août 11, 2026
Mélange de matériaux thermoplastiques pour canalisations
Contribution de Chris Illsley, chef de produit senior
Pour toute application, il devrait, en théorie, exister un matériau unique reconnu comme étant le le meilleur matériau adapté au système en question. Cependant, le meilleur matériau pour cette application dépend du point de vue adopté, et tous les composants du système ne sont pas disponibles dans toutes les options de matériaux. Le meilleur matériau est-il celui qui présente un coefficient de sécurité de 3 et une durée de vie de 100 ans ? Ou est-ce celui qui respecte le coefficient de sécurité minimal au moindre coût ? Peut-être s’agit-il de celui qui serait le plus facile à installer ? Le rôle d’un ingénieur consiste à peser le pour et le contre de chaque matériau et à sélectionner la meilleure option en fonction des besoins de l’application et des contraintes du maître d’ouvrage.
Dans la plupart des cas, cela implique de choisir un seul matériau capable de résister aux conditions de fonctionnement, avec un coefficient de sécurité modéré, afin d’obtenir le coût total de possession le plus bas possible. Cependant, il arrive parfois qu’il soit prudent, voire nécessaire, d’utiliser plusieurs types de thermoplastiques au sein d’un même système. Les différentes parties d’un système pouvant fonctionner dans des conditions très différentes, le choix d’un seul matériau n’est pas forcément optimal, et le mélange de matériaux peut permettre de réaliser des économies substantielles. Cette approche n’est toutefois pas sans compromis, et il est essentiel que les ingénieurs comprennent en quoi consistent ces défis et comment les surmonter.
Exemple n° 1 – UPW
D’après notre expérience, il existe quelques applications pour lesquelles le mélange de matériaux est particulièrement adapté. Les boucles de distribution d’eau ultra-pure (UPW) dans les usines de fabrication de semi-conducteurs en sont un excellent exemple. En raison de leurs exigences strictes en matière de qualité de l’eau, ces applications utilisent du PVDF naturel, car il présente les meilleures propriétés de lixiviation parmi tous les polymères disponibles dans le commerce. Les conduites d’alimentation en UPW, qui acheminent l’UPW du système de filtration jusqu’au point d’utilisation, doivent être fabriquées en PVDF afin de préserver la qualité de l’eau avant son utilisation.
Une fois arrivée au point d’utilisation, l’eau ultra-pure (UPW) non utilisée est renvoyée vers le système de filtration pour subir des étapes de polissage avant d’être réutilisée. Les exigences en matière de qualité de l’eau étant moins strictes pour la boucle de retour, il est courant d’utiliser du polypropylène (PP) de haute pureté. Cela permet au propriétaire de réaliser d’importantes économies, car le coût des tuyaux en PVDF est environ cinq à dix fois supérieur à celui du PP. L’utilisation de PVDF dans ce cas augmenterait inutilement le coût du système, puisque le module de filtration éliminera toutes les impuretés susceptibles d’être introduites par le PP.
Bien que la dilatation thermique soit un facteur dont les ingénieurs doivent tenir compte dans tout système thermoplastique, les différents matériaux présentent des coefficients de dilatation variés et doivent donc faire l’objet d’une prise en compte spécifique. Si le système est assemblé de manière rigide et soumis à d’importants écarts de température, cela peut entraîner des contraintes excessives au niveau des zones de jonction. La conception doit tenir compte de cette dilatation, ou bien il convient d’utiliser une connexion flexible.
Il convient également de garder à l’esprit que l’épaisseur de paroi nécessaire pour respecter la pression nominale d’un système UPW peut varier selon les matériaux. Dans ce cas précis, une épaisseur de paroi SDR 11 est requise pour le PP, tandis que seules des épaisseurs SDR 21 ou SDR 33 sont nécessaires pour le PVDF. Cela signifie que les diamètres intérieurs ne correspondent pas parfaitement. L’existence d’une telle disparité peut influencer le choix du type de raccord utilisé pour la transition. De plus, la perte de charge au niveau des différents matériaux variera et devra être prise en compte lors du dimensionnement de la pompe.
