Construire des tuyaux et canalisations

En une phrase

Les tuyaux et canalisations transportent l’eau, l’air et les liquides d’un point à un autre sans intervention humaine, rendant possible l’irrigation, l’alimentation en eau des habitations et le fonctionnement des machines hydrauliques.

Qu’est-ce que c’est ?

Une canalisation est un système de tubes qui transporte un fluide (eau, air, vapeur) d’un point à un autre en utilisant la gravité ou la pression. Les Romains ont construit des aqueducs et des réseaux de tuyaux en plomb et en terre cuite qui alimentaient des villes d’un million d’habitants. Les Incas utilisaient des canalisations en pierre pour l’irrigation des terrasses.

Les tuyaux peuvent être fabriqués en :

• Terre cuite (argile cuite) — le plus accessible, le plus durable, résiste à la corrosion
• Bois creusé — rapide à fabriquer, mais périssable et limité en diamètre
• Pierre taillée — pour les grandes canalisations enterrées, très durable
• Fer — pour les hautes pressions et les petites sections, voir Forger des outils en fer
• Bambou — dans les régions tropicales, naturellement creux et étanche

La canalisation en terre cuite est la plus importante à maîtriser car elle ne nécessite que de l’argile et un four, et elle dure des siècles.

Où trouver/fabriquer

L’argile

Voir Fabriquer de la poterie pour l’extraction et la préparation de l’argile. Pour les tuyaux, on utilise deux types d’argile :

1. Argile commune (argile jaune, rouge ou grise) : pour les tuyaux qui ne sont pas soumis à des températures élevées. Facile à trouver, facile à cuire.
2. Argile réfractaire (argile mélangée à du sable et de la poudre de céramique concassée) : pour les tuyaux qui doivent résister à la chaleur (cheminées, fours, évacuation de vapeur). Voir Construire un four réfractaire.

Le sable

Le sable sert de dégraissant dans l’argile et de support de cuisson pour les tuyaux. On en trouve dans les lits de rivière, les plages et les dunes. Voir Fabriquer de la poterie.

Le fer

Pour les raccords, les colliers et les brides qui relient les tuyaux entre eux. Voir Forger des outils en fer.

Étapes détaillées : tuyaux en terre cuite

Étape 1 : Préparer l’argile

1. Extraire l’argile : creuser dans un gisement d’argile pure (couleur uniforme, pas de cailloux). Voir Fabriquer de la poterie.
2. Épurer : dissoudre l’argile dans l’eau dans un grand récipient. Brasser vigoureusement. Laisser reposer 10 minutes. Les cailloux et le sable lourd tombent au fond. Verser l’eau trouble (chargée d’argile en suspension) dans un autre récipient. Recommencer 3 fois.
3. Ajouter le dégraissant : mélanger l’argile avec 20 à 30% de sable fin ou de chamotte (argile cuite pilée). Le dégraissant réduit le retrait au séchage et empêche les fissures.
4. Pétrir : malaxer l’argile jusqu’à obtenir une pâte homogène et souple, sans bulles d’air. La consistance doit être comme celle d’une pâte à pain ferme.

Étape 2 : Façonner les tuyaux

Il existe trois méthodes pour façonner un tuyau en argile :

Méthode A : Colombin (la plus simple)

1. Faire un cylindre d’argile (colombin) de la longueur et du diamètre souhaités. Un tuyau standard fait 30-50 cm de long, 8-15 cm de diamètre extérieur, avec des parois de 1,5 à 2 cm d’épaisseur.
2. Utiliser un bâton lisse du diamètre intérieur voulu comme mandrin. Enrouler l’argile autour du bâton.
3. Lisser la surface extérieure avec les mains humides.
4. Retirer délicatement le bâton central en tournant.
5. Lisser la surface intérieure avec un doigt ou un outil en bois courbé.

Méthode B : Extrusion (la plus rapide)

1. Fabriquer un presse en bois : un tronc évidé (piston cylindrique) avec une buse de sortie ayant le diamètre intérieur du tuyau.
2. Remplir le cylindre d’argile.
3. Pousser l’argile avec un piston en bois dur. L’argile sort par la buse sous forme de tube.
4. Couper des sections de 30-50 cm de long.
5. Cette méthode produit des tuyaux réguliers et rapides à fabriquer.

