Brevet FR2792245A1 — publié le 20001020

Procédé et moyen de soudage de tubes en matières plastiques polymères. La présente invention concerne une technique originale de soudage bout à bout de tuyaux en plastiques polymères. Elle est plus particulièrement relative à la conception et à la mise en ceuvre de manchons de soudage constitués, en tout ou partie, de polymères conducteurs électroniques ou de matériaux composites à base de polymères chargés en matières électriquement conductrices. Le transport de fluides, liquides et gaz, peut être de longue date traité par la mise en ceuvre de canalisations en matériaux polymères. Parmi ceux-ci, il est fait 1o un emploi large de tubes en polyéthylène haute densité (PEHD), notamment pour la mise en place de réseaux enterrés de distribution d'eau et de gaz combustibles. De tels réseaux sont constitués de tubes, dont les diamètres sont fonction des débits et pertes de charges prévus. Le raccordement de ces tubes, qui peuvent donc être réalisés en une large gamme de diamètres, est le plus souvent obtenu par des techniques de soudure, l'objectif impératif de l'opération de jonction étant d'assurer une étanchéité parfaite aux fluides, et une tenue mécanique comparable à celle du corps de tuyau. Deux types de techniques sont ainsi largement mis en application: - la technique dite au miroir, qui permet de rendre jointives par fusion, deux extrémités de tubes qui sont alors accolées, la technique du manchon chauffant, qui consiste à insérer les deux extrémités de tubes à souder dans un manchon extérieur de même nature chimique intégrant une résistance électrique. La mise en température de celle-ci provoque une fusion partielle, et donc une soudure, à la fois de l'intérieur du manchon et des parties de tubes insérées dans celui-ci. La première technique présente un inconvénient majeur de risque de rupture de la soudure. En effet, la surface de contact de la soudure est très faible, puisque limitée aux sections des deux tubes accolés. Les tubes enterrés peuvent se trouver soumis à des contraintes mécaniques telles qu'elles peuvent provoquer la rupture de la soudure, le risque étant particulièrement marqué pour les tubes de grands diamètres. La seconde technique permet de résoudre ce problème de rupture dans la mesure o la surface de soudure est considérablement accrue, et correspond à la surface interne du manchon. L'inconvénient tient ici au coût de la technique, lié à la réalisation du manchon, au sein duquel sont insérés la résistance électrique et des contacts d'amenée de courant. Ces contacts doivent relier la résistance chauffante à l'extérieur du manchon, pour connexion à une alimentation électrique. Une telle réalisation est complexe et coûteuse. -2- Afin de répondre avantageusement au problème posé, la présente invention propose de réaliser la soudure de tubes polymères dans un manchon constitué en tout ou partie de polymères conducteurs électroniques ou de matériaux composites à base de polymères et chargés en matières électriquement conductrices. Dans le cadre de la présente invention, le manchon conçu et mis en oeuvre, doit répondre aux caractéristiques suivantes: son diamètre intérieur est tel que les deux extrémités de tubes à relier viennent s'emboîter à l'intérieur du manchon de manière ajustée, 10. une partie au moins du manchon est réalisée en un matériau polymère conducteur ou en un composite conducteur à base de polymère; si la surface interne - au moins - du manchon est constituée de ce matériau conducteur, son polymère constitutif ou de base doit être compatible avec le matériau des tuyaux à relier, en termes de capacité à se souder avec eux, e il comporte au moins deux points de prise de contact électrique pour alimentation du matériau électriquement conducteur en énergie électrique en vue de son chauffage par effet Joule. Le matériau conducteur est un polymère intrinsèquement conducteur ou un polymère rendu conducteur de l'électricité, par l'introduction en son sein de charges conductrices. Celles-ci peuvent notamment être constituées de matériaux de natures et mises en forme diverses, telles que polymères conducteurs électroniques, carbone (ou graphite), métaux ou céramiques conductrices, et se présenter par exemple sous la forme de fibres ou particules. Elles peuvent également être constituées par des combinaisons de divers composants conducteurs, telles que notamment des dépôts de polypyrrole ou de polyaniline sur des fibres, particules ou billes de polymères, de verre ou de roche, ou des dépôts métalliques, par exemple de cuivre, laiton, fer, nickel,..., sur les mêmes fibres, particules et billes. Si la surface interne au moins du manchon est constituée du matériau conducteur, celui-ci est un polymère ou un composite dont le polymère de base est compatible avec le matériau des tubes à relier par soudure, cette compatibilité signifiant que, par chauffage de la zone que l'on souhaite souder, on obtient une soudure effective entre le matériau conducteur du manchon et le polymère constitutif des tubes. Ainsi, par exemple, avec des tubes réalisés en polyéthylène haute densité, le matériau conducteur, s'il est présent au moins sur la surface interne du manchon, pourra notamment être constitué à base de polyéthylène. Son constituant polymère pourra par exemple, pour être rendu conducteur, être chargé en poudres de polymères conducteurs et / ou de carbone et / ou 4o de métaux et / ou de céramiques conductrices, et/ou en fibres revêtues de -3 - polymère conducteur ou de