Tuyau

Les tuyauteries d'une chaudière.

Un tuyau est un élément de section circulaire destiné à l'écoulement d'un fluide, liquide, ou gaz ou d'un solide pulvérulent, au transport de l'énergie de pression (air comprimé, vapeur, huile hydromécanique, etc.), à l'échange de l'énergie au travers de la paroi (échangeur thermique, radiateur). Il peut être rigide ou souple (flexible). La paroi du tuyau sépare l'intérieur de l'extérieur et permet ces fonctions. L'extrémité femelle d'un tuyau, qui reçoit l'embout mâle est appelé aussi « tulipe ».

Étymologie et définition

La flûte en os de Jiahu (nommée gudi) a été mise au jour sur le site archéologique de Jiahu (Chine). Os de grue, on peut déduire des marques réparties uniformément sur le tube que le calcul et le calibrage ont été effectués avec soin avant le forage du tube.

Formes des tuyaux d'orgue

Ancien soufflet à bouche en fer forgé. Le plus élémentaire et sans doute le plus primitif des soufflets. Le soufflet à bouche était constitué d'un long tube en fer ou en bois d'un mètre environ, ou quelquefois par un canon de fusil sans culasse.

Canne de verrier

Les premiers tuyaux authentifiés réalisés par l'homme sont des flûtes ; les flûtes du Paléolithique font partie des plus anciens instruments de musique attestés par l'archéologie ; dans le sud-ouest de l'Allemagne, un radius de vautour fauve, a par exemple été utilisé il y a 35 000 ans. La Rome antique appelait la flute « fistula » – terme qu'elle a aussi employé pour désigner les canalisations en plomb, les fistulae ; « tibia », une flûte faite avec l’os sorti de la patte d’une grue ; « avena », hors d'une tige d’avoine ; les flûtes des spectacles étaient d’argent, d’ivoire ou d’or ; celles des sacrifices étaient de buis, etc.. De là l'origine supposée du mot « tuyau », du francique thūta, « trompette, tuyau » ; ou du gotique composé, thut-haurn, corne-trompette, cor à sonner.

Les tubes ou tuyaux sont présents dans la nature : la tige des végétaux, souple dans certains cas, rigide comme c'est le cas pour le bambou ; le rachis des plumes d'oiseaux, c'est-à-dire l'axe des plumes, creux à sa base, fut aussi appelé « tube » ; le réseau souple des veine, viscères des organismes animaux : les tuyaux d'incendie ou d'arrosage étaient appelés « boyau d'incendie » et « boyau d'arrosage » au XIX^e siècle, et sont toujours appelés de cette manière au Québec. L'homme n'a donc pas eu à chercher très loin pour trouver matière à son inspiration pour le développement de son industrie. Pour la conduite des eaux, on parle de canal, dans lesquels l'écoulement se fait à l'air libre, d'aqueduc, de conduite, de conduite hydraulique ou d'émissaire, constitué de tuyaux. Pour la conduite des eaux usées on parle d'égout ou de drainage.

Les tuyaux, éléments essentiels de civilisation sont organisés en systèmes et en réseau ; pour former canalisation (qui peut être aussi un canal, « canalisation » renferme le verbe « canaliser », l'action de rassembler pour transporter) ; et par la prise du suffixe latin « -duc » (du latin ducere, conduire), sur le modèle de « aqueduc », former gazoduc, pour conduire le gaz naturel ; oxygénoduc ou d'oxyduc pour conduire l'oxygène ; hydrogénoduc pour conduire l'hydrogène ; oléoduc, pour conduire le pétrole ; saumoduc pour conduire la saumure, etc., constitués de tubes ou tuyaux mis bout à bout. Le terme anglais « pipeline » a souvent remplacé canalisation pour le transport des gaz et liquides à très grande échelle. Ces réseaux se développent essentiellement début XIX^e siècle pour l'eau et le gaz d'éclairage ; ils sont à l'échelle d'une ville, progressivement à l'échelle d'un pays, seconde moitié du XX^e siècle pour le gaz naturel, les réseaux couvrent plusieurs pays.

