Section 5 Matériaux hydrauliques et électriques

La consommation électrique d’un laboratoire médical est très importante, c’est pourquoi la pose des fils et des circuits est relativement complexe.

Les fils et câbles sont des produits tréfilés utilisés pour transmettre l’énergie électrique (magnétique) et les informations, et réaliser la conversion de l’énergie électromagnétique. Au sens large, les fils et câbles sont également abrégés en câbles ; au sens strict, un câble désigne un câble isolé, qui peut être défini comme un ensemble composé des éléments suivants : une ou plusieurs âmes isolées, accompagnées de leurs éventuels revêtements respectifs, d’une couche de protection globale et d’une gaine extérieure ; un câble peut également comporter des conducteurs supplémentaires non isolés.

Selon leur application, ils peuvent être classés en conducteurs nus, fils isolés, fils résistants à la chaleur, fils blindés, câbles d’alimentation, câbles de commande, câbles de communication, câbles radiofréquences, etc.

Selon leur matériau, ils peuvent être classés en fils isolés au polychlorure de vinyle, fils souples isolés au polychlorure de vinyle, fils souples isolés au mélange de polychlorure de vinyle butyrylé, fils isolés au caoutchouc, fils à âme d’aluminium isolés au plastique pour enfouissement souterrain direct dans le secteur agricole, fils souples isolés au caoutchouc et tressés en fil de coton, fils isolés au polychlorure de vinyle et à gaine de nylon, fils souples isolés au polychlorure de vinyle pour l’alimentation et l’éclairage, etc.

Les chemins de câbles sont adaptés à la pose aérienne des câbles d’alimentation et des câbles de commande à l’intérieur et à l’extérieur des entreprises industrielles et minières ordinaires, et peuvent également être utilisés à l’intérieur et à l’extérieur par des secteurs tels que les télécommunications, la radio et la télévision.

Les produits de fils et câbles se répartissent principalement en trois grandes catégories présentées ci-dessous.

I. Conducteurs isolés

Un fil autour du conducteur duquel une couche de matériau non conducteur, telle que la résine, le plastique, le caoutchouc de silicone, le PVC, etc., est enveloppée uniformément et hermétiquement pour former une couche isolante empêchant le conducteur d’entrer en contact avec l’extérieur et de provoquer des accidents tels que des fuites électriques, des courts-circuits et des électrocutions, est appelé conducteur isolé, comme illustré à la figure 8-49.

Les fils courants pour les équipements électriques incluent les fils plastiques (BV, BLV, BVR, BVVB, BLVVB, etc.).

1. Voici plusieurs types de conducteurs isolés couramment utilisés

1.1 Désignations des modèles de conducteurs isolés au caoutchouc : BLX — fil isolé au caoutchouc à âme d’aluminium ; BX — fil isolé au caoutchouc à âme de cuivre.

1.2 Désignations des modèles de conducteurs isolés au polychlorure de vinyle (fils plastiques) : BLV — fil plastique à âme d’aluminium ; BV — fil plastique à âme de cuivre.

1.3 Désignations des modèles de câbles en caoutchouc : YHC — câble lourd à gaine de caoutchouc ; NYHF — câble traînant à gaine de néoprène à usage agricole.

Les conducteurs isolés au caoutchouc existent avec des âmes en cuivre ou en aluminium, et en versions unipolaires, bipolaires ou multipolaires. Ils sont utilisés pour le câblage intérieur, et leur tension de fonctionnement ne dépasse généralement pas 500 V.

2. Désignations des modèles et utilisations

2.1 R représente le fil de cuivre souple, V l’isolation au polychlorure de vinyle, S la paire torsadée, B le type plat, et P le blindage.

2.2 RV — fil souple unipolaire isolé au polychlorure de vinyle, température de fonctionnement maximale 65 ℃, température de fonctionnement minimale -15 ℃, tension de fonctionnement 250 V en courant alternatif, 500 V en courant continu ; utilisé comme câblage interne des instruments et des équipements.

2.3 RVB : fil souple toronné parallèle (plat), semblable au fil téléphonique nu souvent utilisé dans les habitations, à la différence que ses âmes sont identiques à celles du RVV ; les deux âmes sont enveloppées en parallèle dans une gaine, qui comporte généralement deux âmes. 2.4 RVS : fil souple toronné à paires torsadées, fabriqué simplement en séparant les âmes souples d’un RVB et en les torsadant deux par deux. Généralement, deux fils sont torsadés ensemble.

