Il est important de comprendre comment s'opèrent les échanges de chaleur dans les cales à poisson. Les transferts de chaleur se font par conduction, par convection ou par radiation, ou par une association des trois. La chaleur se déplace toujours des zones chaudes aux zones plus fraîches. S'il fait plus froid à l'intérieur d'une cale isotherme qu'à l'extérieur, la cale attire la chaleur extérieure. Plus la différence de température est importante, plus les flux thermiques vers la zone fraîche seront rapides.
Conduction. Dans ce mode d'échange de chaleur, l'énergie thermique s'introduit dans un matériau en traversant, molécule après molécule un solide, un liquide ou un gaz. Pour qu'il y ait conduction, il faut qu'il y ait un contact physique entre les particules et une différence de température. La conductivité thermique est donc la mesure de la vitesse à laquelle un flux de chaleur se transmet de particule en particule. Le taux d'échange thermique dans un matériau donné sera fonction de la différence de température et de la conductivité calorifique du matériau
Convection. Dans ce cas, l'échange de chaleur intervient lorsqu'un liquide ou de l'air/gaz chauffé se déplace d'un endroit à un autre en conservant sa chaleur. Le taux d'échange thermique dépendra de la température du gaz ou du liquide en mouvement et de son coefficient d'écoulement.
Radiation. L'énergie thermique est transmise sous une forme lumineuse, comme des radiations infrarouges ou toute autre forme d'onde électromagnétique. Cette énergie émane d'un corps chaud et ne peut se déplacer librement qu'à travers un milieu totalement transparent. L'atmosphère, le verre et les matériaux translucides laissent passer une quantité importante de chaleur rayonnante qui peut être absorbée lorsqu'elle frappe une surface (ainsi, lorsqu'il y a du soleil, le pont du bateau absorbe la chaleur rayonnante et devient chaud). On sait très bien que les surfaces claires ou brillantes reflètent davantage la chaleur rayonnante que les surfaces sombres ou noires, et les premières se réchaufferont donc plus lentement.
Les modes de transmission de chaleur décrits ci-dessus interviennent tous les trois dans la pénétration de chaleur à l'intérieur des cales/conteneurs à poisson, mais les échanges de chaleur à travers parois et planchers sont principalement dus à la conduction.
Les propriétés thermiques des matériaux isolants et des autres matériaux servant fréquemment à la construction des bateaux de pêche sont bien connues, et peuvent être précisément mesurées. On peut aussi calculer la quantité de chaleur (flux thermiques) qui traverse une série de matériaux. Il faut toutefois connaître et comprendre certains termes techniques pour calculer les déperditions de chaleur et comprendre les facteurs qui entrent en jeu dans ces processus.
La règle veut que le suffixe - ité désigne la propriété d'un matériau, quelle que soit son épaisseur, tandis que le suffixe - ance se rapporte à la propriété d'un corps spécifique d'épaisseur donnée.
Energie thermique
Une kilocalorie (1 kcal ou 1 000 calories) représente la quantité de chaleur (énergie) nécessaire pour élever la température d'1 kilogramme (kg) d'eau d'un degré Celsius (°C). L'unité énergétique définie par le Système international d'unités est le joule (J). Une kcal représente environ 4,18 kJ (résultat qui varie légèrement selon la température). Il existe une autre unité, le BTU (unité thermique britannique), qui correspond en gros à 1 kJ.
Conductivité thermique
En termes simples, la conductivité thermique est la mesure de la capacité d'un matériau à transporter de la chaleur à travers sa masse. Différents matériaux isolants et d'autres types de matériaux ont une conductivité thermique spécifique qui peut être utilisée pour mesurer leur pouvoir isolant. On peut la définir comme la quantité de chaleur/énergie (exprimée en kcal, BTU ou J) qui peut être transportée en une unité de temps, à travers une unité de surface, d'une unité d'épaisseur d'un matériau donné, lorsqu'il y a une unité de différence de température. La conductivité thermique peut être exprimée en kcal m-1 °C-1, Btu pied-1 °F-1 (BTU par pied carré, par degré Fahrenheit) et, dans le Système international d'unités, en watt (W) m-1 °C-1. On l'appelle également valeur k.
Coefficient de conductance thermique «l» (kcal m-2 h-1 °C-1)
Cette valeur est désignée par la lettre grecque l (lambda) et définie comme la quantité de chaleur (exprimée en kcal) écoulée par conduction à travers 1 m2 de matériau d'une épaisseur d'1 m, en une heure de temps, quand l'écart de température de part et d'autre du matériau - étant entendu un flux thermique régulier - correspond à 1 °C. La conductance thermique est déterminée par des tests et constitue la valeur essentielle de tout matériau. Elle peut également être exprimée comme suit BTU pied-2 h-1 °F-1 (BTU par pied carré, par heure, et degré Fahrenheit) ou au moyen de l'unité du Système international, de la manière suivante: W m-2 Kelvin (K)-1.
Résistivité thermique
La résistivité thermique est l'inverse de la valeur K (1/k).
Résistance thermique (valeur R)
La résistance thermique (valeur R) est l'inverse de l (1/l); elle est utilisée pour calculer la résistance thermique des matériaux ou des composites. La valeur R peut être simplement définie comme étant la résistance d'un matériau aux flux de chaleur. Un bon matériel isolant aura une valeur R élevée. Pour les épaisseurs de plus d'1 m, cette valeur augmente en proportion directe de l'augmentation d'épaisseur du matériau isolant. On l'exprime ainsi: x/l, x correspondant à l'épaisseur du matériau exprimé en mètres.
