Tuyau

Les tuyauteries d'une chaudière.

Un tuyau est un élément de section circulaire destiné à l'écoulement d'un fluide, liquide, ou gaz ou d'un produit pulvérulent, au transport de l'énergie de pression (air comprimé, vapeur, huile hydromécanique, …), à l'échange de l'énergie au travers de la paroi (échangeur thermique, radiateur). Il peut être rigide ou souple (flexible). La paroi du tuyau sépare l'intérieur de l'extérieur et permet ces fonctions.

Étymologie

Il y a plusieurs origines théorisés pour le terme tuyau:

• 1. du mot francique thūta 'trompette, tuyau'
• 2. d’un nom composé gotique thut-haurn 'corne-trompette, cor à sonner'.

Histoire

Première utilisation

Flûte néolitique en os

Il est difficile de définir exactement l’origine du tuyau. Il n’est pas exclu qu’à une époque préhistorique on utilisa des troncs d’arbres creux pour véhiculer l’eau, l’usage en a perduré jusqu’en 1788 pour amener la saumure de Salins-les-Bains jusqu’à la Saline royale d'Arc-et-Senans via un saumoduc (double canalisation en sapin de 21 km).

Toutefois les premier tuyaux authentifiés furent utilisés à des fin musicale, et ceci dès la Préhistoire. La flûte, précurseur des Bois et autres saxophones se retrouve partout dans le monde sous toutes sortes de formes. Des flûte ont été fabriquée il y a 35 000 ans, dans un radius de vautour fauve, dans le sud-ouest de l'Allemagne.

Canalisation des eaux

Tube, autrefois, taillé dans du bois pour véhiculer l’eau

Fistule de plomb, utilisé à l’époque romaine à l’intérieur des thermes de Bath - Angleterre

Dessin des cornues dans une usine à gaz: Drawing the retorts at the Great Gas Establishment Brick Lane, from The Monthly Magazine (1821)

Dans l’Égypte antique on utilisait des tuyaux de cuivre pour transporter l’eau potable : un exemplaire, retiré du temple du roi Sa-Hu-Re ad Abusir et remontant à 2750 av.J.-C. environ, est conservé au Musée national de Berlin. Un tuyau a été obtenu en agrafant une fine feuille de cuivre, afin d’obtenir un diamètre de 75 mm; l’implantation (environ 100 m de longueur) était constituée d’une série de ces tubes.

Sur le Site archéologique des Fontaines Salées, des tuyau en bois datant du néolithique, servent de cuvelages en bois au puits d'exploitation servant à obtenir le sel par évaporation. La datation au carbone 14 et et par la dendrochronologie, des fûts qui sont encore visibles de nos jours, a permis par de montrer que le site a été occupé depuis 2238 avant J.-C..

À l’époque romaine, les tuyaux de plomb (en latin fistulae) étaient couramment utilisés pour amener l’eau dans les cités et à l’intérieur même des maisons. Les fistules sont fabriquées à partir d’une plaque de plomb rectangulaire roulée en forme ovoïde et refermée par un cordon de soudure longitudinale. Les Romains utilisaient également des tubes en terre cuite emboîtés les uns dans les autres et scellés au mortier, pour certaines conduites d’eau chaude ou de vapeur.

On a retrouvé sur plusieurs site, des amphores dont le fond a été troué, emboîtées les une dans les autres, détournées pour le même usage.

Fin XVIII^e siècle, en terme de fontainerie, un tuyau est une conduite en fer fondu, en cuivre, en plomb, en terre cuite ou en bois, dont on se sert pour faire passer l'eau d'un lieu à un autre.

