Début 2023, nous avons reçu l'appel d'un entrepreneur en électricité d'Abuja, au Nigéria. Il avait enfoncé quatre piquets de terre monoblocs cuivrés de 2,4 m dans un sol latéritique sur le site d'une nouvelle tour de télécommunications. Les quatre piquets présentaient une résistance supérieure à 25 ohms, bien au-delà des 5 ohms requis par son cahier des charges. Il ne disposait d'aucun enfonce-piquets capable de traiter des longueurs supérieures à 3 m, et le fournisseur le plus proche de piquets de grande longueur se trouvait à Lagos, à 700 km. Nous lui avons expédié des kits de piquets sectionnels et des raccords en laiton. Deux semaines plus tard, son équipe avait enfoncé les mêmes piquets à 6 m de profondeur à l'aide d'un marteau perforateur standard, et la résistance mesurée était de 4,2 ohms. Ce projet a modifié notre approche du choix entre piquets monoblocs et sectionnels : il ne s'agit pas d'une question de préférence, mais de ce que permettent le sol, l'équipement et l'accessibilité du site.

Maillot de bain une pièce ou maillot de bain modulable : le choix n’est pas une question de préférence.

L'argument en faveur des tiges monoblocs est simple et valable : l'absence de joints élimine les points faibles. Une seule tige cuivrée de 2,4 m, enfoncée directement dans l'argile humide, durera plus longtemps que votre bâtiment et coûte moins cher qu'un assemblage modulaire de même longueur. Nous vendons encore plus de tiges monoblocs que de kits modulaires en volume, et ce pour une bonne raison : pour les installations peu profondes dans les sols à faible résistivité, elles constituent le choix idéal.

Mais en 17 ans de fabrication de produits de mise à la terre, nous avons constaté une tendance constante : les projets qui nous reviennent avec des problèmes de haute résistance concernent presque toujours des installations monoblocs dans des sols secs, rocailleux ou sableux, où l’entrepreneur a enfoncé la tige jusqu’à sa longueur maximale et s’est arrêté, faute de pouvoir aller plus profond.tige de mise à la terre sectionnelleélimine cette contrainte. Chaque segment mesure 1,2 m de long et est relié parraccords filetésVous continuez d'ajouter des segments jusqu'à ce que l'indicateur de résistance affiche une valeur inférieure à votre objectif. Nous avons des clients en Arabie saoudite qui ont assemblé des barres sectionnelles jusqu'à 9 m dans du sable désertique, et des clients en République démocratique du Congo qui ont atteint 12 m dans de la latérite tropicale.

LeNorme IEEE 80Les spécifications relatives à la mise à la terre des sous-stations ne privilégient pas une conception plutôt qu'une autre. Elles définissent le résultat final : une résistance de terre suffisamment faible pour garantir la sécurité lors des défauts électriques. La manière d'atteindre cette résistance relève d'une décision technique spécifique au site, et non d'un choix philosophique.

La question essentielle n'est pas « quelle solution est la meilleure ? » mais « que se passe-t-il si votre barre monobloc est trop courte ? » À Abuja, la réponse était : vous perdez deux semaines à vous procurer des barres plus longues à Lagos. À Riyad, la solution était : vous commandez des kits de barres modulaires chez nous et vous reprenez vos travaux le jour même. La conception modulaire vous offre une grande flexibilité, et d'après notre expérience, c'est cette flexibilité qui distingue les projets qui atteignent leurs objectifs de résistance de ceux qui échouent.

Pourquoi nous avons repensé notre coupleur suite à une épidémie de filetage croisé

En 2021, notre équipe d'assistance a constaté une forte augmentation des réclamations liées aux raccords. Nous avons recensé 47 incidents de filetage croisé dans 14 pays en une seule année. Le schéma était toujours le même : l'installateur travaillait dans une tranchée boueuse, amorçait le filetage du raccord avec un léger angle, et le filetage en laiton se déformait avant celui de la tige en acier. Le laiton est volontairement plus tendre (nous souhaitons que le raccord se détériore avant la tige, afin que cette dernière puisse être réutilisée), mais ce choix de conception a engendré un mode de défaillance imprévu.

Nous avons identifié la cause du problème : la géométrie de l'entrée du filetage. Le filetage en V standard, tant sur la tige que sur le raccord, présentait une arête vive à l'entrée, ce qui facilitait un filetage de travers, surtout lorsque les filets étaient contaminés par de la terre. Notre solution : nous avons chanfreiné les deux premiers filets de la tige et du raccord, créant ainsi un angle d'entrée plus large qui auto-centre l'assemblage même en cas de léger défaut d'alignement initial. Nous avons également ajouté un repère d'alignement visuel (une ligne gravée au laser sur le corps du raccord) indiquant à l'installateur le bon alignement des filets.