2.5 RVSP : fil blindé à paire torsadée.

2.6 RVVB : fil souple à gaine de polychlorure de vinyle (type plat), norme GB/T 5023.5-2008/CEI 60227-5:2003. 2.7 RVV : fil souple toronné, c’est-à-dire que les âmes sont constituées de plusieurs brins de fil de cuivre. Le fil RVV est le câble le plus couramment utilisé dans les systèmes à courant faible ; le nombre de ses âmes n’est pas fixe — il peut s’agir d’un seul fil ou de plusieurs fils — et il comporte également une gaine à l’extérieur. Cependant, il n’existe aucune exigence particulière quant à l’agencement des âmes.

2.8 RVVP : câble souple à âme en cuivre, isolé au polychlorure de vinyle, blindé et gainé de polychlorure de vinyle, également appelé câble souple anti-parasite pour connexions électriques, de tension nominale 250 V/450 V.

2.9 Le BVVR est un fil souple à âme en cuivre, isolé et gainé au polychlorure de vinyle, doté d’une couche de protection externe ; le BVR est un fil souple à âme en cuivre isolé au polychlorure de vinyle, qui ne comporte qu’une couche isolante et pas de couche de protection externe. Le fil communément appelé « fil double plastique » correspond à la série BVV — le premier V désigne l’isolation en polychlorure de vinyle et le second V la gaine en polychlorure de vinyle — tandis que la série BV correspond aux fils dits « simple plastique ».

Fig. 8-49 Conducteur isolé

II. Câbles d’alimentation

La principale caractéristique de cette catégorie de produits est la suivante : une couche isolante est extrudée (enroulée) autour du conducteur, comme sur les câbles isolés aériens ; soit plusieurs âmes sont torsadées ensemble (correspondant au conducteur de phase, au conducteur neutre et au conducteur de terre du système d’alimentation), comme sur les câbles isolés aériens à plus de deux âmes ; soit une couche de gaine est ajoutée, comme sur les fils et câbles gainés de plastique ou de caoutchouc. Les principaux procédés technologiques incluent l’étirage, le toronnage, l’extrusion (l’enroulement) de l’isolation, le câblage, l’armure et l’extrusion de la couche de protection ; les combinaisons d’étapes de procédé diffèrent dans une certaine mesure d’un produit à l’autre. Ces produits sont principalement utilisés pour la transmission d’énergie électrique à courant fort dans les lignes de production, de distribution, de transport, de transformation et de fourniture d’électricité, avec des courants importants qui les traversent (allant de plusieurs dizaines d’ampères à plusieurs milliers d’ampères) et des tensions élevées (de 220 V à 500 kV et plus).

1. Classification par niveau de tension

Selon leur niveau de tension, ils peuvent être divisés en câbles d’alimentation moyenne et basse tension (35 kV et moins), câbles haute tension (au-dessus de 110 kV), câbles très haute tension (275–800 kV) et câbles ultra haute tension (1000 kV et plus). En outre, ils peuvent être classés par type de courant en câbles à courant alternatif et câbles à courant continu.

2. Classification par matériau isolant

2.1 Câbles d’alimentation isolés au papier imprégné d’huile : câbles d’alimentation isolés au moyen de papier imprégné d’huile. Ils disposent de la plus longue histoire d’application. Ils sont sûrs et fiables, ont une longue durée de vie et sont peu coûteux. Leur principal inconvénient est que leur pose est limitée par la différence de hauteur. Depuis le développement de l’isolation en papier imprégné non drainant, le problème de limitation par différence de hauteur a été résolu, ce qui permet aux câbles isolés au papier imprégné d’huile de continuer à être largement utilisés.

