Isolation thermique

Objectifs de l'isolation thermique

L'isolation thermique de tuyauteries ou d'équipements peut viser divers objectifs, conditionnant les technologies mises en oeuvre.

Conservation de la chaleur

Pour les appareils ou tuyauteries pour lesquels un maintien en température est nécessaire, ou bien pour limiter les dépenses énergétiques du procédé.
Réalisé par une épaisseur de calorifuge dont la face externe ne doit pas dépasser 70°C pour la protection du personnel.

Protection du personnel

Pour les appareils et tuyauteries dont la température de surface est supérieure à 70°C et qui présente un risque de brûlure pour le personnel.
La protection est réalisée à l'aide d'un grillage rigide maintenu à distance de la surface chaude ou par un calorifuge de classe A.

Protection contre le gel

Pour les appareils et tuyauterie contenant de l'eau ou autre substance susceptible de se solidifier en cas de température ambiante basse (Benzène par exemple).

Isolation avec réchauffage

Pour les équipements ou tuyauteries équipées d'un traçage.

Protection contre le rayonnement solaire

Pour les appareils et tuyauterie qui ne doivent pas s'échauffer sous l'action du soleil
Cette protection est généralement réalisée avec des écrans et des capots.

Conservation du froid

Pour les appareils et tuyauteries pour lesquels un maintien à une température inférieure à la température ambiante est nécessaire. Le risque de condensation de l'eau contenue dans l'air ambiant guide le choix des matériaux isolants.

Antigivre

Pour éviter les surcharges sur les structures soutenant des équipements susceptibles de se couvrir de glace.
En l'absence de cette isolation thermique, les structures doivent être calculées pour accepter cette surcharge.

Anticondensation

 Pour éviter la condensation externe, cause de ruissellements et de corrosion des équipements située au-dessous.
Les équipements et tuyauteries dont la température de paroi est inférieure au point de rosée de l'air ambiant provoqueront une condensation d'eau à leur surface. Le point de rosée de l'air est d'environ de 27°C en été dans les région tempérées.

Service cyclique froid/chaud

Classes d'isolation

On distingue généralement trois classes d'isolation thermique:

• Classe C (Cold) pour les services à des températures du procédé inférieures à 27 °C en été qui peuvent provoquer une condensation de l'air ambiant, ou inférieures à 20°C lorsque le réchauffement du procédé par l'atmosphère ambiante doit être limitée.
• Classe H (Hot) pour les températures du procédé supérieures à la température ambiante et lorsque le but est de limiter la déperdition de chaleur.
• Classe PP (Personal Protection) pour la protection du personnel lorsque la température de surface est supérieure à 60 ou 70°C.

Ambiances

Lorsque les équipements et tuyauteries isolées sont exposés, le système d'isolation doit résister aux conditions atmosphérique pour conserver ses propriétés dans le temps.

Les ambiances définies par la norme NFT 36 001:

- Atmosphères industrielles

Caractérisées par la présence de poussières de fumées donnant des condensats acides. Les atmosphères rurales et urbaines sont assimilées à des atmosphères industrielles.

- Atmosphère marine

Caractérisée par la présence d'aérosols d'eau de mer et par l'absence de poussière. Les condensats sont en général basiques.

- Atmosphère tropicale

- Atmosphère off-shore

Caractérisée par la présence d'embruns, de pluies denses, de brouillards salins, de condensation.

Le calorifuge

Le calorifuge n'est pas seulement le matériau isolant, mais une combinaison de protections. Il  est constitué par:
- la peinture qui recouvre la surface à protéger, destinée à éviter la corrosion
- éventuellement un système de réchauffage (traçage)
- l'isolant en une ou plusieurs couches
- le système de fixation de l'isolant
- un pare vapeur (pour application froide et cyclique)
Le pare vapeur est un retardateur de migration de la vapeur d’eau contenue dans l’air. Il fait aussi office de protection face aux intempéries, ruissellements, projections et fuites.

Le calorifuge est souvent complété d'une protection mécanique destinée à assurer :
- une étanchéité aux intempéries, ruissellements, projections et fuites. (en service froid, le pare vapeur assure cette fonction)
- une protection contre chocs ou compressions (service chaud et froid).
- une meilleure tenue dans le temps (service chaud et froid).

Critères de choix de l'isolant

On doit tenir compte de:

• sa conductivité thermique
• sa tenue mécanique en température
• son comportement au feu
• sa compatibilité chimique

Conductivité thermique

Elle s'exprime en W/m/°C ou en kcal/h/m/°C
Elle doit être la plus faible possible

Tenue mécanique

Elle se dégrade souvent pour les hautes et les basses température.
Elle s'exprime en tonne/m2; plus elle est élevée plus le matériau est résistant. Les matériaux fibreux (laine de verre et laine de roche) sont peu résistants, les matériaux pulvérulents sont les plus résistants, les matériaux cellulaires sont assez résistants.

Comportement au feu

L'arrêté du 30/6/1983 modifié par celui du 28/8/1991 établi une classification de réaction au feu des matériaux:

• M0 incombustible
• M1 combustible non inflammable
• M2 combustible difficilement inflammable
• M3 combustible moyennement inflammable
• M4 combustible facilement inflammable

De plus, pour qu'il conserve une action isolante en cas d'incendie, son point de fusion devra être supérieur à 1000°C (fibres céramiques).

Compatibilité chimique

L'isolant ne doit présenter aucun risque de corrosion pour l'équipement qu'il protège.
En particulier les isolants en contact avec de l'acier inox doivent avoir des teneurs en chlorures (cl-), sodium (Na+), et silicates (SiO3-) conformes à la norme ASTM C 795.
Pour des températures de service < 120°C une peinture anticorrosion est recommandée.

La corrosion sous calorifuge

Inconvénient majeur du calorifuge elle est due principalement à:
- une condensation d'eau dans les régimes transitoires ou en cas de fonctionnement cyclique chaud/froid
- la fusion de la glace dans les services froid
- un manque d'étanchéité de l'enveloppe
Elle concerne aussi bien l'acier que l'inox
Le risque est particulièrement important pour les températures de l'ambiante à 120°C
Elle n'est généralement pas détectable de l'extérieur
Pour éviter la corrosion
- appliquer une peinture sur la surface à isoler
- éviter les ponts thermiques en utilisant des cales isolantes au droit des supports et des piquages
- utiliser un isolant chimiquement inerte
- protéger le chantier des intempéries
- l'étanchéité de la protection extérieure doit être soignée et doit pouvoir être conservée dans le temps

Epaisseur d'isolant

Epaisseur de laine minérale généralement utilisée:

Epaisseur de polyisocyanurate généralement utilisée en service froid: