Joint torique basse température : jusqu’à −60 °C et au-delà

La chaleur dégrade chimiquement : elle rompt des liaisons, extrait des plastifiants, oxyde la surface. Les dommages sont cumulatifs et définitifs. Le froid ne fait rien de tel : il ralentit simplement les mouvements moléculaires jusqu’à ce que l’élastomère cesse de se comporter comme un caoutchouc et se comporte comme un verre.

Cette transition est entièrement réversible. Un joint qui a passé une nuit à −40 °C sans être sollicité retrouve toutes ses propriétés en se réchauffant. C’est ce qui explique le symptôme le plus caractéristique du domaine : la fuite au démarrage à froid qui se referme toute seule après quelques minutes de fonctionnement.

Le TR10 est la valeur à demander sur une application réellement froide. Il se situe généralement une dizaine de degrés au-dessus de la transition vitreuse et correspond à peu près au point où le joint cesse d’assurer un contact utile. Une règle pratique répandue consiste à considérer que la limite d’emploi statique se situe environ 8 à 10 °C sous le TR10, à condition que rien ne bouge.

Deux enseignements de ce tableau. D’abord, l’EPDM est le meilleur rapport froid-prix du marché : il descend plus bas que le nitrile pour 30 % de plus. Ensuite, le silicone est le seul à tenir réellement le grand froid, avec une variante phénylée qui descend à −115 °C et n’a aucun concurrent dans cette plage.

Fiche du silicone →

C’est l’une des erreurs les plus répandues, et elle vient d’un raisonnement raisonnable : puisque le fluoroélastomère est la matière la plus performante et la plus chère, elle doit être meilleure partout. En température basse, c’est faux : un FKM standard durcit dès −20 °C, quand un nitrile ordinaire travaille encore à −30 °C.

Sur du matériel extérieur qui démarre l’hiver, passer d’un nitrile à un fluoroélastomère « pour faire mieux » peut donc créer une fuite au démarrage qui n’existait pas. Si la contrainte chaude impose malgré tout un FKM, il faut demander explicitement une formulation basse température — et accepter qu’elle soit un peu moins résistante chimiquement.

Les compromis entre les deux matières →

Un élastomère se contracte environ seize fois plus qu’un acier pour la même variation de température : de l’ordre de 200 millionièmes par degré contre 12 pour l’acier. Ce différentiel a deux effets, très inégaux.

• —Sur la section, l’effet est faible. Quatre centièmes de millimètre font perdre environ un point de taux d’écrasement : gênant sur un montage déjà juste, négligeable sinon.
• —Sur le diamètre, l’effet devient important dès que les cotes grandissent. Un joint de 200 mm se rétracte de plus de deux millimètres en diamètre quand son logement en acier n’en perd que quinze centièmes.

La conséquence dépend du sens de montage. Sur un logement de piston, où le joint est déjà étiré autour d’une gorge, la contraction resserre le joint dans sa gorge : c’est sans danger, voire favorable. Sur un logement de tige, où le joint est légèrement comprimé en circonférence, la contraction le fait au contraire serrer davantage sur la tige et augmente la friction au démarrage à froid.

Recalculer le serrage à la température minimale →

Un joint vitreux, laissé tranquille, ne subit aucun dommage. Le même joint sollicité pendant qu’il est vitreux se fissure, et cette fissuration ne se répare pas au réchauffement. C’est la seule façon dont le froid endommage réellement un joint, et elle est intégralement due à la conduite de l’installation.

• —Un démarrage sous pression avant réchauffement met le joint vitreux en charge : c’est le scénario le plus courant.
• —Un vérin actionné à froid déplace le joint alors qu’il ne peut plus se déformer.
• —Un choc ou une vibration sur un montage gelé peut suffire sur une matière très en dessous de son TR10.
• —Une dépressurisation rapide sur un montage gazeux ajoute le risque de décompression explosive au risque de fissuration.

D’où une règle de conduite simple sur les installations soumises au grand froid : prévoir un réchauffage ou une temporisation avant la mise en charge. C’est souvent la mesure la moins chère et la plus efficace, bien avant le changement de matière.

La décompression explosive, qui se combine souvent au froid →

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   Prenez la température minimale d’exposition, pas de service

   Une machine stockée dehors l’hiver voit des températures qu’elle ne verra jamais en fonctionnement, et c’est au démarrage suivant que le joint est le plus vulnérable.

2. 2

   Demandez le TR10 de la formulation

   Et non la limite catalogue. Sur une application froide, c’est la donnée qui engage.

3. 3

   Visez le haut de la plage de serrage

   La contraction et la rigidification consomment de la marge : mieux vaut la prévoir que la découvrir en janvier.

4. 4

   Vérifiez la contrainte chaude en même temps

   Beaucoup de matières froides plafonnent bas en température. Si l’amplitude est large, le silicone est souvent le seul à couvrir les deux bornes.

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   Prévoyez une temporisation avant mise en charge

   Quelques minutes de réchauffement suppriment la majeure partie du risque, sans changer une seule pièce.

L’autre extrémité de la plage →