Une canalisation de petite taille prendra le nom de tuyauterie, le terme incluant en plomberie les raccords et accessoires nécessaires à sa réalisation (repris aussi sous le terme de robinetterie). Dans certaines circonstance le tuyau prend le nom de tube ou de buse, etc.

Le tuyau prend aussi suivant les circonstances les dénominations suivantes :

• le nom de « gaine » (gaine technique, gaine de ventilation) lorsqu'il sert à conduire et protéger des composants électriques ou lorsqu'il est utilisé dans une installation de ventilation ;
• lorsqu'il est placé verticalement, pour conduire des gaz ou des liquides on parle de « colonne » : dans les sciences, « colonne de distillation », le système permettant de décomposer la matière, « colonne montante » pour les installations d'eau et de gaz dans les immeubles d'appartement. Pour évacuer les eaux-vannes, on parle de tuyau de décharge ou même de décharge ;
• quand il prend la forme d'un solénoïde, on parle de serpentin, en chimie ou dans les chaudières du chauffage central ;
• dans la marine du début du XX^e siècle, les échappements de fumée des machines s'évacuaient par des conduits protégés par de hautes enveloppes cylindriques verticales, appelées « tuyaux ». Ainsi, les torpilleurs français de 1 500 tonnes construits entre 1926 et 1931, classes Bourrasque et l'Adroit étaient communément appelés « les trois tuyaux ». Les tuyaux ont par la suite, été remplacées par des cheminées plus larges et plus courtes ;
• le transport par tube pneumatique est un système propulsant par différence de pression des navettes cylindriques, lesquelles servent à transporter des objets.

Le façonnage des tuyaux dans leur usage domestique est d’abord le domaine de la fontainerie, et plus spécifiquement le domaine du plombier, ouvrier spécialisé dans le façonnage du plomb (utilisé comme cheminée, celui du fumiste). Pour les réseaux d'eaux potables, des eaux usées (souvent enterré), mais aussi pour le transport sur de longues distances en extérieur (conduite forcée, pipeline, etc.), le métier spécifique à la pose est nommé canalisateur. Avec le développement des gaz manufacturés, les réseaux de canalisation ne sont plus du domaine exclusif de l'approvisionnement en eau ; les pipelines sont du domaine de l'hydraulicien en ingénierie, et du tuyauteur pour la fabrication (mais aussi installation et maintenance).

Un vide peut être réalisé dans une portion de tube pour réaliser des pompes. A contrario dans une conduite forcée, l'eau est transportée sous pression.

Tuyau, tube

Tuyau et tube sont des termes synonymes. Ils désignent l'un et l'autre le même cylindre creux qui sert à donner passage aux gaz et autres fluides. Ce qui les distingue au XIX^e siècle, c'est que « Tuyau » se dit « des cylindres préparés par la nature pour l'économie animale ou par l'art, pour le service de la société » et que « Tube » ne se dit que de ceux dont on se sert pour faire des « observations et des expériences en physique, en astronomie, en anatomie ».

« Ainsi l'on appelle tuyaux les tiges cylindriques des plumes des oiseaux, celles du blé du chanvre et des autres plantes qui ont la tige creuse, les canaux cylindriques de fer, de plomb, de bois, de terre cuite ou d'autre matière que l'on emploie à la conduite des eaux, des immondices, de la fumée, etc. Ceux d'étain ou de fer blanc qui servent à la construction des orgues, des serinettes, etc. Mais on appelle tubes les tuyaux dont on construit les thermomètres, les baromètres et autres qui servent aux expériences sur l'air et les autres fluides ceux des lunettes à longue vue des télescopes, etc.. »

Tube qui renvoie à la perfection de la forme, est un terme de science. Tuyau est de l'usage ordinaire. Le physicien et l'astronome se servent de tubes, nous employons différentes sortes de tuyaux pour conduire les liquides. Le géomètre et le physicien considèrent les propriétés du tube, nous considérons la futilité du tuyau. Le tube est en général un corps d'une telle figure. Le tuyau est plutôt un ouvrage propre pour tel usage.

