Façonnage (partie 2/3)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - réaliser un coude à froid sur un tube métallique en respectant les tolérances dimensionnelles et les règles de sécurité ; - mettre en forme un coude à chaud, contrôler la température de chauffe et réaliser une baïonnette d’assemblage ; - fabriquer un chapeau gendarme et effectuer un embrèvement conforme aux normes de plomberie et de chauffage au Cameroun. **Prérequis** : connaître les propriétés mécaniques des aciers doux et des alliages cuivreux, savoir lire un plan de tuyauterie, maîtriser les outils de base de l’atelier (scie à métaux, lime, poste à souder chalumeau, four de chauffe, étau, mandrin) et appliquer les consignes de sécurité individuelles (EPI : lunettes, gants, chaussures de sécurité, protection auditive). --- ## Introduction Le façonnage des tuyauteries constitue une compétence centrale du technicien en installation sanitaire et thermique. Au Cameroun, les réseaux d’adduction d’eau potable et de distribution de gaz ou de fluides thermiques sont majoritairement réalisés en acier carbone ou en cuivre. Les opérations de cintrage à froid, de cintrage à chaud et de formation d’accessoires tels que les baïonnettes, les chapeaux gendarme et les embrèvements permettent d’adapter la géométrie des conduits aux contraintes du chantier (déviations, changements de direction, raccordements). Ce chapitre présente, leçon par leçon, les gestes professionnels, les paramètres de réglage, les normes applicables (NF EN 10253‑2 pour les coudes, NF EN 1254‑2 pour les accessoires en cuivre) et les précautions d’hygiène et de sécurité propres à chaque procédé. --- ## I. Leçon 13 : Coudes à froid ### 1. Définition et principe Un **coudé à froid** est une déformation plastique d’un tube réalisée sans apport de chaleur, généralement par pliage autour d’un mandrin ou d’une forme de cintrage. La déformation reste dans le domaine élastique‑plastique du matériau ; le rayon de courbure minimal dépend du diamètre extérieur (DE) et de l’épaisseur (e) du tube. > **Règle de rayon minimal** : $R_{min} \geq 2 \times DE$ pour les aciers doux, $R_{min} \geq 1,5 \times DE$ pour le cuivre recuit. ### 2. Étapes de réalisation 1. **Préparation** : couper le tube à la longueur souhaitée, ébavurer les extrémités, nettoyer la zone de cintrage. 2. **Positionnement** : placer le tube dans l’étau de la machine à cintrer, aligner le repère de départ avec la graduation de l’angle souhaité. 3. **Cintrage** : actionner lentement le levier ou le vérin hydraulique jusqu’à atteindre l’angle cible (souvent 45°, 90° ou 180°). 4. **Contrôle** : vérifier l’angle avec un rapporteur d’angle, mesurer le rayon intérieur avec un jauge de rayon, s’assurer de l’absence de fissures ou d’ovalisation excessive (< 2 % du DE). 5. **Finition** : éliminer les marques de pression avec une lime fine, appliquer un produit de protection anti‑corrosion si nécessaire. ### 3. Normes et sécurité - **Norme NF EN 10253‑2** : spécifie les tolérances sur le rayon de courbure (± 10 %) et l’ovalisation maximale. - **Sécurité** : porter des lunettes de protection, des gants anti‑coupure, vérifier que l’étau est bien serré pour éviter le glissement du tube. - **Hygiène** : éliminer les copeaux métalliques avec un aimant ou un balai magnétique afin d’éviter la contamination des réseaux d’eau potable. ### 4. Exemple d’atelier Dans un lycée technique de Yaoundé, les élèves doivent réaliser un coude à 90° sur un tube acier DE = 20 mm, e = 2 mm. - Rayon minimal théorique : $R_{min}=2\times20=40$ mm. - Ils choisissent un mandrin de rayon 45 mm (marge de sécurité). - Après cintrage, l’angle