Le polyéthylène (PE) est largement utilisé dans leisolation et gainage des câbles d'alimentation et des câbles de télécommunicationGrâce à ses excellentes propriétés mécaniques, sa ténacité, sa résistance à la chaleur, son isolation et sa stabilité chimique, le polyéthylène (PE) présente toutefois une résistance relativement faible à la fissuration sous contrainte environnementale, du fait de ses caractéristiques structurelles intrinsèques. Ce problème est particulièrement marqué lorsque le PE est utilisé comme gaine extérieure de câbles armés de forte section.
1. Mécanisme de fissuration de la gaine en PE
La fissuration de la gaine en PE se produit principalement dans deux situations :
a. Fissuration sous contrainte environnementale : Ce phénomène se produit lorsque la gaine subit une fissuration fragile en surface, sous l’effet combiné de contraintes ou d’une exposition à des milieux environnementaux après l’installation et l’exploitation du câble. Elle est principalement causée par des contraintes internes à la gaine et une exposition prolongée à des liquides polaires. Des recherches approfondies sur la modification des matériaux ont permis de résoudre en grande partie ce type de fissuration.
b. Fissuration par contrainte mécanique : Ce phénomène est dû à des défauts structurels du câble ou à des procédés d’extrusion de gaine inappropriés, entraînant une concentration importante de contraintes et une fissuration par déformation lors de l’installation du câble. Ce type de fissuration est plus prononcé dans les gaines extérieures des câbles à armure en ruban d’acier de grande section.
2. Causes de la fissuration de la gaine en PE et mesures d'amélioration
2.1 Influence du câbleRuban d'acierStructure
Dans les câbles de grand diamètre extérieur, la gaine est généralement composée de deux couches de ruban d'acier. L'épaisseur du ruban varie selon le diamètre extérieur du câble (0,2 mm, 0,5 mm et 0,8 mm). Les rubans d'acier plus épais présentent une rigidité supérieure et une plasticité moindre, ce qui entraîne un espacement plus important entre les couches supérieure et inférieure. Lors de l'extrusion, cela engendre des différences significatives d'épaisseur de gaine entre ces deux couches. Les zones de gaine plus fines, situées sur les bords du ruban extérieur, subissent les plus fortes concentrations de contraintes et constituent les principaux sites d'apparition de fissures.
Pour atténuer l'impact du ruban d'acier blindé sur la gaine extérieure, une couche tampon d'une épaisseur déterminée est insérée par enroulement ou extrusion entre le ruban d'acier et la gaine en PE. Cette couche tampon doit présenter une densité uniforme, sans plis ni aspérités. L'ajout de cette couche améliore la régularité de l'interface entre les deux couches de ruban d'acier, garantit une épaisseur uniforme de la gaine en PE et, combiné à la contraction de cette dernière, réduit les contraintes internes.
ONEWORLD propose aux utilisateurs différentes épaisseurs dematériaux blindés en ruban d'acier galvanisépour répondre à des besoins diversifiés.
2.2 Impact du processus de production des câbles
Les principaux problèmes liés à l'extrusion des gaines de câbles blindés de grand diamètre sont un refroidissement insuffisant, une préparation inadéquate du moule et un taux d'étirage excessif, entraînant des contraintes internes excessives dans la gaine. Les câbles de grande taille, du fait de leurs gaines épaisses et larges, sont souvent confrontés à des limitations de longueur et de volume des bacs d'eau sur les lignes de production d'extrusion. Le refroidissement de plus de 200 °C pendant l'extrusion jusqu'à la température ambiante représente un défi. Un refroidissement insuffisant entraîne un ramollissement de la gaine près de la couche d'armure, provoquant des rayures à sa surface lors de l'enroulement du câble. Ces rayures peuvent engendrer des fissures et des ruptures lors de la pose du câble sous l'effet de forces extérieures. De plus, un refroidissement insuffisant contribue à l'augmentation des forces de retrait internes après l'enroulement, accroissant le risque de fissuration de la gaine sous l'effet de forces extérieures importantes. Pour garantir un refroidissement suffisant, il est recommandé d'augmenter la longueur ou le volume des bacs d'eau. Il est essentiel de réduire la vitesse d'extrusion tout en maintenant une plastification adéquate de la gaine et en prévoyant un temps de refroidissement suffisant pendant l'enroulement. De plus, considérant le polyéthylène comme un polymère cristallin, une méthode de refroidissement par réduction de température segmentée, de 70-75°C à 50-55°C, et enfin à température ambiante, contribue à atténuer les contraintes internes pendant le processus de refroidissement.
2.3 Influence du rayon d'enroulement sur l'enroulement du câble
Lors de l'enroulement des câbles, les fabricants respectent les normes industrielles pour le choix des tourets de distribution. Cependant, le déploiement de grandes longueurs pour les câbles de gros diamètre extérieur pose des difficultés quant à la sélection des tourets adaptés. Pour respecter les longueurs de distribution spécifiées, certains fabricants réduisent le diamètre du fût du touret, ce qui entraîne des rayons de courbure insuffisants pour le câble. Une courbure excessive provoque un déplacement des couches d'armure, engendrant d'importantes forces de cisaillement sur la gaine. Dans les cas les plus graves, les bavures de la bande d'acier blindée peuvent perforer la couche d'amortissement, s'incruster directement dans la gaine et provoquer des fissures le long du bord de la bande. Lors de la pose du câble, les forces de flexion latérale et de traction provoquent la fissuration de la gaine le long de ces fissures, en particulier pour les câbles proches des couches internes du touret, les rendant plus susceptibles de se rompre.
2.4 Impact de l'environnement de construction et d'installation sur site
Pour standardiser la pose des câbles, il est conseillé de minimiser la vitesse de déploiement, d'éviter les pressions latérales excessives, les flexions, les tractions et les chocs avec la surface, afin de garantir un environnement de travail optimal. De préférence, avant la pose, il est recommandé de laisser le câble reposer à une température de 50 à 60 °C pour relâcher les contraintes internes de la gaine. Il convient d'éviter une exposition prolongée des câbles à la lumière directe du soleil, car les différences de température sur les différentes faces du câble peuvent entraîner une concentration des contraintes, augmentant ainsi le risque de fissuration de la gaine lors de la pose.
Date de publication : 18 décembre 2023