Coefficient de transmission de chaleur (U) (kcal m-2 h-1 °C-1)
La lettre U désigne le coefficient global de transmission de chaleur pour une quelconque section d'un matériau ou d'un composite. Pour mesurer U, le Système international d'unités utilise les kcal par mètre carré de section, par heure, par degré Celsius, et l'écart entre les températures intérieures et extérieures de l'air. Les autres systèmes d'unités peuvent également exprimer cette valeur. Le coefficient U comprend les résistances thermiques des deux surfaces de paroi ou de plancher ainsi que celles des couches individuelles et des zones d'air éventuellement contenues à l'intérieur du mur ou du plancher.
Perméance à la vapeur d'eau (pv)
Il s'agit de la quantité de vapeur d'eau qui traverse une unité de surface d'un matériau d'une unité d'épaisseur donnée lorsque l'écart entre la pression d'eau de l'une et de l'autre face du matériau est l'unité. Elle peut être exprimée ainsi: g cm mmHg-1 m-2 jour-1 ou, dans le Système international d'unités, comme étant g m MN-1 s-1 (grammes par mètre par méga-Newton par seconde).
Résistance à la vapeur d'eau (rv)
C'est l'inverse de la perméance à la vapeur d'eau; on la définit comme suit: rv = 1/pv.
La fonction première des matériaux d'isolation thermique utilisés sur les bateaux de pêche artisanale qui emploient de la glace est de limiter les échanges de chaleur à travers les parois de la cale à poisson, les écoutilles, les tuyaux ou pièces d'étançons du lieu où sont entreposés la glace et les poissons réfrigérés. En limitant les infiltrations de chaleur, on réduit la fusion de la glace, ce qui accroît d'autant l'efficacité du glaçage. Comme on l'a déjà expliqué, la glace fond en absorbant l'énergie thermique du poisson, mais aussi celle qui filtre à travers les parois du conteneur. L'isolation des parois permet de réduire la quantité de chaleur qui pénètre dans le conteneur, et donc de limiter la quantité de glace nécessaire pour garder les produits stockés constamment réfrigérés.
L'isolation de la cale à poisson avec des matériaux adaptés présente les avantages suivants: empêcher les transferts thermiques provenant de l'air ambiant et de la salle des machines ainsi que les entrées de chaleur (à travers les parois de la cale, les écoutilles, les tuyaux ou pièces d'étançons); optimiser la capacité utile de la cale ainsi que les coûts de réfrigération du poisson; contribuer à limiter les besoins énergétiques des systèmes de réfrigération éventuellement installés à bord.
Etant donné le manque de place dans la cale des petits bateaux de pêche et la part importante des coûts d'isolation thermique dans leur construction, il est très important de bien sélectionner les matériaux isolants.
Plusieurs matériaux d'isolation thermique sont proposés dans le commerce pour les bateaux de pêche, mais rares sont ceux qui donnent entière satisfaction. Les problèmes tiennent principalement à leur résistance mécanique et à leur capacité d'absorption de l'humidité insuffisantes. Ce dernier point est particulièrement problématique pour les bateaux de pêche qui utilisent de la glace fondue comme milieu réfrigérant. Les matériaux d'isolation thermique agissent en piégeant les bulles ou poches de gaz dans une structure de mousse. A partir du moment où ces cellules de gaz sont remplies d'humidité, l'isolation perd énormément de son efficacité.
|
FIGURE 5.1
|
|
ENCADRÉ 5.1 Conductivité thermique Les meilleurs matériaux isolants sont ceux qui présentent la plus faible conductivité thermique, ce qui permet de réduire le coefficient total de transfert de chaleur. On aura alors besoin d'une moindre quantité de matériaux. Le gaz sec inactif est l'un des meilleurs matériaux isolants. Les propriétés isolantes des matériaux disponibles dans le commerce sont déterminées par la quantité de gaz qu'ils contiennent et par le nombre de poches de gaz. En conséquence, plus il y aura de cellules (qui permettent aux gaz de stagner), plus elles seront petites, plus le matériau aura une faible conductivité thermique. Les cellules ne doivent pas communiquer car ceci permettrait une convection de chaleur. Perméabilité à la vapeur d'eau Les meilleurs matériaux isolants ont une très faible perméabilité à la vapeur d'eau. L'absorption d'eau devient alors négligeable. On minimise ainsi la condensation et la corrosion. Caractéristiques liées à la résistance et à la pose des matériaux L'isolant doit être résistant à l'eau, aux solvants et aux produits chimiques. Il doit être durable et ne pas perdre rapidement son pouvoir isolant. On doit pouvoir employer une vaste gamme d'adhésifs pour le poser. Il faut qu'il soit léger, facile à manipuler et à installer. On doit pouvoir le poser avec des outils ordinaires. Il doit être bon marché, et permettre des économies substantielles à l'installation comme à long terme. Il ne doit ni produire d'odeurs, ni les absorber. Il doit être résistant aux moisissures et aux champignons et être à l'épreuve de la vermine. Ses dimensions doivent lui conférer de la stabilité pour empêcher son effondrement ou son tassement. Caractéristiques concernant la sécurité L'isolant doit être ininflammable et non explosif. En cas d'incendie, les produits de combustion ne doivent pas être toxiques. |
La conductivité thermique de l'eau (à 10 °C) est égale à 0,5 kcal m-1 h-1 °C-1 tandis que celle de la glace (à 0 °C) est de 2 kcal m-1 h-1 °C-1 (soit environ quatre fois la valeur de l'eau). Par comparaison, celle de l'air sec inactif est d'environ 0,02 kcal m-1 h-1 °C-1. La Figure 5.1 illustre la conductivité thermique du R-11, de l'air sec, de la vapeur d'eau et de la glace dans un matériau isolant et montre la forte augmentation de conductivité thermique qui peut survenir lorsque l'air/gaz est remplacé par de la vapeur d'eau à l'intérieur du matériau.