mesuré est 92° (erreur acceptable ± 2°) et le rayon intérieur mesure 44 mm. ### 5. Tableau récapitulatif | Paramètre | Valeur typique (acier) | Valeur typique (cuivre) | Unité | |--------------------------|------------------------|--------------------------|-------| | Rayon minimal recommandé | $2 \times DE$ | $1,5 \times DE$ | mm | | Tolérance sur l’angle | ± 2° | ± 2° | degré | | Ovalisation maximale admise | 2 % de DE | 2 % de DE | % | | Vitesse de cintrage (manuel) | 5‑10 s / 90° | 3‑6 s / 90° | s | --- ## II. Leçon 14 : Coudes à chaud + Baïonnette ### 1. Définition Un **coudé à chaud** est obtenu en chauffant localement le tube à une température permettant une déformation plastique importante sans fissuration, généralement entre 600 °C et 800 °C pour l’acier doux, et entre 500 °C et 650 °C pour le cuivre. La **baïonnette** est un élément d’assemblage mâle‑femelle utilisé pour relier deux tuyaux ou un tuyau à un accessoire, assurant un étanchéité mécanique et parfois une soudure d’appui. ### 2. Procédé de chauffage - **Équipement** : chalumeau oxyacétylénique ou four à induction portable. - **Contrôle de température** : utilisation d’une pyromètre infrarouge ou de bâtonnets de température (tempilsticks). - **Zone de chauffe** : longueur égale à 1,5 × DE autour du point de cintrage afin d’éviter des gradients thermiques trop abrupts. > **Température de chauffe recommandée** : $T_{chauffe}=650\pm 25$ °C pour l’acier DE ≤ 30 mm ; $T_{chauffe}=580\pm 20$ °C pour le cuivre. ### 3. Réalisation du coude à chaud 1. Marquer le début et la fin de la zone de cintrage sur le tube. 2. Chauffer uniformément la zone jusqu’à atteindre la température cible. 3. Insérer le tube chaud dans la forme de cintrage (mandrin ou gabarit) et appliquer une pression progressive jusqu’à l’angle désiré. 4. Maintenir la forme quelques secondes après relâchement de la pression pour permettre le refroidissement sous contrainte (relaxation des contraintes résiduelles). 5. Laisser refroidir à l’air libre ou avec un jet d’air comprimé (pas d’eau froide pour éviter le choc thermique). 6. Contrôler l’angle, le rayon et l’absence de fissures (examen visuel, test de pénétration de colorant si nécessaire). ### 4. Baïonnette : définition, montage - **Baïonnette mâle** : extrémité conique avec rainure d’accrochage. - **Baïonnette femelle** : manchon avec rainure correspondante et parfois une bague d’étanchéité (joint torique en EPDM). - **Montage** : emboîter la partie mâle dans la femelle, tourner d’un quart de tour (90°) pour verrouiller les rainures, puis serrer éventuellement un écrou de blocage. ### 5. Sécurité - Porter un masque anti‑gaz lors de l’utilisation du chalumeau (vapeurs d’acétylène). - Utiliser des gants résistants à la chaleur (cuir ou kevlar). - Éteindre le chalumeau dès la fin de la chauffe ; vérifier l’absence de flamme résiduelle. - Vérifier la pression du réseau avant d’ouvrir une baïonnette sous pression (procédure de purge). ### 6. Exemple chiffré : calcul de la longueur développée d’un coude à chaud On veut réaliser un coude à 90° sur un tube acier DE = 25 mm, e = 2 mm, avec un rayon de courbure intérieur $R_i = 30$ mm. La longueur développée $L$ d’un coude d’angle $\theta$ (en degrés) est : $$L = \frac{\pi R_m \theta}{180}$$ où $R_m = R_i + \frac{e}{2}$ est le rayon moyen. Calcul : - $R_m = 30 + \frac{2}{2} = 31$ mm - $\theta = 90°$ - $L = \frac{\pi \times 31 \times 90}{180} = \frac{\pi \times 31}{2} \approx 48,7$ mm > **Résultat** : la longueur de tube à chauffer et à cintrer doit être d’environ **49 mm** (arrondi à la supérieure pour tenir compte de l’allongement dû à l’élasticité). ### 7. Tableau