métal. On peut également revêtir d'une couche métallique, par dépôt sous vide ou chimique, ou d'une couche de polymère conducteur, par dépôt chimique, tout ou partie des billes de polyéthylène destinées à entrer dans l'injection ou l'extrusion du manchon. Les mêmes types de revêtement peuvent s'appliquer aux billes d'autres polymères de base à injecter ou extruder. La soudure que l'on cherche à obtenir entre l'intérieur du manchon et les parties externes des embouts de tubes qui y sont insérés, doit permettre d'éviter toute fuite des fluides véhiculés. On se doit donc d'écarter tout risque de non io continuité de la surface de soudure. C'est pourquoi il convient, dans le cadre de l'invention, d'introduire la plus faible quantité possible de matière non fusible au niveau de la face interne du manchon. Cet objectif rend avantageuse l'utilisation de fibres rendues conductrices, éventuellement en combinaison avec des poudres conductrices, de telles mises en forme permettant de maximiser lI'efficacité du réseau conducteur pour de faibles quantités de matières conductrices. Les fibres polymères revêtues d'un matériau conducteur sont avantageusement de même composition chimique que le polymère de base du composite, qui doit être rendu conducteur, ou d'une nature approchante. La résistance électrique du matériau conducteur peut être ajustée grâce au choix de la charge conductrice, de sa mise en forme, et de la quantité introduite. Une adjonction, par exemple, de quelques fractions d'un polymère intrinsèquement conducteur électronique dans le polymère de base du composite, peut permettre d'obtenir le niveau de conductivité requis pour l'application. Ainsi, des quantités de l'ordre de 5 à 10 % en poids par exemple, de polypyrrole mélangée à du polyéthylène, peuvent-elles suffire pour certaines formes de mise en oeuvre, dans le cadre de l'invention. La réalisation du manchon lui-même peut être effectuée par tout moyen, dans le cadre de la présente invention. A titre d'exemples non limitatifs de réalisation du manchon selon l'invention, on proposera ci-après plusieurs conceptions offrant une grande commodité d'utilisation et permettant de maintenir des coûts de fabrication propres à conférer un réel intérêt économique à l'invention. Le manchon peut être constitué par l'association d'une couche externe non conductrice et d'une couche interne constituée par le matériau conducteur, pouvant notamment être obtenues par co-extrusion ou par injection. En pareil cas, il est notamment possible que deux orifices au moins soient ménagés dans l'épaisseur de la couche non conductrice externe pour permettre, à travers celle-ci, de réserver des zones de contact, par la surface externe du manchon, avec la couche interne de matériau conducteur. Par ces ouvertures donnant accès à la couche interne conductrice, seront pris les contacts avec -4- I'alimentation électrique chargée de fournir le courant nécessaire au chauffage du matériau conducteur. Si deux orifices seulement sont retenus, ils peuvent avantageusement être placés chacun près d'une extrémité différente du manchon, sur la même génératrice ou, de manière encore plus favorable à un chauffage qui soit le plus homogène possible, sur deux génératrices diamétralement opposées. La figure 1 présente une vue en coupe selon un plan situé dans l'axe de sa longueur, d'un manchon 1 enserrant deux extrémités d'un tube 5 et d'un tube 6 à relier. Le manchon est composé d'une couche externe 2 non conductrice et d'une couche io interne 3 du matériau conducteur. Les orifices sont figurés en 4, étant ici placés sur deux génératrices diamétralement opposées, ils sont également positionnés chacun à proximité de chacune des extrémités du manchon. Sans sortir du cadre de la présente invention, il peut être avantageux, notamment sur des manchons de grand diamètre, de réserver un plus grand nombre d'orifices pour contact électrique. Ceux-ci peuvent alors par exemple être disposés en étoiles sur un certain nombre de génératrices choisies de manière à être sensiblement équidistantes entre elles, et sur deux ou plus de deux circonférences. La figure 2, qui présente une coupe du manchon selon un axe perpendiculaire à sa longueur, montre une présentation possible en étoile d'orifices 4 sur l'une des circonférences du manchon 1, à travers sa couche externe non conductrice 2, jusqu'à sa couche interne en matériau conducteur 3. Le contact électrique peut être pris à travers ces orifices par tous moyens appropriés et adaptés à la mise en forme choisie, et notamment des pinces permettant d'assurer un contact avec la couche conductrice à travers chacun des orifices ménagés dans l'épaisseur de la couche externe non conductrice. Un manchon constitué de deux couches comme décrit ci-dessus, peut également présenter, ainsi que cela est schématisé en figure 3, une couche de matériau conducteur 3 de plus grande longueur que la couche non conductrice 2. De la sorte, la couche non conductrice 2 laisse apparaître, en surface externe du manchon 1, des zones A du matériau conducteur 3, à chaque extrémité dudit manchon. Cette configuration peut être jugée commode pour un contact électrique opéré au moyen de deux pinces venant enserrer tout ou partie des zones A. Il est par ailleurs également possible d'effectuer le chauffage du manchon par induction, auquel cas les contacts directs avec sa couche conductrice ne sont pas nécessaires. Le manchon peut également être constitué de trois couches superposées, successivement et en partant de l'extérieur, une