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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 2 055 − 1 Contrôle de l’étanchéité par Jacques TALLON Chef de Produit Contrôle d’Étanchéité, Division Vide et Mécanique, Alcatel-CIT e présent article est la refonte de l’article écrit initialement par René-Paul HENRY et Pierre CRAMPON. L’auteur a repris de larges extraits de l’article précédent et notamment l’étude théorique (§ 1) pratiquement sans changement. L’étanchéité est la qualité que présente une enceinte fermée de ne permettre à aucun ﬂuide de franchir ses parois. L’obtention et le maintien d’une telle propriété sont, dans la réalité, des opérations susceptibles d’une certaine gradation, l’herméticité d’une enceinte devant être considérée, même d’un point de vue théorique, comme illusoire. En effet, une structure parfaitement homo- gène peut être franchie par les gaz sous l’effet de phénomènes de sorption et de désorption aux interfaces du solide et de phénomènes de mise en solution et de diffusion en son sein. Ce processus complexe, appelé perméation, varie dans de très grandes proportions avec la nature des éléments en présence. C’est 1. Écoulement des ﬂuides dans les ﬁssures. Études théoriques .... R 2 055 - 3 1.1 Nature des fuites.......................................................................................... — 3 1.2 Caractérisation d’une fuite.......................................................................... — 3 1.2.1 Fuite de liquide ................................................................................... — 3 1.2.2 Fuite de gaz ou de vapeur.................................................................. — 4 1.2.3 Détermination des caractéristiques d’une fuite ............................... — 6 1.3 Prestation d’étanchéité................................................................................ — 7 2. Procédés et appareils utilisés .............................................................. — 8 2.1 Contrôle par voie humide ........................................................................... — 8 2.2 Localisation à l’ammoniac .......................................................................... — 8 2.3 Test par décharge électrique....................................................................... — 8 2.4 Détecteur à halogènes et à conductivité thermique................................. — 9 2.5 Détecteurs à manomètres à action différentielle...................................... — 9 2.6 Détecteur à capture d’électrons.................................................................. — 10 2.7 Détecteur à spectrométrie de masse ......................................................... — 10 2.8 Détection aux traceurs radioactifs.............................................................. — 12 2.9 Détection par mesure de variation de pression........................................ — 12 3. Techniques de contrôle de l’étanchéité ............................................ — 13 3.1 Localisation des défauts.............................................................................. — 13 3.1.1 Méthode de localisation au jet .......................................................... — 13 3.1.2 Méthode de localisation au reniﬂeur ................................................ — 14 3.1.3 Méthode de localisation à la ventouse ............................................. — 14 3.2 Procédés de contrôle................................................................................... — 14 3.2.1 Contrôle par évolution de pression................................................... — 14 3.2.2 Contrôle par test global...................................................................... — 15 3.2.3 Contrôle par accumulation ................................................................ — 15 3.2.4 Contrôle par ressuage........................................................................ — 15 3.3 Contrôles de fabrication.............................................................................. — 15 4. Conclusion ................................................................................................. — 16 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 2 055 L CONTRÔLE DE L’ÉTANCHÉITÉ _____________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. R 2 055 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle ainsi que la perméation des gaz à travers les métaux n’est habituellement pas de nature à nuire à l’étanchéité, alors que celle des gaz à travers les élastomères peut conduire à des ambiguïtés lors de la recherche des fuites. Nous ne nous préoccuperons, dans ce qui suit, que des fuites, c’est-à-dire du transfert des ﬂuides, qui ne relève pas du phénomène de diffusion ni de perméation. Le lecteur se reportera également à la rubrique Technique du vide dans le traité Génie mécanique. (0) Symboles, notations et unités utilisés Sym- boles Grandeurs Équations aux dimensions Unités ou valeurs Système International a Système CGS ou hors système b Équivalence n a = nb Cs correction sonique sans d diamètre L m cm 102 Fγ force superficielle MLT –2 N dyne 105 G quantité énergétique de gaz ML2T –2 Pa · m3 cm3 TPN 10, 13 Kn sans libre parcours moyen L m cm 102 relatif à pression moyenne L m cm 102 L longueur, épaisseur L m cm 102 m masse M kg g 103 M masse molaire MN–1 kg · mol –1 g · mol–1 103 p pression ML–1T –2 Pa Torr 7,500 6 × 10–3 pression moyenne ML–1T –2 Pa Torr 7,500 6 × 10–3 pL pression de vapeur saturante ML–1T –2 Pa Torr 7,500 6 × 10–3 ps pression sonique ML–1T –2 Pa Torr 7,500 6 × 10–3 p γ contre-pression superficielle ML–1T –2 Pa Torr 7,500 6 × 10–3 qG flux de gaz ML2T –3 Pa · m3 · s–1 Torr · dm3 · s–1 7,500 6 qm débit-masse M T –1 kg · s–1 g · s–1 103 qV débit-volume L3T –1 m3 · s–1 dm3 · s–1 103 r rayon L m cm 102 R constante molaire des gaz ML2T – 2 Θ –1 N –1 8,314 6 8,314 6 × 107 J · K–1 · mol–1 erg · K –1 · mol–1 Re sans S aire d’une section L2 m2 cm2 104 T température thermodynamique Θ K K 1 TPN température et pression normales 20 oC et 0,101 3 MPa u vitesse moyenne de déplacement LT –1 m · s–1 cm · s–1 102 us vitesse sonique LT –1 m · s–1 cm · s–1 102 va LT –1 m · s–1 cm · s–1 102 V volume L3 m3 cm3 106 γ tension superficielle MT –2 N · m–1 dyne · cm–1 103 η viscosité dynamique d’un gaz ML–1T –1 Pa · s Po 10 viscosité dynamique d’un liquide ML–1T –1 Pa · s Po 10 ν nombre de moles N mol mol 1 ρ masse volumique d’un gaz ML–3 kg · m–3 g · cm–3 10–3 masse volumique d’un liquide ML–3 kg · m–3 g · cm–3 10–3 ρu = M/RT masse volumique unitaire d’un gaz L–2T 2 kg · m–3 · Pa–1 g · dm–3 · Torr –1 0,133 32 × 10–3 τ constante de temps T s s 1 d m - - - - - - - - - nombre de Knudsen = m m m p udρ η - - - - - - - - - - - - - nombre de Reynolds = 8 πρu - - - - - - - - - - - vitesse moyenne arithmétique = η ρ ____________________________________________________________________________________________________________ CONTRÔLE DE L’ÉTANCHÉITÉ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 2 055 − 3 1. Écoulement des ﬂuides dans les ﬁssures. Études théoriques La caractéristique principale d’une fuite est d’être un élément capricieux dont la géométrie et la permanence même sont soumises à des aléas qui dépendent de la réalisation des éléments ouvrés, de leur assemblage et des conditions de traitement. En effet, une fuite obturée par inadvertance, lors d’une manutention, peut le rester au cours d’un traitement de surface ultérieur et se déboucher plus ou moins spontanément lorsque l’appareil est mis en service. 1.1 Nature des fuites La forme et les dimensions d’une fuite sont liées à son origine. Très contournée dans le cas d’un défaut de structure (faille, tapure, ﬁssure), elle est le plus souvent directe et traverse franchement la paroi dans le cas des jonctions déﬁnitives (reprises de soudures). On peut néanmoins se trouver dans le premier cas, s’il s’agit de brasures à mouillage imparfait ou de soudures par étincelage. Elle peut alors comporter une longueur nettement supérieure à l’épaisseur de la paroi et déboucher à une certaine distance du droit de son entrée. Les fuites aux jonctions démontables franchissent directement celles-ci et sont souvent motivées par des rayures ou des défauts de serrage. Elles peuvent alors présenter une section aplatie. Il semble, par conséquent, aléatoire d’assigner aux fuites une géométrie représentative. C’est néanmoins une exigence de leur caractérisation, on leur supposera donc la forme d’un cylindre régulier, reliant directement les faces de la paroi qu’il traverse. 1.2 Caractérisation d’une fuite Le transfert d’un ﬂuide à travers un défaut étant régi par la nature de ce ﬂuide, nous distinguerons le cas des liquides de celui des gaz ou des vapeurs. 1.2.1 Fuite de liquide Le transfert d’un liquide à travers une fuite se déﬁnit par le débit-masse qm de celui-ci. Il est constant le long de son trajet et égal au produit de la vitesse moyenne u du liquide par sa masse volumique et par l’aire S de la section de diamètre d qu’il traverse, soit selon notre hypothèse : (1) Les conditions d’écoulement d’un liquide sont sous la dépendance du nombre de Reynolds : (2) avec viscosité dynamique du liquide, dans le cas d’une canalisation cylindrique. L’écoulement est habituellement turbulent si Re est supérieur à 2 200, laminaire si Re est inférieur à 1 200. Entre ces deux valeurs, la conﬁguration de la canalisation détermine la nature de l’écoulement. En appliquant la condition à l’ensemble des relations (1) et (2), il vient : (3) Les débits-masse de liquide à travers les fuites satisfaisant géné- ralement cette condition, nous bornerons notre étude à celle de l’écoulement laminaire, dont rend compte la loi de Poiseuille. Selon celle-ci, le débit-masse d’un liquide à travers une canalisation de diamètre d et de longueur L vaut : (4) pam et pav étant les pressions à l’amont et à l’aval de cette canalisation. La tension uploads/s1/ controle-de-l-x27-etancheite.pdf