récapitulatif | Étape | Paramètre clé | Valeur / Tolérance | Unité | |---------------------------|-----------------------------------|-----------------------------|-------| | Chauffe (acier) | Température | $650 \pm 25$ | °C | | Chauffe (cuivre) | Température | $580 \pm 20$ | °C | | Rayon intérieur minimal | $R_i$ | $\ge 1,0 \times DE$ (acier), $\ge 0,5 \times DE$ (cuivre) | mm | | Longueur développée | $L = \pi R_m \theta/180$ | fonction de $R_m,\theta$ | mm | | Angle de baïonnette | Rotation pour verrouillage | 90° | degré | | Temps de refroidissement | Refroidissement à l’air | ≥ 30 s (selon épaisseur) | s | --- ## III. Leçon 15 : Chapeau gendarme + Embrèvement ### 1. Chapeau gendarme : définition et fonction Le **chapeau gendarme** est un accessoire de forme conique ou ogivale soudé ou brasé à l’extrémité d’un tube, destiné à protéger l’extrémité contre les chocs mécaniques et à faciliter l’insertion dans un raccord ou un regard. Il est fréquemment utilisé sur les colonnes montantes d’eau potable et les gaines de ventilation. ### 2. Réalisation du chapeau gendarme (acier) 1. **Découpe** : couper un disque de diamètre $D_{chapeau} = DE + 2e + 10$ mm (marge de recouvrement). 2. **Formage** : placer le disque sur une matrice conique (angle 30°‑45°) et appliquer une pression hydraulique ou un marteau‑pilon pour obtenir la hauteur souhaitée $h = 1,5 \times DE$. 3. **Ébavurage** : éliminer les bavures internes avec une fraise conique. 4. **Assemblage** : positionner le chapeau sur l’extrémité du tube, réaliser une soudure d’angle à l’arc (électrode E6013) ou une brasure au cuivre‑phosphore si le tube est en cuivre. 5. **Contrôle** : vérifier la concentricité (jeu < 0,5 mm) et l’étanchéité (test à la pression de 1,5 × pression de service). > **Formule de hauteur recommandée** : $h_{chapeau} = 1,5 \times DE$ (mm). ### 3. Embrèvement : définition et types L’**embrèvement** consiste à élargir l’extrémité d’un tube afin de recevoir un raccord femelle (écrou, manchon, vanne) sans soudure. On distingue : - **Embrèvement simple** : augmentation du diamètre extérieur sur une longueur courte (10‑15 mm). - **Embrèvement à cône** : création d’une surface conique permettant un joint métallique à pression (type raccord à olive). ### 4. Procédé d’embrèvement (tube acier) 1. **Préparation** : couper le tube à la longueur voulue, ébavurer. 2. **Positionnement** : placer le tube dans une matrice d’embrèvement (cône ou cylindre) d’un diamètre intérieur légèrement supérieur au DE final souhaité. 3. **Application de force** : utiliser une presse hydraulique ou un marteau‑pilon pour élargir le tube jusqu’à atteindre le diamètre cible. 4. **Refroidissement** : laisser le morceau sous pression quelques secondes pour détendre les contraintes. 5. **Contrôle** : mesurer le diamètre intérieur avec un micromètre interne ; vérifier l’absence de fissures ou de déchirures. 6. **Finition** : ébavurer l’intérieur, appliquer un léger film de graisse si le raccord est à joint torique. > **Diamètre d’embrèvement typique** : $D_{emb} = DE + 2e + 1$ mm (pour un jeu de montage de 0,5 mm de chaque côté). ### 5. Sécurité et hygiène - Utiliser des lunettes de protection lors de l’opération de presse (risque de projection de particules métalliques). - S’assurer que la presse est correctement verrouillée avant d’appliquer la force. - Nettoyer les copeaux avec un aimant pour éviter la contamination des réseaux d’eau. - Vérifier l’état des joints toriques avant montage (pas de déchirure, pas de déformation). ### 6. Exemple de dimensionnement : embrèvement d’un tube cuivre DE = 18 mm, e = 1,5 mm - Diamètre final souhaité pour recevoir