Les matériaux isolants peuvent absorber de l'humidité à la fois par contact direct avec l'eau qui s'écoule sur les parois de la cale, mais aussi par la condensation de la vapeur d'eau dans les parois dès lors que le point de rosée est atteint dans le gradient de température à travers les parois.
Il est donc absolument essentiel de disposer de pare-vapeur bien conçus pour empêcher le matériau isolant d'absorber l'humidité. Dans la plupart des climats, le transfert de vapeur d'eau aura tendance à se faire de l'extérieur vers l'intérieur des parois de la cale, dans la mesure où la température extérieure est probablement plus élevée que la température intérieure. Il faut donc un revêtement humidifuge à l'extérieur du matériau isolant, ainsi qu'un revêtement étanche sur l'intérieur pour le protéger des infiltrations d'eau de fusion. Les pare-vapeur sont faits avec des panneaux d'isolation préfabriqués aux surfaces imperméables (panneaux de type sandwich, dont une face est revêtue de feuilles d'acier galvanisé de faible épaisseur constituant le pare-vapeur, la face de finition étant recouverte de feuilles d'aluminium ou d'acier galvanisé plastifiées), des matériaux plastiques renforcés, des feuilles de polythène, des films plastiques d'une épaisseur minimum de 0,2 mm ou des feuilles d'aluminium d'au moins 0,02 mm d'épaisseur revêtues d'une membrane bitumée. Les feuilles d'aluminium ou d'acier galvanisé doivent faire au moins 0,3 mm d'épaisseur.
On présente à l'Encadré 5.1 les principales caractéristiques d'un bon matériau isolant.
il existe une large gamme de matériaux d'isolation; cependant, rares sont ceux qui remplissent les conditions requises pour la construction de cales à poisson modernes. La sélection est fondée sur le coût d'achat du matériau, son efficacité, sa durabilité, ses dimensions et sa forme qui doivent se prêter à celles de la cale et aux méthodes d'installation disponibles localement. D'un point de vue économique, il est préférable de choisir un matériau isolant ayant une faible conductivité thermique plutôt que d'augmentation l'épaisseur d'isolant sur les parois de la cale. En abaissant la conductivité thermique, il faudra moins d'isolant pour une capacité de réfrigération donnée, et on aura plus d'espace dans la cale. Les isolants utilisés dans les cales à poisson représentent souvent entre 10 et 15 pour cent de la capacité brute de la cale.
La mousse polyuréthane est l'un des meilleurs isolants disponibles dans le commerce pour les bateaux de pêche. Elle a de bonnes propriétés d'isolation thermique, une faible perméabilité à la vapeur et à l'humidité, une assez forte résistance mécanique et une faible densité. Par ailleurs, elle est relativement économique et facile à installer. On récapitule au Tableau 5.1 les principales caractéristiques de la mousse polyuréthane.
L'efficacité de la mousse polyuréthane comme isolant thermique tient au nombre élevé (au moins 90 pour cent) de microcellules fermées remplies de gaz inerte. Jusqu'à une date récente, le gaz inerte le plus souvent utilisé dans les mousses de polyuréthane était le R-11 (trichlorofluorométhane). Toutefois, le Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone exige l'élimination progressive des CFC tels que le R-11. Plusieurs agents d'expansion sont actuellement testés et les hydrocarbures, les hydrofluorocarbones et les gaz inertes comme le dioxyde de carbone pourraient le remplacer.
TABLEAU 5.1
Densité et conductivité
thermique du polyuréthane à 20-25
|
Type |
Densité |
Conductivité thermique |
| |
(kg/m3) |
(W m-1 °C-1) / (kcal h-1 m-1 °C-1) |
|
Mousse |
30 |
0,026/0,0224 |
|
Panneau expansé rigide |
30 |
0,02-0,025/0,0172-0,0215 |
|
Panneau expansé rigide |
40 |
0,023/0,02 |
|
Panneau expansé rigide |
80 |
0.04/0.34 |
|
Mousse appliquée sur place |
24-40 |
0,023-0,026/0,0198-0,0224 |
Source: FAO, 1989.
Les mousses de polyuréthane sont utilisables sous forme de plaques ou panneaux rigides et de tuyaux préformés qui peuvent être fabriqués en diverses formes et tailles. Dans ces différentes formes, les mousses de polyuréthane sont principalement utilisées dans les chambres froides, les glacières et les entrepôts frigorifiques. Des panneaux sandwich qui renferment des plaques de mousse peuvent être fabriqués pour les chambres réfrigérées préfabriquées.
