Soudage sous l'eau : Défis et techniques

Le soudage sous-marin est un domaine spécialisé et stimulant de l'industrie du soudage, essentiel pour l'entretien et la réparation des structures marines, des plates-formes pétrolières offshore, des pipelines et des navires. La capacité à souder dans des environnements submergés est essentielle pour la construction et l'entretien des infrastructures qui fonctionnent dans ou près de l'eau. Cependant, les conditions uniques du soudage sous l'eau, notamment la pression, la température et la présence d'eau, présentent des défis importants qui nécessitent des techniques et des équipements spécialisés. Cet article explore les défis du soudage sous l'eau, les techniques utilisées pour surmonter ces défis et les applications de cette compétence vitale.

Comprendre le soudage sous-marin

Le soudage sous-marin, également connu sous le nom de soudage par voie humide ou soudage hyperbare, est le processus d'assemblage de métaux dans un environnement submergé. Il peut être réalisé de deux manières principales : le soudage par voie humide et le soudage à sec. Chaque méthode possède son propre ensemble de techniques, d'avantages et de limites, ce qui les rend adaptées à différentes applications.

Soudage par voie humide :

• Processus : Dans le cas du soudage par voie humide, la soudure est effectuée directement dans l'eau. L'arc de soudage est protégé de l'eau par un enrobage de flux sur l'électrode, qui crée une bulle gazeuse autour de la zone de soudure, permettant au métal de fondre et de fusionner.
• Avantages : Le soudage par voie humide est relativement rapide et rentable, car il ne nécessite pas d'environnement de travail sec. Elle est couramment utilisée pour les réparations d'urgence et dans les situations où la création d'une chambre sèche n'est pas pratique.
• Limites : La présence d'eau pendant le soudage peut entraîner des problèmes tels que la fragilisation par l'hydrogène, la porosité et une baisse de la qualité de la soudure. Le soudeur est également exposé à l'eau, ce qui pose des problèmes de sécurité.

Soudage à sec (soudage hyperbare) :

• Processus : Le soudage à sec est effectué dans un environnement sec créé en enfermant la zone de travail dans une chambre scellée et asséchée par pompage. Cette méthode est généralement utilisée à de grandes profondeurs et implique l'utilisation d'une chambre pressurisée ou d'un habitat.
• Avantages : Le soudage à sec offre un meilleur contrôle de l'environnement de soudage, ce qui permet d'obtenir des soudures de meilleure qualité avec moins de défauts. Il permet une plus grande précision et est moins affecté par les défis associés au soudage par voie humide.
• Limites : Le soudage à sec est plus complexe, plus long et plus coûteux en raison de la nécessité de créer et d'entretenir la chambre sèche ou l'habitat. Elle nécessite également un équipement et une logistique spécialisés.

Les défis du soudage sous-marin

Le soudage sous-marin présente de nombreux défis liés aux conditions uniques de l'environnement sous-marin. Ces défis doivent être gérés avec soin pour garantir la sécurité du soudeur et l'intégrité de la soudure.

