RÉALISATION DES LIAISONS FRIGORIFIQUES (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :** - Coupage, cintrage, dudgeonnage, évasage d’un tube cuivre selon les normes en vigueur. - Mettre en service un poste de soudure oxyacétylénique, régler les débits de gaz et réaliser une soudure d’assemblage cuivre‑cuivre conforme aux exigences d’étanchéité. - Intégrer toutes ces opérations dans la réalisation d’une liaison frigorifique complète, du tracé au contrôle d’étanchéité, en respectant les règles de sécurité et d’hygiène. **Prérequis :** - Connaissances de base en lecture de plans techniques (cotes, symboles de soudure). - Maîtrise des outils de mesure (pied à coulisse, ruban à mesurer, niveau à bulle). - Notions de sécurité en atelier (port des EPI, manipulation des gaz sous pression). > **Rappel :** Le tube cuivre utilisé en froid commercial est généralement du type **Cu-DHP** (déphosphoré, haute pureté) avec une tolérance extérieure de ±0,08 mm pour les diamètres usuels (6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm, 18 mm, 22 mm, 28 mm). ## Introduction contextualisée Dans les installations de froid commercial au Cameroun, les liaisons frigorifiques relient le compresseur, le condenseur, le détendeur et l’évaporateur. Leur étanchéité est primordiale : toute fuite de fluide frigorigène entraîne une perte de performance, une augmentation de la consommation énergétique et un risque environnemental. Le technicien doit donc maîtriser la préparation du tube cuivre (coupage, cintrage, dudgeonnage, évasage) et la soudure oxyacétylénique, qui reste le procédé le plus répandu pour assurer des joints mécaniquement résistants et hermétiques. Ce chapitre s’appuie sur le référentiel MINESEC/IGE (programme de Première, série F5) et propose une progression pédagogique allant du geste technique isolé à l’activité d’intégration complète. ## I. TP 3 : Travail du tube cuivre : Coupage, Cintrage, Dudgeonnage, Évasage ### A. Coupage du tube cuivre **Objectif :** Obtenir une longueur précise sans déformation ni bavure. **Matériel :** - Scie à métaux à lame fine (32 dents/pouce) ou coupe‑tube rotatif. - Étau avec mors en cuivre ou en aluminium pour éviter les marques. - Lime demi‑ronde et papier abrasif grain 120. **Procédé :** 1. Placer le tube dans l’étau, serrer juste assez pour éviter le glissement. 2. Tracer la ligne de coupe à l’aide d’un pointeau et d’un ruban à mesurer. 3. Effectuer le sciage en avançant régulièrement, en maintenant la lame perpendiculaire au tube. 4. Après coupe, éliminer les bavures intérieure et extérieure avec la lime, puis polir légèrement. **Norme de référence :** NF EN 1057 (tubes cuivre – dimensions et tolérances). > **À retenir :** La coupe doit être réalisée à vitesse lente (< 30 m/min) pour éviter la chauffe locale qui pourrait modifier la microstructure du cuivre. ### B. Cintrage du tube cuivre **Objectif :** Donner une courbure précise sans écrasement ni fissure. **Matériel :** - Cintre à galets réglables (rayon intérieur minimal = 2 × diamètre extérieur du tube). - Gabarit de contrôle (forme souhaitée). - Chiffon propre et lubrifiant léger (huile de coupe). **Procédé :** 1. Insérer le tube entre les galets du cintre, aligner la marque de départ avec le repère du gabarit. 2. Appliquer une pression progressive sur le bras du cintre tout en faisant tourner la manivelle. 3. Vérifier fréquemment le rayon à l’aide d’un compas de mesure ou d’un gabarit. 