2.2 Câbles d’alimentation isolés au plastique : câbles d’alimentation dont la couche isolante est en plastique extrudé. Les plastiques couramment utilisés incluent le polychlorure de vinyle, le polyéthylène et le polyéthylène réticulé. Les câbles en plastique ont une structure simple, sont pratiques à fabriquer et à traiter, sont légers, faciles à poser et à installer, et ne sont pas soumis à des limitations de différence de hauteur de pose. Ils sont donc largement utilisés dans les câbles moyenne et basse tension et présentent une tendance à remplacer les câbles à isolation papier-huile imprégnée visqueuse. Leur plus grand inconvénient est l’existence du phénomène de claquage par arborescence, qui limite leur utilisation à des tensions plus élevées.

2.3 Câbles d’alimentation isolés au caoutchouc : la couche isolante est constituée de caoutchouc mélangé à divers agents de compoundage ; après une mastication complète, il est extrudé sur l’âme du fil conducteur et mis en forme par chauffage et vulcanisation. Il est souple et élastique, et convient aux occasions à mouvements fréquents et aux poses à petits rayons de courbure. Les composés de caoutchouc couramment utilisés pour l’isolation comprennent les mélanges de caoutchouc naturel et de caoutchouc styrène-butadiène, le caoutchouc éthylène-propylène, le caoutchouc butyle, etc.

3. Classification par niveau de tension

3.1 Câbles basse tension : adaptés à la pose fixe sur les lignes de transport et de distribution d’énergie électrique à courant alternatif 50 Hz et de tension nominale 3 kV et moins, dans le but d’acheminer de l’énergie électrique.

3.2 Câbles moyenne et basse tension (généralement 35 kV et moins) : câbles isolés au polychlorure de vinyle, câbles isolés au polyéthylène, câbles isolés au polyéthylène réticulé, etc.

Fig. 8-50 Câble d’alimentation

3.3 Câbles haute tension (généralement 110 kV et plus) : câbles en polyéthylène et câbles isolés au polyéthylène réticulé, etc.

3.4 Câbles très haute tension (275–800 kV).

3.5 Câbles ultra haute tension (1000 kV et plus).

III. Fils et câbles pour équipements électriques

Les principales caractéristiques de cette catégorie de produits sont : une grande variété de types et de spécifications, un large champ d’applications, et une tension de fonctionnement majoritairement de 1 kV et moins ; pour des occasions spéciales, de nouveaux produits sont constamment dérivés, tels que les câbles résistants au feu, les câbles ignifugés, les câbles à faible émission de fumée et sans halogène / à faible émission de fumée et faible teneur en halogène, les câbles anti-termites et anti-rongeurs, les câbles résistants à l’huile, au froid, à la température et à l’usure, les câbles médicaux, agricoles et miniers, ainsi que les fils à paroi mince.

Les nouveaux produits dérivés de fils et câbles résultent principalement des exigences de différentes occasions d’application et de besoins d’utilisation, de la commodité de l’équipement et de la réduction du coût des équipements, en adoptant des matériaux nouveaux ou spéciaux, en modifiant la structure du produit, en élevant les exigences de procédé, ou en combinant des produits de différentes variétés, comme le montre la Fig. 8-51.

L’adoption de différents matériaux, par exemple les câbles ignifugés, les câbles à faible émission de fumée et sans halogène et à faible émission de fumée et faible teneur en halogène, les câbles anti-termites et anti-rongeurs, les câbles résistants à l’huile, au froid et à la température, etc. ;

La modification de la structure du produit, comme pour les câbles résistants au feu, etc. ;

L’élévation des exigences de procédé, comme pour les câbles médicaux, etc. ;

Les produits combinés, tels que les OPGW, etc. ;

La commodité d’installation et la réduction du coût des équipements, par exemple les câbles de dérivation préfabriqués, etc.

Les câbles d’alimentation courants comprennent les câbles d’alimentation en plastique (comprenant quatre types : VV, VLV, VV22, VLV22) et les câbles réticulés haute, moyenne et basse tension (comprenant quatre types : YJV, YJLV, JYV22, YJLV22, avec des tensions de 0,6/1 kV, 8,7/10 kV, 26/35 kV, 66/110 kV, etc.). Avantages : grande section transversale, prenant en charge le transport d’énergie électrique haute tension et très haute tension sur de longues distances.

Fig. 8-51 Câble pour équipement électrique

Conformément aux dispositions pertinentes du Code national de conception électrique des bâtiments civils et d’autres réglementations, tous les fils doivent être passés dans des gaines ; les deux types de gaines actuellement couramment utilisés sont les suivants.