Dans l'industrie et la construction, la désignation « tube » est souvent réservée de nos jours au cylindre en acier et celle de tuyau au cylindre fabriqué à partir d'autres matériaux (fonte, béton, polyéthylène, PVC, grès, fibre de verre, etc). Toutefois cette règle souffre quelques exceptions : en électricité les gaines électriques contenant les câbles électrique sont aussi appelées « tubes». Le terme gainage ou tubage, désigne l'action de placer des tubes et est réservé à la pose d'un conduit de cheminée dans une cheminée existante mais dont l'efficacité n'est plus garantie, ou bien, la pose de gaines électriques dans les murs.

En anglais, dans l'usage courant, les mots « pipe » et « tube » sont généralement interchangeables, mais dans l'industrie et l'ingénierie, les termes sont définis de manière unique. Selon la norme applicable selon laquelle il est fabriqué, le tuyau ( « pipe ») est généralement spécifié par un diamètre nominal avec un diamètre extérieur constant (outside diameter, OD) et une nomenclature qui définit l'épaisseur. Le tube est le plus souvent spécifié par le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi, mais peut être par le choix d'un diamètre extérieur (OD), ou d'un diamètre intérieur (ID) ainsi que l'épaisseur de paroi. Les tuyaux (« pipe ») sont généralement fabriqués selon l'une des nombreuses normes industrielles nationales et internationales. Bien que des normes similaires existent pour les tubes d'applications spécifiques à l'industrie, les tubes sont souvent fabriqués selon des tailles personnalisées et une gamme plus large de diamètres et de tolérances. De nombreuses normes industrielles et gouvernementales existent pour la production de tuyaux et de tubes. Le terme « tube » est également couramment utilisé pour sections non cylindriques, c'est-à-dire des tubes carrés ou rectangulaires. En anglais, « pipe » est le terme le plus couramment utilisé dans la majeure partie du monde, tandis que « tube  » est plus largement utilisé aux États-Unis. « pipe » et « tube  » impliquent tous deux un niveau de rigidité et de permanence, alors qu'un hose (tuyau souple ou hosepipe) est généralement portable et flexible. Les assemblages de tuyaux (« pipe ») sont presque toujours construits à l'aide de raccords tels que des coudes, des tés, etc., tandis que les tubes (« tube ») peuvent être formés ou pliés dans des configurations personnalisées. Pour les matériaux qui ne sont pas flexibles, et ne peuvent pas être formés, ou lorsque la construction est régie par des codes ou des normes, les assemblages de tubes (« tube ») sont également construits à l'aide de raccords de tubes.

Matériaux

Les tuyaux sont fabriqués à partir de nombreux types de matériaux, notamment céramique (tuyau en terre cuite, tuyau en grès), le verre, la fibre de verre, de nombreux métaux, le béton et le plastique. Dans le passé, le bois (conduite en bois) et le plomb (du latin plumbum, d'où vient le mot « plomberie », fistule romaine) étaient couramment utilisés.

Généralement, la tuyauterie métallique est en acier ou en fer, comme l'acier noir (laqué) non fini, l'acier au carbone, l'acier inoxydable, l'acier galvanisé, le laiton et la fonte ductile. La tuyauterie à base de fer est sujette à la corrosion si elle est utilisée dans un courant d'eau hautement oxygéné. Des tuyaux ou des tubes en aluminium peuvent être utilisés lorsque le fer est incompatible avec le fluide de service ou lorsque le poids est un problème ; l'aluminium est également utilisé pour les tubes de transfert de chaleur tels que dans les systèmes frigorifiques. Les tubes en cuivre sont populaires pour les systèmes de plomberie domestique (eau potable) ; le cuivre peut être utilisé là où un transfert de chaleur est souhaitable (radiateurs ou échangeurs de chaleur). Les alliages d'acier Inconel, chrome-molybdène (en) et titane sont utilisés dans les tuyauteries à haute température et sous pression dans les installations de traitement et d'électricité. Lors de la spécification d'alliages pour de nouveaux procédés, les problèmes connus de fluage et d'effet de sensibilisation (Intergranular corrosion (en)) doivent être pris en compte.