4. Détendre lentement le tube une fois la courbure atteinte pour éviter le retour élastique. **Précaution :** Ne jamais cintrage à froid un tube déjà durci (sans recuit) ; si le tube est en état durci, effectuer un recuit à 400 °C pendant 30 min puis laisser refroidir lentement. > **À retenir :** Le rayon de cintrage minimal pour un tube cuivre de 12 mm OD est 24 mm (2 × OD). ### C. Dudgeonnage du tube cuivre **Objectif :** Créer une saillie intérieure (dudgeon) permettant l’insertion d’un raccord à visser ou à souder sans fuite. **Matériel :** - Dudgeonneuse manuelle ou hydraulique (poinçon conique, matrice). - Lubrifiant de coupe (huile de coupe). - Jeu de calibres pour vérifier le diamètre du dudgeon. **Procédé :** 1. Positionner le tube dans la matrice, assurer que l’extrémité soit bien centrée. 2. Appliquer une pression axiale régulière avec le poinçon jusqu’à obtenir la profondeur souhaitée (généralement 1,5 × épaisseur de paroi). 3. Retirer le poinçon, inspecter le dudgeon : surface lisse, sans fissure ni éclat. 4. Mesurer le diamètre intérieur du dudgeon avec un calibre intérieur ; il doit être supérieur de 0,1 à 0,2 mm au diamètre extérieur du tube pour permettre l’insertion du raccord. **Exemple chiffré :** Tube cuivre OD = 12 mm, épaisseur = 1 mm → ID = 10 mm. Dudgeon souhaité : profondeur = épaisseur = 1 mm → augmentation du diamètre intérieur d’environ 0,2 mm → nouveau ID après dudgeonnage ≈ 10,2 mm. On vérifie donc que le calibre intérieur indique ≈ 10,2 mm. > **À retenir :** Le dudgeon doit être réalisé avec une vitesse d’avancement de 0,2 mm/s pour éviter le chauffage local et la formation de micro‑fissures. ### D. Évasage du tube cuivre **Objectif :** Élargir l’extrémité du tube pour recevoir un raccord à souder par recouvrement (socket) ou à sertir. **Matériel :** - Évasée conique (mandrin) correspondant au diamètre extérieur du raccord. - Presse hydraulique ou étau avec boulon de serrage. - Lubrifiant. **Procédé :** 1. Insérer le tube dans l’évasée, assurer que l’extrémité soit bien centrée. 2. Appliquer une pression progressive jusqu’à ce que le diamètre extérieur du tube atteigne celui du mandrin (généralement +0,2 mm de sur‑côte pour faciliter l’insertion). 3. Maintenir la pression 5 s, puis relâcher lentement. 4. Vérifier l’évasage avec un calibre extérieur ; la tolérance admise est ±0,1 mm. **Application pratique :** Évasage d’un tube 15 mm OD pour recevoir un raccord socket 16 mm OD → sur‑côte de 1 mm (0,5 mm de chaque côté). > **À retenir :** L’évasage ne doit jamais dépasser 10 % de l’épaisseur de paroi pour éviter l’amincissement excessif qui réduirait la résistance à la pression. ## II. TP 4 : Mise en service d’un poste de soudure oxyacétylénique ### A. Présentation du poste de soudure oxyacétylénique Un poste de soudure oxyacétylénique se compose de : - Deux bouteilles (oxygène O₂, acétylène C₂H₂) avec détendeurs et manomètres. - Tuyaux flexibles (rouge pour l’acétylène, bleu pour l’oxygène) équipés de clapets anti‑retour. - Chalumeau avec buse réglable (taille 1 à 5 selon l’épaisseur du métal). - Dispositif d’allumage (étincelle ou flamme pilote). **Spécifications techniques courantes (Cameroun) :** - Pression d’utilisation O₂ : 2,0 – 2,5 bar. - Pression d’utilisation C₂H₂ : 0,5 – 0,7 bar (never exceed 1,5 bar pour éviter la décomposition). - Débit d’acétylène : 5 – 15 l/min selon la taille de la buse. > **À retenir :** L’acétylène est instable au-delà de 1,5 bar ; respecter scrupuleusement la pression de service indiquée par le fabricant. ### B. Mise en service et réglages 1. **Vérification des connexions** : S’assurer que les raccords sont propres, sans huile ni graisse. 