• Les tuyaux en fonte sont de différents diamètres et ont environ trois pieds de longueur, avec trois ou quatre oreilles percées à chaque extrémité par lesquelles on joint ces tuyaux au moyen d'autant de vis et leurs écrous, en mettant du cuir entre chaque jointure.
• Les tuyaux en terre sont aussi de différents diamètres et de la même longueur que ceux de fonte; ils s'emboîtent à l'extrémité les uns dans les autres, et on garnit leur jonction de mastic fait avec de la poix, de la filasse et de l'étoupe, et quelquefois on les enveloppe d'une chape de mortier de chaux et ciment.
• Les tuyaux en bois sont d'aulne ou d'orme aussi de différents diamètres, que l'on perce avec des tarières - on les emboîte les uns dans les autres comme ceux de terre.
• Les tuyaux de plomb sont de deux sortes; les uns soudés, et les autres moulés. Un « tuyau physique » est un tuyau formé d'une bande de plomb qu'on rabote et dresse à la varlope sur les deux côtés de son épaisseurs, dont on abat les deux arêtes en chanfrein, ce qui forme, la bande étant roulée, une rainure que l'on remplit d'étain ou soudure - le nom de ce tuyau lui vient de la précision qu'il faut mettre à sa fabrication. Un tuyau soudé en long - , tuyau qui est fait avec du plomb en table, roulé, et dont la soudure, étendue sur le joint, forme une côte.
• On fait aussi de cuivre rouge en planche, et de potain ou cuivre jaune fondu

Un tuyau d'aspiration est le tuyau qui est placé entre le corps d'une pompe et le fond du puits, et dans lequel l'eau monte au moyen de l'air aspiré par le jeu du piston.

Évacuation pour les eaux vannes

Fin XVIII^e siècle, le tuyau de descente, tuyau qui porte les eaux d'un chéneau ou d'une cuvette jusque sur le pavé (la rue), ou qui permet d'évacuer les excréments du « siège de commodités » jusqu'à la fosse d'aisance. Dans ce dernier cas il prend aussi le nom de « poterie » ou chausse d'aisance. Celle-ci est constituée de boisseaux de poterie, vase de terre cuite sans fond de huit à neuf pouces de diamètre et un pied de long qui s'emboitent les uns sur les autres. On dit qu'un tuyau de descente d'une chausse d'aisance est « engorgé » lorsque bouché par quelque sédiment ou quelques ordures.

Canalisation pour les gaz

Cheminée

Les premier tuyau ayant véhiculé des gaz sont les cheminées de nos habitats. Fin XVIII^e siècle, le « tuyau de cheminée » est lui construit en plâtre pigeonné ou en briques; on fait des tranchées ou arrachements dans le mur pour liaisonner cette maçonnerie: Il y a diverses sortes de constructions à savoir: Tuyau adossé ou apparent - Lorsqu'il saille sur le nu du mur; Tuyau dans œuvre ou dans l'épaisseur - Lorsqu'il est élevé eu même temps que le mur et pratiqué dans son épaisseur, celui-ci est ordinairement fait en briques; Tuyau en hotte - Celui qui est évasé par le bas au-dessus du manteau; Tuyau dévoyé - Lorsqu'il ne monte pas aplomb afin de le faire passer à côté d'un autre; Tuyau passant - Celui qui vient d'un étage inférieur, et qui passe à côté d'un manteau.

Ventilation

La chausse d'aisance, décrite plus haut, qui canalise les matières fécales des toilettes vers la fosse d'aisance, communique avec un « tuyau de ventouse » ou « ventouse » , c'est-à-dire un tuyau de petit diamètre de poterie ou de plomb élevé jusque hors du comble « pour diminuer la mauvaise odeur que la fosse répand dans les cabinets en la faisant évaporer par le canal et la remplaçant par un air frais».

Gaz combustibles

Les Chinois ont commencé à utiliser du gaz naturel comme combustible et source d'éclairage au IV^e siècle av. J.-C.. Le forage systématique de puits pour l'extraction de la saumure au I^er siècle av. J.-C. avant J.C. (Dynastie Han) mena à la découverte de beaucoup de "puits à feu" au Sichuan qui produisaient du gaz naturel. Ainsi qu'il est rapporté, cela entraîna dès le II^e siècle av. J.-C., une recherche systématique de gaz naturel. La saumure et le gaz naturel étaient conduits ensemble par des tubes de bambous.^,..

