Les soupapes en acier inoxydable
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La chambre de contrôle de soupapes du Van Cortland Park contient 32 soupapes d'un poids de 22 tonnes
chacune. Chaque jour, environ 1,4 milliards de litres d'eau sont acheminés à travers chacune de ces soupapes
vers les différents quartiers de la ville de New York. |
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Le Tunnel n° 3 part de la limite nord de la ville de New York pour passer sous le Bronx, sous toute la
longueur de l'île de Manhattan et sous l'East River ainsi que sous les quartiers de Queens et de Brooklyn
avant de passer à nouveau sous la rivière pour rejoindre Staten Island. |
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Tout au long du trajet du Tunnel n° 3, 20 puits ascendants amènent l'eau potable à la surface pour sa
distribution. Chacun de ces puits comporte quatre soupapes en acier inoxydable. |
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Des soupapes réalisées entièrement en acier inoxydable ont été installées dans le système de distribution d'eau du Tunnel n° 3 pour la première fois en 1987 dans le cadre de la première phase du projet. |
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Pour le choix des matériaux pour le projet du tunnel de distribution d'eau de la ville de New York, le mot d'ordre était : "Moins on utilise d'autres matériaux que l'acier inoxydable dans cet environnement et mieux c'est", explique Jessy James, adjoint au chef de groupe de la Section 1 Mécanique / Electrique de la Division Travaux d'Eau. |
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Pour accéder à d'autres articles du Nickel Magazine sur 'utilisation de matériaux à teneur
en nickel dans le secteur de l'eau, |
sont la pierre angulaire du système de distribution d'eau de la ville de New York. Par Carroll McCormick
Magazine Nickel, Mars, 2004 -- La ville de New York a un immense besoin en eau, et les projets pour la fourniture de cette eau remontent jusqu'en 1837. Le projet le plus récent, un méga-projet d'une valeur de 6 milliards d'US$ dénommé "Tunnel d'eau n° 3", a été lancé en 1970 et doit être achevé d'ici 2020. Ce projet utilise des quantités immenses d'acier inoxydable à teneur en nickel.
Le Département de l'Environnement de la ville de New York, qui gère ce projet, avait besoin de soupapes garantissant une durée de vie de 100 ans avec peu d'entretien voire sans entretien dans un milieu présentant une humidité relative de 100 %. Dans le cadre de tests de corrosion par immersion réalisés dans les années 1960, les aciers inoxydables S30403 et S31600 se sont distingués, parmi tous les matériaux adaptés au transport de l'eau potable, par la meilleure résistance à la corrosion, le plus faible besoin d'entretien et les meilleurs coûts de cycle de vie.
"Etant donné que nous assurons l'approvisionnement en eau des habitants de New York, nous ne pouvons pas nous permettre une défaillance de ces systèmes. Nous devons concevoir [le futur système de manière qu'il soit] assez durable et résistant à la corrosion pour nous permettre des mises hors de service contrôlées pour l'entretien. Une défaillance importante serait catastrophique, et les coûts pour le remplacement du système sont très élevés", explique Jessy James, adjoint au chef de groupe de la Section 1 Mécanique / Electrique de la Division Travaux d'Eau.
L'acier inoxydable doit sa résistance à la corrosion et sa longue durée de vie à un mince film d'oxyde de chrome qui se forme en présence d'air ou d'eau et qui se recomplète s'il est endommagé. A cause de la présence de ce film d'oxyde, l'agitation, la turbulence et la vitesse élevée de l'eau qui sont si nocives pour l'acier au carbone sont normalement bénéfiques pour la durabilité et la performance de l'acier inoxydable.
Des soupapes réalisées entièrement en acier inoxydable ont été installées dans le système de distribution d'eau Tunnel n° 3 pour la première fois en 1987 dans le cadre de la première phase du projet. Des unités supplémentaires ont été installées en 2003 dans le cadre de la deuxième phase. La société japonaise Kubota a réalisé les soupapes en acier inoxydable pour la première phase. Il s'agit d'unités d'un poids de 10 tonnes chacune avec une ouverture d'un diamètre de 1,22 mètres. La société autrichienne Voest-Alpine a réalisé des unités de dimensions similaires pesant 6,4 tonnes chacune. Les soupapes en acier inoxydable installées dans le cadre de la deuxième phase ont été produites par Mendoza, une société basée en Argentine.
