Qu'est-ce qu'un joint en caoutchouc : fonction, types, matériaux et applications

Qu'est-ce qu'un joint et à quoi sert-il ?

Un joint est un joint mécanique placé entre deux surfaces de contact (généralement des brides, des couvercles ou des boîtiers) pour empêcher les fuites de fluides, de gaz ou de contaminants à travers le joint lorsque les surfaces sont boulonnées ou serrées ensemble. Le joint comble les irrégularités microscopiques, les rayures et les ondulations qui existent même sur les surfaces métalliques usinées, créant une barrière continue qu'un contact métal sur métal rigide ne peut à lui seul réaliser.

La fonction d'un joint est fondamentalement compressive : lorsque les fixations du joint sont serrées, le matériau du joint est comprimé entre les deux faces. Cette compression force le joint à se conformer à la topographie de la surface des deux côtés, bloquant ainsi tout chemin de fuite potentiel autour du périmètre du joint. Le joint doit maintenir cette étanchéité dans les conditions de fonctionnement du joint (y compris la pression interne, les cycles de température, les vibrations et l'exposition aux produits chimiques) pendant toute la durée de vie de l'assemblage.

Les joints se distinguent des joints toriques et des garnitures mécaniques par leur géométrie et leur application, bien que tous trois soient des dispositifs d'étanchéité. Un joint est un composant en feuille plate ou profilée qui scelle un joint statique (immobile) : brides de tuyaux, couvre-culasses, corps de soupapes, couvercles d'échangeur de chaleur et plaques d'inspection. Les joints toriques assurent l'étanchéité dans une rainure sous compression radiale ou axiale. Les garnitures mécaniques sont des dispositifs dynamiques qui scellent les arbres rotatifs. Cependant, dans l'utilisation industrielle et mécanique quotidienne, « joint en caoutchouc » et « joint en caoutchouc » sont souvent utilisés de manière interchangeable lorsqu'il s'agit de composants d'étanchéité plats en élastomère.

Qu'est-ce qu'un Joint en caoutchouc ?

Un joint en caoutchouc est un composant d'étanchéité découpé, moulé ou extrudé à partir d'un matériau élastomère (caoutchouc naturel ou l'un des nombreux composés de caoutchouc synthétique) pour s'adapter entre deux faces de joint. La nature élastomère du caoutchouc est précisément ce qui le rend bien adapté aux joints d'étanchéité : le caoutchouc se déforme sous compression sans se fracturer, récupère lorsque la charge est partiellement relâchée et s'adapte aux désalignements mineurs et aux irrégularités de surface que les matériaux de joint rigides ne peuvent pas combler sans fuite.

Les joints en caoutchouc sont fabriqués sous forme de feuille plate (découpée ou estampée à partir d'une feuille de caoutchouc), moulée (moulée par compression ou par injection selon un profil spécifique) ou sous forme de profilés extrudés (pour des joints continus dans les portes, trappes, enceintes et fenêtres). Les joints en feuille de caoutchouc — le type le plus courant pour les joints de tuyaux et d'équipements à brides — sont disponibles dans des épaisseurs de 0,5 mm à 25 mm et dans une gamme de degrés de dureté (Shore A 40–80 est typique pour les applications d'étanchéité) en fonction de la charge de compression et des exigences d'étanchéité.

L'objectif d'un joint en caoutchouc par rapport aux alternatives métalliques ou non métalliques (PTFE, fibre comprimée, graphite enroulé en spirale) est principalement le coût, la disponibilité et les performances sur les joints à basse pression et à basse température. Les joints en caoutchouc sont le bon choix pour l'approvisionnement en eau, le CVC, la transformation des aliments, la pneumatique et les produits chimiques généraux jusqu'à des pressions et des températures modérées. Pour la vapeur à haute température, l'extrême pression ou les produits chimiques fortement oxydants, des matériaux de joint autres que le caoutchouc sont spécifiés.

Types de joints et joints en caoutchouc

Différents composés de caoutchouc offrent différentes combinaisons de résistance à la température, de compatibilité chimique, de résistance à la compression et de résistance mécanique. La sélection du type de caoutchouc approprié pour l'environnement d'exploitation est la décision la plus critique en matière de spécification des joints : un caoutchouc chimiquement incompatible gonflera, durcira, se fissurera ou se dissoudra en service, provoquant une défaillance du joint quelle que soit l'installation correcte.

Caoutchouc naturel (NR)

Le caoutchouc naturel présente une excellente résistance à la traction, une élasticité élevée et une bonne résistance à l'abrasion. Il fonctionne bien dans les services d'eau et dans les environnements acides dilués, mais est attaqué par les huiles à base de pétrole, les carburants et l'ozone. La plage de température est d'environ -50°C à 80°C. Les joints en caoutchouc naturel sont utilisés dans les conduites d'eau principales, les applications de qualité alimentaire et les services pneumatiques généraux où le contact avec les hydrocarbures est absent.

