Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les réseaux d’eau en service sont constitués de composants - tuyaux, raccords, robinetterie et accessoires - de canalisation en fonte. La fonte ductile, qui présente une résistance mécanique élevée, a remplacé la fonte grise. Cet article présente les technologies de canalisations en fonte ductile, notamment les procédés de fabrication, les concepts de produits, leurs fonctions et performances. Les systèmes de protections contre les agressions des sols et des eaux sont approfondis. Le cadre normatif est expliqué ainsi que les principes d’assurance qualité et de sécurité sanitaire. La fiabilité des réseaux en fonte et les aspects économiques montrent la pertinence de leur utilisation pour bâtir des réseaux d’eau. Les innovations technologiques en cours de développement sont présentées.
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In-operation water networks consist mainly of cast iron pipeline components: pipes, fittings, valves and accessories. Ductile iron has now replaced gray cast iron. It offers high mechanical strength and ductility. In this article, ductile iron pipeline technologies are reviewed in detail, including manufacturing processes, product concepts, functionalities and performance. Protection against the aggressions of soils and water is discussed. The normative framework is explained, along with the principles of quality assurance and sanitary security. The reliability data for ductile iron water networks and the economic aspects show the utility of using ductile iron components to build water networks. Technological innovations under development are highlighted.
Auteur(s)
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Pascal ALEXANDRE : Ingénieur civil des Mines (Nancy), docteur en sciences et génie des matériaux - Directeur adjoint recherche et développement, innovation et développement durable – Saint-Gobain PAM Canalisation, France - Président de la commission de normalisation AFNOR A48B, président du comité européen CEN TC 203 et ancien président du comité international ISO TC 5 / SC 2
INTRODUCTION
En France, et dans la plupart des pays dans le monde, les réseaux d’eau (transport, adduction et distribution d’eau potable et des eaux brutes) sont constitués principalement de composants en fonte : en fonte grise pour les plus anciens et surtout en fonte ductile pour ceux posés depuis les années 1960 et actuellement.
Les performances mécaniques du matériau fonte ductile sont élevées, similaires à celles des aciers. L’aptitude de la fonte ductile au moulage précis, par procédé de fonderie, ainsi qu’une meilleure résistance à la corrosion, permettent de produire efficacement une très grande palette de composants performants pour les réseaux d’eau. Ainsi, il est possible pour les maîtres d’ouvrage de constituer des réseaux homogènes, couvrant les diamètres 60 à 2 000 mm, en puisant dans la gamme complète les composants proposés. Les composants sont très divers tels que les tuyaux (à emboîtement, à bride), les raccords (coudes, tés, réduction, plaque pleine…), et accessoires (brides, contrebrides, dispositifs de verrouillages…). Les pièces de robinetterie des réseaux d’eau sont également fabriquées en fonte ductile.
Les tuyaux en fonte ductile sont fabriqués par la technique de centrifugation par coulée de la fonte liquide dans des moules métalliques rotatifs refroidis à l’eau. Les raccords sont fabriqués par coulée dans des moules en sable.
La qualité des produits est assurée par la conformité des produits aux normes et aux spécifications additionnelles propres à chaque fabricant. Ce dernier doit mettre en place un système d’assurance qualité basé sur un système de management de la qualité (NF EN ISO 9001), la réalisation rigoureuse des essais de performance et la mise en place d’un suivi du processus de fabrication.
Le rôle des normes est très important, notamment dans le cadre des appels d’offres publics. Les normes européennes (EN) et internationales (ISO), qui spécifient les caractéristiques essentielles des composants de canalisation en fonte ductile, sont présentées en détail. Ces normes ont évolué de façon importante, depuis les années 2000, en intégrant plus de caractéristiques fonctionnelles et performancielles.
Tous les composants de canalisation sont constitués d’une structure mécanique en fonte ductile protégée par des revêtements. Cette structure confère la résistance à la pression d’utilisation (pouvant aller jusqu’à 100 bar), la résistance aux charges des terres et roulantes, aux chocs, aux mouvements de terrain… Cette résistance élevée, grâce à l’utilisation du matériau fonte ductile et aux coefficients de sécurité utilisés en conception, permet de faire face aux nombreux aléas d’utilisation et est appréciée des maîtres d’ouvrage.
Les composants en fonte sont commercialisés avec des revêtements de protection qui permettent une utilisation dans tous les contextes, au-delà des performances intrinsèques du matériau fonte. Les revêtements extérieurs apportent une longévité élevée dans tous les sols. Les revêtements actifs, actuellement à base d’alliages de zinc et d’aluminium, sont utilisés pour les situations courantes. Les revêtements passifs (avec effet barrière, tels que polyéthylène, polyuréthane…) sont utilisés pour les sols les plus corrosifs. Des revêtements assurant une protection mécanique (mortier de ciment fibré) ou thermique (à base de mousse de polyuréthane) existent également. Pour les eaux d’analyse usuelle, les revêtements intérieurs sont à base de mortiers de ciment résistants aux sulfates. Pour les eaux agressives (eaux acides, eaux douces…) des revêtements barrières sont également utilisés (polyuréthane, époxy, thermoplastiques…).