La tuyauterie en plomb se trouve encore dans les anciens systèmes de distribution d'eau domestique et autres, mais n'est plus autorisée pour les nouvelles installations de tuyauterie d'eau potable en raison de sa toxicité. De nombreux codes du bâtiment exigent maintenant que la tuyauterie en plomb dans les installations résidentielles ou institutionnelles soit remplacée par une tuyauterie non toxique ou que l'intérieur des tubes soit traité avec de l'acide phosphorique. Selon un chercheur principal et expert principal de l'Association canadienne du droit de l'environnement : « […] il n'y a pas de niveau sûr de plomb [pour l'exposition humaine] ». En 1991, l'EPA des États-Unis a publié la Lead and Copper Rule, une réglementation fédérale qui limite la concentration de plomb et de cuivre autorisée dans l'eau potable publique, ainsi que la quantité autorisée de corrosion des tuyaux due à l'eau elle-même. Aux États-Unis, on estime que 6,5 millions de conduites en plomb (en) (tuyaux qui relient les conduites d'eau à la plomberie domestique) installées avant les années 1930 sont toujours utilisées.

Les tubes en plastique (en) sont largement utilisés pour leur poids léger, leur résistance aux produits chimiques, leurs propriétés non corrosives et leur facilité de connexion. Les matières plastiques comprennent le polychlorure de vinyle (PVC), le chlorure de polyvinyle chloré (CPVC), le plastique renforcé de fibres (FRP), mortier polymère renforcé (RPMP), polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), le polyéthylène réticulé (PEX), du polybutylène (PB) et de l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS). Dans de nombreux pays, les tuyaux en PVC représentent la majorité des matériaux de tuyaux utilisés dans les applications municipales enterrées pour la distribution d'eau potable et les conduites d'eaux usées. Les spécialistes des études de marché prévoient des revenus mondiaux totaux de plus de 80 milliards de dollars américains en 2019. En Europe, la valeur marchande s'élèvera à environ 12,7 milliards d'euros en 2020.

Les tuyaux peuvent être en béton ou en céramique, généralement pour des applications à basse pression telles que l'écoulement par gravité ou le drainage. Les canalisations d'égouts sont encore majoritairement en béton ou en grès. Le béton armé peut être utilisé pour les tuyaux en béton de grand diamètre. Ce matériau de canalisation peut être utilisé dans de nombreux types de construction et est souvent utilisé dans le transport par gravité des eaux pluviales. Habituellement, un tel tuyau aura une emboiture ou un raccord cannelé, avec diverses méthodes d'étanchéité appliquées à l'installation.

Traçabilité et identification positive des matériaux (PMI)

Lorsque les alliages pour tuyauterie sont forgés, des tests métallurgiques sont effectués pour déterminer la composition du matériau par % de chaque élément chimique dans la tuyauterie, et les résultats sont enregistrés dans une attestation d'épreuve en usine (en) (Mill test report, MTR). Ces tests peuvent être utilisés pour prouver que l'alliage est conforme à diverses spécifications (par exemple 316 SS). Les tests sont estampillés par le département AQ/CQ de l'usine et peuvent être utilisés pour retracer le matériau jusqu'à l'usine par les futurs utilisateurs, tels que les fabricants de tuyauteries et de raccords. Le maintien de la traçabilité entre le matériau de l'alliage et le MTR associé est une question importante d'assurance qualité. Le contrôle qualité exige souvent que le numéro de coulée (en) soit inscrit sur le tuyau. Des précautions doivent également être prises pour éviter l'introduction de matériaux contrefaits. En guise de sauvegarde pour la gravure / l'étiquetage de l'identification du matériau sur le tuyau, une identification positive du matériau (en) est effectuée à l'aide d'un appareil portable ; l'appareil scanne le matériau du tuyau à l'aide d'une onde électromagnétique émise (fluorescence X) et reçoit une réponse qui est analysée par spectrographie.