La première réelle expérimentation des gaz commence avec l'histoire du gaz manufacturé: Début XIX^e siècle, le gaz d'éclairage, invention récente due à Philippe Lebon et William Murdoch, est acheminé depuis les gazomètres jusqu'aux particuliers dans des conduites en plomb ou en fer étiré. En 1812, à Londres, Frédéric-Albert Winsor fonde la Gas Light and Coke Company qui se lance dans la production de gaz de houille à destination de l'éclairage. Lors de l'Exposition universelle de 1862, l'éclairage au gaz, des rues et des maisons, est divisé entre treize compagnies, dont les usines sont disséminées sur divers points de la capitale. La quantité de gaz manufacturé annuellement est de 8 millions de pieds cubes. La longueur des principaux conduits est de 2 200 milles (3 540 km); celle des conduits pour le service dans les maisons est de 8 200 milles (13 196 km). Les rues sont éclairées par 37.728 réverbères, placées à une distance moyenne de 68 mètres 58 centimètres l'un de l'autre. A Paris, à la même époque (1860), les usines sont au nombre de sept, lesquelles concourent toutes à l'éclairage de Paris. La longueur totale du réseau de la canalisation du sous-sol du nouveau Paris, dépasse 1000 kilomètres.

Technologie

On distingue les tuyaux réalisés par moulage et les tubes, réalisés par roulage d'une tôle puis soudage ou encore étirés à chaud ou à froid. Dans certains cas, on peut aussi parler de conduit. Autres procédés de réalisation : forage (le bois d'une sarbacane), enroulement autour d'un noyau (canon de fusil au 17 et 18^e siècles, tubes composites en fibres de carbone ou de verre), fonderie (canon en bronze, adduction d'eau en fonte de fer), coulage (béton), étirage (cuivre, acier), roulage et soudure de tôle d'acier à paroi mince, extrusion (matières plastiques, terre cuite, macaronis), couture (textile, on parle alors de manche).

Physique

Comportement mécanique

La théorie des poutres montre qu'en flexion, le tuyau a un rendement inférieur à celui d'un conduit équivalent de section rectangulaire. Voir aussi Résistance des matériaux, mécanique des milieux continus. En revanche, en torsion, la matière d'un tuyau est soumise à un cisaillement pratiquement uniforme et son rendement est proche de 100%.

Lorsqu'un tuyau est mis sous pression, la contrainte perpendiculaire à l'axe est très supérieure à la contrainte parallèle à l'axe. Cela explique pourquoi un tube sous pression cède en général dans le sens de la longueur.

Mécanique des fluides dans un tuyau

Daniel Bernoulli (1700–1782) établit la théorie des écoulements dans son ouvrage principal, Hydrodynamica, paru à Strasbourg en 1738.

Voir aussi Onde stationnaire dans un tuyau.

Dans la marine

Dans la marine du début du XX^e siècle, les échappements de fumée des machines s'évacuaient par des conduits protégés par de hautes enveloppes cylindriques verticales, appelées "tuyaux". Les tuyaux ont par la suite été remplacées par des "cheminées" plus larges et plus courtes. Ainsi les torpilleurs français de 1 500 tonnes construits entre 1926 et 1931, classes Bourrasque et l'Adroit étaient communément appelés "les 3 tuyaux".

Autres significations

En langage populaire, un tuyau est une information confidentielle révélée à quelqu'un pour le succès d'une opération.

Voir aussi

• Plomberie
• Robinetterie
• Gaine
• Tube (forme)
• Tuyau d'incendie
• Tube
• Durit
• Hydraulicien
• Système hydraulique
• Hydromécanique
• Corrosion
• Arrosage