IV. Gaine en PVC

Son nom complet est « gaine électrique isolante pour usage dans le bâtiment », avec la norme de mise en œuvre JG 3050-1998. En termes simples, c’est un type de tuyau rigide blanc en plastique PVC, un tube anticorrosion et anti-fuite utilisé pour passer les fils électriques. Le tuyau ondulé en PE est maintenant couramment utilisé comme « gaine électrique » ; il est de bonne qualité et peu coûteux, esthétique et pratique.

Si les exigences nationales étaient strictement respectées, des gaines en acier au carbone devraient être utilisées. Cependant, le coût serait alors trop élevé. Par conséquent, dans les projets réels, les travaux de décoration intérieure utilisent principalement des gaines en PVC ; cela permet d’économiser des coûts d’une part, et d’autre part la pose des gaines en PVC est relativement pratique, comme le montre la Fig. 8-52.

Fig. 8-52 Gaine en PVC

V. Gaine en acier au carbone

Tube de protection pour fils et câbles électriques fabriqué à partir de tuyaux en acier soudé de nuance Q235, généralement de type R=6D. Plus R est grand, plus la courbure est douce, et plus le tirage des fils dans le conduit est aisé. Lorsqu’un conduit en acier au carbone est raccordé à un tuyau droit, un manchon d’accouplement protège le joint, puis le tuyau et le conduit sont assemblés par soudage ; l’objectif est d’éviter que le joint ne soit endommagé par la soudure électrique, et donc de protéger les fils et câbles qu’il contient. Les spécifications courantes vont de DN20 à DN150. Il est utilisé dans les environnements intérieurs normaux ainsi que dans les lieux à température élevée, très poussiéreux, soumis à des vibrations et présentant un risque d’incendie. Il peut également être employé dans des lieux humides. Il ne doit pas être utilisé dans des lieux particulièrement humides, des lieux exposés à la corrosion par des acides, des alcalis ou des sels, ni dans des lieux présentant un risque d’explosion. La température ambiante de fonctionnement est comprise entre -15 ℃ et +40 ℃. Ce conduit présente d’excellentes propriétés mécaniques et une excellente résistance à la corrosion, ainsi qu’une haute résistance à la pression, sa pression de service étant supérieure à 2,5 MPa. La surface du conduit est lisse, sa résistance aux fluides est faible, il n’entartre pas et n’est pas propice au développement de micro-organismes. Son coefficient de dilatation thermique est faible, et il ne rétrécit pas ni ne se déforme. Sa méthode d’installation et de raccordement est traditionnelle. La couche de revêtement plastique époxy du conduit résout efficacement les problèmes de corrosion des canalisations métalliques liés au transport d’eau, à l’enfouissement et à l’exposition aux acides, alcalis et sels, et sa durée de vie peut atteindre plus de 50 ans, comme illustré à la Fig. 8-53.

Fig. 8-53 Conduit en acier au carbone

VI. Tuyaux d’alimentation en eau

Dans les travaux de décoration d’un laboratoire médical, le système d’alimentation en eau et d’évacuation des eaux usées du laboratoire fait partie des ouvrages dissimulés intérieurs et occupe une part importante de l’ensemble du projet ; de plus, il impose des exigences élevées en matière de qualité de construction, car un problème peut entraîner toute une série de reprises de travaux. C’est pourquoi les exigences relatives aux matériaux d’alimentation en eau et d’évacuation font l’objet d’une attention particulière.

1. Tuyau en PVC-U

Le PVCU, également appelé PVC rigide, est constitué d’une résine thermoplastique amorphe obtenue par polymérisation de monomères de chlorure de vinyle associés à certains additifs (tels que des stabilisants, des lubrifiants, des charges, etc.). Outre l’utilisation d’additifs, on a également recours à une méthode de mélange et de modification avec d’autres résines pour lui conférer une valeur pratique avérée. Ces résines incluent le CPVC, le PE, l’ABS, l’EVA, le MBS, etc. Le PVCU présente une viscosité de fusion élevée et une mauvaise fluidité ; même si l’on augmente la pression d’injection et la température de fusion, l’évolution de la fluidité reste faible. De plus, la température de moulage de la résine est très proche de sa température de décomposition thermique, et la plage de température dans laquelle le moulage peut être réalisé est très étroite, ce qui en fait un matériau difficile à mouler. Dans les travaux de décoration de laboratoires médicaux, les tuyaux en PVC-U peuvent être utilisés comme conduits d’eau du robinet, comme illustré à la Fig. 8-54.