1. Pression et profondeur :
   • Pression accrue : Plus le site de soudage est profond, plus la pression de l'eau est élevée. Cette pression accrue affecte le processus de soudage, l'équipement et le soudeur. Une pression élevée peut influencer le comportement de l'arc de soudage, ce qui rend plus difficile le maintien de la stabilité.
   • Questions liées à la profondeur : Au fur et à mesure que la profondeur augmente, le risque d'accident de décompression devient une préoccupation importante pour le soudeur. Des procédures et des équipements spécialisés sont nécessaires pour gérer ces risques, notamment des chambres de décompression et des profils de plongée soigneusement planifiés.
2. Eau et conductivité électrique :
   • Stabilité de l'arc : L'eau est un milieu conducteur qui peut interférer avec l'arc de soudage, ce qui entraîne une instabilité et une difficulté à maintenir un bain de soudure constant. Il en résulte une mauvaise qualité de la soudure et un risque accru de défauts.
   • Risque de choc électrique : La combinaison de l'eau et de l'électricité présente un risque important de choc électrique pour le soudeur. Le soudage sous l'eau nécessite l'utilisation d'un équipement spécialement conçu et isolé pour protéger le soudeur des risques électriques.
3. Fragilisation par l'hydrogène :
   • Absorption d'hydrogène : Lors du soudage sous l'eau, l'hydrogène de l'eau peut être absorbé dans le bain de soudure, ce qui entraîne une fragilisation par l'hydrogène. Ce phénomène fragilise le métal soudé et le rend plus susceptible de se fissurer, en particulier sous l'effet de la contrainte.
   • Prévention des fissures : La gestion de la fragilisation par l'hydrogène nécessite un contrôle minutieux des paramètres de soudage, l'utilisation d'électrodes à faible teneur en hydrogène et des traitements après soudage pour réduire le risque de fissuration.
4. Visibilité limitée :
   • Turbidité et particules : Les environnements sous-marins présentent souvent une mauvaise visibilité en raison de la turbidité, des particules en suspension et de la faible luminosité. Le soudeur peut donc avoir du mal à voir clairement la zone de travail, ce qui augmente le risque d'erreurs et de défauts.
   • Éclairage et caméras : Pour atténuer les problèmes de visibilité, les soudeurs sous-marins utilisent des éclairages spécialisés et parfois des caméras à distance pour surveiller la zone de soudure. Toutefois, ces outils ont leurs propres limites et peuvent être difficiles à gérer.
5. Conductivité thermique et refroidissement :
   • Refroidissement rapide : L'eau a une conductivité thermique élevée, ce qui signifie que la chaleur de la soudure se dissipe rapidement. Ce refroidissement rapide peut entraîner des problèmes tels qu'une augmentation de la dureté, des contraintes résiduelles et des fissures.
   • Gestion de la chaleur : Pour contrer le refroidissement rapide, les soudeurs sous-marins doivent contrôler soigneusement l'apport de chaleur pendant le soudage et peuvent être amenés à utiliser des techniques de préchauffage ou des traitements thermiques après soudage pour réduire le risque de défauts.
6. Problèmes de sécurité :
   • Sécurité des plongeurs : La sécurité du plongeur-soudeur est de la plus haute importance. Les risques tels que la noyade, la maladie de décompression et les chocs électriques doivent être gérés par une formation rigoureuse, des protocoles de sécurité et l'utilisation d'équipements spécialisés.
   • Défaillance de l'équipement : L'environnement sous-marin est agressif pour l'équipement, ce qui peut entraîner des défaillances s'il n'est pas correctement entretenu. L'inspection et l'entretien réguliers du matériel de soudage sont essentiels pour garantir sa fiabilité et la sécurité du soudeur.

Techniques utilisées pour le soudage sous l'eau

Pour relever les défis du soudage sous-marin, des techniques et des équipements spécialisés ont été mis au point. Ces techniques sont conçues pour améliorer la qualité des soudures, renforcer la sécurité et garantir l'intégrité structurelle des composants soudés.