La mousse peut également être produite sur place de diverses manières:
Elle peut être coulée sur place. Il faut alors mélanger les produits chimiques manuellement ou mécaniquement et couler la mousse dans les moules ou espaces ouverts à isoler. En se solidifiant, le mélange se transforme en mousse. Si nécessaire, la mousse solidifiée peut être taillée aux dimensions ou à la forme voulues.
Elle peut être directement pulvérisée sur une surface solide à l'aide de pistolets qui mélangent et atomisent la mousse durant l'application. On peut par exemple la pulvériser directement sur la surface extérieure des cales ainsi que dans les endroits inaccessibles qui peuvent donc être construits sans avoir à fabriquer des moules. La mousse prend sur elle-même et sur la plupart des métaux, des bois et des autres matériaux. On peut aussi l'injecter dans des cavités (et donc dans les coques des caisses isothermes moulées). La pulvérisation et l'injection sont aujourd'hui les techniques les plus utilisées pour appliquer des mousses polyuréthanes rigides sur les navires et les bateaux de pêche.
La technique du moussage par battage consiste à appliquer le mélange de produits chimiques partiellement expansé qui ressemble à un aérosol crémeux. La pré-expansion exige un matériel adapté ainsi qu'un agent gonflant. L'expansion finale est atteinte une fois la réaction chimique achevée. Cette technique sert à produire des mousses ou des panneaux rigides ayant un ratio résistance-poids élevé.
|
ENCADRÉ 5.2 Stockage sur place Les produits chimiques à base d'uréthane ne présentent pas de risques d'incendie. Il faut interdire les flammes nues et les sources de forte chaleur rayonnante dans les zones où sont stockés des panneaux ou des feuilles de mousse. Les adhésifs et les solvants inflammables doivent être entreposés dans des endroits où les précautions habituelles concernant ce type de matériaux sont appliquées. Perméabilité à la vapeur d'eau Les meilleurs matériaux isolants ont une très faible perméabilité à la vapeur d'eau. L'absorption d'eau devient alors négligeable. On minimise ainsi la condensation et la corrosion. Application sur place Généralités - dans toute la mesure du possible, le soudage et toute opération impliquant l'utilisation de flammes nues ou de fortes températures dans la zone à isoler ou sur ses surfaces extérieures doivent être achevés avant l'application de la mousse. Il est interdit de fumer et d'effectuer ces opérations pendant l'application de la mousse pour prévenir toute inflammation de la mousse, des solvants ou des adhésifs exposés. Application sur place - le moussage intervient dans des cavités protégées par un revêtement. Cette opération et ce type d'isolation ne présentent pas de risque d'incendie autre que celui associé au danger des solvants inflammables utilisés pour le nettoyage de l'équipement. Le revêtement utilisé doit être approuvé par la Chambre de commerce ou toute autre autorité compétente. Pulvérisation - une fois pulvérisée, la mousse reste exposée. A ce stade, elle constitue un danger dès lors qu'elle est exposée à une source de chaleur ou enflammée. Le soudage et toute opération impliquant l'utilisation de flammes nues ou de fortes températures dans la zone doivent être interdits jusqu'à ce que la mousse soit correctement protégée. Par ailleurs, tant que la mousse n'est pas protégée, les flammes nues ou les fortes températures - par exemple les travaux de soudure ou la découpe des plaques - doivent être interdites à l'extérieur de la zone. Comme toutes les autres poussières, les poussières résultant du ponçage ou du polissage des plaques de mousse constituent un risque d'incendie. Les poussières doivent donc être évacuées aussi vite que possible. Les surfaces sur lesquelles la mousse a été pulvérisée doivent être garnies au plus tôt d'un revêtement approuvé par l'autorité compétente. Panneaux ou feuilles de mousse - il faut être particulièrement prudent avec les risques d'incendie que posent les adhésifs inflammables. Dans les minutes qui suivent son application, l'isolant est exposé et constitue donc un risque d'incendie semblable à celui de la mousse pulvérisée et non protégée. Les précautions décrites ci-dessus pour la mousse pulvérisée s'appliquent donc ici aussi tant que la mousse n'est pas garnie d'un revêtement approuvé par l'autorité compétente. Travaux de réparation Il peut s'avérer nécessaire d'enlever le revêtement qui protège la mousse. S'il faut réaliser des soudures ou toute opération impliquant des flammes nues ou de fortes températures, la mousse doit être découpée sur au moins 30 cm autour du site des travaux. La mousse exposée doit être protégée des flammes nues et des fortes températures (par exemple par une couverture d'amiante). Risques toxiques liés à la combustion de la mousse Les produits de combustion de la mousse uréthane et des autres plastiques sont toxiques, tout comme ceux du bois, de la laine, des plumes, etc. Comme dans tout autre cas d'incendie, il faut prendre garde au manque d'oxygène, à la fumée dense et aux émanations de gaz chauds, et appliquer les procédures normales en cas d'incendie.
|
La réglementation incendie impose l'ajout d'un agent ignifugeant à la mousse polyuréthane isolante. Elle doit également être garnie d'un revêtement de protection pour ne pas s'enflammer facilement en cas d'exposition à une petite flamme. Les tests réalisés en laboratoire ont montré que la mousse polyuréthane rigide non protégée mais contenant un agent ignifugeant ne peut être enflammée par de petites flammes telles que celles produites par des allumettes, mais qu'elle brûlera rapidement une fois exposée à une forte chaleur ou à des flammes plus importantes. Les risques de combustion de la mousse sont toutefois éliminés dès lors qu'elle n'est plus directement exposée à la flamme et qu'elle ne contient plus d'air. De plus, le type de résine et d'isocyanate utilisés pour la fabrication de la mousse influent sur son inflammabilité. Les mousses produites à partir d'isocyanate de toluène ont tendance à se ramollir et à fondre plus facilement sous l'effet de la chaleur que celles contenant du méthane-diisocyanate. Durant l'application de mousse polyuréthane sur les bateaux, les précautions incendie visées à l'Encadré 5.2 doivent s'appliquer.