Fig. 8-54 Tuyau en PVC-U

Propriétés des tuyaux en PVC-U :

1.1 Légèreté, facilité de transport, de chargement et de déchargement

Le matériau des tuyaux en PVC-U est très léger, pratique à transporter et à mettre en œuvre, et permet d’économiser de la main-d’œuvre.

1.2 Excellente résistance chimique

Les tuyaux en PVC-U présentent une résistance exceptionnelle aux acides, aux alcalis et à la corrosion, et sont parfaitement adaptés à une utilisation dans l’industrie chimique.

1.3 Faible résistance aux fluides

La paroi des tuyaux en PVC-U est lisse et offre peu de résistance aux fluides ; son coefficient de rugosité n’est que de 0,009, inférieur à celui d’autres matériaux de tuyauterie, ce qui permet de réduire le diamètre du tuyau pour un même débit.

1.4 Grande résistance mécanique

Les tuyaux en PVC-U présentent une très bonne résistance à la pression hydrostatique, à la pression externe et aux chocs, et sont adaptés aux travaux de tuyauterie dans toutes sortes de conditions.

2. Tuyau en PP-R

Le tube en PP-R (polypropylène copolymère statistique) est également appelé tube en polypropylène de type III, tube en polypropylène copolymère statistique ou tube PPR. Le tube en PP-R est fabriqué à partir de polypropylène copolymère statistique : le matériau des tubes est obtenu par extrusion, et les raccords de tuyauterie par moulage par injection.

Comparé aux tuyaux traditionnels tels que les tuyaux en fonte, les tuyaux en acier galvanisé et les tuyaux en ciment, le matériau de tube PPR présente de multiples avantages : économie d’énergie et de matière, respect de l’environnement, légèreté et haute résistance, résistance à la corrosion, parois internes lisses sans formation de tartre, simplicité de construction et d’entretien, et longue durée de vie. Il est largement utilisé dans l’alimentation et l’évacuation des eaux des bâtiments, l’alimentation et l’évacuation des eaux en zones urbaines et rurales, le réseau de gaz urbain, la gaine de protection des câbles électriques et optiques, et le transport de fluides industriels, comme le montre la figure 8-55.

Figure 8-55 Tube PPR

3. Tuyaux d’eau en acier inoxydable

Dans un laboratoire, plusieurs groupes de salles doivent recourir à de l’eau purifiée. À l’heure actuelle, de nombreux laboratoires, dans un souci de maîtrise des coûts, remplacent majoritairement les tuyaux dédiés à l’eau purifiée par des tubes PPR pendant les travaux de construction ; toutefois, à strictement parler, cette pratique n’est pas conforme à la norme : selon les spécifications nationales applicables, des tuyaux d’eau en acier inoxydable doivent obligatoirement être utilisés comme conduite pour l’eau purifiée. Le tuyau d’eau en acier inoxydable est le meilleur matériau de tuyauterie pour acheminer l’eau potable directe. Il se caractérise par un faible taux de fuite, permettant d’économiser de précieuses ressources en eau. Pour les canalisations d’alimentation en eau, opter pour des tuyaux en acier inoxydable est le choix le plus favorable à la santé. Lors des essais d’immersion, tous les indicateurs satisfont aux exigences des normes nationales relatives à l’eau potable en vigueur. La paroi interne du tuyau en acier inoxydable est lisse : même après une utilisation prolongée, il n’accumule pas de tartre et n’est pas sensible à la contamination bactérienne. Il n’y a donc aucun risque d’altération de la qualité de l’eau, et la pollution secondaire de l’eau est éliminée. La fine couche d’oxyde dense et riche en chrome qui recouvre la surface de l’acier inoxydable confère aux tuyaux d’eau en acier inoxydable une bonne résistance à la corrosion dans toutes les qualités d’eau, y compris l’eau douce ; ils conservent d’ailleurs une excellente résistance à la corrosion même lorsqu’ils sont enterrés. Les données issues d’essais de corrosion sur site montrent que la durée de vie des tuyaux d’eau en acier inoxydable peut atteindre 100 ans, et qu’ils ne nécessitent quasiment aucun entretien pendant leur cycle de vie. Cela permet d’éviter les dépenses et les désagréments liés au remplacement des canalisations, pour un coût d’utilisation global faible. Toutes les matières premières utilisées appartiennent aux nuances 304, 304L, 316 et 316L, qui satisfont toutes aux exigences de la norme JIS4305. Les nuances précitées se caractérisent par des performances stables, une haute résistance et un faible coefficient de dilatation thermique, comme le montre la figure 8-56.