1. Soudage manuel à l'arc métallique (MMA) :
   • Soudage par voie humide avec des électrodes enrobées : Le soudage MMA, également connu sous le nom de soudage à l'arc sous protection métallique (SMAW), est la technique la plus couramment utilisée pour le soudage par voie humide. Elle implique l'utilisation d'une électrode enrobée, où l'enrobage du flux génère une bulle de gaz protectrice autour du bain de soudure.
   • Sélection des électrodes : Des électrodes spéciales à faible teneur en hydrogène sont utilisées pour minimiser le risque de fragilisation par l'hydrogène. Ces électrodes sont également conçues pour fonctionner efficacement dans un environnement humide, en maintenant la stabilité de l'arc et en réduisant la porosité.
2. Soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW) :
   • Technique de soudage à sec : Le procédé FCAW est souvent utilisé pour le soudage hyperbare à sec, où un fil fourré est introduit dans la torche de soudage. Le flux à l'intérieur du fil génère un bouclier gazeux protecteur et un laitier qui protège la soudure de la contamination.
   • Avantages du FCAW : Le FCAW est efficace et produit des soudures de haute qualité avec une bonne pénétration. Il est bien adapté aux chambres hyperbares où le contrôle de l'environnement de soudage est essentiel.
3. Soudage à l'arc en tungstène (GTAW/TIG) :
   • Soudage de précision : Le soudage GTAW, ou TIG, est utilisé pour des soudures précises et de haute qualité, souvent dans des environnements de soudage hyperbares secs. Cette méthode utilise une électrode de tungstène non consommable et un écran de gaz inerte, généralement de l'argon, pour protéger la soudure.
   • Applications : Le soudage TIG est couramment utilisé pour souder des métaux non ferreux tels que l'aluminium et l'acier inoxydable dans des applications sous-marines. Il est apprécié pour sa capacité à produire des soudures propres et solides avec un minimum de défauts.
4. Soudage par friction :
   • Soudage à l'état solide : Le soudage par friction est un procédé de soudage à l'état solide qui génère de la chaleur par friction mécanique entre un outil rotatif et la pièce à souder. Cette méthode ne repose pas sur la fusion, ce qui la rend moins sensible aux défis du soudage sous l'eau, tels que la fragilisation par l'hydrogène.
   • Application sous-marine : Le soudage par friction est utilisé dans les situations où le soudage à l'arc traditionnel n'est pas pratique ou lorsque des joints à haute résistance et sans défaut sont requis. Il est particulièrement utile pour réparer les pipelines et autres structures cylindriques.
5. Soudage par explosion :
   • Processus à haute énergie : Le soudage par explosion utilise des explosions contrôlées pour assembler deux surfaces métalliques. Ce procédé permet d'assembler des métaux différents et est utilisé dans les applications sous-marines où les techniques de soudage traditionnelles ne sont pas réalisables.
   • Application spécialisée : Le soudage par explosion est une technique de niche utilisée pour des applications spécialisées, telles que le revêtement et l'assemblage de structures complexes de grande taille nécessitant des liaisons à haute résistance.

Applications du soudage sous-marin

Le soudage sous-marin est une compétence essentielle pour l'entretien et la réparation des infrastructures marines, garantissant la sécurité et la fonctionnalité des structures exposées à des environnements marins difficiles.

1. Réparation et entretien des navires :
   • Réparations de la coque : Le soudage sous-marin est couramment utilisé pour réparer les coques de navires endommagées par la corrosion, les chocs ou l'usure. La possibilité d'effectuer ces réparations sans mettre le navire en cale sèche permet de gagner du temps et de réduire les coûts.
   • Réparation des hélices et des gouvernails : Les soudeurs peuvent réparer ou modifier les hélices, les gouvernails et d'autres composants sous-marins pendant que le navire reste en service, minimisant ainsi les temps d'arrêt et les perturbations opérationnelles.
2. Industrie du pétrole et du gaz offshore :
   • Réparation des pipelines : Les soudeurs sous-marins sont indispensables à l'entretien et à la réparation des pipelines sous-marins qui transportent le pétrole et le gaz. Ces pipelines sont soumis à la corrosion, à des dommages mécaniques et à des contraintes environnementales, ce qui nécessite un entretien régulier.
   • Maintenance de la plate-forme : Les plates-formes pétrolières offshore dépendent du soudage sous-marin pour maintenir l'intégrité structurelle, réparer les dommages et effectuer des modifications. La capacité à souder in situ est essentielle pour garantir la sécurité et la fiabilité de ces structures.
3. Construction maritime :
   • Construction de ponts et d'embarcadères : Le soudage sous-marin est utilisé dans la construction et l'entretien des ponts, des jetées et d'autres infrastructures maritimes. Ces structures sont exposées à un débit d'eau constant, à la corrosion et à des contraintes mécaniques, ce qui nécessite des soudures durables.
   • Barrages et structures de contrôle des eaux : Les soudeurs effectuent des travaux essentiels sur les barrages, les écluses et autres structures de contrôle de l'eau, en veillant à ce qu'ils restent fonctionnels et sûrs. Il s'agit notamment de réparer les vannes, les turbines et d'autres composants immergés.
4. Secteur nucléaire et secteur de l'énergie :
   • Systèmes de refroidissement et réacteurs : Dans l'industrie nucléaire, le soudage sous-marin est utilisé pour entretenir et réparer les systèmes de refroidissement et les composants des réacteurs qui fonctionnent sous l'eau. La capacité à réaliser des soudures précises et de haute qualité est essentielle pour garantir la sécurité des installations nucléaires.
   • Centrales hydroélectriques : Le soudage sous-marin est utilisé pour maintenir l'intégrité structurelle des barrages et des turbines hydroélectriques, assurant ainsi une production d'énergie efficace et sûre.
5. Opérations de sauvetage :
   • Récupération d'épaves : Les soudeurs sous-marins jouent un rôle clé dans les opérations de sauvetage, où ils peuvent être amenés à couper et à souder des sections d'épaves ou d'autres structures immergées. Ce travail est souvent complexe et nécessite des compétences et des équipements spécialisés.
   • Sauvetage sous-marin : En cas d'urgence sous-marine, les soudeurs sous-marins peuvent être appelés à participer aux opérations de sauvetage, notamment en colmatant les brèches ou en effectuant des réparations essentielles pour permettre la récupération du navire.