Histoire

Usages dans les arts

Le tuyau sonore est le principe de tous les instruments à vent. La fréquence de vibration de l'air, donc la hauteur de la note, dépend de la pression de l'air et de la longueur du tuyau, selon le principe de l'onde stationnaire dans un tuyau.

Un instrument à vent est un instrument de musique dont le son est produit grâce aux vibrations d'une colonne d'air provoquées par le souffle d'un instrumentiste, (flûte, trompette, etc.), d'une soufflerie mécanique (orgue, accordéon) ou d'une poche d'air (cornemuse, veuze, etc.). Les instruments à vent peuvent être fabriqués avec toutes sortes de matières : bois, métal, plastique, plexiglas, cristal, ivoire ou os.

Peinture : L'invention du tube de peinture souple est à l'origine du courant impressionniste. En effet, il permit au peintre de sortir de l'atelier pour se rendre dans la nature afin de peindre « sur le motif ».

Usages dans la guerre

Depuis la sarbacane jusqu'au lance-roquettes, un projectile est envoyé au moyen d'un tube au moyen du souffle provoqué par la l'air expulsé des poumons ou par une détonation de différents matériaux. Les sarbacanes sont en bois dur, les matériaux utilisés pour la fabrication des canons (De l’italien "cannone", augmentatif de canna : « tige », « roseau », « jonc » ou « tuyau ».) ou « bouches à feu » doivent eux, répondre à des critères élevés de dureté, de ténacité et d'élasticité.

Les premières bouches à feu furent faites en fer forgé. Elles étaient composées de barres de fer soudées et assemblées en forme de douves et reliées par des cercles de même métal. En 1354, il y avait déjà des pièces en cuivre. En 1372, on coulait des pièces de bronze à Augsbourg. Vers la fin du XIV^e siècle, ces pièces étaient très nombreuses en Italie. On employa le fer forgé concurremment avec le bronze pendant environ deux siècles et demi. La fabrication des pièces de bronze ou de cuivre fait supposer la connaissance des fourneaux à réverbère. Le bronze outre l'étain et le cuivre contenait un peu de zinc et même du plomb mais on ne tarda guère à adopter une composition formée de cuivre et d'étain seulement. La coulée des pièces de gros calibres exigeait le concours plusieurs hauts fourneaux. Dans le principe, les pièces étaient coulées à noyau, on ne les alésait même pas. On voit qu'en 1671, les pièces étaient encore coulées à noyau mais avec masselottes et qu'elles étaient alésées. L'alésage se faisait autrefois verticalement. En 1744, Jean Maritz, inspecteur général de la fonderie de la marine en France imagina de couler les bouches à feu pleines et de les forer horizontalement en les faisant tourner autour de leur axe. En 1748, ces procédés devinrent réglementaires en France. En Angleterre dès 1712, on substitua le charbon minéral au charbon de bois dans la fabrication de la fonte. Les premiers essais ne furent pas heureux et l'entreprise fut abandonnée. Cependant, on revint au procédé et en 1740, on produisit de la fonte au coke, l'acier. Les machines à vapeur qui furent inventées peu de temps après mirent de grandes forces motrices à la disposition de l'industrie et permirent l'établissement de hauts fourneaux à grandes dimensions. De 1760 à 1766, l'emploi de coke dans la réduction des minerais de fer devint général en Angleterre. C'est aussi vers la même époque que l'on commença dans ce pays à fabriquer les pièces avec de la fonte au coke mais toujours par le coulage direct au haut fourneau. Les canons en fer furent coulés en seconde fusion par le fourneau à réverbère chauffé à la houille à partir de 1770 à 1775, en Angleterre et de 1780 à 1790, en France et en Belgique.

• 
  Indonesien et sa sarbacane, circa 1920.
• 
  Soldats américains tenant des Bazookas, pendant la Guerre de Corée.
• 
  Obusier de 420 mm type M « Grosse Bertha » en batterie. Le canon, est aussi le tube servant à lancer un projectile. Souvent en acier, on aura de cesses d'en améliorer la ténacité de même que la résistance à l'éclatement.

Canalisation des eaux

Tuyau taillé dans du bois pour véhiculer l’eau