Il existe plusieurs qualités de mousse polyuréthane dont certaines sont ignifuges. Les mousses contenant de l'isocyanurate peuvent résister de 10 à 25 minutes avant d'être traversées par une flamme produite par un chalumeau à propane à 1 200 °C (dans les mêmes conditions, les mousses polyuréthanes ordinaires sont transpercés en 10 secondes); elles offrent donc une haute résistance à la pénétration des flammes. Les mousses d'isocyanurate disponibles dans le commerce ont une densité moyenne de 35 kg/m3, une conductivité thermique de 0,022 kcal h-1 m-1 °C-1 et une perméance à la vapeur d'eau de 16,7 g cm m-2 jour-1 mmHg-1. La Figure 5.2 illustre la relation entre la valeur R et l'épaisseur des mousses d'isocyanurate disponibles dans le commerce.
|
FIGURE 5.2
|
|
FIGURE 5.3
|
TABLEAU 5.2
Propriétés physiques de
certaines qualités de mousse polyuréthane
|
Propriétés physiques |
Unité |
Température (°F/°C) |
Méthode de la American Society for Testing and Materials (ASTM) |
Qualités de mousse polyuréthane |
||||
|
9002-2B |
9002-3B |
9002-4B |
9005-2 |
9006-4 |
||||
|
Densité nominale |
Livre/pied |
74/23.3 |
D1622 |
2 (32) |
3(48) |
4(64) |
2(32) |
4(64) |
|
Type 1 |
|
|
|
I |
I |
I |
III |
III |
|
Catégorie 1 |
|
|
|
2 |
- |
- |
2 |
3 |
|
Résistance à la compression: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) Parallèle |
Livres par pouce carré (PSI2) |
74/23.3 |
D1621 |
38 |
70 |
100 |
25 |
75 |
|
b) Perpendiculaire |
PSI |
74/23.3 |
D1621 |
18 |
36 |
68 |
20 |
48 |
|
Module d'élasticité en compression |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) Parallèle |
PSI |
74/23.3 |
D1621 |
1 050 |
1750 |
2 500 |
600 |
2 000 |
|
b) Perpendiculaire |
PSI |
74/23.3 |
D1621 |
450 |
950 |
1 500 |
500 |
900 |
|
Résistance à la traction |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) Parallèle |
PSI |
74/23.3 |
D1623 |
56 |
84 |
112 |
40 |
90 |
|
b) Perpendiculaire |
PSI |
74/23.3 |
D1623 |
40 |
65 |
90 |
35 |
77 |
|
Résistance au cisaillement: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Perpendiculaire |
PSI |
74/23.3 |
C273 |
33 |
50 |
65 |
26 |
50 |
|
Résistance à la flamme |
s.o. |
74/23.3 |
D1692 |
Néant |
Néant |
Néant |
Non inflammable |
Non inflammable |
|
Conductivité thermique ou facteur K |
Btu/pied2. |
74/23.3 |
C177 |
0.11 à 0.16 |
|
|
|
|
|
Absorption d'eau (2 jours sous tête de «2») |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) Par volume |
% |
74/23.3 |
D2127 |
|
|
|
|
|
|
b) Par poids |
livres/piedt2 |
74/23.3 |
D2127 |
0.04 |
0.025 |
0.02 |
0.04 |
0.04 |
|
Stabilité dimensionnelle |
|
|
|
1.6 |
1 |
0.8 |
1.7 |
1.7 |
|
a) Changement de volume net |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 jour |
% |
160/71.1 |
D2126 |
1.5 |
|
|
|
|
|
7 jours |
% |
160/71.1 |
D2126 |
2 |
1 |
1 |
1.2 |
1.3 |
|
28 jours |
% |
160/71.1 |
D2126 |
2.5 |
1.5 |
1.5 |
1.7 |
2.7 |
|
b) Changement linéaire moyen |
|
|
|
|
2 |
2 |
2.7 |
3.6 |
|
1 jour |
% |
160/71.1 |
D2126 |
0.7 |
0.5 |
0.5 |
0.6 |
0.6 |
|
7 jours |
% |
160/71.1 |
D2126 |
1 |
0.7 |
0.7 |
0.8 |
1.4 |
|
28 jours |
% |
160/71.1 |
D2126 |
1.2 |
1 |
1 |
1.4 |
1.8 |
1 Conformément à la norme fédérale américaine HHI-I-00530.
2 1 PSI (livre par pouce carré) = 0,070307 kg/cm2.
Source: American Society for Testing and Materials (ASTM), Book of Standards and CPR Division. The Upjohn Co., Etats-Unis d'Amérique.