Considérations de sécurité pour le soudage sous l'eau

La sécurité est une préoccupation majeure dans le domaine du soudage sous-marin en raison de la nature dangereuse du travail. Une formation, un équipement et des procédures appropriés sont essentiels pour protéger le soudeur et garantir la réussite des opérations.

1. Formation de plongeur-soudeur :
   • Formation complète : Les soudeurs sous-marins doivent suivre une formation approfondie en plongée commerciale et en techniques de soudage. Cette formation porte notamment sur les effets de la pression, les procédures de décompression et l'utilisation d'équipements de soudage spécialisés.
   • Certification : Une certification délivrée par des organisations reconnues, telles que l'American Welding Society (AWS) ou l'International Diving Contractors Association (IDCA), est souvent nécessaire pour travailler en tant que soudeur sous-marin.
2. Entretien de l'équipement :
   • Inspections régulières : Les équipements de soudage utilisés sous l'eau doivent être régulièrement inspectés et entretenus afin d'éviter les pannes. Il s'agit notamment de vérifier l'isolation, les connexions et l'intégrité des câbles et des électrodes de soudage.
   • Systèmes de sauvegarde : Des systèmes de secours, tels que des réserves d'air supplémentaires et des sources d'énergie de secours, sont essentiels pour garantir la sécurité du soudeur en cas de défaillance de l'équipement.
3. Surveillance de l'environnement :
   • Conditions de surveillance : Une surveillance continue des conditions environnementales, notamment de la température de l'eau, de la visibilité et de la force du courant, est nécessaire pour évaluer les risques et adapter le processus de soudage en fonction des besoins.
   • Procédures d'urgence : Les soudeurs doivent connaître les procédures d'urgence, y compris la manière de gérer les dysfonctionnements de l'équipement, les changements soudains des conditions environnementales et la nécessité d'une remontée rapide.

Conclusion

Le soudage sous-marin est une compétence essentielle et hautement spécialisée qui permet l'entretien et la réparation d'infrastructures maritimes vitales, des coques de navires aux plates-formes pétrolières offshore. Malgré les nombreux défis posés par l'environnement sous-marin, notamment la pression élevée, la visibilité limitée et le risque de fragilisation par l'hydrogène, des techniques et des équipements spécialisés ont été mis au point pour surmonter ces obstacles et garantir la qualité et la sécurité des soudures sous-marines.

En comprenant les exigences uniques du soudage sous-marin et en employant les méthodes appropriées, telles que le soudage par voie humide, le soudage à sec et le soudage par friction, les professionnels de ce domaine peuvent effectuer des tâches complexes et essentielles qui maintiennent les structures marines et offshore sûres et opérationnelles. Au fur et à mesure que la technologie progresse, les techniques et les mesures de sécurité utilisées pour le soudage sous-marin continueront d'évoluer, améliorant encore les capacités et la fiabilité de ce métier indispensable.