Méthode C : Moulage (la plus précise)

1. Fabriquer un moule en deux moitiés : le moule extérieur (en pierre, en bois dur ou en argile cuite) a la forme de la surface extérieure du tuyau. Le moule intérieur (un cylindre de bois dur) a le diamètre intérieur.
2. Enduire les moules d’huile ou de cendre pour empêcher l’argile de coller.
3. Placer le moule intérieur, remplir l’espace entre les deux moules avec de l’argile.
4. Tasser fermement. Lisser les joints.
5. Démouler délicatement.

Étape 3 : Façonner les raccords

Les tuyaux doivent s’emboîter les uns dans les autres. Chaque tuyau a une extrémité mâle (plus étroite) et une extrémité femelle (plus large, avec un renflement).

1. Extrémité femelle : à une extrémité du tuyau, élargir le diamètre extérieur de 1 à 2 cm sur une longueur de 5 à 8 cm. Cet évasement forme un manchon qui recevra l’extrémité mâle du tuyau suivant.
2. Extrémité mâle : l’autre extrémité du tuyau reste cylindrique. Elle s’emboîte dans l’extrémité femelle du tuyau suivant.

Étape 4 : Séchage

1. Séchage lent : placer les tuyaux à l’ombre, dans un endroit ventilé mais sans courant d’air. Le séchage trop rapide provoque des fissures.
2. Rotation : tourner les tuyaux régulièrement (toutes les 6 heures) pour un séchage uniforme.
3. Durée : 3 à 7 jours selon le climat. Les tuyaux doivent passer du gris humide au beige clair sec. Ils ne doivent plus être froids au toucher (signe d’humidité résiduelle).
4. Vérification : tapoter le tuyau avec le doigt. Un son clair et métallique = bien sec. Un son sourd et mat = encore humide.

Étape 5 : Cuisson

Voir Construire un four de cuisson et Construire un four réfractaire pour le four.

1. Empiler : placer les tuyaux dans le four debout, légèrement espacés. Ils ne doivent pas se toucher pendant la cuisson.
2. Montée en température : chauffer doucement pendant 2-3 heures (feu modéré). La vapeur d’eau résiduelle doit s’évaporer lentement. Trop rapide = explosion.
3. Haute température : augmenter progressivement le feu pendant 4-6 heures. La température doit atteindre 900 à 1000 degrés. Les tuyaux deviennent roses puis rouges dans le four.
4. Maintien : maintenir la température maximale pendant 2 heures.
5. Refroidissement : laisser le four refroidir lentement (12 à 24 heures). Ne jamais ouvrir un four chaud car le choc thermique casse les tuyaux.
6. Vérification : les tuyaux cuits doivent sonner clair quand on les tape, être durs (ne pas se rayer à l’ongle), et avoir une couleur rouge-orange à beige clair selon l’argile.

Étape 6 : Pose des canalisations

1. Tranchée : creuser une tranchée de la largeur des tuyaux plus 20 cm de chaque côté, et de la profondeur voulue (minimum 30 cm sous terre pour protéger du gel).
2. Pente : la tranchée doit avoir une pente régulière vers l’aval. Une pente de 1 à 3% (1 à 3 cm par mètre) assure un écoulement régulier sans stagnation ni turbulence. Une pente trop forte fait couler l’eau trop vite et l’abîme la terre en amont.
3. Lit de sable : poser 5 cm de sable au fond de la tranchée. Le sable amortit les mouvements du sol et protège les tuyaux.
4. Pose : emboîter les tuyaux les uns dans les autres, extrémité mâle dans extrémité femelle, dans le sens de l’écoulement (le mâle amont dans le femelle aval).
5. Joints : pour un joint étanche, enduire l’extrémité mâle de mortier de chaux (voir Fabriquer du ciment et du mortier) ou de poix (résine de pin fondue) avant de l’emboîter. Le mortier durcit et scelle le joint.
6. Remblai : remplir la tranchée de terre en tassant par couches de 10 cm. Ne pas poser de pierres directement sur les tuyaux.

