Plomberie

thumb|Outils de plomberie :1 : cintreuse2 : matrice à collets battus3 : coupe tube.
La plomberie est une spécialité de l'ingénieur en mécanique appliquée au bâtiment et du plombier spécialisé, regroupant l'ensemble des techniques utilisées pour faire circuler des fluides (liquide ou gaz) à l'aide de tuyaux, tubes, vannes, robinets, soupapes, pompes aux différents points d'usage d'une installation. Le mot a pour origine le terme latin pour plomb (plumbum) et provient de l'utilisation de ce métal malléable pour réaliser les installations de plomberie au cours des siècles précédents.

Ces techniques se sont améliorées au fil du temps grâce à l'évolution des connaissances scientifiques et à leur mise en application. Les premières applications systématiques de la plomberie ont été la mise en service de la gravité et des premières pompes, en agriculture, pour l'irrigation au moyen de pentes et de fossés.

Histoire et objectif

Le drainage des appareils de plomberie 

Pour obtenir une bonne efficacité du renvoi d'un appareil, des évents sont nécessaires pour permettre le passage de l'air. Quand nous mettons de l'huile dans le moteur d'un véhicule à partir d'une canette métallique, on perce le dessus du contenant à deux endroits opposés sur le couvercle. Le but est de permettre un écoulement régulier par l'introduction d'air dans la boite. La même procédure s'applique pour la tuyauterie afin de faciliter la vidange des appareils sans que le siphon se désamorce à la fin du cycle.

Principes en Amérique 

L'installation de la plomberie est régie en Amérique du Nord par des codes d'installation strictes de type directifs et/ou de performance.

Les codes directifs obligent l'installateur à faire ceci ou cela. Le code de performance décrit le rendement minimum que l'installation doit rencontrer. Les nouveaux codes en préparation sont des codes de performance.

Pour obtenir le droit de travailler dans sa spécialité, l'artisan obtient sa carte de compétence après avoir suivi un cours plus ou moins long dépendant de la spécialité embrassée. Des stages de formation viennent compléter les études : en 2009 l'entrepreneur doit posséder sa carte de compétence pour le gaz naturel, pour la vapeur, les gicleurs, la soudure de pipeline, en fonction de sa spécialité.

Pour travailler dans le domaine institutionnel, commercial ou industriel le plombier doit savoir lire les plans, connaître les mesures de sécurité, avoir une expérience des matériaux, leur manipulation, leur installation, de leur résistance, connaitre les supports et ancrages appropriés, etc.

Distribution d'eau (courbe de Hunter) 

Le  Roy B. Hunter du National Bureau of Standards, actuellement NIST, a développé des tables pour déterminer les charges de la demande pour les appareils de plomberie. Ces courbes basées sur la probabilité simultanée d'utilisation des appareils, a permis d'élaborer un graphique de la demande pour éviter le sous ou sur-dimensionnement de la tuyauterie. Ce graphique simple à utiliser est reconnu comme fiable par la communauté des concepteurs et ingénieurs.
La courbe de Hunter a été construite à partir de l'appareil unitaire qui s'appuie sur le débit d'eau du plus petit appareil de plomberie (le robinet d'un lavabo vaut un appareil unitaire).

Il s'agit d'un outil auquel le concepteur doit ajouter son jugement, parce que cette courbe ne peut être utilisée pour un réseau municipal ou un gros édifice à logements (un édifice multi-logements). Les théâtres, arénas, lieux de rassemblement publics font partie des exceptions qui sortent de la courbe ; par exemple : quand il y a une partie d'un sport national à la télé, entre les périodes de jeu tout le monde va uriner en même temps, ce qui fausse cette courbe de demande.

