Etude expérimentale et numérique de joints d'étanchéité en graphite expansé matricé

Avec des réglementations de plus en plus strictes, les enjeux environnementaux deviennent une priorité pour les industries. L'un des aspects primordiaux pour limiter l'impact environnemental est la réduction des émissions fugitives, rencontrées entre autres, dans les organes de robinetterie des installations pétrolières et nucléaires. Un des produits d'étanchéité les plus utilisés dans les vannes, pompes et brides de robinetterie est le presse-garniture souvent composé de joints en Graphite Expansé Matricé (GEM). En vue d'améliorer l'étanchéité de ces systèmes, les travaux présentés dans cette étude ont pour but de comprendre le comportement mécanique des joints en GEM. Un dispositif expérimental a été spécialement conçu pour reproduire le fonctionnement d'un presse-garniture de robinetterie composé d'un empilement de plusieurs joints. Il permet de récupérer la contrainte axiale des joints mais également, les déformations circonférentielles et longitudinales du logement. Pour cela, différents chargements au niveau du fouloir sont appliqués pour obtenir un serrage de la bague d'étanchéité. Ensuite, des mouvements de tige sont effectués afin de simuler le fonctionnement de la vanne. Les cycles appliqués sont reproduits à l'aide d'un modèle EF, prenant en compte tous les éléments du montage. Un modèle de comportement macroscopique de type Hyperélasto-Hystérétique est utilisé pour retranscrire la réponse mécanique des joints. Ce modèle de comportement décompose la puissance mécanique en deux contributions en contrainte : une partie hyperélastique et une partie hystérésis. La partie hyperélastique est fortement non linéaire réversible. Quant à la partie hystérésis, elle introduit une non-réversibilité non visqueuse dans la modélisation du comportement du joint, les résultats expérimentaux ayant montré que la contribution visqueuse était négligeable. Le modèle d'hystérésis permet de simuler les cycles de charge-décharge. Le niveau de porosité du joint en GEM est également pris en compte via les interactions entre les parties déviatorique et sphérique des contributions hyperélastique et hystérétique en contrainte du modèle. Les comparaisons entre les données expérimentales et les simulations numériques montrent que le modèle EF est capable de reproduire le comportement du joint en GEM placé dans le corps de la vanne, pour différents chargement appliqués par le fouloir