Les représentations schématiques

Un dessin vaut mieux qu'un long discours aimait dire Napoléon Bonaparte.
Les représentations schématiques sont des outils très efficaces pour le transfert d'information entre les individus, et très naturels quand il s'agit de représenter des installations physiques.
A chaque catégorie d'interlocuteur, à chaque étape d'un projet sa représentation schématique.
Comme beaucoup de standards du génie chimique ou du génie des procédés, l'Amérique du nord a bien avant l'Europe défini des appellations et des contenus qui se sont ensuite imposés chez nous. Des tentatives de substituer des appellations françaises aux termes anglo saxons ont eu lieu. Les termes proposés sont parfois ambigus et les professionnels préfèrent souvent utiliser les termes anglo saxons bien établis et bien définis.

Le schéma blocs

Il permet de décrire la répartition des fonctions entre différentes unités, leurs échanges physiques de matière ou de fluides, de décrire les grandes lignes d'un bilan matière.
Ce type de schéma est utile dans les premières phases d'un projet de développement, quand on cherche seulement à définir des enjeux.

Le Plan de Circulation des Fluides (PCF)

Aussi appelé Schéma de procédé en français ou PFD pour Process Flow Diagram en anglais.
Il est destiné à illustrer la description du procédé.
Il représente:
 - les équipement principaux,
 - les conditions opératoires (température, pression, ...),
 - les tuyauteries des fluides procédé principaux pour permettre la compréhension du bilan matière,
 - les boucles de régulation principales pour permettre de comprendre le principe de conduite de l'installation.
Il comporte un bilan matière détaillé avec pour chaque flux procédé:
 - température et pression
 - débit et composition
Si l'installation doit couvrir différents cas de fonctionnement, un PFD avec les conditions de fonctionnement et le bilan matière correspondant doit être établi pour chacun d'eux.

Le Plan de Circulation des Fluides instrumenté

Aussi nommé en français Schéma TI pour Tuyauterie et Instrument ou P&ID pour Piping and Instrument Diagram en anglais.

Le schéma P&ID est la représentation la plus complète d'une installation. C'est le principal outil de communication dans de nombreuses activités d'analyse, de développement, de construction ou de maintenance. C'est en particulier le schéma de base pour toutes les analyses de risque. Il est donc très important qu'il soit rigoureusement fidèle à la réalité.
Lors d'un projet de construction, il est réalisé avant la construction physique, et il est important de vérifier que la réalisation correspond bien à ce qui était indiqué sur le P&ID.
Tout au long de la vie de l'installation toute modification doit impérativement être reportée sur le P&ID afin de lui conserver son label "tel que construit".

Ce que doit contenir impérativement un P&ID:

 - tous les équipements y compris les rechanges installées et les équipements fonctionnant en parallèle
 - toutes les tuyauteries des fluides du procédé et leurs connexions dans un ordonnancement fidèle à la réalité
 - le repère de chaque tuyauterie avec l'indication de son diamètre et la classe à laquelle elle appartient si des classes ont été définies
 - la position exacte des changements de classe de tuyauterie
 - tous les raccordements aux fluides utilité
 - tous les accessoires de tuyauterie présents (vannes, clapets, soupapes, organes de mesure, bouchons, brides pleines, ...), dans la position par rapport aux autres éléments et aux connexions, strictement conforme à la réalité.
 - toutes les boucles de régulation et tous les automatismes, avec leur repère conforme à leur désignation dans le système de conduite, éventuellement représentés de manière simplifiée

Ce qu'il peut être utile de trouver sur un P&ID:

 - les caractéristiques principales des équipements principaux (volume, conditions de calcul, matériau de construction, ...)
 - l'élévation des équipements

Ce qu'il n'est pas recommandé de représenter

 - les élévations relatives des équipements les uns par rapport aux autres
 - les longueurs et les cheminements des tuyauteries
 - les réseaux de fluide utilité qui feront l'objet de P&ID dédiés
 - les tubes de liaison des instruments
 - les voyants, boutons poussoir, avertisseurs sonores, sauf s'ils sont importants pour la sécurité

Ce qu'il est proscrit de faire:
 - représenter un même et unique élément sur deux schémas différents, afin d'éviter qu'une future mise à jour partielle et incomplète ne conduise à deux représentations différentes de cet élément.

Le Plan d'Implantation

Aussi nommé Plot Plan en anglais.
C'est principalement une vue de dessus de l'installation, montrant la position exacte des équipements dans l'installation ainsi que la position des voies de circulation, ...
Le plan de d'implantation peut incorporer les cheminements des tuyauteries principales ou importantes. En effet, les tuyauteries allant d'un équipement à un autre suivent rarement un cheminement direct. Elles suivent des chemins spécialement aménagés et regroupant de nombreuses tuyauteries, doivent faire des détours pour contourner un équipement, un bâtiment, une route, .... Les calculs hydrauliques sont grandement facilités si le cheminement des tuyauteries est représenté.

