Ce que coûte la fuite d'air des gaines
La fuite d'air est l'air qui s'échappe par les assemblages, les joints et les traversées d'une gaine au lieu d'atteindre la bouche pour laquelle elle a été dimensionnée. Elle n'est jamais nulle. Un réseau de soufflage fuyard oblige le ventilateur à brasser plus d'air que prévu au calcul, ce qui se traduit par une consommation d'énergie du ventilateur plus élevée à chaque heure de fonctionnement, par des pièces en bout de longs tronçons qui n'atteignent jamais la consigne, et par des rapports d'équilibrage qui ne bouclent pas. Sur une reprise en dépression ou un réseau d'extraction de fumées, la fuite aspire de l'air non traité ou contaminé au lieu de le refouler, ce qui relève de la sécurité et non de l'énergie.
La fuite se joue à l'atelier, pas sur site. Une fois la gaine suspendue, étancher un assemblage devenu inaccessible est lent et peu fiable. C'est pourquoi un cahier des charges fixe une fuite admissible avant la fabrication, et pourquoi le chiffre qu'il emploie, la classe de fuite, mérite d'être compris avant de découper la tôle.
La classe de fuite SMACNA
SMACNA, la Sheet Metal and Air Conditioning Contractors' National Association, exprime la fuite admissible sous forme d'une classe de fuite, notée CL. La classe est le débit de fuite en pieds cubes par minute pour 100 pieds carrés de surface de gaine, mesuré à une pression statique de référence de 1 in. w.g. Plus le chiffre CL est bas, plus la gaine est étanche.
Comme une gaine fonctionne rarement à exactement 1 in. w.g., la classe est ramenée à la pression réelle par une loi de puissance :
F = CL × P0.65
F est ici la fuite en cfm pour 100 sq ft de surface de gaine, CL la classe de fuite et P la pression statique en pouces de colonne d'eau. L'exposant 0,65 est la valeur que SMACNA utilise pour classer les gaines. L'exposant réel d'un chemin de fuite précis peut se situer entre environ 0,5 et 0,9, mais 0,65 est le chiffre sur lequel repose le système de classes. Les classes que vous verrez citées forment un ensemble discret :
| Classe de fuite (CL) |
Étanchéité relative |
Où elle s'applique en général |
| CL 3 | La plus étanche couramment publiée | Gaine circulaire et ovale plate étanchée à haute pression, classe d'étanchéité A |
| CL 6 | Étanche | Gaine rectangulaire étanchée à haute pression, classe d'étanchéité A |
| CL 12 | Modérée | Gaine circulaire étanchée à basse pression, ou rectangulaire en classe d'étanchéité B |
| CL 24 | Lâche | Gaine rectangulaire étanchée à basse pression, classe d'étanchéité C |
| CL 48 | La plus lâche | Gaine métallique rectangulaire non étanchée |
L'erreur la plus courante consiste à citer une classe de fuite pour un type de gaine sans préciser la pression ni la classe d'étanchéité auxquelles elle correspond. Une gaine rectangulaire étanchée n'a pas un seul chiffre. C'est CL 24, 12 ou 6 selon le soin apporté à l'étanchéité, ce qui fait l'objet de la section suivante.
La classe d'étanchéité détermine la classe de fuite
La classe de fuite est un résultat. Ce que l'atelier maîtrise réellement, c'est la classe d'étanchéité, qui dit quelles parties de la gaine sont étanchées : la classe C étanche les assemblages transversaux, la classe B y ajoute les joints longitudinaux, et la classe A ajoute en plus toutes les traversées de paroi. Une étanchéité plus poussée donne une classe de fuite attendue plus basse. SMACNA relie les deux ainsi :
| Construction |
Classe d'étanchéité C |
Classe d'étanchéité B |
Classe d'étanchéité A |
| Gaine métallique rectangulaire | CL 24 | CL 12 | CL 6 |
| Gaine métallique circulaire et ovale plate | CL 12 | CL 6 | CL 3 |
Deux enseignements ressortent de ce tableau. Premièrement, la gaine circulaire et ovale plate se situe environ une classe de fuite plus bas que la rectangulaire à classe d'étanchéité égale, car un joint à agrafe spiralé formé au galet offre bien moins de longueur d'assemblage par où fuir qu'une section rectangulaire à quatre angles. Deuxièmement, la classe d'étanchéité est elle-même liée à la classe de pression. Les SMACNA HVAC Duct Construction Standards de 2005 attribuent la classe C à 1/2, 1 et 2 in. w.g., la classe B à 3 in. w.g. et la classe A à 4, 6 et 10 in. w.g., bien que la limite de 2 in. w.g. soit placée en classe B dans certaines présentations, et que l'ASHRAE 90.1 demande désormais la classe A quelle que soit la classe de pression. Dans tous les cas, un cahier des charges à haute pression vous amène à la classe de fuite la plus serrée par le biais de la classe d'étanchéité, sans qu'elle soit jamais écrite explicitement.
