Calcul de la dilatation thermique d'un tuyau
Calculez l'allongement ΔL d'un tronçon de tuyauterie entre sa température de pose et sa température de service, par la relation ΔL = α × L × ΔT, pour organiser points fixes, guides et dispositifs de compensation.
Comment calculer la dilatation thermique d'un tuyau ?
Tous les matériaux se dilatent lorsque leur température augmente et se contractent lorsqu'elle diminue. L'ampleur de ce mouvement est propre à chaque matériau : elle est quantifiée par le coefficient de dilatation linéique α, qui exprime l'allongement (en millimètres) d'un mètre de tube pour une élévation de température de 1 °C.
L'allongement d'un tronçon de tuyauterie se calcule avec la formule suivante :
Allongement d'un tronçon
ΔL : allongement du tuyau (mm) · L₀ : longueur initiale du tronçon (m) · α : coefficient de dilatation linéique du matériau (mm/m/°C) · ΔT : écart de température entre l'état le plus froid et l'état le plus chaud du réseau (°C)
Exemple : un tube en cuivre (α = 0,017 mm/m/°C) de 10 mètres de long, posé à 20 °C et véhiculant de l'eau de chauffage à 70 °C (ΔT = 50 °C), s'allonge de :
ΔL = 10 m × 0,017 mm/m/°C × 50 °C = 8,5 mm
Quel écart de température ΔT retenir ?
L'erreur la plus fréquente consiste à ne considérer que la température de service. Or le tube doit pouvoir se déplacer sur toute la plage de température qu'il connaîtra au cours de sa vie : le ΔT à retenir est l'écart entre la température la plus basse (généralement la température de pose, 10 à 20 °C en intérieur, parfois proche de 0 °C en local non chauffé ou en vide sanitaire) et la température de service maximale : de l'ordre de 70 à 90 °C pour un réseau de chauffage à eau chaude, 55 à 60 °C pour une boucle d'eau chaude sanitaire. À l'inverse, un réseau d'eau glacée se contracte par rapport à sa longueur de pose : le calcul est identique, seul le sens du mouvement change.
Coefficients de dilatation des principaux matériaux
Le calculateur utilise les coefficients de dilatation linéique suivants :
| Matériau | α (mm/m/°C) | ΔL pour 10 m et ΔT = 50 °C |
|---|---|---|
| Acier | 0,013 | 6,5 mm |
| Cuivre | 0,017 | 8,5 mm |
| PVC (polychlorure de vinyle) | 0,08 | 40 mm |
| Polybutylène (PB) | 0,13 | 65 mm |
| Polypropylène (PP) | 0,18 | 90 mm |
| Polyéthylène réticulé (PEX) | 0,20 | 100 mm |
Tubes métalliques et tubes plastiques : un ordre de grandeur différent
Le tableau ci-dessus le montre clairement : à longueur et ΔT identiques, un tube PEX s'allonge environ 15 fois plus qu'un tube acier, et un polypropylène environ 10 fois plus qu'un cuivre. Ce n'est pas un détail de pose : sur une colonne de chauffage de 20 m avec un ΔT de 60 °C, l'acier se dilate de 15,6 mm quand le PEX se dilaterait de 240 mm.
Les conséquences pratiques diffèrent selon la famille de matériau. Les tubes métalliques se dilatent peu mais sont rigides : la dilatation empêchée génère des efforts très élevés sur les points fixes et les ancrages. Les tubes de synthèse se dilatent beaucoup mais leur module d'élasticité est faible : les efforts engendrés restent modérés, en revanche le tube flambe et serpente visiblement s'il n'est pas guidé. C'est pourquoi les tubes plastiques apparents se posent avec des fixations rapprochées, et pourquoi la pose sous fourreau ou noyée dans une chape (dans la couche isolante) leur laisse la liberté de mouvement nécessaire.
Que se passe-t-il si la dilatation est bloquée ?
La dilatation thermique est un phénomène physique qu'aucune fixation n'arrête : si le tube ne peut pas s'allonger librement, l'énergie se transforme en contrainte mécanique dans le tube et en efforts sur ses supports. Les désordres typiques d'une dilatation mal maîtrisée sont bien connus des installateurs :
- claquements et craquements à chaque montée ou descente en température, lorsque le tube se déplace brusquement dans ses colliers ou frotte dans une traversée de paroi ;
- arrachement de fixations ou descellement des points fixes soumis à des efforts qu'ils n'ont pas été dimensionnés pour reprendre ;
- flambement (déformation latérale en « serpent ») des tubes, particulièrement visible sur les matériaux de synthèse mal guidés ;
- fatigue des assemblages : les cycles répétés de contrainte finissent par provoquer des fuites aux brasures, raccords mécaniques ou emboîtures, et peuvent endommager les appareils raccordés (pompes, vannes, échangeurs).
La bonne démarche est donc systématique : calculer l'allongement de chaque tronçon avec l'outil ci-dessus, puis organiser le réseau (points fixes, guides) pour diriger cette dilatation vers des zones capables de l'absorber : changements de direction naturels, lyres ou compensateurs.
Que dois-je vérifier dans mon installation ?
Une fois l'allongement calculé, quatre points de contrôle permettent de s'assurer que le réseau pourra se dilater sans désordre.
Laisser le tube libre aux traversées
Les tuyaux traversant les murs et les dalles sont à pourvoir d'une isolation élastique qui assure une mobilité dans toutes les directions.
Ménager un rembourrage souple sous enduit et sous chape
Pour les tuyaux posés sous enduits, veiller à intégrer un rembourrage souple en matériaux isolants sans chlorure. Les tuyaux installés sous un revêtement de sol ou sous une chape sont posés dans la couche isolante destinée à amortir le bruit des pas, où ils peuvent se dilater librement.
Un seul point fixe par tronçon droit
Faire attention aux points fixes et au guidage coulissant des tuyaux. Une conduite linéaire ne comportant aucun changement de direction et qui n'est pas équipée d'un compensateur de dilatation ne doit comporter qu'un seul point fixe.
Compenser ce que le tracé ne peut pas absorber
Enfin, lorsque le tracé ne peut pas absorber naturellement l'allongement calculé, mettre en place un dispositif de compensation : lyre de dilatation (un « U » réalisé en tube et coudes standard, simple mais encombrant), compensateur à soufflet (compact, pour les espaces réduits) ou bras flexible au changement de direction. Pour dimensionner ces dispositifs, utilisez notre outil Mesures compensatoires de dilatation thermique.