TABLEAU 5.3
Conductivité thermique et
densité des matériaux polystyrènes isolants à 0
°C
|
Type |
Densité |
Conductivité thermique |
| |
(kg/m3) |
(W m-1 °C-1) / (kcal h-1 m-1 °C-1) |
|
Mousse expansée Type I |
10 |
0,057/0,049 |
|
Mousse expansée Type II |
12 |
0,044/0,038 |
|
Mousse expansée Type III |
15 |
0,037/0,032 |
|
Mousse expansée Type IV |
20 |
0,034/0,029 |
|
Mousse expansée Type V |
25 |
0,033/0,028 |
|
Mousse rigide extrudée |
33 |
0,033/0,028 |
Il existe aussi des qualités de polyuréthane extrêmement résistantes du fait de leur très haute densité. Ainsi, la mousse rigide habituellement utilisée comme isolant dans les chambres froides peut avoir des densités de l'ordre de 30-40 kg/m3; par comparaison, les qualités de mousse employées pour la structure des bateaux ont une densité allant de 100 kg/m3 à 300 kg/m3. La résistance à la compression varie en fonction de la densité de la mousse; elle est de l'ordre de 2-3 kg/cm2 pour les mousses ayant une densité de 35-40 kg/m3, et plus élevée pour les densités plus fortes. On récapitule au Tableau 5.2 les principales propriétés physiques de certaines qualités de mousse polyuréthane disponibles dans le commerce. Ces mousses ne réagissent pas aux solvants utilisés pour la mise en œuvre du plastique renforcé de fibre de verre (comme les polyesters styréniques ou l'acétone). C'est pourquoi les mousses polyuréthanes expansées revêtues de plastique renforcé à la fibre de verre sont souvent employées comme isolant dans les conteneurs et les cales à poisson en dépit du fait qu'elles sont nettement plus coûteuses que le polystyrène expansé. Leur principal inconvénient est qu'elles absorbent l'eau plus facilement que le polystyrène expansé, qu'elles sont inflammables et produisent des vapeurs toxiques en se consumant. La Figure 5.3 illustre la perméabilité à l'eau et à la vapeur d'eau de différents matériaux isolants.
La polymérisation permet de transformer le styrène en perles/billes de plastique polystyrène. Ces billes peuvent ensuite être expansées pour former une mousse appelée polystyrène expansé. Il y a deux façons de fabriquer du polystyrène expansé: par extrusion ou par moulage de plaques.
Les mousses extrudées sont fabriquées en mélangeant du polystyrène avec un solvant, en y ajoutant un gaz sous pression, puis en extrudant le mélange à l'épaisseur voulue. L'extrusion améliore les caractéristiques de la mousse obtenue au final - comme sa résistance mécanique - produisant des cellules non connectées et un matériau plus homogène. La résistance mécanique des mousses de polystyrène expansé varie de 0,4 à 1,1 kg/cm2. Comme on l'indique au Tableau 5.3, il existe plusieurs qualités de mousse ayant des densités de 10 à 33 kg/m3 et une conductivité thermique d'autant plus faible que leur densité s'accroît.
Les mousses de polystyrène expansé présentent toutefois des inconvénients techniques:
elles réagissent aux solvants utilisés pour la mise en œuvre des plastiques renforcés de fibre de verre (comme les polyesters à base de styrène) ainsi qu'aux autres solvants organiques (l'essence, le pétrole, l'acétone, etc.).
En raison de cette dernière caractéristique, elles ne peuvent être utilisées dans les conteneurs/cale à poisson garnis d'un revêtement de plastique renforcé de fibre de verre si la fibre de verre est appliquée sur place, directement sur le matériau isolant.
On peut fabriquer en polystyrène expansé des panneaux rigides de densité, d'épaisseur et de taille différentes.
La perlite est une roche volcanique contenant 2 à 5 pour cent d'eau liée. C'est une substance chimiquement inerte, essentiellement composée de silice et d'aluminium, mais certaines impuretés hygroscopiques comme le Na2O, CaO, MgO et le K2O peuvent facilement absorber l'humidité. En fonction des conditions de stockage et de la qualité de la perlite, il est donc possible de limiter l'absorption d'humidité. La perlite expansée a une densité moyenne de 130 g/m3 et une conductivité thermique d'environ 0,04 kcal m-1 h-1 °C-1 (0,047 W m-1 °C-1). On expanse la perlite en l'amenant très rapidement à une température située entre 800 et 1 200 °C. La vaporisation de l'eau liée et la formation de verre naturel engendrent une expansion des particules de perlite qui ont un aspect granuleux. Les principaux paramètres définissant les caractéristiques de la perlite expansée sont donc:
la température d'expansion.
La perlite est un bon matériau isolant, mais uniquement quand elle est sèche ou sous forme de granulés meubles. A mesure que les granulés absorbent l'humidité et se sédimentent après leur mise en œuvre, ils perdent leur pouvoir isolant. La technique la plus commune consiste à déverser les granulés et à les étaler à la main. Ils peuvent en effet remplir les petites cavités plus efficacement que les matériaux fibreux. Les isolants particulaires comme la perlite expansée peuvent être utilisés en association avec d'autres matériaux isolants (comme les plaques de plastique cellulaire) pour combler les endroits difficilement accessibles de la cale à poisson où le découpage de plaques à la forme voulue prendrait beaucoup de temps pour un résultat imparfait.
La perlite expansée doit être manipulée et mise en œuvre avec prudence car la poussière de perlite peut entraîner des intoxications chroniques.