Le plan en élévation

Forme avec le plan d'implantation les deux représentations en deux dimensions permettant de positionner les équipements dans l'installation.
Les outils informatisés actuels permettent de réaliser des maquettes en trois dimensions permettant d'automatiser certaines étapes de conception. Cependant les représentations en deux dimensions, imprimables sur une feuille de papier, restent souvent plus aisées à utiliser au quotidien.

Les plans orthogonaux

La représentation orthogonale est la représentation classique du dessin technique:

• les éléments sont représentés sous différentes vues orthogonales (de face, de dessus, de gauche, ...)
• représentés à l'échelle
• c'est la seule façon de définir le positionnement exact en tenant compte des dimensions réelles
• nécessaires pour le positionnement des équipements comme pour le passage des tuyauteries dans les nappes, ...

Les logiciels de dessin en 3D permettent d'accélérer la production de ces plans

Les Plans Isométriques

C'est une représentation en perspective de l'installation.
Les plans orthogonaux sont précis, mais difficiles à lire pour les non techniciens. La représentation d'un élément nécessite souvent plusieurs plans (vues différentes) et un effort d'imagination de la part du lecteur pour se représenter la réalité. Les plans isométriques par contre permettent de visualiser immédiatement sur un seul plan  une représentation approchée mais souvent suffisante de la réalité. C'est pourquoi cette représentation est particulièrement appréciée pour donner une vue d'ensemble ou illustrer une notice ou une procédure.
On distingue:

• les plan isométriques de situation pour illustrer un propos
• les plans isométriques de construction destinées au tuyauteur qui réalisera l'installation

Les plans isométriques, pour être correctement interprétés, nécessitent des conventions de représentation:

• les trois axes de l'espace sont représentés par trois axes sur le plan, formant des angles de 60 degrés entre eux; un papier spécial comportant une grille formant des triangles isocèles est souvent utilisée pour faciliter le traçage.
• les tuyauteries sont représentés par un seul trait (représentation unifilaire)
• les plans isométriques, contrairement aux plans orthogonaux ne sont pas réalisés à l'échelle; pour conserver une bonne lisibilité, les éléments peuvent être légèrement déplacés pour éviter des chavauchements, des croisements inopportuns, ....
• les isométriques de construction sont entièrement cotés pour permettre au tuyauteur de positionner correctement les éléments.

Si on ne dispose pas de papier adapté, on peut utiliser une grille orthogonale (papier à carreaux) et tracer les axes nord-sud et est-ouest en joignant les angles d'un rectangle 2:1. Ces axes formeront alors des angles de 53 degrés entre eux, et 63 degrés avec l'axe haut-bas (au lieu de 60 degrés). En toute rigueur le plan ne sera plus isométrique (les angles formés par les axes ne sont plus identiques), mais plutôt dimétrique. Cependant, on continuera de le qualifier d'isométrique pour être bien compris.

Les isométriques de construction

Ils ne représentent qu'une portion restreinte de tuyauterie, mais avec de très nombreux détails (soudures, supports, ...). Le format (A4 ou A3, jamais plus grand) est adapté à une lecture sur le chantier. Une liaison entre deux équipements fait généralement l'objet de plusieurs isométriques, avec sur chacun l'indication de l'isométrique décrivant la suite du circuit. Le fractionnement des isométriques correspond aussi au mode de fabrication des tuyauteries. La préfabrication en atelier, de tronçons de taille limitée par les possibilités de transport est une méthode très courante; les isométriques de construction sont adaptés au mode de fabrication.

Les plans isométriques de situation

Ils représentent un nombre restreint de tuyauteries, mais sur une longueur importante et ne comportent que les détails nécessaires à leur usage (principalement les vannes).
Pour faciliter une compréhension de l'ensemble, les équipements sont souvent représentés ou symbolisés, ainsi que les échelles et les plateformes d'accès.

Les normes de représentation

Une norme internationale, ISO 10628, est dédiée aux Schémas de procédé pour l’industrie chimique et pétrochimique. Elle se décline en deux parties:

• ISO 10628-1: Spécification des schémas de procédé
• ISO 10628-2: Symboles graphiques

La norme américaine  ISA 5.1 est dédiée à la représentation des équipements et fonctions d'instrimentation (mesures, logiques fonctionelles, ...).
Sans être équivalente, la norme française NF E 04 203, maintenant annulée, était consacrée aux mêmes représentations.