Cotes de gorge d'un joint torique : le guide complet

C'est le principe qui surprend le plus souvent, et c'est le plus utile. Un joint de 5 mm de diamètre et un joint de 300 mm, dès lors qu’ils partagent le même tore de 3,53 mm, se logent dans une gorge de même profondeur et de même largeur. Seul le diamètre de fond de gorge change.

Conséquence pratique : cherchez la page du tore de votre joint, relevez les cotes de la configuration qui correspond à votre montage, et n'ajustez ensuite que le diamètre. Onze configurations sont tabulées, du statique radial au pneumatique en montage flottant, en passant par les logements spécifiques aux joints PTFE et FEP.

Trouver la page de votre diamètre de tore →

La profondeur de gorge est toujours inférieure au diamètre de tore : c'est cette différence qui écrase le joint et crée l'étanchéité. Le rapport porte un nom, le taux de serrage, et il se calcule simplement.

Le guide dédié au taux d'écrasement →

L'élastomère se déforme mais ne se comprime pas : son volume reste constant. Écrasé en hauteur, le joint s'étale en largeur, et il lui faut la place pour le faire. C'est toute la fonction de la largeur de gorge, et la raison pour laquelle une gorge trop étroite est aussi dangereuse qu’une gorge trop peu profonde.

Au-delà de 90 %, le joint n'a plus de volume libre. La moindre dilatation thermique, le moindre gonflement au contact du fluide met alors la gorge en pression : le joint extrude par le jeu, ou la pièce elle-même se déforme. En dessous de 60 %, à l’inverse, le joint flotte dans son logement et peut rouler — origine classique des ruptures en spirale sur les vérins à longue course.

Calculer serrage et remplissage pour votre tore →

Profondeur et largeur ne dépendent que du tore. Le diamètre de gorge, lui, dépend du sens d'étanchéité — et les deux cas ne se calculent pas de la même façon.

En étanchéité de cylindre, dite aussi de piston, le joint est monté par extension : il doit être étiré sur le fond de sa gorge pour ne pas y flotter. Le diamètre intérieur du joint est donc plus petit que le diamètre de fond de gorge.

En étanchéité de tige, dite de rod, c'est l'inverse : le joint est monté par compression et son diamètre extérieur doit dépasser celui du logement, de 0,5 à 5 % pour un joint de moins de 250 mm, de 0,5 à 3 % au-delà. En dessous de 20 mm de diamètre, les tolérances de fabrication rendent parfois cette plage difficile à tenir.

C'est la cote oubliée de la plupart des conceptions, et la première cause de rupture en haute pression. Sous pression, l'élastomère se comporte comme un fluide très visqueux : il est poussé contre la face opposée et cherche à s'échapper par l'interstice entre les pièces. Passé un seuil, il y flue et se déchiquette — la rupture typique montre une série de petites morsures côté basse pression.

En règle générale, une bague anti-extrusion s'impose au-delà de 5 MPa pour un joint de plus de 50 mm de diamètre intérieur, et au-delà de 10 MPa en dessous de 50 mm. Quand la pression alterne dans les deux sens, il en faut deux, une de chaque côté.

Attention à la concentricité : un jeu nominal correct mais une pièce excentrée crée localement un jeu double. C’est pourquoi les ruptures par extrusion apparaissent souvent sur un seul secteur du joint.

Une surface trop rugueuse agit comme une lime sur l'élastomère. Une surface trop lisse, en dynamique, ne retient plus le film lubrifiant et provoque un frottement à sec. Les valeurs à viser dépendent donc de la sollicitation, pas seulement de la qualité d'usinage disponible.

Le sens des stries compte autant que leur profondeur. Sur une portée dynamique, un usinage laissant des stries hélicoïdales — typiquement un tournage trop rapide — crée un chemin de fuite continu, quelle que soit la valeur de Ra mesurée. La rectification ou le galetage sont préférables.

Sans chanfrein, le joint se coupe sur l'arête au montage. La coupure est souvent invisible à l'œil, et la fuite n'apparaît qu'à la mise en pression : on démonte alors une machine entière pour un joint qui était déjà mort avant le premier démarrage.

• —Les rayons de fond de gorge évitent la concentration de contrainte qui amorce une fissure. Ils sont tabulés avec les autres cotes, entre 0,2 et 1,5 mm selon le tore.
• —Les filetages que le joint doit franchir au montage se protègent d'un manchon ou d'un ruban : un filet est une râpe pour un élastomère.
• —Les gorges borgnes de distributeurs multivoies sont un cas difficile : le joint y est engagé à l’aveugle et se pince facilement.
• —La lubrification au montage divise par plusieurs fois l’effort d’insertion. Utilisez une graisse compatible avec la matière — une graisse minérale sur un EPDM le détruit.

La gorge rectangulaire couvre l'immense majorité des cas et c'est celle qu'il faut retenir par défaut. Trois variantes existent pour des besoins précis.

En montage axial — un couvercle, une bride —, le sens de la pression détermine de quel côté placer le joint dans sa gorge. Sous pression interne, le joint doit porter sur le flanc extérieur de la gorge ; sous pression externe, sur le flanc intérieur. Se tromper de côté revient à laisser le joint rouler à chaque cycle.

Une gorge cotée sans tolérances laisse l'atelier décider, et l'atelier décide au plus large. Or le serrage se joue au centième : sur un tore de 1,78 mm, 0,05 mm de profondeur en trop, ce sont trois points de serrage perdus, et ils viennent s’ajouter à la tolérance du joint lui-même.

Le raisonnement correct est un cumul de pires cas. Le serrage minimal se calcule avec le tore au minimum de sa tolérance et la gorge au maximum de sa profondeur ; le serrage maximal, avec le tore au maximum et la gorge au minimum. Les deux résultats doivent tomber dans la plage admissible, pas seulement la valeur nominale.

• —La profondeur donne-t-elle un serrage dans la plage de mon application ?
• —Le taux de remplissage reste-t-il sous 90 %, dilatation thermique comprise ?
• —Le diamètre de gorge produit-il l'étirement ou la compression attendus selon le sens d'étanchéité ?
• —Le jeu radial est-il compatible avec ma pression et ma dureté, en tenant compte de l’excentration possible ?
• —Les rugosités sont-elles spécifiées sur le plan, pour la portée comme pour la gorge ?
• —Un chanfrein d’entrée est-il prévu, avec son arête cassée ?
• —Les rayons de fond sont-ils cotés ?
• —Le joint franchit-il un filetage ou une arête pendant le montage ?

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