Matériaux 

Les matériaux utilisés pour la tuyauterie sont :

 l'acier inoxydable ;
 l'argile ;
 le bambou ;
 le cuivre ;
 le laiton ;
 le verre ;
 les thermoplastiques pour aqueduc : PVC, PE, PP ;
 le ciment : amiante-ciment pour aqueduc, ciment armé pour le pluvial ;
 la fonte : fonte grise centrifugée pour le sanitaire, fonte ductile pour aqueduc ;
 l'aluminium doublé de thermoplastique pour le pluvial ;
 la glaise vitrifiée pour le drainage souterrain ;
 d'autres matériaux approuvés pour une utilisation spécifique.

Parmi ces matériaux, le plombier utilise préférentiellement ceux qui relèvent de la mécanique appliquée au bâtiment, notamment ceux destinés au sanitaire. La tuyauterie pluviale (drainage), au-delà d'un mètre à l'extérieur de l'édifice, relève quant à elle du génie civil.

Les raccordements entre les tuyaux peuvent être faits par :

 joints mécaniques,
 compression (pour les tuyaux de fonte, certains tuyaux de plastique et de glaise vitrifiée),
 étoupe/plomb pour les tuyaux de fonte avec cloche,
 joints taraudés ou joints filetés ou soudage pour les tuyaux d'acier,
 brasage pour les tuyaux de cuivre,
 ciment pour les tuyaux de ciment,
 fusion pour les tuyaux de plastique,
 joints toriques pour les tuyaux PER ou .

Le choix de la robinetterie est important selon le produit qui est acheminé dans la tuyauterie et en fonction de l'application. Lorsque l'utilisation de pompes s'impose, une attention particulière doit être apportée à la cavitation qui peut se produire dans certaines applications et/ou circonstances.
Ainsi pour contrôler des gaz, un robinet à pointeau ou un robinet à boisseau sera utilisé plutôt qu'un robinet vanne.

Un robinet à boulet, ou robinet à bille, peut avantageusement remplacer un robinet à vanne pour les petits diamètres. Les robinets à soupape ou à jupe se prêtent mieux au contrôle du débit. Le robinet à vanne sert à arrêter le passage du fluide et non à en contrôler le débit. Une vanne papillon offrira un service semblable à la vanne pour les grands diamètres ( et plus), elle peut aussi servir au contrôle du débit avec une certaine efficacité.

Les raccordements cuivre/acier sont à éviter. L'usage d'un raccord de bronze ou d'un joint diélectrique permet d'éviter la corrosion galvanique.

La tuyauterie rigide doit être supportée à intervalles tandis que la tuyauterie flexible doit être supportée sur toute sa longueur. Il est important de noter que pour les édifices en hauteur et les édifices où il y a rassemblement de nombreuses personnes, des ancrages parasismiques doivent être ajoutés comme dans les hôpitaux, arénas et les lieux publics.

Étant donné la grande diversité des matériaux, la disponibilité de ceux-ci, le travail du choix final implique aussi la responsabilité de l'entrepreneur installateur et ainsi la responsabilité de l'ingénieur. Le représentant de la compagnie qui vend ou fabrique les nouveaux matériaux sur le marché fait connaître ceux-ci à l'ingénieur et à l'entrepreneur. . Il est aussi possible qu'une mauvaise application d'un bon produit cause le problème.

Lors de grands projets, c'est l'ingénieur en mécanique appliquée au bâtiment qui spécifie les matériaux à utiliser, prépare les plans et devis, surveille l'exécution des travaux, et/ou assume la responsabilité de l'installation et/ou partage celle-ci pour autant que toutes les règles de l'art aient été respectées par l'entrepreneur en plomberie.

Application géographique 

Le travail du plombier s'arrête à un mètre du mur extérieur du bâtiment. À partir de là jusqu'à l'égout public ou à la fosse septique, c'est l'égout de bâtiment. Les travaux pour l'égout de bâtiment sont plutôt exécutés par l'entrepreneur général tout comme le terrassement, le pavage, etc.

Le terme plomberie couvre plusieurs corps de métiers. Tous visent à la mise en pratique de principes scientifiques (ingénierie) comme la thermodynamique, la gravitation, la viscosité des fluides, pour le confort et la salubrité. (les sciences biologiques et médicales sont intimement reliées à la notion de confort. - Le confort est reliée au fait que le corps humain est homéotherme ; c’est-à-dire que la température intérieure du corps doit être constante. - Le confort c'est dissiper notre surplus de chaleur à la même vitesse qu'on la fabrique.)

Les principes scientifiques sont appliqués en réfrigération (voir Sadi Carnot) (avec un gaz, de l'eau), en chauffage avec un caloporteur (l'eau, le glycol, la vapeur), en protection incendie (par des systèmes de gicleurs automatiques), les systèmes d'extinction incendie au CO, les systèmes de vacuum, le transport d'huile ou du gaz naturel, air comprimé, gaz médicaux, industrie chimique et pétrochimique, industrie alimentaire, etc.

La plomberie couvre aussi de nos jours le transport de l'eau pour divers usages dont plus usuellement les applications domestiques et résidentielles.

On sait que pour le traitement des eaux usées il est toujours plus facile de purifier l'eau le plus près possible de sa source polluante.

Parmi les applications nouvelles et les matériaux plus facilement utilisables, il y a le PER (PEX en anglais)

Égout de bâtiment : 

 Combiné : canalise les eaux pluviales, sanitaires ou industrielles
 Sanitaire : canalise exclusivement les eaux sanitaires
 Pluvial : canalise exclusivement les eaux pluviales

Applications nouvelles 
La plomberie est devenue beaucoup plus accessible aux bricoleurs dans la mesure où il n'est plus nécessaire d'avoir tout l'outillage et le savoir-faire, particulièrement pour le brasage. On trouve actuellement des composants en plastique qui s'assemblent par simple collage (CPVC chlorure de polyvinyle) ou des raccords à visser permettant le raccordement des différents accessoires (robinets, etc.) ou à une ancienne installation en cuivre. Il existe même des tuyaux souples comme le PER (Polyéthylène Réticulé haute densité) pour l'intérieur et le PE (Polyéthylène basse densité) pour l'extérieur (arrosages, fontaines, mares...).

Il reste cependant au bricoleur à savoir schématiser son installation.
Dans cette lignée, il y a aussi le Duratec Système Airline qui est destiné à l'air comprimé et aux gaz. Ce tuyau d'aluminium est chemisé de plastique et est doublé à l'intérieur par du plastique. Les raccords sont dotés de joints toriques.
 
Notez aussi que le PER est appelé PEX dans le monde anglo saxon.

Ce système est réputé pour son application en matière de distribution de l'eau dans une résidence unifamiliale, duplex, maison préfabriquée ou roulotte, du plus elle considérée comme très économique. Un outil spécial doit être utilisé pour réaliser de bons raccordements et de bons joints. Cependant, pour les immeubles d'habitation collective de 6 logement et plus ainsi que pour les édifices publics, on recommande l'utilisation du cuivre à cause des propriétés bactériostatiques de ce métal.

Cependant pour une application à logements multiples on devrait augmenter la tuyauterie d'un diamètre à cause des joints et raccords qui ont un diamètre plus petit que la tuyauterie. Cette restriction crée une turbulence dans l'écoulement du fluide, d'où une perte de pression qui oblige à l'augmentation de diamètre de la tuyauterie. Par contre ce type de tuyau flexible permet de sauver sur les raccords et joints tel que coudes 90 ou 45 et permet ainsi d'effectuer les changements de direction par de grands rayons, ce qui facilite l'écoulement linéaire sans turbulence.

Évacuation des eaux

Pollution 
Pour combattre la pollution des lacs et rivières par les eaux usées, des précautions s'imposent. Le traitement le plus économique et le plus efficace doit être fait à la source.