Vu d'en haut, le projet du Tunnel n° 3 comporte 99 kilomètres de tunnel planifiés (cf.. diagramme sur cette page). Il part de la limite nord de la ville de New York pour passer sous le Bronx, sous l'île de Manhattan et sous l'East River ainsi que sous les quartiers de Queens et de Brooklyn avant de passer à nouveau sous la rivière pour rejoindre Staten Island.
Le Tunnel n° 3 commence à une profondeur d'environ 90 mètres sous la surface, où il est relié à des tunnels qui amènent l'eau des réservoirs situés au nord de la ville. En cheminant vers le sud, il descend à une profondeur de plus de 240 mètres. Tout au long de son trajet, plus de 20 puits ascendants amènent l'eau à la surface pour sa distribution. Chacun de ces puits d'un diamètre de 1,2 mètres est revêtu d'une tôle d'acier inoxydable d'une épaisseur de 5 millimètres.
Une configuration de puits ascendant typique comprend quatre soupapes de 1,2 mètres dans chaque chambre de distribution. Au total, 20 soupapes de puits ascendant en acier inoxydable et 34 soupapes de distribution en acier inoxydable seront installées d'ici 2020, comme l'explique M. James.
Chaque puits ascendant comporte une chambre de soupape, mais la chambre de contrôle de soupapes du Van Cortland Park, située sous le Bronx, se distingue par ses dimensions, sa fonction et ses soupapes immenses. Mise en service en 1998, cette chambre se situe à 60 mètres sous la surface et mesure 37 mètres par 18.
Dix-sept conduites acheminent l'eau aux différents quartiers de la ville. Le sens de l'eau peut être inversé dans chaque conduite, et chacune des conduites est équipée d'une soupape papillon à quart de tour en amont et en aval. Chacune des 32 soupapes pèse 22 tonnes et présente une hauteur de 2,82 mètres, une longueur d'environ 5,08 mètres et un diamètre d'ouverture de 2,44 mètres. Par ailleurs, chaque soupape présente un débit contractuel de 1,4 milliards de litres par jour et une capacité de 6,0 milliards de litres par jour en cas d'urgence.
Les corps de ces soupapes sont réalisés en acier au carbone moulé et usiné. En revanche, les éléments de fermeture sont réalisés en acier inoxydable S30403. Les éléments de fermeture comportent un disque d'une épaisseur de 17,8 mm et d'un diamètre de 2,44 mètres pivotant sur un arbre en acier inoxydable massif.
Ces soupapes ont été fabriquées en 1975 par Kubota, une société implantée à Osaka, Japon, et le choix des matériaux était basé sur les résultats de tests de corrosion par immersion réalisés dans le Roundout Reservoir de l'Etat fédéral de New York. Ces tests ont été réalisés pour identifier les alliages garantissant une durée de vie prévisionnelle de 100 ans. A cette fin, une série d'alliages, y compris des alliages d'aluminium, des alliages manganèse bronze, des laitons, des bronzes et des alliages cuivre nickel, ont été immergés dans l'eau pendant une durée de 10 à 13 ans. A l'issue de ces tests, les échantillons d'acier inoxydable ainsi que certains alliages à base de nickel étaient les seuls matériaux à ne présenter pratiquement aucune corrosion. Parmi ces matériaux, l'acier inoxydable représentait le choix le moins onéreux.
Les nouvelles soupapes en acier inoxydable du Tunnel n° 3 sont des exemples spectaculaires pour l'utilisation de l'acier inoxydable dans des applications d'eau potable.
Les 17 compteurs d'eau venturi de la chambre de soupape du Van Cortland Park, d'une longueur de plus de 4,6 mètres avec une ouverture de 182,9 mm et un diamètre intérieur maximum de 2,44 mètres, sont également réalisés entièrement en S30403, tout comme l'ensemble des accessoires, des tiges et des boulons servant à assembler les composants. D'autres puits ascendants sont équipés de soupapes de 914 mm avec un corps en acier au carbone.
Avec ses soupapes en acier inoxydable, le Tunnel n° 3 devra contribuer à assurer la distribution de l'eau
dans l'ensemble de la ville de New York pour au moins les 100 années à venir.
Carroll McCormick est un collaborateur indépendent étaibli à Montreal.
FIGURES/ILLUSTRATIONS: avec l'autorisation de New York City Department of Environmental Protection
 Natalie Millner |
