Matériaux, fixations et produits d'étanchéité
Guide d'étude Red Seal Practice avec schémas.
Matériaux, fixations et produits d'étanchéité
Introduction au chapitre
Ce chapitre couvre les connaissances essentielles sur les matériaux, les fixations et les produits d'étanchéité que tout compagnon tôlier doit maîtriser pour l'examen Sceau rouge. Vous serez évalué sur votre capacité à sélectionner le bon matériau pour une application donnée, à choisir la fixation appropriée selon les contraintes mécaniques et environnementales, et à appliquer correctement les produits d'étanchéité conformément aux normes nationales. Ce chapitre intègre les exigences du Code canadien de l'électricité, Chapitre V (pour les systèmes de conduits), du CSA B149.1 (Code canadien d'installation du gaz naturel et du propane) et des normes CAN/CSA-S16 (charpentes en acier) lorsque pertinentes.
2. Matériaux de base en tôlerie
2.1 Acier au carbone (acier noir)
L'acier au carbone est le matériau le plus utilisé en tôlerie de ventilation et de chauffage. Il contient moins de 2 % de carbone et se divise en trois catégories selon sa teneur :
| Catégorie | Teneur en carbone | Applications typiques |
|---|---|---|
| Acier doux | 0,05 % – 0,25 % | Conduits, gaines, accessoires |
| Acier mi-dur | 0,25 % – 0,55 % | Renforts, profilés, supports |
| Acier dur | 0,55 % – 1,50 % | Outils, lames, ressorts |
Propriétés clés :
Calibres courants (jauge) : Le système de calibres américains (USG) est utilisé au Canada. Le tableau suivant donne les épaisseurs nominales :
| Calibre USG | Épaisseur (mm) | Masse (kg/m²) |
|---|---|---|
| 26 | 0,45 | 3,54 |
| 24 | 0,61 | 4,76 |
| 22 | 0,76 | 5,96 |
| 20 | 0,91 | 7,14 |
| 18 | 1,21 | 9,52 |
| 16 | 1,52 | 11,90 |
Règle pratique : Pour les conduits rectangulaires, la largeur maximale du panneau non renforcé dépend du calibre. Un conduit de 600 mm de large en calibre 26 nécessite un renfort si la longueur du panneau dépasse 1 200 mm.
2.2 Acier inoxydable
L'acier inoxydable contient au minimum 10,5 % de chrome, ce qui forme une couche passive d'oxyde de chrome protectrice. Les nuances les plus courantes en tôlerie :
Soudure : L'acier inoxydable austénitique (304, 316) n'est pas magnétique et se soude facilement. L'acier ferritique (430) est magnétique et plus difficile à souder.
Attention aux pièges : Ne jamais utiliser d'acier inoxydable en contact direct avec l'acier au carbone en présence d'humidité — cela crée une corrosion galvanique. Utilisez des isolateurs ou des fixations en acier inoxydable.
2.3 Aluminium
L'aluminium offre un excellent rapport résistance/poids et une résistance naturelle à la corrosion par oxydation.
Propriétés :
Alliages courants :
Piège d'examen : L'aluminium ne peut pas être soudé à l'arc avec les mêmes paramètres que l'acier. La soudure TIG est préférée. Le brasage requiert un flux spécial. Ne jamais utiliser de baguettes en acier sur l'aluminium.
2.4 Cuivre et alliages
Le cuivre est utilisé pour les descentes pluviales, les solins et certains conduits spéciaux.
Propriétés :
2.5 Galvanisation (acier galvanisé)
L'acier galvanisé est recouvert d'une couche de zinc (par immersion à chaud ou électrolyse) pour le protéger contre la corrosion.
Méthodes :
Classes de revêtement (g/m²) :
| Classe | Masse de zinc (g/m²) | Usage |
|---|---|---|
| G30 | 90 | Intérieur sec |
| G60 | 180 | Intérieur humide |
| G90 | 270 | Extérieur, usage général |
| G140 | 420 | Environnements corrosifs |
Règle importante : Lors du pliage ou du formage, la couche de zinc peut se fissurer aux rayons de courbure serrés. Le rayon de pliage minimal doit être d'au moins 1,5× l'épaisseur du métal pour éviter la fissuration du zinc.
