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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée du chapitre étanchéité dynamique de l’article B5420 Étanchéité en mécanique, rédigé en 2004 par Jean MARTIN.
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 translation, et expose les solutions à mettre en œuvre en fonction du degré d’étanchéité attendue (relative, par fuite contrôlée ou rigoureuse) et du type de liaison concernée (dynamique en translation ou dynamique en rotation).
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Abdelghani MAOUI : Ingénieur d’étude et prestations - Affiliation Département de « Fluid and Sealing Technologies », Cetim, Nantes, France
INTRODUCTION
L’étanchéité en mécanique est dite dynamique lorsqu’elle est appliquée entre deux pièces en mouvement relatif, soit 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. Non seulement un joint doit empêcher l'écoulement de certains fluides, comme dans le cas d'une étanchéité statique, mais il doit également être capable d'effectuer cette tâche en mouvement et avec des forces de frottement à prendre en compte.
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 pour lesquelles 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.
Le présent article traite les étanchéités dynamiques dites en translation dans lesquelles le mouvement relatif entre les pièces d'étanchéité est linéaire. Il présente une introduction des différents types et degrés d'étanchéité, puis il décrit les différentes technologies d'étanchéité dynamique en translation selon chaque degré d'étanchéité, rigoureuse, contrôlée et relative. Les étanchéités dynamiques en rotation sont traitées dans l'article [BM 5 420].
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des notations utilisées.
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Notations
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6. Glossaire
bague anti-extrusion ; back-up ring
Dispositif semblable à une rondelle d'un matériau relativement dur et résistant installé du côté aval d’un joint (joint torique, joint U, etc.) pour empêcher l'extrusion du joint dans l'espace diamétral sous pression.
bague de guidage ; guide ring
Bague supportant des charges radiales et assurant le guidage des tiges et des pistons des vérins.
cavitation ; cavitation
Bulles d’air présentes dans l’huile pouvant être rapidement comprimées jusqu’à l’implosion.
collé-glissé ; stick-slip
Mouvement saccadé parfois observé dans les vérins hydrauliques dû à la différence de frottement statique et dynamique.
dégradation thermique ; thermal degradation
Modification irréversible et indésirable des propriétés d'un matériau due à une surchauffe.
effet Diesel ; Diesel effect
Effet dû à l'air rapidement comprimé se trouvant échauffé jusqu'au point d'auto-inflammation du mélange air-huile, d'où la brûlure ou la fusion du joint. La pression locale peut atteindre 5 à 6 fois la pression de service.
élasticité ; elasticity
Propriété d'une substance qui lui permet de modifier sa longueur, son volume ou sa forme en réponse directe à une force effectuant un tel changement et de reprendre sa forme d'origine lors de la suppression de la force.
élastomère ; elastomer
Substance caoutchouteuse élastique, telle que du caoutchouc naturel ou synthétique.
état de surface « étanchéité dynamique » ; surface finish
Rugosité relative, généralement exprimée en microns, des surfaces dynamiques d’étanchéité (surfaces d’arbre tournant, de tige glissante, etc.) ou encore des joints d’étanchéité notamment pour les matériaux durs (plastique, carbon, etc.). Plus le nombre est petit, plus la finition est lisse. En étanchéité dynamique, les paramètres de rugosité Ra, Rz et Rmr sont généralement considérés.
extrusion « joint » ; extrusion « seal »
Distorsion, sous pression, d'une partie d'un joint dans le jeu entre les pièces métalliques d'accouplement.
faux-rond ;...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTIN (J.) - Manuel de l’étanchéité en mécanique. - P.P.I.-C.C.P. (1981).
-
(2) - IDELC’IK - Mémento des pertes de charge. - Eyrolles (1969).
-
(3) - RIOUT (J.) - Étude du fonctionnement des presse-garnitures. - Note Technique n° 14. Cetim (1976).
-
(4) - Les joints d’étanchéité dans la construction mécanique. - Mécanique/Matériaux/Électricité n° 256.4 (1972).
-
(5) - BUCHTER (H.H.) - Industrial Sealing Technology. - John WILEY & son (1979).
-
(6) - FLITNEY (R.) - Seals and Sealing Handbook. - Elsevier, fifth edition (2007).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Transmissions hydrauliques et pneumatiques – Joints toriques – Partie 1 : diamètres intérieurs, sections, tolérances et code d’identification dimensionnelle. - ISO 3601-1 - 2012
-
Transmissions hydrauliques – Vérins – Dimensions et tolérances des logements de joints d’étanchéité pour pistons et tiges de piston à simple effet dans les applications à mouvement alternatif. - ISO 5597 - 2018
-
Vérins hydrauliques – Dimensions et tolérances des logements pour joints en élastomère renforcé par des matières plastiques. Partie 2 : Logements de joints de tige. - ISO 7425-2 - 2021
-
Transmissions hydrauliques et composants – Ensemble de garnitures à lèvres multiples – Méthode de mesurage des hauteurs. - ISO 3939 - 1977
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Transmissions hydrauliques – Vérins – Logements de piston d’étanchéité pour tiges de piston et pistons – Dimensions. - NF E48-040 -
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Transmissions hydrauliques – Vérins – Logements de joints pour tiges de piston à application bas frottement – Dimensions. - ...
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