Autres types de canalisations

Tuyaux de bois

Pour un aqueduc rapide et pas cher :

1. Bûche creusée : prendre un tronc de pin, de sapin ou d’orme de 20-30 cm de diamètre et de 2-3 m de long. Le fendre en deux. Creuser un canal de 5-10 cm de diamètre dans chaque moitié. Réassembler les deux moitiés avec des cerclages de fer ou des liens de chanvre. Enduire les joints de poix ou de résine.
2. Durée de vie : 10 à 30 ans selon le bois et l’humidité. Le sapin dure plus longtemps en eau car il est naturellement résistant à la pourriture.
3. Avantage : rapide à fabriquer avec des outils simples.
4. Inconvénient : se détériore, fuit, et ne supporte pas la pression.

Canalisations en pierre

Pour les grands volumes et les aqueducs :

1. Pierre taillée : tailler des blocs de pierre calcaire ou gréseuse avec un canal en U ou en V. Poser les blocs bout à bout.
2. Couverture : couvrir le canal avec des dalles de pierre plates scellées au mortier.
3. Durée de vie : des siècles. Les aqueducs romains en pierre fonctionnent encore après 2000 ans.
4. Inconvénient : travail considérable. Réservé aux grands chantiers communautaires.

Tuyaux en bambou

Dans les régions tropicales :

1. Le bambou est naturellement creux et étanche aux nœuds. Couper des sections entre deux nœuds.
2. Percer les nœuds fermés avec un bâton pointu ou un fer.
3. Emboîter les sections les unes dans les autres, lier avec des cordes.
4. Les tuyaux de bambou durent 2 à 5 ans avant de pourrir.

Pièges et erreurs courantes

• Tuyaux qui explosent à la cuisson : l’argile contenait des bulles d’air ou de l’eau résiduelle. Pétrir longtemps et sécher complètement. Monter la température doucement.
• Fissures au séchage : le dégraissant est insuffisant ou le séchage est trop rapide. Ajouter 20-30% de sable ou de chamotte. Sécher à l’ombre.
• Tuyaux qui fuient aux joints : les extrémités mâle et femelle ne sont pas ajustées. Sceller soigneusement avec du mortier ou de la poix. Vérifier l’emboîture avant la pose.
• Pente insuffisante : l’eau stagne dans les tuyaux, s’infiltre dans les joints, dégrade le sol. Vérifier la pente avec un niveau à eau (un tuyau d’eau transparent entre deux bâtons).
• Pente trop forte : l’eau coule trop vite, érode les joints et l’amont du tuyau. Ajouter des bassins de rupture (petits bassins qui ralentissent l’écoulement) tous les 50 mètres.
• Gel : en climat froid, les tuyaux enterrés doivent être sous la ligne de gel (profondeur variable selon le climat, minimum 50 cm en climat tempéré, plus de 1 m en climat froid).
• Tuyaux écrasés : la terre au-dessus de la canalisation est trop lourde. Enterrer les tuyaux profondément et les protéger avec des dalles de pierre.
• Racines : les racines d’arbres pénètrent dans les joints et bouchent les tuyaux. Ne pas planmer d’arbres au-dessus des canalisations.

Une fois que vous savez faire ça, vous pouvez débloquer

• Construire un moulin à eau — l’eau est amenée au moulin par des canalisations
• Fabriquer du ciment et du mortier — les joints de tuyaux nécessitent du mortier
• Générer de l’électricité — les canalisations d’eau sous pression alimentent les turbines

Notes

• Les tuyaux en terre cuite les plus anciens connus datent de 4000 avant notre ère, en Mésopotamie.
• Les Romains ont construit des réseaux de canalisations en plomb. Le plomb est toxique — ne pas utiliser de plomb pour l’eau potable.
• Un tuyau en terre cuite bien fabriqué et bien posé dure 100 à 500 ans. La terre cuite ne se corrode pas.
• La règle d’or de la canalisation : l’eau doit toujours pouvoir s’écouler par gravité. Si la pente est régulière et les joints étanches, l’eau coule toute seule.
• Le débit d’un tuyau est proportionnel au carré de son diamètre. Un tuyau deux fois plus grand transporte quatre fois plus d’eau.
• Pour estimer le débit d’une canalisation gravitaire : débit (litres par seconde) = environ 0,5 x diamètre intérieur (cm) x pente (cm/m). Ces tuyaux transportent l’eau, les liquides et les eaux usées sans énergie extérieure.