L’étanchéité des jonctions entre composants est réalisée, en général, soit par des joints obtenus par emboîtage d’un bout uni dans une emboîture munie d’une garniture d’étanchéité en matériau élastomère (caoutchouc EPDM), soit par des jonctions à brides. Ces jonctions peuvent être verrouillées, ce qui apporte une résistance à l’effet de fond, évitant d’avoir à utiliser des massifs en béton aux singularités du réseau (coude, té, réduction de section…).
La sécurité sanitaire de l’eau véhiculée est assurée par des revêtements, qui sont en contact avec l’eau, soigneusement sélectionnés. En France, la conformité de ces revêtements à la réglementation des attestations de conformité sanitaire et des conformités aux listes positives est requise.
Les informations sur les réseaux d’eau, issues de publications scientifiques françaises et internationales, mettent en évidence la grande fiabilité des canalisations en fonte ductile.
Les données économiques permettent de bien appréhender le coût des projets de réseaux d’eau, notamment en mettant en évidence la part relative des composants de canalisation, selon les diamètres et selon les types d’environnement des poses (urbain ou rural).
Les tendances d’évolutions technologiques sont passées en revue. Elles mettent en évidence le rôle de plus en plus important de la dimension sécurité sanitaire des produits. Les autres voies de recherches sont nombreuses et dynamiques, aussi bien en termes de moyens de production, de matériaux innovants et de nouvelles fonctions, durant les opérations de pose et en service dans les réseaux d’eau.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
water | Ductile iron | pipe | water network
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2018 par Pascal ALEXANDRE
DOI (Digital Object Identifier)
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Production des tuyaux, raccords et accessoires en fonte ductile3. Propriétés mécaniques de la fonte ductile
3.1 Matériau fonte ductile
La fonte est un alliage de fer où le carbone est présent de façon substantielle sous forme de graphite. La teneur minimale en carbone est de 2,03 % (en fraction massique). Au-delà de 2,03 % de carbone, lors de la solidification de la fonte durant le refroidissement, il se forme du graphite ; la, ou les, phases métalliques ne pouvant accepter plus de carbone en solution à l’état solide .
Dans la fonte ductile, le graphite est présent sous forme de nodules dont la dimension est de l’ordre de quelques micromètres (figure 4). Les propriétés mécaniques de la fonte ductile, ainsi que des composants de canalisations produits avec ce matériau, découlent de cette forme sphéroïdale des nodules. Ce changement de morphologie du graphite a permis à la fonte traditionnellement fragile (au sens de la science des matériaux, c’est-à-dire présentant une rupture sans déformation plastique apparente) de devenir ductile .
HAUT DE PAGE3.2 Propriétés de la fonte ductile
Du point de vue de la structure métallurgique du métal, les fontes utilisées en canalisation sont de type ferritique ou ferrito-perlitique. L’utilisation d’une fonte totalement perlitique donnerait a priori une résistance mécanique plus élevée. Mais...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CADOR (J.-M.) - Le renouvellement du patrimoine en canalisations d’eau potable en France. - Rapport technique, université de Caen, France (2002).
-
(2) - TAKEUCHI (T.) - Current Situation and Issues of Water Distribution Pipes in Japan : Activities of JWRC (Japan Water Research Center). - mar. 2001.
-
(3) - American Waterwork Association - Buried No Longer: Confronting America’s Water Infrastructure Challenge - (2013).
-
(4) - SUN (R.) - Chinese DIP industrial market and LMH project. - International Cast Iron Pipe Systems Congress in Vienna, March 14 and 15 2016. (*)
-
(5) - Saint-Gobain PAM - Projet Doha North à Qatar. - https://www.youtube.com/watch?v=AYhZx4OHGKw
-
(6) - Saint-Gobain PAM - Projet Taksebt en Algérie....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Évaluation du cycle de vie environnemental et recyclage des tuyaux en fonte ductile utilisés pour l’eau - ISO 4370 - 2022
-
Tuyaux, raccords et accessoires en fonte ductile et leurs assemblages – Produits préisolés thermiques - NF ISO 9349 - 2018
-
Application des systèmes de canalisations en fonte ductile en pose sans tranchée – Conception des produits et mise en œuvre - ISO 13470 - 2012
-
Tuyaux, raccords et accessoires en fonte ductile et leurs assemblages compatibles avec les canalisations plastiques (PVC ou PE) pour la distribution d’eau et pour les connexions, réparations et remplacements des canalisations en plastiques - ISO 16631 - 2016
-
Conception de canalisations en fonte ductile résistant aux tremblements de terre et aux phénomènes de subsidence - NF ISO 16134 - 2020
-
Tuyaux, raccords et accessoires en fonte ductile et leurs assemblages – Revêtement extérieur à base de zinc – Partie 1 : zinc métallique avec couche de finition (en anglais) - ISO 8179-1 - 2017
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...
ANNEXES
Fascicules 70 et 71 – Marchés publics de travaux, Cahier des clauses techniques générales – Nouvelles éditions 2021 – Fascicule 70 – écoulements à surface libre – Fascicule 71 – Écoulements sous pression.
CCAG – Arrêté du 8 septembre 2009 portant approbation du cahier des clauses administratives générales applicables aux marchés publics de travaux.
Direction générale des finances publiques, Instruction M49 – Nomenclatures des services publics industriels et commerciaux Eau et assainissement.
Directive n° 98/83/CE du conseil du 3 novembre 1998 relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine.
Directive (UE) n° 2020/2184 du 16 décembre 2020 relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine.
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