2.6 Choix du matériau selon l'application
| Application | Matériau recommandé | Justification |
|---|---|---|
| Conduits de ventilation générale | Acier galvanisé G60 | Coût, durabilité, résistance |
| Hottes de cuisine commerciale | Acier inoxydable 304 | Hygiène, résistance aux graisses |
| Systèmes d'échappement corrosifs | Acier inoxydable 316 | Résistance chimique |
| Descentes pluviales | Aluminium 3003 ou cuivre | Résistance à la corrosion |
| Conduits de sécheuse | Acier galvanisé ou aluminium | Résistance à la chaleur modérée |
| Systèmes de désenfumage | Acier au carbone peint intumescent | Résistance au feu selon code |
3. Fixations mécaniques
3.1 Rivets
Les rivets sont des fixations permanentes utilisées pour assembler des tôles. Le rivet aveugle (pop rivet) est le plus courant en tôlerie.
Types de rivets aveugles :
Matériaux des rivets :
Calcul de la longueur du rivet :
La longueur du rivet doit être égale à l'épaisseur totale des matériaux à assembler + 1,5× le diamètre du rivet pour former la tête de fermeture.
Formule : L = T + 1,5D
Où :
Exemple : Assembler deux tôles de 1,2 mm avec des rivets de 4,8 mm de diamètre.
L = (1,2 + 1,2) + 1,5 × 4,8 = 2,4 + 7,2 = 9,6 mm → choisir un rivet de 10 mm.
Espacement des rivets : Pour les conduits rectangulaires, l'espacement maximal est de 150 mm sur les joints transversaux et de 100 mm sur les joints longitudinaux. Les coins doivent avoir un rivet à moins de 25 mm de chaque extrémité.
3.2 Vis autotaraudeuses et vis à tôle
Les vis à tôle sont classées selon leur pointe et leur filetage :
| Type de pointe | Désignation | Usage |
|---|---|---|
| Pointe coupante (self-tapping) | Type A, AB | Tôle mince (≤ 1,5 mm) |
| Pointe perceuse (self-drilling) | Type B, C | Tôle épaisse, acier structurel |
| Pointe à filetage formant | Type T | Matériaux mous (aluminium) |
Désignation des vis : Une vis n° 8-18 × 1/2" signifie :
Règle de pénétration : La vis doit pénétrer d'au moins 3 filets dans le matériau de base. Pour les tôles, la pénétration minimale est de 5 mm.
Vis autoforeuses (self-drilling) : Elles percent, taraudent et fixent en une seule opération. Les tailles courantes sont n° 8, n° 10, n° 12 et n° 14. La capacité de perçage est indiquée par le fabricant (ex. : 1,5 mm, 3 mm, 6 mm).
Piège d'examen : Ne pas confondre vis autotaraudeuse (nécessite un avant-trou) et vis autoforeuse (perce elle-même). L'autotaraudeuse coupe le filetage mais ne perce pas.
3.3 Soudures
La soudure est une fixation permanente par fusion. En tôlerie, les procédés courants sont :
Paramètres de soudure MIG pour acier doux :
| Épaisseur (mm) | Diamètre du fil (mm) | Tension (V) | Vitesse (m/min) |
|---|---|---|---|
| 1,0 – 1,5 | 0,8 | 16 – 18 | 3 – 4 |
| 1,5 – 3,0 | 0,9 – 1,0 | 18 – 21 | 4 – 6 |
| 3,0 – 6,0 | 1,2 | 21 – 24 | 5 – 7 |
Gaz de protection :
3.4 Fixations mécaniques pour conduits
Selon le SMACNA et les pratiques canadiennes, les assemblages de conduits utilisent :
Règle de l'espacement des fixations sur les brides : Maximum 150 mm entre les fixations, avec une fixation à chaque coin.