Une remarque sur les éditions. Les valeurs ci-dessus sont les chiffres SMACNA de longue date repris dans les HVAC Duct Construction Standards. Une révision ultérieure du manuel d'essai d'étanchéité SMACNA a resserré les classes attendues ; si votre cahier des charges cite une édition précise du manuel, lisez le tableau des classes de cette édition plutôt que de supposer ces chiffres.
Comment l'étanchéité d'une gaine est testée
Un essai d'étanchéité est simple dans son principe. Un tronçon du réseau terminé est isolé et obturé aux deux extrémités. Un ventilateur le met sous la pression d'essai, et le débit d'air que le ventilateur doit continuer à fournir pour maintenir cette pression est mesuré à travers un orifice calibré. Ce débit d'appoint est la fuite du tronçon. Divisez-le par la surface testée et vous obtenez la fuite dans les mêmes unités (cfm pour 100 sq ft) que la classe.
Les cahiers des charges demandent rarement de tester tout le réseau. Ils fixent une fraction représentative, une pression d'essai égale à la pression de calcul du tronçon, et un critère de réussite. Ce critère s'écrit souvent de deux façons à la fois : une classe de fuite que le tronçon doit respecter, et un plafond de fuite totale en pourcentage du débit du système. Le manuel ASHRAE situe la fuite acceptable du système complet dans une plage d'environ 1 à 5 pour cent du débit de calcul à la pression de service, et les cahiers des charges de projet s'inscrivent couramment dans cette fourchette. Le chiffre exact est fixé par le concepteur responsable.
Ce que cela impose à l'atelier
Une classe de fuite serrée se gagne ou se perd en trois points de la fabrication. L'assemblage transversal est le plus grand chemin de fuite : une bride TDF formée d'équerre sur l'extrémité de la gaine, fermée avec un joint posé en usine et serrée par des clips, fait l'essentiel du travail sur un chantier rectangulaire en classe A. Le joint longitudinal vient en second : une agrafe Pittsburgh doit être entièrement formée et, au-delà des classes d'étanchéité les plus basses, étanchée sur toute sa longueur. Le troisième point est tout simplement l'équerrage. Une extrémité de gaine hors d'équerre ne permettra pas à une bride à joint de s'appliquer uniformément, quelle que soit la quantité de mastic, si bien qu'une ligne qui tient la longueur et la largeur dans des tolérances serrées achète discrètement de la performance d'étanchéité.
C'est aussi là que la forme de la gaine justifie sa place dans la décision. Comme la gaine circulaire et spiralée fuit environ moitié moins que la rectangulaire à classe d'étanchéité égale, passer en spiralé un tronçon très sensible aux fuites permet d'atteindre une classe serrée avec moins de main-d'œuvre d'étanchéité que d'imposer la même valeur à de la gaine rectangulaire. Adapter les machines aux classes que vous construisez, travail de brides et de joints rectangulaires, agrafe spiralée, ou les deux, est une décision à prendre au stade du cahier des charges, délibérément, plutôt que de la découvrir le jour de l'essai.
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Équivalents EN, DW/144 et AS 4254.2
En dehors de l'Amérique du Nord, la même physique apparaît sous d'autres appellations.
- EN 1507 (rectangulaire) et EN 12237 (circulaire) définissent les classes d'étanchéité à l'air A, B, C et D, la classe A étant la plus fuyarde et la classe D la plus étanche. Le facteur de fuite maximal est fmax = C × p0.65, la constante passant par 0,027, 0,009, 0,003 et 0,001 pour A, B, C et D. Chaque classe est exactement trois fois plus étanche que la précédente.
- DW/144, la spécification britannique BESA pour les gaines en tôle, utilise les mêmes quatre limites de fuite que l'EN, liées aux classes de basse, moyenne et haute pression, et ne rend l'essai d'étanchéité obligatoire que pour les classes haute pression C et D.
