Chacun d’entre-nous a, un jour ou l’autre, déconnecté un raccord de tuyau d’arrosage rapide dont la partie cylindrique mâle découvre clairement un petit joint annulaire en caoutchouc (le joint torique). La rainure dans laquelle il est retenu prisonnier est la gorge de joint torique.
Cet assemblage d’apparence insignifiante constitue, en fait, l’une des avancées majeures de l’hydromécanique.
Une invention génialement simple
Découverte en 1933 par l’ingénieur danois Niels Christensen, émigré aux États-Unis, l’étanchéité par gorge torique et joint circulaire à section ronde (tore), allie efficacité, encombrement réduit, faible coût, facilité et rapidité de montage.
Plus performante dans les assemblages statiques, son utilisation en étanchéité dynamique se limite aux mouvements lents et aux basses pressions.
Principes de fonctionnement
Le tore est monté sous faible compression dans sa gorge. Sous l’effet de la pression du fluide, le joint est plaqué sur les faces opposées à la poussée, qui devient la « face d’appui ». Plus la pression est forte, plus le joint est compressé sur la face d’appui, ajustant automatiquement sa résistance aux fuites de fluide.
Les 3 emplacements positionnels de la gorge de joint torique
La gorge, qualifiée par sa localisation dans l’assemblage étanche, est souvent dépendante des sections et des conditions d’usinage des supports.
Le joint de piston, à gorge mâle
On appelle gorge mâle le logement de joint torique usiné autour du piston d’un assemblage étanche cylindrique.
Ce montage, dit « joint de piston », entraîne une déformation radiale du joint torique.
Le joint de tige, à gorge femelle
On appelle gorge femelle la rainure usinée autour de l’alésage du cylindre d’un assemblage étanche cylindrique.
Ce montage, dit « joint de tige », entraîne lui aussi une déformation radiale du joint.
Le joint de bride
Dans l’assemblage étanche « joint de bride » (ou joint de couvercle), la gorge est usinée sur l’une des surfaces planes de contact.
Le joint subit une compression axiale.
Les 3 formes de sections des gorges joints toriques
Pour des raisons de contraintes ou d’ordre pratique, les gorges de joints toriques peuvent prendre différentes formes.
Gorges rectangulaires
Les gorges rectangulaires sont les plus courantes. Généralement à angle droit, elles peuvent être légèrement évasées (dépouille jusqu’à 5°). Dans ce cas, la largeur significative de gorge est la dimension du fond.
Les angles internes sont toujours arrondis, selon un angle déterminé par le diamètre de corde du joint.
Gorges trapézoïdales
Le seul intérêt des gorges trapézoïdales consiste à retenir le joint torique dans sa gorge lors des opérations de montage / démontage (joint imperdable). Il n’est utilisé que pour les joints de brides ou de couvercles (utilisation tête en bas).
Ce type de gorge est déconseillé pour les joints dont le diamètre est inférieur à 2 mm. Son usinage est plus complexe et son prix de revient plus élevé.
Gorges triangulaires
Le joint repose sur la surface de contact, en saillie de l’alésage. Un chanfrein à 45°, usiné sur l’extrémité de la pièce mâle, ménage un logement de section triangulaire pour le joint.
Les gorges triangulaires s’appliquent, le plus souvent, aux assemblages vissés ou à brides.
Les dimensions de la gorge de joint torique
Les caoutchoucs synthétiques utilisés pour la fabrication des joints (élastomères) sont déformables mais incompressibles. Le volume du logement (gorge + jeu d’assemblage) doit donc impérativement être inférieur à celui du tore (86%).
La corde (diamètre de la section du joint) impose la forme et les cotes précises de la gorge ainsi que la valeur admissible du jeu mécanique d’assemblage. Voici les paramètres à prendre en compte :
- orientation des forces exercées par le fluide (pression extérieure, pression intérieure) ;
- nature de cette pression (positive ou vide) ;
- type du montage (statique ou dynamique) ;
- la nature du mouvement dynamique (rotatif ou alternatif) et de sa conception (mâle, femelle, bride).
L’étanchéité des différents montages dépend de la précision d’exécution des gorges de joints toriques.