2. **Ouverture lente des bouteilles** : Ouvrir d’abord la bouteille d’oxygène (quelques tours), puis celle d’acétylène. 3. **Réglage des détendeurs** : Ajuster la pression d’O₂ à 2,2 bar et celle de C₂H₂ à 0,6 bar. 4. **Purge des tuyaux** : Ouvrir les vannes du chalumeau séparément pour évacuer l’air (O₂ puis C₂H₂) jusqu’à obtenir une flamme stable. 5. **Allumage** : Ouvrir légèrement l’acétylène, créer une étincelle, puis ajouter progressivement l’oxygène jusqu’à obtenir une flamme neutre (panache bleu clair, noyau intérieur blanc). **Contrôle de la flamme** : - Flamme carburante (excès d’acétylène) : panache jaune, noyau rougeâtre → risque de carbone déposé. - Flamme oxydante (excès d’oxygène) : panache court, bleu foncé → risque de brûlure du métal. - Flamme neutre : équilibre idéal pour la soudure cuivre‑cuivre. ### C. Procédure de soudure d’un raccord cuivre **Matériel supplémentaire :** - Baguette d’apport cuivre‑phosphore (Cu‑P, 6 % P) diamètre 2,0 mm. - Pince à tenir le morceau, serre‑joint. - Brosse métallique, chiffon propre. **Étapes :** 1. **Pré‑chauffage** : Chauffer les parties à assembler à environ 400 °C (couleur rouge terne) pour réduire le choc thermique. 2. **Application de la baguette** : Introduire la baguette d’apport dans la zone de fusion tout en faisant tourner le chalumeau pour assurer une répartition uniforme. 3. **Formation du cordon** : Maintenir une vitesse de déplacement d’environ 10 mm/s ; le cordon doit présenter une largeur de 2 à 3 mm et une hauteur légèrement convexe. 4. **Refroidissement** : Laisser refroidir à l’air libre ; éviter le refroidissement brusque (eau) qui pourrait provoquer des fissures. **Contrôle qualité** : Inspection visuelle (absence de porosité, fissure, sous‑fusion) puis essai d’étanchéité à l’azote à 15 bar pendant 5 min. > **À retenir :** La température de fusion du cuivre‑phosphore est d’environ 710 °C ; ne jamais dépasser 850 °C sous peine de vaporiser le phosphore et de créer des porosités. ### D. Sécurité et entretien - **Équipement de protection individuelle (EPI)** : lunettes de protection, gants en cuir, tablier anti‑flamme, chaussures de sécurité. - **Ventilation** : travailler sous hotte ou en extérieur pour évacuer les fumées d’oxyde de cuivre. - **Entretien quotidien** : vérifier l’état des tuyaux (pas de craquelure, pas de traces d’huile), tester les clapets anti‑retour, nettoyer les buses avec une aiguille fine. - **Stockage** : bouteilles d’oxygène en position verticale, éloignées des sources de chaleur ; bouteilles d’acétylène également verticales, valve fermée lorsqu’elles ne sont pas utilisées. > **À retenir :** En cas de fuite d’acétylène, couper immédiatement l’alimentation, évacuer la zone et ventiler ; ne jamais utiliser de flamme nue pour détecter la fuite. ## III. Activité d’intégration N° 1 : Réalisation d’une liaison frigorifique complète ### A. Analyse du cahier des charges Le cahier des charges spécifie : - Fluide frigorigène : R‑134a (pression de service 0,8 MPa à l’évaporateur, 1,2 MPa au condenseur). - Diamètre des tubes : 12 mm OD pour la ligne d’aspiration, 10 mm OD pour la ligne de refoulement. - Longueur totale de chaque ligne : 6 m (incluant coudes et raccords). - Exigence d’étanchéité : fuite < 5 g/an (test à l’azote à 15 bar). - Normes de sécurité : port des EPI, respect