- AS 4254.2 en Australie n'utilise pas du tout de classe par surface. Elle plafonne la fuite à 5 pour cent du débit d'air de calcul, exige que les systèmes de 3000 L/s et plus soient testés à au moins 1,25 fois la pression de service, demande qu'au moins 10 pour cent du système soit testé, et renvoie à la méthode d'essai britannique pour la procédure.
- Les cahiers des charges de génie climatique du CCG et du Moyen-Orient citent généralement directement les classes de fuite SMACNA ou la DW/144, plutôt que les lettres de classe EN.
Pour une comparaison plus complète des normes de construction dans lesquelles s'inscrivent ces classes de fuite, voir Normes internationales de gaines comparées.
Le libellé de spécification que vous rencontrerez
Un cahier des charges de génie climatique fixe généralement la fuite de l'une de deux façons. Un cahier basé sur SMACNA se lit ainsi : « Les gaines de soufflage seront étanchées en classe d'étanchéité A et ne dépasseront pas la classe de fuite 6. Au moins 25 pour cent du système sera testé à 2 in. w.g. » Un cahier européen ou australien s'exprime plutôt en pourcentages : « Les gaines atteindront la classe d'étanchéité à l'air C selon l'EN 1507 », ou « la fuite ne dépassera pas 5 pour cent du débit d'air de calcul lors d'un essai selon l'AS 4254.2 ». Les deux disent la même chose en unités différentes : quel niveau d'étanchéité, à quelle pression, prouvé par quel essai.
FAQ
Qu'est-ce qu'une classe de fuite de gaine ?
Une classe de fuite de gaine, CL, est la fuite admissible en cfm pour 100 sq ft de surface de gaine à une pression de référence de 1 in. w.g. Plus la CL est basse, plus la gaine est étanche. Les classes courantes sont CL 3, 6, 12, 24 et 48, et la fuite à d'autres pressions suit F = CL x P puissance 0,65.
Quelle est la formule de fuite d'une gaine ?
F = CL x P0.65, où F est la fuite en cfm pour 100 sq ft de surface de gaine, CL la classe de fuite et P la pression statique en in. w.g. SMACNA utilise l'exposant 0,65 pour la classification ; les chemins de fuite réels peuvent aller d'environ 0,5 à 0,9.
Comment la classe d'étanchéité influe-t-elle sur la classe de fuite ?
Une étanchéité plus poussée donne une classe de fuite plus basse. Pour la gaine métallique rectangulaire, les classes d'étanchéité C, B et A correspondent à environ CL 24, 12 et 6. La gaine circulaire et ovale plate se situe à peu près une classe plus bas, vers CL 12, 6 et 3. Une gaine rectangulaire non étanchée est à environ CL 48.
Comment teste-t-on l'étanchéité d'une gaine ?
Un tronçon de gaine est isolé et obturé, un ventilateur le met sous la pression d'essai, et le débit d'air d'appoint nécessaire pour maintenir cette pression est mesuré à travers un orifice calibré. Ce débit est la fuite, ensuite comparée à la classe spécifiée ou à la limite en pourcentage.
Quelles sont les classes d'étanchéité à l'air EN et DW/144 ?
EN 1507 et EN 12237 définissent les classes A à D, la classe A étant la plus fuyarde et la classe D la plus étanche, avec f_max = C x p^0.65 et la constante passant par 0,027, 0,009, 0,003 et 0,001. Chaque classe est trois fois plus étanche que la précédente. DW/144 utilise les mêmes quatre limites.
Quel pourcentage de fuite est acceptable pour une gaine ?
Le manuel ASHRAE donne une fuite d'air maximale du système d'environ 1 à 5 pour cent du débit d'air total de calcul à la pression de service, les systèmes plus étanches se situant en bas de la fourchette. Les cahiers des charges plafonnent souvent la fuite admissible à quelques pour cent du débit de calcul, testée à la pression de calcul de la gaine. Le chiffre exact est fixé par le concepteur responsable.
Quelles sont les classes d'étanchéité à l'air EN et DW/144 des gaines ?
EN 1507 (rectangulaire) et EN 12237 (circulaire) définissent les classes d'étanchéité à l'air A, B, C et D, la classe A étant la plus fuyarde et la classe D la plus étanche. Le facteur de fuite maximal est f_max = C x p^0.65, la constante passant par 0,027, 0,009, 0,003 et 0,001 pour A, B, C et D : chaque classe est donc trois fois plus étanche que la précédente. La norme britannique DW/144 reprend les mêmes quatre limites.