un écrou M20×1,5 : $D_{cible} = 20$ mm (diamètre nominal de l’écrou). - Jeu de montage : 0,1 mm de chaque côté → $D_{emb} = D_{cible} - 0,2 = 19,8$ mm. - Vérification de la formule : $D_{emb} = DE + 2e + 1 = 18 + 2×1,5 + 1 = 22$ mm → trop grand. On ajuste donc la formule en fonction du type de raccord : pour un écrou, on utilise $D_{emb} = D_{cible} - 0,2$. Après embrèvement à 19,8 mm, le tube accepte l’écrou avec un jeu de 0,1 mm de chaque côté, assurant un serrage correct sans déformation excessive. ### 7. Tableau récapitulatif | Opération | Paramètre clé | Valeur / Tolérance | Unité | |--------------------------|-----------------------------------|-----------------------------|-------| | Chapeau gendarme | Hauteur $h$ | $1,5 \times DE$ | mm | | Chapeau gendarme | Diamètre disque $D_{disque}$ | $DE + 2e + 10$ | mm | | Embrèvement simple | Diamètre final $D_{emb}$ | $DE + 2e + 1$ | mm | | Embrèvement à cône | Angle du cône | 30°‑45° | degré | | Pression de test chapeau | $P_{test}$ | $1,5 \times P_{service}$ | bar | | Temps de presse embrèvement | $t_{presse}$ | 5‑10 s (selon épaisseur) | s | --- ## Synthèse du chapitre - **Coudes à froid** : déformation sans chaleur, rayon minimal $R_{min}\ge 2\times DE$ (acier) ou $1,5\times DE$ (cuivre), contrôle d’angle ± 2°, ovalisation < 2 %. - **Coudes à chaud** : chauffe à 650 °C (acier) ou 580 °C (cuivre), longueur développée $L=\pi R_m\theta/180$, refroidissement à l’air, vérification de l’absence de fissures. - **Baïonnette** : assemblage mâle‑femelle, rotation de 90° pour verrouillage, joint torique EPDM éventuel, serrage selon couple recommandé. - **Chapeau gendarme** : hauteur $h=1,5\times DE$, disque de diamètre $DE+2e+10$ mm, soudure ou brasure, test pression 1,5× service. - **Embrèvement** : élargissement du tube pour recevoir un raccord, diamètre final $D_{emb}=DE+2e+1$ (simple) ou adapté au type de raccord, contrôle du jeu < 0,2 mm, nettoyage des copeaux. - **Sécurité** : EPI obligatoire (lunettes, gants, masque, chaussures), éteindre les sources de chaleur, vérifier la pression avant ouverture d’un raccord, éliminer les particules métalliques. --- ## Glossaire - **Coudé à froid** : pliage d’un tube à température ambiante sans apport de chaleur. - **Coudé à chaud** : cintrage réalisé après chauffage local du tube à température plastique. - **Baïonnette** : élément d’assemblage mâle‑femelle verrouillé par rotation d’un quart de tour. - **Chapeau gendarme** : accessoire conique protégeant l’extrémité d’un tube et facilitant son insertion. - **Embrèvement** : opération d’élargissement de l’extrémité d’un tube pour recevoir un raccord femelle. - **Rayon moyen ($R_m$)** : moyenne du rayon intérieur et du rayon extérieur d’un tube courbé. - **Ovalisation** : déviation de la section circulaire d’un tube après cintrage, exprimée en pourcentage du diamètre extérieur. - **Jeu de montage** : espace volontaire laissé entre deux pièces pour permettre l’assemblage sans contrainte excessive. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Coudé à froid **Consigne** : Un tube acier DE = 32 mm, e = 2,5 mm doit être cintré à un angle de 135° autour d’un mandrin de rayon intérieur 50 mm. Vérifier si le rayon choisi respecte la norme et calculer l’allongement théorique du tube (en supposant une déformation purement plastique et une épaisseur constante). **Corrigé** : 1. Rayon minimal recommandé pour l’acier : $R_{min}=2\times DE=2\times32=64$ mm. 2. Le rayon intérieur choisi est 50 mm < 64 mm → **non conforme** (risque d’ovalisation excessive et de fissure). 