On accorde relativement peu d'attention aux liaisons boulonnées, même quand il s'agit de turbines, de raccords, de pompes, de vannes, de canalisations, accessoires, etc., omniprésents dans les environnements dédiés à la production d'énergie. Et pourtant, ce sont justement des endroits qui sont souvent soumis à de très hautes exigences. Ainsi doivent-ils par exemple résister à une chaleur intense, à des forces et des contraintes énormes...

Qu'est-ce qu'un bon boulonnage, en réalité ? Ce que l'on peut en dire pour commencer, c'est que les parties qui sont assemblées doivent fonctionner comme un tout. Il ne peut plus y avoir de mouvement, le boulon doit fonctionner comme une sorte de ressort de traction et parfois, l'ensemble doit aussi résister aux pressions des liquides et des gaz. Simple ? En apparence seulement. Prenez les liaisons entre les brides (le bord plat situé à l'extrémité des tuyaux et autres conduites), qui constituent une application importante dans, par exemple, l'assemblage de turbines à des générateurs dédiés à la production d'électricité. Ou encore, dans les canalisations de gaz naturel, de pétrole.... La plupart des entreprises partent du principe que ces liaisons ne présentent pas de fuites. Une supposition bien naïve, car il existe toujours des fuites diffuses, c'est-à-dire des ouvertures (souvent microscopiques) qui laissent s'échapper le fluide (sous forme gazeuse, la plupart du temps). La qualité du boulonnage joue un rôle important dans la fréquence de ce problème. Le Prof. Dr. ir. Alexander Riedl, de l'Université de Münster, a dressé un tableau de l'effet du boulonnage par le biais d'une étude menée en 1999 par le TNO (un institut de recherche et de connaissance néerlandais indépendant), qui a démontré que 22 à 27 % des fuites diffuses se produisaient par les brides. « Autrement dit, ce qui revient à une perte de 106 000 tonnes de gaz et de liquides », poursuit-il. « Et si l'on estime la valeur d'une tonne à 700 euros, on en arrive à environ 50 à 100 millions d'euros par an. Sans compter les pertes subies au niveau des colmatages d'axes et des accessoires. (...) Si l'étanchéité au gaz d'un pneu de voiture était aussi grande que celle d'un raccord de bride considéré comme étanche, nous devrions nous rendre dans une station-service toutes les sept heures pour regonfler nos pneus... ». Or, le problème n'est pas seulement néfaste pour le portefeuille, mais aussi pour l'environnement. Pensez simplement au gaz naturel, qui se compose en grande partie de méthane, un gaz à effet de serre qui est 23 fois plus puissant que le CO2. Parfois, on fixe bien des colliers de serrage pour colmater les fuites. André Van Nijnatten, Senior Specialist Industrial Bolting chez Hytorc Benelux, pense quant à lui que ce n'est pas une bonne solution. « Les frais qui y sont liés sont largement sous-estimés », explique-t-il. « Il y a bien sûr le prix d'achat. Mais il faut y ajouter la nécessité d'un entretien tous les trois à six mois. Autre inconvénient : les brides s'abîment lorsque les colliers sont retirés pendant un travail de maintenance. Ce qui exige un nouveau conditionnement lors du remontage des brides : soudage, vissage et cardage. Selon le type de bride à traiter, les dimensions et la quantité, il faut compter environ 1 000 à 1 500 euros par exemplaire. Plus la perte de rendement générée par l'utilisation de colliers et les dangers liés au montage ». Et puis, il y a aussi d'autres problèmes qui peuvent surgir quand le boulonnage ne se passe pas normalement : explosions, incendies, arrêts indésirables, démontages particulièrement difficiles... sans oublier (et ce n'est pas le moindre des soucis), les situations de travail dangereuses avec, à la clé, des accidents (parfois même mortels). Les brides défectueuses du pipeline de BP (qui a entraîné la catastrophe du Golfe du Mexique) n'est qu'un exemple tragique parmi d'autres.