Figure 8-56 Tuyau d’eau en acier inoxydable

VII. Tuyaux d’évacuation des eaux

1. Tuyaux d’évacuation en PVC

Dans la construction de laboratoires, l’évacuation des eaux de la grande majorité des projets repose sur des tuyaux en PVC. PVC est l’abréviation de polychlorure de vinyle ; son composant principal est le polychlorure de vinyle, un matériau auquel d’autres composants sont ajoutés pour améliorer sa résistance à la chaleur, sa ténacité et sa ductilité. La couche supérieure de ce film de surface est un vernis, la couche intermédiaire a pour composant principal le polychlorure de vinyle, et la couche inférieure est un adhésif enduit au dos. La fabrication des tuyaux et des raccords s’achève par des étapes telles que le refroidissement, le durcissement, la mise en forme, le contrôle qualité et l’emballage.

C’est un matériau synthétique très apprécié, populaire et largement utilisé dans le monde à l’heure actuelle. Sa consommation mondiale se classe au deuxième rang parmi tous les matériaux synthétiques.

Figure 8-57 Tuyau d’évacuation en PVC

Les spécifications conventionnelles des tuyaux d’évacuation en PVC couramment utilisés sont les suivantes : les diamètres extérieurs nominaux sont respectivement de 32 mm, 40 mm, 50 mm, 75 mm, 90 mm, 110 mm, 125 mm, 160 mm, 180 mm, 200 mm, 250 mm, 315 mm, 400 mm, 500 mm, 630 mm, etc. La longueur des tuyaux en PVC-U est généralement de 4 m ou 6 m ; les autres longueurs sont déterminées par négociation entre le fournisseur et l’acheteur, comme le montre la figure 8-57.

2. Tuyaux en fonte ductile

Lors de la construction d’un laboratoire, il arrive que l’entreprise de construction demande expressément à la partie mandataire de construction d’utiliser des tuyaux en fonte ductile pour les canalisations de drainage. Le tuyau en fonte ductile possède l’essence du fer et les performances de l’acier, d’où son nom. Dans ce type de tuyau, le graphite se présente sous forme sphérique, et sa taille correspond généralement aux grades 6 à 7. Sur le plan qualitatif, le grade de nodularisation du tuyau en fonte doit être contrôlé entre les grades 1 et 3, avec un taux de nodularité ≥ 80 % ; par conséquent, les propriétés mécaniques intrinsèques du matériau sont nettement améliorées, ce qui lui confère l’essence du fer et les performances de l’acier. Après recuit, la structure métallographique du tuyau en fonte ductile est constituée de ferrite additionnée d’une faible quantité de perlite et présente de bonnes propriétés mécaniques, c’est pourquoi il est également appelé tuyau en fonte-acier. Le tuyau en fonte ductile est un type de tuyau en fonte. Il dispose d’excellentes performances anticorrosion, d’une bonne ductilité, d’un bon effet d’étanchéité et d’une installation simple, et est principalement utilisé pour l’alimentation en eau municipale, le transport de gaz, le transport de pétrole, etc., dans les entreprises industrielles et minières.

Une certaine quantité de graphite sphérique est répartie sur une matrice de ferrite et de perlite ; selon le diamètre nominal et les différentes exigences en matière d’allongement, les proportions de ferrite et de perlite dans la structure de la matrice varient — la proportion de perlite pour les petits diamètres n’est généralement pas supérieure à 20 %, tandis que pour les grands diamètres, elle est généralement contrôlée à environ 25 %, comme illustré sur la Fig. 8-58.

Fig. 8-58 Tuyau en fonte ductile