Caoutchouc nitrile (NBR)

Le caoutchouc nitrile (acrylonitrile-butadiène) est le choix standard pour l'entretien du pétrole et du carburant. Sa teneur en acrylonitrile (allant de 18 % à 50 % selon la qualité) détermine sa résistance au gonflement des hydrocarbures : une teneur plus élevée en nitrile signifie une meilleure résistance à l'huile mais une flexibilité moindre à basse température. Les joints NBR sont largement utilisés dans les systèmes hydrauliques, les moteurs automobiles, les équipements de manutention de carburant et les machines industrielles partout où des fluides pétroliers sont présents. La plage de température est généralement comprise entre -40 °C et 120 °C.

EPDM (Ethylène Propylène Diène Monomère)

L'EPDM présente une résistance exceptionnelle aux intempéries, à l'ozone et aux UV - la meilleure de tous les élastomères courants - combinée à d'excellentes performances dans le service d'eau chaude et de vapeur jusqu'à environ 150°C. Il s'agit du matériau de joint standard pour les conduits CVC, les systèmes de traitement de l'eau, les membranes de toiture et les boîtiers électriques extérieurs. L'EPDM n'est pas compatible avec les huiles de pétrole ou les carburants, qui provoquent un gonflement rapide. C'est également le matériau de joint préféré pour les systèmes d'eau potable, car il répond aux exigences NSF/ANSI 61 pour le contact avec l'eau potable.

Néoprène (CR — Caoutchouc chloroprène)

Le néoprène offre un profil équilibré : résistance modérée à l'huile, bonne résistance aux intempéries et à l'ozone, résistance aux flammes et plage de température utile de −40°C à 120°C. Il est largement utilisé dans les systèmes de réfrigération (compatibles avec de nombreux réfrigérants), les applications marines et les joints d'enceintes extérieures où une résistance aux intempéries et aux produits chimiques modérée est nécessaire. Le néoprène est souvent la solution par défaut lorsque ni l'orientation huile du NBR ni l'orientation eau/météo de l'EPDM ne correspondent précisément à l'application.

Caoutchouc de silicone (VMQ)

Le caoutchouc de silicone présente la plage de températures utile la plus large de tous les matériaux de joint élastomère : −60 °C à 200 °C, avec certaines qualités spéciales évaluées jusqu'à 250 °C. Il présente une excellente résistance à la compression (conserve sa force d’étanchéité au fil du temps sans déformation permanente) et est conforme à la norme FDA pour le contact alimentaire dans la plupart des qualités. Le silicone ne résiste pas aux huiles de pétrole ou à la vapeur au-dessus de 120°C, et sa résistance à la déchirure est inférieure à celle des autres types de caoutchouc, ce qui le rend impropre aux applications mécaniques à fortes contraintes. Il est standard dans les équipements de transformation des aliments, la fabrication pharmaceutique, les dispositifs médicaux et les joints de fours et d'appareils à haute température.

Viton (FKM — Fluoroélastomère)

Le fluoroélastomère (Viton est le nom commercial de DuPont ; FKM est la désignation ISO) offre la plus large résistance chimique de tous les matériaux de joint en caoutchouc — résistant aux carburants pétroliers, aux huiles, aux fluides hydrauliques, à de nombreux acides et hydrocarbures aromatiques — combinée à une plage de températures de -20°C à 200°C. Le FKM est spécifié pour les traitements chimiques exigeants, les systèmes de carburant aérospatiaux et les applications de moteurs à haute température où d'autres caoutchoucs échoueraient. Son coût est nettement plus élevé que celui du NBR ou de l'EPDM, il est donc réservé aux applications où les exigences de compatibilité chimique ou de température ne peuvent être satisfaites autrement.

A quoi servent les joints ? Applications dans tous les secteurs

Les joints sont présents dans pratiquement tous les systèmes mécaniques contenant un fluide ou un gaz sous pression. Leurs applications couvrent des secteurs allant de la plomberie résidentielle à l'aérospatiale, partout où un joint statique doit être scellé de manière fiable dans le temps.

Plomberie et systèmes d'eau

Les joints en caoutchouc se trouvent à l’intérieur des raccords de robinet, des connecteurs de tuyaux, des joints à bride des conduites d’eau principales, des raccords de chauffe-eau et des vannes de remplissage des toilettes. L'EPDM et le caoutchouc naturel dominent ce segment en raison de leur compatibilité avec l'eau et de leur conformité aux normes de contact avec l'eau potable. La rondelle plate en caoutchouc à l'intérieur d'un raccord de tuyau d'arrosage est l'une des applications de joints les plus répandues dans un usage quotidien.

