il faut noter que l'application de cette formule doit être limitée à des tubes dont le rapport épaisseur / diamètre extérieur est supérieur à 0,03 (e/D > 0,03). 
Enfin, les données obtenues sont valables sur l'ensemble de la durée de vie du tube (100 ans, selon la Fiche de Donnée Environnementale disponible sur la base www.inies.fr).

EXEMPLE DE CALCUL

Pour déterminer la pression maximale admissible pour un tube de cuivre 12 x 1 à une température inférieure à 110°C, on effectue donc le calcul suivant :


 

Le tableau suivant donne les principales valeurs des pressions d'utilisation en bars ainsi calculées pour des tubes de cuivre d'épaisseur 1 mm à des températures inférieures à 110°C :


 

 

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