Les faits autour des fuites

Lors de la mise en œuvre d’un système de drainage pour la récupération de résidus alimentaires, un assemblage de CPVC (Polychlorure de vinyle surchloré) a été utilisé. Trois mois après l’installation, des fuites ont été observées dans les tuyaux et les coudes de l’assemblage. Certaines pièces de l’assemblage (spécimens) ont donc été soumises à une investigation dans l’objectif de déterminer la cause de défaillance la plus probable (Figure 1).

L’investigation a été effectuée par la soussignée et les résultats obtenus ont été publiés le 9 septembre 2020 dans l’édition numérique du Journal of Failure Analysis and Prevention. Ce qui suit est un résumé de cette investigation et de ses résultats.


Figure 1 – Spécimen de l’assemblage (tuyaux et coudes) d’un système de drainage pour la récupération de résidus alimentaires. 
(Source: Photo prise par Technorm)

Tests et observations

Les spécimens reçus étaient des bouts de tuyaux et de coudes sur lesquels des fissures étaient apparentes sur leurs surfaces externes. À l’intérieur des spécimens, des traces de moisissure étaient visibles. Lors du nettoyage de la surface interne, nous pouvions observer que les fissures traversaient la paroi du coude. Les fissures semblaient s’initier du ciment joignant le coude et le tuyau en CPVC (Figure 2). Dans le but d’identifier la cause du bris, les fissures ont été ouvertes et observées à fort grossissement à l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB). Des analyses chimiques du contenu des tuyaux ont également été effectuées.


Figure 2 – Surface interne de l’assemblage présentant une fissure de part et d’autre du coude (a) et le long du ciment (b).
(Source: Photo prise par Technorm)

Divers facteurs en cause

Les résultats de l’étude à fort grossissement (MEB) ont démontré que les fissures s’étaient initiées à l’intérieur du coude et propagées vers la surface externe par un phénomène de fluage (Figure 3). Le fluage correspond à la tendance qu’a un matériau à se déformer de manière permanente sous l’influence d’une contrainte constante. La contrainte résiduelle lors de la fabrication de la pièce peut être suffisante pour que le phénomène de fluage se produise. Généralement, ce type de bris est lent et progressif. Il peut toutefois être accéléré par la présence de produits incompatibles avec le plastique. On parle alors de fissuration sous contrainte environnementale (ESC).

Les analyses chimiques du contenu des tuyaux ont révélé la présence de nombreux produits incompatibles avec le CVPC. Ces composés étaient principalement des composés formés lors de la décomposition des résidus alimentaires dans les tuyaux. Des fissures étaient visibles à la jonction entre le coude et le tuyau, ou les deux parties sont fusionnées via l’application de ciment. Le ciment peut être en soi un agent ESC.

Selon l’installation de l’assemblage en CPVC, des zones facilitant l’accumulation de résidus alimentaires étaient présentes dans les coudes, près du ciment. Comme le ciment est un matériau spongieux, il peut absorber les contaminants et les piéger. Le ciment à l’intérieur du coude était en contact avec les résidus alimentaires s’écoulant à l’intérieur des tuyaux et ainsi s’est imprégné de produits incompatibles avec le CPVC. L’accumulation de résidus alimentaires augmenta la durée et la fréquence d’exposition aux produits incompatibles qui ont, éventuellement, affecté la résistance du CPVC jusqu’à provoquer sa fissuration après 3 mois.


Figure 3 – Initiation d’une des fissures à la surface interne du coude près du ciment.
(Source: Photo prise par Technorm)

En bref

Les résultats de notre investigation ont révélé de nombreuses fissures à la jonction entre le coude et les tuyaux, près du ciment. Les fissures se sont initiées de l’intérieur du coude et se sont propagées jusqu’à la surface extérieure par un phénomène de fissuration sous contrainte environnementale (ESC). La fissuration sous contrainte environnementale (ESC) est causée par l’effet simultané de trois facteurs, soit :

  • Un matériau susceptible à l’ESC (CPVC)
  • Une contrainte
  • Un agent ESC (produit de décomposition de résidus alimentaires et ciment)

Le choix du matériau lors de la conception du système de drainage pour la récupération de résidus alimentaires était donc inadéquat. L’accumulation de résidus alimentaires dans l’assemblage a contribué à une défaillance prématurée. Dans l’éventualité où il n’y aurait pas eu de zone d’accumulation, le bris se serait tout de même produit, mais probablement après une plus longue période de service.

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Par Jane Gagné, chimiste, équipe Mécanique et matériaux

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