Boulonnage conventionnel

Dans le secteur de l'énergie, les techniques de boulonnage les plus fréquemment utilisées semblent toujours être les techniques conventionnelles : étirage thermique, tensionnement ou couplage. Il est important d'en connaître les avantages et les inconvénients, de même que les dernières tendances en matière de boulonnage, histoire d'endiguer les nombreux problèmes qui découlent de liaisons non appropriées. Mathieu Van Kortenhof, CEO de Hytorc Benelux : « L'étirage thermique est la méthode la moins chère pour réaliser des boulonnages de grandes dimensions. Cette technique présente toutefois un inconvénient de taille, à savoir que les boulons doivent être chauffés à l'aide d'un brûleur à gaz ou par induction avant de pouvoir être fixés. Or, le fait de travailler avec ces boulons d'une chaleur extrême n'est pas sans danger pour les monteurs. Par ailleurs, la température élevée des boulons complique leur re-mesurage exact : la perte de temps est énorme puisqu'il faut attendre qu'ils soient suffisamment refroidis pour les remesurer, ce qui peut prendre de 12 à 24 heures. La deuxième méthode de boulonnage, le tensionnement, a pour avantage de permettre l'utilisation simultanée de plusieurs tensionneurs, ce qui permet de ne pas devoir serrer d'abord un boulon d'un côté de la bride avant de fixer un autre de l'autre côté... Conséquence : le colmatage reste aussi important sur les deux faces. Cette technique est par exemple intéressante pour les éléments en graphite, un matériau qui, après l'enfoncement, ne reprend pas sa forme initiale comme un ressort. Le tensionnement est donc intéressant pour la parallélité de la bride. L'inconvénient, c'est que pour chaque diamètre de boulon utilisé, il faut acheter un tensionneur séparé. De plus, comme cette méthode n'est pas totalement fiable pendant le processus en raison du fait que l'on ne connaît pas le taux de relâchement du matériau à la fin de la mise en tension, il faut tout remesurer après. La dernière technique est le couplage, qui est de loin la méthode la plus rapide et la plus sûre. Et de surcroît, elle peut s'appliquer presque partout. Elle présente toutefois un inconvénient non négligeable : il faut utiliser un outillage à bras de réaction. Comme celui-ci doit toujours s'appuyer sur un point fixe – le boulon le plus proche, généralement –, il se peut que l'utilisateur s'écrase les doigts ou la main, par exemple, avec toutes les conséquences qui en découlent. De plus, ce bras réactionnel génère des forces de cisaillement et de flexion indésirables qui ont un impact sur le coefficient de frottement avec, en corollaire, des contraintes qui peuvent différer de 20 à 40 % selon les boulons ».

Un tensionnement sans torsion !

Mathieu Van Kortenhof affirme que le secteur du boulonnage est très conservateur : en réalité, il n'a que peu évolué au fil des décennies. Conséquence : peu d'innovations ont augmenté la qualité des liaisons. Hytorc USA, la société mère de Hytorc Benelux, est un phénix dans ce domaine : c'est elle qui a mis au point le « Hytorc NUT ». Un produit qu'on ne peut pas vraiment qualifier de bon marché : il coûte facilement 20 à 200 fois plus cher que les autres écrous. Il a donc intérêt à avoir de bonne raisons pour être aussi coûteux ! Van Kortenhof : « Le 'Hytorc NUT' se distingue des autres techniques de boulonnage en ce sens qu'il évite les forces de cisaillement, de réaction et de torsion grâce à la conversion du mouvement rotatif en axial. Résultat : tous les frottements se manifestent dans l'écrou et non dans le filet. Ce qui permet non seulement aux monteurs de travailler plus en sécurité, mais aussi d'éviter un « avalement » de l'écrou dû, par exemple, à la flexion du boulon. Cette technologie permet par ailleurs un desserrage plus rapide, ce qui accélère et simplifie le démontage en cas de révision. Sans compter que les clés de serrage y afférentes ne doivent s'appuyer sur rien, donc pas sur le boulon le plus proche non plus. On peut même en placer quatre à huit en même temps sur la bride, tout bénéfice pour la parallélité de la bride concernée. Les clés sont commandées à distance et elles peuvent être suspendues à l'envers. Enfin, c'est la seule technique de boulonnage au monde à permettre le calibrage de la force de traction des boulons. Nous garantissons la tension des boulons et ce, avec une précision de 5 à 10 %. Cette précision contribue à minimiser les déséquilibres dans les liaisons entre turbine à vapeur et générateur, ce qui améliore le transfert d'énergie entre les deux éléments ». Cet avantage est notamment illustré par Siemens, qui utilise le « Hytorc NUT » lors de la révision de ses turbines à vapeur et à gaz.

Une rondelle d'un nouveau genre

Vu le prix élevé du « Hytorc NUT », Hytorc a lancé un produit qui lui est apparenté : le « Hytorc Load DISC ». Selon Mathieu Van Kortenhof, cette rondelle d'un nouveau genre possède deux tiers des avantages du « Hytorc NUT », tout en coûtant beaucoup moins cher. Le « Hytorc Load DISC » est en réalité une rondelle placée sous un écrou classique qui a cette caractéristique particulière d'assurer un déplacement axial des boulons et écrous conventionnels. « Il s'agit donc d'une construction permettant de prolonger les boulons de façon parfaitement axiale et ce, sans aucun cisaillement ni basculement. Pour obtenir la même précharge, la force de torsion est donc moindre. De plus, le démontage nécessite moins d'énergie au moment du desserrage des boulons », ajoute-t-il.