3. Pour respecter la norme, on doit prendre au moins $R_i=64$ mm. 4. Rayon moyen : $R_m = R_i + e/2 = 64 + 2,5/2 = 65,25$ mm. 5. Longueur développée : $L = \pi R_m \theta/180 = \pi \times 65,25 \times 135 /180 \approx 153,9$ mm. 6. Longueur initiale du segment droit (avant cintrage) = $L$ (puisque la longueur du matériau est conservée en déformation plastique). 7. Allongement apparent dû à la courbure = $L - L_{droite}$ ; ici on considère que la longueur droite initiale serait égale à la longueur de l’arc si le tube était droit, donc l’allongement est nul en théorie ; en pratique, on observe un léger allongement de 0,5 % à 1 % dû à l’élasticité résiduelle, soit ≈ 0,8 mm. **Conclusion** : choisir un mandrin de rayon intérieur ≥ 64 mm ; longueur à couper ≈ 154 mm ; prévoir un supplément de 1 mm pour l’allongement élastique. ### Exercice 2 – Baïonnette et chapeau gendarme **Consigne** : Un tube cuivre DE = 20 mm, e = 1,2 mm doit recevoir une baïonnette femelle avec joint torique EPDM (diamètre intérieur du joint 19,5 mm) et être terminé par un chapeau gendarme de hauteur conforme à la règle $h=1,5\times DE$. Déterminer : a) le diamètre intérieur nécessaire de l’extrémité du tube pour recevoir la baïonnette (jeu de montage 0,1 mm de chaque côté) ; b) la hauteur du chapeau gendarme ; c) le diamètre de disque à couper pour réaliser le chapeau (supposer un disque de diamètre $D_{disque}=DE+2e+10$ mm). **Corrigé** : a) Jeu de montage total = 0,2 mm. Diamètre intérieur requis = diamètre du joint + jeu = 19,5 mm + 0,2 mm = **19,7 mm**. b) Hauteur du chapeau : $h = 1,5 \times DE = 1,5 \times 20 = **30 mm$**. c) Diamètre du disque : $D_{disque}=DE+2e+10 = 20 + 2×1,2 + 10 = 20 + 2,4 + 10 = **32,4 mm$**. On coupe donc un disque de 32,4 mm de diamètre, on le forme en chapeau de hauteur 30 mm, on le soude ou le brase à l’extrémité du tube après avoir élargi celle‑ci à 19,7 mm pour recevoir la baïonnette. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Utiliser un rayon de cintrage inférieur à $2\times DE$ (acier) ou $1,5\times DE$ (cuivre) en cintrage à froid. | Ovalisation > 2 %, risque de fissure sous pression, non‑conformité NF EN 10253‑2. | Toujours vérifier le rayon minimal avant de commencer ; utiliser un gabarit ou une matrice adaptée. | | 2 | Chauffer le tube à une température trop élevée (> 850 °C pour l’acier) lors du cintrage à chaud. | Recristallisation, perte de résistance mécanique, apparition de fissures à chaud. | Contrôler la température avec un pyromètre ou des bâtonnets de température ; ne pas dépasser la plage recommandée. | | 3 | Oublier de débrayer la pression du réseau avant de démonter une baïonnette sous pression. | Projection soudaine de fluide, risque de brûlure ou de contamination. | Appliquer la procédure de purge et de fermeture des vannes upstream/downstream avant toute intervention. | | 4 | Ne pas ébavurer l’intérieur après un embrèvement. | Détérioration du joint torique, fuite, usure prématurée du raccord. | Passer une fraise ou un outil d’ébavurage adapté immédiatement après l’opération d’embrèvement. | | 5 | Utiliser une électrode de soudure inadaptée (ex. E6013 sur cuivre) pour fixer un chapeau gendarme. | Soudure fragile, porosité, risque de détachement sous charge. | Choisir l’apport de soudure ou de brasure adapté au matériau (cuivre‑phosphore pour le cuivre, électrode rutille pour l’acier). | | 6 | Négliger le port de lunettes de protection lors de l’utilisation d’une presse hydraulique pour l’embrèvement. | Projection de copeaux ou de particules métalliques vers les yeux, risque de lésion oculaire. | Toujours porter des lunettes de sécurité anti‑impact et vérifier que le dispositif de protection de la presse est activé. | --- *Fin du cours.*