Le soudage par infrarouge (IR) ou par fusion bout à bout constitue généralement la meilleure méthode pour assembler des tuyaux, des raccords et des vannes dans un système de tuyauterie thermoplastique. Lorsqu’il est réalisé correctement, il permet d’obtenir un assemblage homogène sans perte de résistance. Toutefois, lorsque le système passe d’un matériau à un autre, le recours à un raccord mécanique est inévitable. Il est important de choisir un type de raccord adapté à l’application. Dans le cas de l’UPW, il doit s’agir d’un raccord présentant un minimum de fentes ou de zones mortes ; il est toutefois également courant d’utiliser des raccords à vis, des adaptateurs filetés et des raccords de tuyauterie avec des tuyaux flexibles comblant l’espace.
Exemple n° 2 – Vannes
Un autre exemple courant d’utilisation de plusieurs matériaux est celui d’une vanne intégrée à un système dont le corps est fabriqué dans un matériau différent de celui des tuyaux et des raccords. Tous les matériaux ne sont pas adaptés aux applications de vannes, car ils peuvent ne pas présenter les propriétés mécaniques requises pour résister aux forces auxquelles une vanne est soumise.
Les vannes en PVC sont couramment utilisées dans les réseaux en PEHD ou en PE100-RC. Bien qu’il existe des vannes à bille en polyéthylène (PE), les vannes en PVC sont souvent privilégiées en raison de leurs performances d’étanchéité et de leur fiabilité supérieures.
Les options de vannes sont limitées pour certains matériaux lorsque ceux-ci ne sont pas très répandus ou lorsque leurs propriétés techniques restreignent leur champ d’application. C’est notamment le cas de l’ECTFE. L’ECTFE est un matériau spécialisé généralement utilisé uniquement dans les applications acides les plus critiques et qui n’est pas disponible dans une large gamme de vannes. Il est parfois possible d’utiliser une vanne en PVDF à la place d’une vanne en ECTFE, en sachant toutefois que sa durée de vie risque de ne pas être équivalente à celle du système de tuyauterie en ECTFE. Par conséquent, un entretien plus fréquent ou un remplacement anticipé peuvent s’avérer nécessaires.
Une fois encore, le soudage n’étant pas envisageable pour des matériaux dissemblables, les composants doivent dans ce cas être assemblés mécaniquement. Idéalement, pour les vannes à raccordement intégral, un embout fabriqué dans le même matériau que la tuyauterie est fourni et peut être soudé au système. Il s’agit probablement de la méthode d’installation la plus harmonieuse et la plus fiable. Sinon, des raccords d’extrémité à bride ou filetés peuvent convenir.
Voici quelques autres exemples succincts de cas dans lesquels un mélange de matériaux pourrait être envisagé :
- Filtration de l’eau par UV : la lumière UV peut s’échapper du boîtier métallique d’un filtre UV et endommager un raccord en plastique. L’utilisation d’un ou deux coudes à 90 degrés en acier inoxydable permet de confiner les rayons UV et de limiter l’exposition du plastique à ceux-ci. Un raccord sanitaire ou à bride Tri-Clamp constitue une excellente solution pour assurer la transition entre l’acier inoxydable et le plastique.
- Du PP naturel au PP pigmenté : le polypropylène naturel, non pigmenté, est un matériau très utilisé pour les applications impliquant de l’eau de haute pureté, mais tous les composants ne sont pas facilement disponibles. Cependant, la quasi-totalité des variétés de polypropylène sont compatibles pour le soudage ; elles peuvent donc être assemblées par fusion directement, à condition que leur diamètre extérieur et leur épaisseur de paroi correspondent.
Quel que soit le scénario, il est important de faire preuve de diligence raisonnable et de vous assurer que les matériaux sont adaptés à l’application. Aucun matériau n’est idéal à tous les égards ; vous devez donc vous demander si l’application justifie une installation mixte. Si vous optez pour cette solution, gardez à l’esprit les considérations suivantes :
- Les coefficients de dilatation thermique varient et doivent être pris en compte lors de la conception.
- Les variations d’épaisseur de paroi peuvent avoir une incidence sur le dimensionnement de votre pompe.
- N’essayez jamais de souder des matériaux dissemblables ; utilisez le meilleur assemblage mécanique adapté à l’application.
- Vérifiez la compatibilité chimique.
Les équipes des services techniques et commerciaux d’Asahi/America se tiennent à votre disposition pour examiner votre application et vous aider à trouver la solution la mieux adaptée.