3.5 Supports et ancrages
Les supports de conduits doivent respecter les exigences du Code canadien de l'électricité, Chapitre V (règle 8-200 pour les conduits de ventilation) et les pratiques du SMACNA.
Espacement maximal des supports pour conduits rectangulaires :
| Largeur du conduit (mm) | Calibre | Espacement max (m) |
|---|---|---|
| ≤ 600 | 26 – 24 | 2,4 |
| 600 – 1200 | 24 – 22 | 2,4 |
| 1200 – 1800 | 22 – 20 | 1,8 |
| > 1800 | 20 – 18 | 1,5 |
Espacement maximal des supports pour conduits ronds :
| Diamètre (mm) | Espacement max (m) |
|---|---|
| ≤ 300 | 3,0 |
| 300 – 600 | 2,4 |
| > 600 | 1,8 |
Types de supports :
Règle importante : Les supports doivent être en acier galvanisé ou protégé contre la corrosion. Les tiges filetées doivent avoir un diamètre minimal de 8 mm (5/16") pour les conduits jusqu'à 1 200 mm de largeur.
4. Produits d'étanchéité
4.1 Types de mastics et scellants
| Type | Base | Température d'application | Usages |
|---|---|---|---|
| Mastic au butyle | Caoutchouc butyle | -30 °C à +90 °C | Joints de conduits, étanchéité à l'air |
| Mastic silicone | Silicone RTV | -50 °C à +200 °C | Haute température, hottes, joints de dilatation |
| Mastic acrylique | Résine acrylique | -20 °C à +80 °C | Intérieur, peinture compatible |
| Mastic polyuréthane | Polyuréthane | -30 °C à +90 °C | Étanchéité extérieure, solins |
| Mastic au néoprène | Polychloroprène | -40 °C à +120 °C | Joints de conduits, résistance aux huiles |
| Ruban adhésif aluminium | Aluminium + adhésif | -30 °C à +80 °C | Joints de conduits, réparations temporaires |
Règle d'application : Les mastics doivent être appliqués sur des surfaces propres, sèches et sans graisse. La température minimale d'application est généralement de +5 °C, sauf indication contraire du fabricant.
4.2 Rubans adhésifs pour conduits
Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V et les normes CAN/ULC-S110 (conduits de ventilation) exigent que les joints des conduits soient étanches à l'air.
Types de rubans :
Piège d'examen : Le ruban adhésif ordinaire (duct tape) n'est PAS conforme aux exigences des codes pour les conduits de ventilation. Seul le ruban aluminium conforme UL 181A ou le mastic est acceptable.
4.3 Étanchéité des conduits selon le code
Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (règle 8-200) exige que les conduits de ventilation soient étanches à l'air et à la fumée. Les classes d'étanchéité selon la norme SMACNA :
| Classe | Fuite maximale (L/s·m²) | Application |
|---|---|---|
| A | 0,5 | Systèmes à haute pression (> 1 000 Pa) |
| B | 1,5 | Systèmes à moyenne pression (500 – 1 000 Pa) |
| C | 3,0 | Systèmes à basse pression (< 500 Pa) |
Méthodes d'étanchéité :
Règle : Les joints longitudinaux (agrafés ou soudés) des conduits ronds doivent être étanchéifiés si la pression dépasse 500 Pa. Les conduits rectangulaires doivent être étanchéifiés à tous les joints transversaux et longitudinaux.
4.4 Produits d'étanchéité pour toitures et solins
Pour les solins et les pénétrations de toiture, les produits suivants sont utilisés :
Règle : Les solins doivent être installés avec un recouvrement minimal de 100 mm aux joints et une pente minimale de 60° par rapport à l'horizontale pour assurer l'écoulement de l'eau.