des distances de sécurité avec les sources de chaleur. ### B. Sélection des matériaux et outillage | Élément | Spécification | Quantité | |---------|---------------|----------| | Tube cuivre Cu‑DHP | OD = 12 mm, épaisseur = 1 mm | 6 m (ligne d’aspiration) | | Tube cuivre Cu‑DHP | OD = 10 mm, épaisseur = 0,8 mm | 6 m (ligne de refoulement) | | Raccords à souder (socket) | Cu‑P, diamètre adapté | 8 (4 coudes 90°, 4 té) | | Baguette d’apport | Cu‑P 2,0 mm | 1 bobine (≈ 200 g) | | Gaz O₂ / C₂H₂ | Bouteilles 10 L chacune | 1 jeu | | Outils de coupe, cintrage, dudgeonnage, évasage | – | 1 jeu chacun | | EPI | Lunettes, gants, tablier, chaussures | 1 jeu par élève | | Détendeur, manomètre, chalumeau | – | 1 poste de soudure | ### C. Étapes de réalisation 1. **Tracé et mesure** : Reporter les longueurs sur les tubes à l’aide d’un ruban à mesurer et d’un marqueur. 2. **Coupage** : Réaliser les découpes selon les longueurs déterminées (voir TP 3.A). 3. **Cintrage** : Former les coudes 90° avec un rayon de 24 mm pour le tube 12 mm et 20 mm pour le tube 10 mm (TP 3.B). 4. **Dudgeonnage** : Créer les dudgeons aux extrémités destinées aux raccords à visser (TP 3.C). 5. **Évasage** : Élargir les extrémités qui seront insérées dans les sockets (TP 3.D). 6. **Nettoyage** : Éliminer les oxydes avec une brosse métallique et un chiffon imbibé d’acétone. 7. **Soudure** : Mettre en service le poste oxyacétylénique (TP 4.B), réaliser les soudures socket‑tube (TP 4.C). 8. **Contrôle d’étanchéité** : Pressuriser chaque ligne à l’azote à 15 bar, maintenir 5 min, vérifier avec un détecteur de fuites électronique ou une solution savonneuse. 9. **Isolation thermique** : Envelopper les lignes avec du manchon en mousse de polyéthylène (épaisseur 10 mm) et fixer avec du ruban aluminium. 10. **Mise en service** : Effectuer le vide poussé (< 5 Pa), charger le R‑134a selon les pressions de conception, vérifier les températures d’évaporation et de condensation. ### D. Contrôle qualité et mise en service - **Contrôle dimensionnel** : Vérifier les longueurs totales (écart < ±10 mm). - **Contrôle visuel des soudures** : Recherche de porosité, sous‑fusion, excès de métal. - **Essai de pression** : Test à l’azote à 1,5× pression de service pendant 10 min. - **Essai de fonctionnement** : Faire tourner le système 30 min, relever les températures d’aspiration et de refoulement, comparer aux valeurs du cahier des charges. > **À retenir :** Toute déviation supérieure à 5 % sur les pressions de service nécessite une reprise de la soudure ou un contrôle du dudgeonnage/évasage. ## Synthèse du chapitre - **Coupage** : scie à métaux ou coupe‑tube, vitesse lente, élimination des bavures. - **Cintrage** : rayon minimal = 2 × OD, recours au recuit si tube durci. - **Dudgeonnage** : profondeur ≈ 1,5 × épaisseur, vérification du diamètre intérieur. - **Évasage** : sur‑côte ≤ 10 % de l’épaisseur, contrôle du diamètre extérieur. - **Poste oxyacétylénique** : réglages O₂ ≈ 2,2 bar, C₂H₂ ≈ 0,6 bar, flamme neutre obligatoire. - **Soudure cuivre‑cuivre** : baguette Cu‑P, pré‑chauffage à 400 °C, vitesse de déplacement ~10 mm/s. - **Sécurité** : EPI, ventilation, vérification des clapets anti‑retour, stockage vertical des bouteilles. - **Activité d’intégration** : séquence complète du tracé à l’essai d’étanchéité, respect du cahier des charges (R‑134a, diamètres 12/10 mm, longueur 6 m). ## Glossaire - **Cu-DHP** : cuivre déphosphoré, haute pureté, utilisé pour les tubes de