Automobile et machines

Les joints de couvercle de soupape du moteur, les joints de carter d'huile, les joints de boîtier de thermostat et les joints de carter de transmission sont tous des joints en caoutchouc ou en composite de caoutchouc qui empêchent les fuites d'huile et de liquide de refroidissement au niveau des joints statiques du bloc moteur et des composants auxiliaires. Le NBR est la norme pour les joints à contact d'huile ; le silicone et l'EPDM sont utilisés pour les joints du circuit de refroidissement et les emplacements à haute température à proximité de l'échappement. La défaillance des joints, en particulier le joint de culasse, qui est un composite haute performance plutôt que du caoutchouc ordinaire, fait partie des défaillances mécaniques les plus coûteuses dans la maintenance automobile, soulignant la fonction critique que remplissent ces composants.

Brides de tuyaux industriels

Les joints de tuyaux à brides dans les usines chimiques, les raffineries, les installations de traitement de l'eau et les industries de transformation s'appuient sur des joints pour sceller l'interface entre les sections de tuyaux, les vannes, les pompes et les cuves. Les joints en feuille de caoutchouc – généralement de type anneau à face complète ou à face surélevée – sont la norme pour les canalisations d'eau, de vapeur et de produits chimiques à basse pression. Pour une pression plus élevée, une température élevée ou un service chimique agressif, des joints métalliques enroulés en spirale ou des joints métalliques à joint annulaire (RTJ) remplacent le caoutchouc.

Équipements de transformation des aliments et pharmaceutiques

Les joints utilisés dans la transformation alimentaire et pharmaceutique doivent être conformes aux normes FDA, NSF ou EC 1935/2004 pour les matériaux en contact avec les aliments, en plus de remplir leur fonction d'étanchéité. Le silicone et l'EPDM sont les matériaux préférés : tous deux sont disponibles dans des qualités conformes à la FDA, résistent aux cycles de nettoyage chimique CIP (nettoyage sur place) et ne confèrent ni goût ni odeur aux produits. Les joints sanitaires Tri-clamp — les joints à anneau plat utilisés dans les raccords de tuyauterie sanitaire en acier inoxydable — sont un facteur de forme standardisé utilisé dans toutes les lignes de production d'aliments, de boissons, de produits laitiers et pharmaceutiques.

Boîtiers électriques et électroniques

Les joints en caoutchouc scellent les joints de porte et de couvercle des boîtiers électriques, des boîtes de jonction et des boîtiers d'équipement extérieur pour atteindre les indices IP (Ingress Protection) contre l'eau et la poussière. Un joint en mousse EPDM ou néoprène correctement installé sur une porte de boîtier classée IP66 maintient l'environnement scellé qui protège les composants électroniques de la pénétration d'eau, de la condensation et de la contamination. La compression des joints, la continuité autour des coins et la compatibilité des matériaux avec les agents de nettoyage sont autant de facteurs permettant de maintenir les performances IP nominales pendant toute la durée de vie du boîtier.

Que sont les joints dans les pantalons ? (Joints imperméables pour vêtements)

Dans les vêtements techniques imperméables — pantalons de ski, combinaisons étanches, pantalons de voile et vêtements extérieurs — les « joints » font référence aux joints en latex ou en néoprène au niveau des ouvertures des poignets, des chevilles et du cou qui empêchent l'entrée d'eau à l'interface corps-vêtement. Le terme est le plus couramment utilisé dans la plongée en combinaison étanche et la navigation en eau vive, où la combinaison doit rester entièrement scellée pour garder le porteur au sec lorsqu'il est immergé ou dans des eaux agitées.

Les joints de poignet et de cou des combinaisons étanches sont généralement moulés à partir de caoutchouc latex fin, qui forme un joint étanche contre la peau grâce à une compression élastique. Les joints en latex sont efficaces mais fragiles : ils constituent le point le plus fréquent d'entretien des combinaisons étanches, nécessitant une lubrification périodique avec du talc ou un spray de silicone et un remplacement tous les 2 à 5 ans en fonction de l'exposition aux UV et de la fréquence d'utilisation. Les joints en néoprène sont plus durables et plus chauds, mais offrent une étanchéité à l'eau moins complète que le latex, ce qui les rend préférables pour des conditions plus douces. Dans les pantalons de ski et d'extérieur, une guêtre interne plus simple à la cheville, fabriquée à partir de tissu extensible ou de néoprène, remplit un objectif similaire : empêcher la neige et l'eau de pénétrer à l'interface de la botte - et est familièrement appelée joint dans certaines descriptions de produits.