Dans les équipements industriels et les systèmes fluidiques, une étanchéité efficace est essentielle pour garantir l'intégrité opérationnelle et prévenir les fuites de fluides. Le choix des matériaux d'étanchéité, et notamment leur capacité à résister à la pression interne, est un facteur déterminant pour la réussite de l'étanchéité. Un mauvais choix peut entraîner une défaillance prématurée du joint, des fuites et des risques potentiels pour la sécurité. Ce guide présente les principaux matériaux d'étanchéité recommandés pour différentes plages de pression.
I. Applications basse pression (0 – 5 MPa)
Scénarios courants : Systèmes pneumatiques, systèmes hydrauliques basse pression, traitement de l’eau, machines pour l’industrie agroalimentaire, joints d’étanchéité à tige alternative à faible charge.
Sélection des matériaux :
1. Caoutchouc nitrile (NBR) : Le choix le plus économique et polyvalent pour les applications basse pression. Il offre une excellente résistance aux huiles hydrauliques, lubrifiants, carburants et à l’air à base de pétrole, pour un rapport qualité-prix exceptionnel. Idéal pour la plupart des applications hydrauliques et pneumatiques basse pression.
2. Éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) : Excellente résistance à l’eau chaude, à la vapeur, au glycol, aux cétones et aux acides/bases faibles. Ne convient pas aux huiles minérales ni aux carburants. Principalement utilisé pour l’étanchéité des fluides aqueux et des fluides caloporteurs dans les systèmes basse pression.
3. Polyuréthane (PU/AU/EU) : Caractérisé par une résistance extrême à l’abrasion et une grande résistance mécanique. Sous basse pression, sa résistance supérieure à l’extrusion et à l’usure en fait un choix exceptionnel pour les joints alternatifs (par exemple, les joints de piston et de tige), surpassant largement le caoutchouc standard en termes de durée de vie.
Résumé : Pour les applications à basse pression, privilégiez la compatibilité avec le fluide. Le NBR est l’option polyvalente par défaut, le PU offre une durée de vie accrue et l’EPDM est spécialisé pour les fluides aqueux et polaires.
II. Applications à moyenne pression (5 – 30 MPa)
Scénarios courants : Engins de construction, machines de moulage par injection, machines-outils, systèmes hydrauliques de moyenne puissance.
Sélection des matériaux :
1. Polyuréthane (PU) : Matériau de choix pour les applications hydrauliques moyenne pression. Sa haute résistance mécanique, sa dureté et son exceptionnelle résistance à l'extrusion permettent de lutter efficacement contre la déformation induite par la pression et l'extrusion des interstices, ce qui en fait le matériau privilégié pour les joints de piston et de tige.
2. Caoutchouc nitrile (NBR) : Les composés NBR renforcés peuvent convenir aux applications où la pression reste inférieure à 15-20 MPa et les températures modérées, notamment pour les joints statiques comme les joints toriques. Leur résistance à l’extrusion est cependant nettement inférieure à celle du polyuréthane.
3. Fluoroélastomère (FKM/Viton®) : Solution privilégiée pour les fluides à haute température, les carburants ou les produits chimiques agressifs (par exemple, les fluides acides), même à moyenne pression. Le FKM offre une résistance chimique supérieure et d'excellentes performances à haute température (jusqu'à plus de 200 °C).
Résumé : Dans les applications à pression moyenne, la résistance à l’extrusion est primordiale. Le polyuréthane (PU) est le matériau de choix pour les joints dynamiques, tandis que le fluoroélastomère (FKM) est privilégié pour les environnements chimiques exigeants et les hautes températures.
III. Applications à haute et très haute pression (supérieure à 30 MPa, jusqu'à plus de 100 MPa)
Scénarios courants : vérins hydrauliques, pompes à ultra-haute pression, découpe au jet d’eau, équipements de tête de puits de pétrole et de gaz, systèmes de test de récipients sous pression.
Sélection des matériaux :
1. Polyuréthane (PU) : Les polyuréthanes spécialement formulés et conçus (par exemple, le polyuréthane coulé) restent une option viable pour les joints dynamiques haute pression, mais nécessitent une formulation et une conception de joint précises, imposant souvent l'utilisation de bagues de support anti-extrusion.
2. Composites à fibres aramides / Plastiques techniques (PEEK, PTFE chargé) : Ces matériaux sont essentiels pour les applications à très haute pression. Ce ne sont pas des élastomères, mais des plastiques haute performance présentant une résistance et un module d’élasticité mécaniques exceptionnels.
• PTFE chargé : L’ajout de charges telles que des fibres de verre, de cuivre ou de carbone au PTFE améliore considérablement sa résistance à la compression et à l’extrusion. Couramment utilisé pour les bagues d’appui et les bagues d’étanchéité afin de protéger les joints primaires contre l’extrusion et les dommages.
• PEEK : Offre une résistance, une rigidité et une résistance à la température extrêmement élevées, utilisé pour la fabrication de bagues d'étanchéité et de bagues de support dans des environnements à ultra-haute pression.
3. Joints métalliques (cuivre ou acier inoxydable) : Sous des pressions extrêmes (ex. : > 70 MPa), à haute température ou en cas de choc important, les élastomères et les plastiques atteignent leurs limites. Les joints toriques ou en C métalliques constituent alors la solution idéale. Ils assurent l’étanchéité par déformation plastique, offrant une fiabilité extrême, mais sont généralement à usage unique et nécessitent une précontrainte importante lors de l’installation.
Résumé : Dans des conditions de très haute pression, la stratégie passe de « l'étanchéité élastique » à un « confinement rigide ». Les plastiques techniques à haute résistance (PTFE renforcé, PEEK) et les métaux sont essentiels, avec des conceptions axées sur la minimisation de la déformation et de l'extrusion.
IV. Principaux facteurs de sélection supplémentaires
La pression n'est pas le seul critère ; la sélection doit impliquer une évaluation globale :
• Température : La plage de températures de fonctionnement du matériau doit englober entièrement la température du système. Une chaleur élevée accélère le vieillissement ; les basses températures provoquent une fragilisation.
• Compatibilité du support : Il s'agit du prérequis principal. Le matériau sélectionné ne doit pas être corrodé, gonflé ou dégradé par le support scellé.
• Type de mouvement : joint statique, joint dynamique alternatif ou joint rotatif ? Chaque type de mouvement impose des exigences différentes en matière de résistance à l’usure, de génération de chaleur et de conductivité thermique.
• Compatibilité matérielle : La conception du jeu du système, la finition de surface et la dureté ont un impact direct sur la résistance à l'extrusion et le taux d'usure d'un joint.
Conclusion :
Le choix des matériaux d'étanchéité est un défi d'ingénierie des systèmes, la pression constituant un facteur de différenciation essentiel :
• Basse pression : privilégier les supports. Le NBR et l'EPDM sont les matériaux de base.
• Pression moyenne : privilégier la résistance à l'extrusion. Le PU/FKM sont les matériaux de choix.
• Haute pression : privilégier la résistance. Les composites et les métaux prennent le dessus.
Le principe de sélection pragmatique est le suivant : tout en respectant les exigences relatives aux fluides et à la température, choisir des matériaux présentant une résistance à l’extrusion et une résistance mécanique adéquates en fonction de la pression de service, et veiller à la conception appropriée de la gorge d’étanchéité et du jeu. Le matériau le plus cher n’est pas nécessairement le meilleur ; le choix optimal est celui qui convient le mieux aux conditions de fonctionnement spécifiques.
Date de publication : 23 août 2025