Le voile de verre est utilisé comme matériau isolant et présente les avantages suivants:
faible conductivité thermique (voir le Tableau 5.4).
TABLEAU 5.4
Conductivité thermique et
densité de la fibre de verre à 0 °C
|
Type |
Densité |
Conductivité thermique |
| |
(kg/m3) |
(W m-1 °C-1) / (kcal h-1 m-1 °C-1) |
|
Type I |
10-18 |
0,044/0,038 |
|
Type II |
19-30 |
0,037/0,032 |
|
Type III |
31-45 |
0,034/0,029 |
|
Type IV |
46-65 |
0,033/0,028 |
|
Type V |
66-90 |
0,033/0,028 |
|
Type VI |
91 |
0,036/0,031 |
|
Complexe verre-résine |
64-144 |
0,036/0,031 |
Source: tableau préparé par les auteurs à partir de données provenant de Melgarejo, 1995.
TABLEAU 5.5
Conductivité thermique et
densité du liège à 20-25 °C
|
Type |
Densité |
Conductivité thermique |
| |
(kg/m3) |
(W m-1 °C-1) / (kcal h-1 m-1 °C-1) |
|
Granulés meubles, secs |
115 |
0,052/0,0447 |
|
Granulés |
86 |
0,048/0,041 |
|
Plaques de liège expansé |
130 |
0,04/0,344 |
|
Plaques de liège expansé |
150 |
0,043/0,037 |
|
Liège expansé aggloméré à la résine/asphalte |
100-150 |
0,043/0,037 |
|
Liège expansé aggloméré à la résine/asphalte |
150-250 |
0,048/0,041 |
Source: tableau préparé par les auteurs à partir de données provenant de Melgarejo, 1995
Les isolants de fibre de verre sont disponibles en rouleaux de différentes épaisseurs appelées toiles ou tapis. Leur largeur dépend de la manière dont ils sont posés; certains sont revêtus sur une face d'une feuille d'aluminium ou de papier Kraft qui font office de pare-vapeur.
En tant qu'isolant, le voile de verre présente les inconvénients suivants:
perméabilité à l'humidité.
Des panneaux rigides peuvent être fabriqués à partir de fibre de verre comprimée. Ces panneaux isolants sont légers et ont une valeur R relativement forte pour leur épaisseur.
Le liège est probablement le plus vieux matériau isolant utilisé à des fins commerciales; à l'origine, il était principalement employé comme isolant dans l'industrie du froid. Aujourd'hui, il est devenu relativement coûteux par rapport aux autres matériaux isolants en raison de la rareté du chêne-liège. Il est maintenant peu utilisé, sauf comme socle pour les machines car il réduit la transmission des vibrations. On le trouve en plaques ou en panneaux expansés ou sous forme granulaire; sa densité varie de 110 à 130 kg/m3 et il a une résistance mécanique moyenne de 2,2 kg/m2. Il ne peut être utilisé qu'à des températures inférieures à 65 °C. C'est un bon isolant thermique qui est assez résistant à la compression et difficile à enflammer. Son principal inconvénient technique est sa tendance à absorber l'humidité, sa perméance moyenne à la vapeur d'eau étant de 12,5 g cm m-2 jour-1 mmHg-1. Les principales caractéristiques du liège sont fournies au Tableau 5.5.
Au Tableau 5.6, on compare certains des matériaux les plus communément employés comme isolants, en indiquant leur pouvoir isolant relatif ainsi que leurs avantages et inconvénients respectifs. De manière générale, les matériaux les plus coûteux, comme les mousses polyuréthanes, ont un meilleur pouvoir isolant pour une épaisseur donnée. En appliquant le système de classification «R» (voir les définitions au paragraphe 5.1.2), on peut parvenir à des valeurs R équivalentes avec divers types d'isolants.
La Figure 5.4 est une comparaison des épaisseurs types de différents isolants utilisés dans les chambres froides et les entrepôts frigorifiques à terre, dans des climats tempérés et dans les tropiques, à une température ambiante moyenne de 20, 30 et 40 °C. Pour certains fabricants, le coefficient de conductance thermique (l) des chambres froides et entrepôts frigorifiques à terre ne doit pas être supérieur à 0,26 kcal m-2 h-1 °C-1 (soit une valeur R = 18,8 pied2 h °F Btu-1). Cette valeur est toutefois essentiellement fonction du coût de l'énergie, et on peut donc l'abaisser si les coûts énergétiques augmentent.