Économie de l'eau 

Pour éviter la pollution, l'économie des eaux potables est requise. Il est aussi possible de réutiliser les eaux pluviales, en les stockant, et de les utiliser pour l'arrosage des pelouses, pour l'évacuation des cuvettes des appareils sanitaires.

Types d'eaux « souillées » 

Les eaux usées (eaux grises) sont évacuées des éviers, des lavabos, des douches, des baignoires et des lessiveuses. Elles sont qualifiées d'eaux grises et peuvent servir à l'arrosage de terrains, pelouses et jardins. Il y a un potentiel d'économie d'énergie en récupérant la chaleur des eaux grises pour l'appliquer au préchauffage de l'eau chaude domestique. Une étude économique au cas par cas doit être faite selon les régions pour justifier ce type de projet.

Les eaux-vannes (eaux noires) proviennent des cabinets d'aisance (WC) et urinoirs. Elles doivent être évacuées par les services d'égouts publics ou, quand les services publics sont inexistants, elles doivent passer par des fosses septiques et des champs filtrants avant d'être renvoyées dans la nature.

Les eaux usées techniques (eaux récupérées) proviennent des bâtiments de type industriel rejetant des produits toxiques dans leurs laboratoires. Ces eaux doivent être retraitées au sein de la structure industrielle avant d'être rejetées dans le réseau d'eaux usées. Après un traitement adéquat, elles peuvent cependant être réutilisées pour alimenter les urinoirs et toilettes, ou retournées dans la chaîne de l'industrie. (L'eau des tours d'eau des systèmes de réfrigération en est un bon exemple).

Les eaux pluviales et les eaux de surface sont en principe évacuées de préférence via des fossés et/ou des égouts pluviaux. Il n'est généralement pas nécessaire de traiter ces eaux dans les usines d'épuration quand on les renvoie dans la nature. Moyennant un traitement minimal, ces eaux peuvent être récupérées pour alimenter des douches, toilettes et urinoirs. Elles doivent être emmagasinées dans des réservoirs de plastique sombres à l'abri de la lumière pour empêcher la prolifération d'algues. La tuyauterie de distribution devra être aussi en plastique à cause de l'acidité : leur pH se situe entre 4 et 5, ce qui attaque le cuivre et l'acier.

Cependant dans les villes, les 15 premières minutes d'un orage génèrent des eaux noires à la suite du lavage des toitures et rues de la ville. Ces eaux devraient être traitées ; mais elles sont souvent dérivées dans nos rivières à cause des grands volumes de pluie qui dépassent la capacité maximale que les systèmes d'épuration peuvent traiter.

Dans le cas des bâtiments avec de nombreux utilisateurs, une petite usine d'épuration peut être requise quand les services d'égouts sont absents (voir usine d'épuration).

En principe, il est toujours préférable et plus facile d'effectuer le retrait des substances polluantes le plus près possible de la source. Par exemple, quand on utilise des produits radioactifs dans un hôpital, si ce produit est rejeté à l'égout sans être retiré, il va polluer les boues de l'usine d'épuration. Une fois contaminées, celles-ci deviennent inutilisables. Le même raisonnement s'applique aux médicaments, aux produits chimiques, aux pesticides et à certains produits domestiques non biodégradables, tel le phosphate.

Plomberie, eau potable et société 
En 2010, grâce aux efforts du World Plumbing Council, le  est devenu la journée mondiale de la plomberie. Cette journée a pour but de faire mieux connaître l'importance de la plomberie dans la question de l'accès à l'eau potable.

Toitures 
Eugène Viollet-le-Duc appelle plomberie les  Il désigne ainsi également les ouvrages de décoration, tels les crêtes et les épis, qui chapeautent le sommet des toits en pente et souvent réalisés en plomb.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes 

 Robinetterie
 Robinet
 Raccord (robinetterie)
 Tuyau souple
 Mécanique des fluides
 American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

Liens externes