froid. - **Dudgeonnage** : opération de création d’une saillie intérieure sur un tube pour recevoir un raccord. - **Évasage** : élargissement de l’extrémité d’un tube pour accueillir un socket ou un raccord à sertir. - **Flamme neutre** : mélange équilibré d’acétylène et d’oxygène donnant une panache bleue claire, noyau blanc. - **Manomètre** : instrument mesurant la pression des gaz dans les détendeurs. - **Poste oxyacétylénique** : dispositif de soudure utilisant l’acétylène comme combustible et l’oxygène comme comburant. - **R‑134a** : fluide frigorigène hydrofluoré (HFA) utilisé en froid commercial, GWP ≈ 1300. - **Socket** : raccord femelle à souder permettant l’emboîtement d’un tube mâle. - **Soudo-brasage** : procédé d’assemblage où le métal d’apport fond à une température inférieure à celle des pièces à assembler. - **Tolérances dimensionnelles** : écarts admissibles entre la dimension nominale et la dimension réelle d’une pièce. ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Calcul de longueur de tube après cintrage **Énoncé :** Un tube cuivre de 12 mm OD doit être cinté pour former un coude de 90° avec un rayon intérieur de 24 mm. Quelle longueur de tube linéaire est nécessaire pour réaliser ce coude, sachant que la longueur développée d’un quart de cercle est égale à (π × R)/2 ? **Corrigé :** - Rayon intérieur R = 24 mm. - Longueur développée L = (π × R)/2 = (3,1416 × 24)/2 = 37,699 mm ≈ 37,7 mm. - On ajoute les deux parties droites de chaque côté du coude (supposons 50 mm chacune) : L_total = 50 + 37,7 + 50 = 137,7 mm. **Réponse :** Il faut prévoir environ 138 mm de tube linéaire pour obtenir le coude de 90° avec les parties droites de 50 mm chacune. ### Exercice 2 – Débit d’acétylène nécessaire pour une buse de taille 3 **Énoncé :** Pour une buse de taille 3 (diamètre intérieur 1,2 mm), le débit d’acétylène recommandé est de 10 l/min à une pression de 0,6 bar. Si la pression d’alimentation tombe à 0,4 bar, quel débit d’acétylène sera obtenu, en supposant un débit proportionnel à la pression ? **Corrigé :** Débit ∝ pression → Q₂ = Q₁ × (P₂ / P₁). Q₁ = 10 l/min, P₁ = 0,6 bar, P₂ = 0,4 bar. Q₂ = 10 × (0,4 / 0,6) = 10 × 0,6667 = 6,667 l/min ≈ 6,7 l/min. **Réponse :** Le débit d’acétylène sera d’environ 6,7 l/min à 0,4 bar. ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Couper le tube avec une scie à métaux émoussée | Bavures importantes, risque de fissure lors du cintrage | Vérifier l’état de la lame avant chaque coupe ; remplacer si usée. | | 2 | Cintrage à froid d’un tube déjà durci (sans recuit) | Fissure ou écrasement du tube | Effectuer un recuit à 400 °C pendant 30 min si le tube est en état durci. | | 3 | Dudgeonnage avec excès de pression | Éclatement du tube ou formation de micro‑fissures | Utiliser une dudgeonneuse avec réglage de pression ; ne pas dépasser 1,5 × épaisseur de paroi. | | 4 | Soudure avec flamme oxydante (excès d’O₂) | Brûlure du cuivre, porosité, faiblesse mécanique | Ajuster le mélange pour obtenir une flamme neutre (panache bleu clair, noyau blanc). | | 5 | Négliger la purge des tuyaux avant l’allumage | Risque d’explosion due à un mélange d’air et d’acétylène | Purger séparément chaque gaz (O₂ puis C₂H₂) jusqu’à obtenir une flamme stable. | | 6 | Stocker les bouteilles d’acétylène en position horizontale | Risque de décomposition de l’acétylène sous pression | Toujours stocker les bouteilles verticales, valve fermée lorsqu’elles ne sont pas utilisées. | --- *Fin du cours.*