|
FIGURE 5.4
|
TABLEAU 5.6
Quelques isolants communément
employés: valeurs R, avantages et inconvénients
|
Matériaux isolants |
Valeur R par pouce (2,54 cm) |
Avantages |
Inconvénients |
|
Polyuréthane, panneaux |
6,25 |
Excellente valeur R, peuvent être utilisés avec des résines de fibre de verre |
Pas toujours disponibles, relativement coûteux |
|
Polyuréthane, en pulvérisation |
7,0 |
Excellente valeur R, peut être utilisé avec des résines de fibre de verre, application facile au pistolet |
Pas toujours disponible, coûteux, exige un matériel de pulvérisation spécial |
|
Polyuréthane, coulé (à deux composants) |
7,0 |
Excellente valeur R, peut être utilisé avec des résines de fibre de verre, application relativement facile |
Pas toujours disponible, coûteux, exige des calculs de volume très précis |
|
Polystyrène, feuilles à surface lisse, nom commercial «Styrofoam» |
5,0 |
Disponibles partout, faible coût, valeur R raisonnable |
Ne peuvent pas être utilisées avec des résines de fibre de verre si elles ne sont pas protégées, assez fragiles |
|
Polystyrène, appliqué sur place et billes moulées expansées. Différents noms commerciaux: Isopor, Polypor, etc. |
3,75 to 4,0 |
Valeur R raisonnable, meilleur marché que les feuilles à surface lisse |
Ne peuvent pas être utilisées avec des résines de fibre de verre si elles ne sont pas protégées, assez fragiles |
|
Panneaux de liège |
3,33 |
Souvent disponibles, coût raisonnable, peuvent être recouverts de fibre de verre |
Valeur R inférieure à celle des mousses polyuréthanes et styréniques |
|
Coussins de laine de verre |
3,3 |
Faible coût, faciles à poser |
Absorbent l'eau et les autres fluides, perdent leur pouvoir isolant une fois mouillés |
|
Feuilles de laine minérale |
3,7 |
Idem |
Idem |
|
Copeaux de bois |
2,2 |
Disponibles partout, faible coût |
Absorbent l'humidité, perdent leur valeur R une fois mouillés, et pourrissent |
|
Sciure |
2,44 |
Disponible partout, faible coût |
Absorbe l'humidité et perd sa valeur R une fois mouillée, se compacte sous l'effet des vibrations |
|
Paille |
|
Disponible partout, faible coût |
Absorbe l'humidité et perd sa valeur R une fois mouillée, attire les insectes, etc |
|
Air |
1,0 environ |
Ne coûte rien |
Doit être parfaitement étanche pour empêcher la circulation d'air et les infiltrations de chaleur |
L'épaisseur de l'isolant sélectionné pour les cales à poisson dépendra de facteurs tels que les coûts d'isolation (matériaux et mise en œuvre), le coût de la glace (ou encore du matériel et de l'énergie selon les besoins de réfrigération), les économies annuelles réalisées sur les frais de réfrigération grâce à une meilleure isolation, et les conditions locales (type de bateau et de pêche, espèces ciblées, prix du poisson, coût des emprunts). L'épaisseur du matériau sera donc choisie au cas par cas. Compte tenu des conditions environnementales dans lesquelles le bateau devra opérer - qui sont sans rapport avec les conditions économiques - il faut toutefois déterminer l'épaisseur minimum du matériau isolant. Un compromis devra donc être trouvé entre l'épaisseur la plus rentable et le coût de la glace/réfrigération.
Pour sélectionner la meilleure épaisseur, il est aussi important de tenir compte des apports de chaleur due au rayonnement thermique et à la conduction.
Certains aspects doivent être attentivement examinés avant de sélectionner les matériaux isolants et les revêtements de protection pour les cales à poisson. Ainsi, la perlite, le liège et d'autres isolants hautement hygroscopiques ne doivent pas être utilisés sur les parois ou le plancher des cales à poisson (qui sont toujours très mouillés) à moins d'être recouverts d'un revêtement étanche. Les planches en bois, les feuilles de contreplaqué et autres revêtements de ce type ne suffisent pas à eux seuls à protéger les isolants qui garnissent les parois ou le plancher des cales. On peut employer des feuilles de métal soudées ou brasées, à condition que les joints et les lignes de soudure soient solides et offrent une étanchéité parfaite. Parmi les feuilles de métal disponibles dans le commerce, celles qui conviennent le mieux pour les cales à poisson sont les panneaux en alliage d'aluminium extrudé et les plaques d'acier doux. Cependant, comme il est difficile et coûteux de souder l'alliage d'aluminium, il faut préparer les panneaux avant la mise en œuvre du matériau isolant afin d'éviter les risques d'incendie que posent certains isolants cellulaires. A défaut, des précautions rigoureuses doivent être prises durant la pose du revêtement ou les éventuelles réparations. Quand la mousse est appliquée sur place, on peut facilement isoler la cale à poisson ou les cuves d'EMRG/EMR en appliquant la mousse entre la coque du bateau et les plaques d'acier qui garnissent les parois de la cale ou des cuves, ce qui élimine les risques d'incendie pendant le soudage.
Le plastique renforcé de fibre de verre sert fréquemment de revêtement dans les cales à poisson car il peut être directement appliqué sur certains isolants en plastique cellulaire expansé (comme les mousses polyuréthanes). Dans le commerce, il est d'usage d'appliquer sur l'isolant deux ou trois couches de fibre de verre (soit des mats d'une densité de 450 g/m2) et de résine ou deux couches de mats de 450 g/m2 et une couche de finition de mats de 300 g/m2 et de résine; les résines polyester sont appliquées au rouleau jusqu'à obtention d'une épaisseur de 4 à 5 mm. Quand on associe mousse polystyrène et plastique renforcé de fibre de verre, on peut aussi protéger l'isolant avec des feuilles de contreplaqué marin d'au moins 8 mm d'épaisseur et d'une couche d'asphalte; on recouvre ensuite le contreplaqué marin d'une couche de plastique renforcé de fibre de verre d'au moins 4 mm d'épaisseur. Il faut veiller à maintenir une bonne ventilation entre le contreplaqué marin et les bordages pour éviter les pourritures fongiques dans les coques en bois ainsi que l'absorption d'humidité par le matériau isolant.
