Hivernisation 101: La science des tuyaux gelés

En tant qu’ingénieur professionnel, j’examine souvent des composants de construction qui ont échoué. Et je suis toujours frappé parle fait que la majorité des maisons endommagées par des tuyaux gelés sont de nouvelles constructions. Cela m’a amené à me demander ce que les gens qui construisaient ces maisons n’ont pas considéré comme des bâtiments construits qui s’avéreraient plus tard vulnérables.

Nous savons tous que plusieurs jours et nuits de temps exceptionnellement froid surviennent souvent dans des tuyaux gelés et cassés. Les défaillances qui en résultent provoquent souvent l’écoulement de l’eau du tuyau cassé jusqu’à ce que quelqu’un le remarque, trouve la vanne d’arrêt appropriée et arrête le débit. Les dommages qui en résultent peuventêtre coûteux à réparer.

La réponse la plus simple à la question de savoir pourquoi cela se produit est que le tuyau est devenu trop froid. Mais cela n’explique pas comment les tuyaux peuvent être vulnérables, ni ce qui fait que certains tuyaux gèlent et se brisent alors que d’autres ne le sont pas. Ma compréhension simple est que lorsque l’eau dans un tuyau gèle et se dilate, elle pousse vers l’extérieur sur les parois du tuyau jusqu’à ce qu’elles s’étirent et éclatent.

Mais une étude de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign indique que bien que cela puisse apparaître, cela le fait rarement. Selon l’étude, il est plus courant que la glace se forme à l’intérieur du tuyau et essaie de se dilater sur toute la longueur du tuyau.

L’eau est incompressible, donc là où l’eau est confinée entre la glace en expansion et un appareil fermé, la pression augmente jusqu’à ce que la piperupture. La rupture se produira à la partie la plus faible du tuyau contenant le fluide confiné. Par conséquent, le tuyau éclate le plus rapidement de l’emplacement de gel réel, et la pression de l’eau dans un volume confiné est une partie extrêmement importante de la cause sous-jacente.

Quelques solutions
Cela dit, la meilleure façon d’empêcher un tuyau de geler est de le garder suffisamment chaud pour que l’eau à l’intérieur reste au-dessus du point de congélation.

La façon la plus courante de réchauffer un tuyau est de le laisser exposé à l’air intérieur chaud, le plus souvent en plaçant les tuyaux à l’intérieur des murs intérieurs — où la température des deux côtés du mur est généralement bien au-dessus de la congélation. Alternativement, si un tuyau doit aller dans un mur extérieur, un constructeur peut localiser le tuyau de sorte qu’il se trouve entre la pièce chaude et l’isolation du mur. Dans ce cas, même si le tuyau sera plus frais que la pièce adjacente, tant qu’il y a suffisamment d’isolation à l’extérieur du tuyau pour le garder au chaud, il ne gèlera probablement pas.

Enfin, dans certaines circonstances, il peut être nécessaire d’installer une trace thermique sur une pipepour la chauffer directement. La trace de chaleur est un ruban chauffant à résistance qui s’enroule autour du tuyau et utilise l’électricité pour le garder au chaud — une sorte de chauffage électrique pour le tuyau. Malheureusement, cela coûte cher à installeret fonctionner, et devient inefficace en cas de panne de courant.

Pour les tuyaux qui ne sont pas activement maintenus au chaud, il est possibleflux de refroidissement en isolant le tuyau. L’isolation aide à prévenir le gel de deux manières. Tout d’abord, l’isolation fonctionne en ralentissant la durée du refroidissement conducteur — c’est-à-dire que l’eau perd de la chaleur directement sur les parois du tuyau et que les parois du tuyau perdent de la chaleur directement sur l’air environnant. Deuxièmement, l’isolation peut également fournir une protection contre le refroidissement par convection, c’est-à-dire le refroidissement résultant du soufflage d’air froid sur le tuyau et de l’évacuation de la chaleur à une vitesse accélérée. Lorsqu’un tuyau est exposé à une fuite d’air, l’air froid soufflant contre le tuyau augmentera rapidement le taux de refroidissement et augmentera ensuite la visibilité du tuyau au gel, une sorte d’effet de refroidissement éolien.

Une autre façon de prévenir l’éclatement est de soulager la pression des deux côtés d’un gel. Dans de nombreuses situations, les robinets d’eau extérieurs peuvent être hivernisés en fermant une vanne à l’intérieur de la maison, quelque part le long du tuyau, puis en ouvrant le bouchon extérieur. Même si le robinet n’est ouvert que suffisamment longtemps pour drainer partiellement la conduite, une fois qu’il est fermé, il en résultera un volume d’air entre le robinet et l’eau qui reste dans le tuyau. Dans ce cas, la glace en expansion aura tendance à comprimer le volume d’air et à empêcher la pression de dépasser la résistance du tuyau et de ses connexions.