couche non conductrice, une couche de matériau conducteur, et une couche non conductrice, cette dernière -5 - étant compatible voire de même composition chimique que celle des tubes à assembler par soudage. Ici encore, il convient que la couche interne non conductrice soit suffisamment fine pour subir une fusion au moins partielle, y compris au contact des extrémités des tubes à relier, pour se souder à elles. Sans sortir du cadre de la présente invention, on peut munir le manchon de tous dispositifs propres à fournir une indication certaine du niveau de fusion du matériau conducteur, tels que, notamment, des regards avec jauges ou des indicateurs de température, quel qu'en soit le principe. On ne sort pas d'avantage du cadre de l'invention si les tubes à souder sont eux- ]o mêmes revêtus à leur surface, et au moins à leurs extrémités destinées à être soudées, d'une fine couche de polymère intrinsèquement conducteur ou d'un composite conducteur à base de matière polymère. Cette présence est de nature à faciliter l'opération de soudage en permettant une meilleure diffusion thermique et donc une fusion plus aisée dans la couche superficielle des embouts de tubes. A contrario, cette couche externe conductrice est préférablement d'épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur totale du matériau du tube, afin que l'intérieur de celui-ci ne se déforme pas lors du soudage. On signalera ici que la présence de matériau conducteur au niveau des manchons peut présenter l'avantage complémentaire d'aider au repérage électromagnétique des canalisations enfouies. Si la longueur totale des tubes est recouverte de matériau électriquement conducteur, le repérage ne peut qu'en être facilité. Naturellement, et comme il résulte largement de ce qui précède, l'invention n'est nullement limitée aux modes et exemples de réalisation qui ont été fournis à titre d'illustrations, mais en embrasse toutes les variantes. -6- REVENDICATIONS 1. Manchon de soudage de tubes de matière plastique polymère dont le diamètre est tel que les deux extrémités de tubes à relier viennent s'emboîter à l'intérieur du manchon de manière ajustée, caractérisé en ce que une partie au moins dudit manchon est réalisée en un matériau électriquement conducteur constitué en polymère conducteur électronique ou en un composite à base de polymère et contenant des charges conductrices. 2. Manchon de soudage de tubes de matière plastique polymère selon la revendication 1, caractérisé en ce que, s'il est appelé à être chauffé par contact physique direct, il comporte au moins deux points de prise de contact électrique pour alimentation du matériau électriquement conducteur en énergie électrique en vue de son chauffage. 3. Manchon de soudage de tubes de matière plastique polymère selon la revendication 1, caractérisé en ce que les charges conductrices du matériau conducteur sont constituées de polymères conducteurs et / ou de carbone et / ou de métaux et I ou de céramiques conductrices. 4. Manchon de soudage de tubes de matière plastique polymère selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les charges conductrices du matériau conducteur sont présentes sous forme de particules, poudres, billes, fibres, et / ou dépôts réalisés à la surface de fibres et I ou à la surface de tout ou partie des billes de polymère utilisées pour l'extrusion ou l'injection dudit manchon. 5. Manchon de soudage de tubes de matière plastique polymère selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si sa partie intérieure appelée à se trouver placée au contact des embouts de tubes à relier est constituée en matériau conducteur, celui-ci est un polymère ou un composite dont le polymère de base peut se souder au matériau constitutif desdits tubes. 6. Manchon de soudage de tubes de matière plastique polymère selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les points de prise de contact électrique pour alimentation du matériau électriquement conducteur en énergie électrique sont disposés en étoile sur un certain nombre de génératrices sensiblement équidistantes et sur deux ou plus de deux circonférences du manchon. 7. Procédé de soudage de tubes de matière plastique polymère, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre, pour le soudage bout à bout de deux extrémités de tube, un manchon à l'intérieur duquel lesdites extrémités sont emboitées, une partie au moins dudit manchon étant réalisée en un matériau électriquement conducteur constitué en polymère conducteur électronique ou en un composite à base de polymère et contenant des charges conductrices. 8. Procédé de soudage de tubes de matière plastique polymère selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie conductrice du manchon est chauffée par effet Joule, par contact électrique direct ou par induction, induisant une fusion partielle et une soudure entre l'intérieur du manchon et la surface des extrémités de tubes insérées dans le manchon. 9. Procédé de soudage de tubes de matière plastique polymère selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que, pour un chauffage par application directe d'une tension électrique, le courant est amené au contact du matériau conducteur du manchon, par des contacts extérieurs reliés à une source d'énergie électrique. 10. Procédé de soudage de tubes de matière plastique polymère selon les revendications 7, 8 et 9, caractérisé en ce que, pour un chauffage par effet Joule, le courant est amené au contact du matériau conducteur du manchon par des pinces contacts.