4.5 Compatibilité des matériaux
| Matériau du conduit | Mastic compatible | Incompatible |
|---|---|---|
| Acier galvanisé | Butyle, silicone, acrylique | Mastics acides (vinaigre) |
| Acier inoxydable | Silicone neutre, butyle | Mastics contenant du chlore |
| Aluminium | Butyle, silicone neutre | Mastics alcalins |
| Cuivre | Butyle, silicone | Mastics acides |
Important : Les mastics silicone acide (qui dégagent une odeur de vinaigre) peuvent corroder l'acier galvanisé et l'aluminium. Utiliser uniquement des silicones neutres (alcoxy) pour ces métaux.
5. Calculs et conversions
5.1 Conversions d'unités courantes
| Unité impériale | Équivalent métrique |
|---|---|
| 1 pouce (in) | 25,4 mm |
| 1 pied (ft) | 304,8 mm |
| 1 livre (lb) | 0,454 kg |
| 1 psi | 6,895 kPa |
| 1 pi² | 0,093 m² |
| 1 pi³ | 0,028 m³ |
| 1 gallon impérial | 4,546 L |
| 1 BTU | 1,055 kJ |
5.2 Calcul de la masse d'une tôle
Formule : m = L × l × e × ρ
Où :
Exemple : Calculer la masse d'une tôle d'acier galvanisé de 1 200 mm × 2 400 mm, calibre 24 (0,61 mm).
m = 1,2 × 2,4 × 0,00061 × 7 850 = 13,78 kg
5.3 Calcul de la surface développée d'un conduit
Pour un conduit rond de diamètre D et de longueur L :
Surface = π × D × L
Pour un conduit rectangulaire de dimensions a × b :
Surface = 2 × (a + b) × L
Exemple : Conduit rond de 300 mm de diamètre, 5 m de longueur.
Surface = π × 0,3 × 5 = 4,71 m²
5.4 Dilatation thermique
Formule : ΔL = α × L × ΔT
Où :
Exemple : Conduit en aluminium de 10 m installé à 10 °C, exposé à 60 °C.
ΔL = 23 × 10⁻⁶ × 10 000 × 50 = 11,5 mm
Règle : Pour les conduits longs (> 30 m), des joints de dilatation doivent être prévus. L'espacement maximal des joints de dilatation est de 30 m pour l'acier et de 15 m pour l'aluminium.
6. Normes et codes applicables
6.1 Normes nationales du Canada
| Norme | Titre | Application |
|---|---|---|
| **CSA B149.1** | Code canadien d'installation du gaz naturel et du propane | Conduits d'évacuation des appareils à gaz |
| **CAN/CSA-S16** | Règles de calcul des charpentes en acier | Supports et structures en acier |
| **CAN/ULC-S110** | Norme sur les conduits de ventilation | Exigences de construction et d'étanchéité |
| **CAN/ULC-S102** | Essai de comportement au feu | Matériaux de conduits |
| **CSA C22.1** | Code canadien de l'électricité, Chapitre V | Conduits de ventilation (règle 8-200) |
| **CAN/CSA-Z317.1** | Exigences de construction des établissements de santé | Conduits en milieu hospitalier |
6.2 Règles spécifiques du CSA B149.1
Le CSA B149.1 (règle 8.4) précise les exigences pour les conduits d'évacuation des appareils à gaz :
6.3 Règle 8-200 du Code canadien de l'électricité, Chapitre V
Cette règle traite des conduits de ventilation pour les installations électriques :
7. Procédures d'installation et bonnes pratiques
7.1 Préparation des surfaces
Avant l'application de tout produit d'étanchéité :
7.2 Application du mastic
7.3 Pose des rubans
7.4 Essais d'étanchéité
Les conduits doivent être testés selon la classe d'étanchéité requise :
Formule de fuite : Q = F × S
Où :
Exemple : Conduit de 20 m², classe B (1,5 L/s·m²).
Q = 1,5 × 20 = 30 L/s maximum.
8. Pièges à éviter
9. Résumé
10. Questions d'auto-évaluation
Réponses :
Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises pour l'examen Sceau rouge en tôlerie concernant les matériaux, les fixations et les produits d'étanchéité. Révisez les tableaux de référence et les formules avant l'examen. Bonne préparation.
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