Les résultats ont été significatifs. En 2022, le nombre de réclamations liées au filetage croisé a chuté à 19. En 2023, à 11. Au premier semestre 2024, à 3. Cela représente une réduction cumulée d'environ 70 %, sans aucun coût par unité : le chanfrein est une modification d'outillage, et non de matériau. C'est le genre d'amélioration progressive que permettent 17 ans de retour d'expérience en production.

Le matériau du raccord est usiné à partir d'une barre de laiton massif (et non moulé). Nous avons opté pour le laiton plutôt que l'acier pour trois raisons. Premièrement, le laiton ne se corrode pas dans le sol comme l'acier ordinaire ; nous avons récupéré des raccords sur des installations vieilles de 15 ans en Arabie saoudite qui étaient presque neufs. Deuxièmement, la différence de potentiel galvanique entre le laiton et l'acier cuivré est minime (moins de 50 mV), ce qui signifie que la corrosion électrochimique au niveau du filetage est négligeable. Troisièmement, le laiton permet d'obtenir des tolérances de filetage plus serrées que l'acier, ce qui est essentiel lorsqu'on effectue un filetage manuel dans une tranchée boueuse et qu'un assemblage précis est indispensable.

La résistance à la traction de notre raccord en laiton (≥ 580 N/mm²) est supérieure à la limite d'élasticité de l'âme en acier des segments de tige. Nous le vérifions à chaque lot de production : nous soumettons trois ensembles témoins à un test de traction hydraulique jusqu'à rupture. La tige se rompt systématiquement à environ 25 mm de la face du raccord, jamais au niveau du raccord lui-même. Ce comportement est intentionnel : nous souhaitons que la tige cède avant le raccord, car une tige rompue peut être extraite et remplacée, tandis qu'un raccord défaillant risque de laisser un segment coincé sous terre.

Acier cuivré : spécifications testées et défaillances détectées

Tous les fabricants indiquent les mêmes spécifications : épaisseur du cuivre, pureté, résistance à la traction, rectitude. La différence réside dans le fait que ces spécifications soient vérifiées ou présumées. Dans notre usine de Xinchang, nous testons chaque lot de production et rejetons les matériaux non conformes. Voici les éléments testés, la méthode de test et les problèmes que nous avons constatés.

Épaisseur de la couche de cuivre : ≥ 0,254 mm.UL 467L'épaisseur minimale est mesurée à l'aide d'un appareil de mesure d'épaisseur à ultrasons étalonné, en trois points par tige (extrémité, milieu et base). Notre moyenne de production est de 0,28 mm, avec une plage de 0,254 à 0,32 mm. En 2022, nous avons refusé un lot entier de cathodes en cuivre provenant d'un nouveau fournisseur, le premier test ayant révélé une épaisseur moyenne de 0,22 mm. Le fournisseur affirmait que les cathodes étaient conformes aux spécifications ; notre appareil de mesure à ultrasons a indiqué le contraire. Nous avons donc changé de fournisseur.

Pureté du cuivre : ≥ 99,95 %. Nous vérifions cette pureté par analyse OES (spectrométrie d’émission optique) sur chaque lot de cathodes de cuivre entrant. Les impuretés supérieures à 0,05 %, notamment le soufre et le phosphore, accélèrent la corrosion dans les sols acides. En 2023, un lot detige d'acier cuivréeLes barres de notre chaîne de production, testées à 99,91 % de pureté, présentaient un défaut. Nous avons identifié la source du problème : une anode en cuivre contaminée dans le bain d’électroplacage. Nous avons mis au rebut la totalité du lot (environ 2 000 barres) afin d’éviter la livraison de produits susceptibles de se corroder prématurément sur le terrain.

Intégrité de la liaison : test de flexion à 180°. La couche de cuivre ne doit ni se fissurer ni se délaminer lorsque la tige est pliée à 180° avec un rayon de 100 mm. Ce test simule les forces d'impact lors de la conduite. Il est réalisé sur chaque lot de production. Si le cuivre se décolle, la densité de courant d'électroplacage était insuffisante et la liaison est mécanique, et non métallurgique. Nous avons échoué à ce test à deux reprises au cours des trois dernières années, les deux fois à cause d'une chute de tension dans la ligne d'électroplacage due à la corrosion d'une barre omnibus.

Rectitude : ≤ 1 mm/m. Chaque tige est redressée sur une presse hydraulique après électroplacage, puis vérifiée par roulement sur une plaque de granit plane. Les tiges présentant un écart supérieur à 1 mm/m sont rejetées. Cette spécification est plus importante qu'on ne le pense : une tige avec une courbure de 3 mm/m ne sera pas utilisable pour un forage droit, et une tige déviant de la verticale ne permettra pas d'atteindre la profondeur cible sans avant-trou. Nous avons constaté que certaines tiges importées d'autres fabricants présentaient une courbure de 4 à 5 mm/m, les rendant inutilisables pour les forages profonds.

Installation de piquets de terre profonds : les leçons tirées des erreurs commises sur le terrain

Le processus d'installation d'untige de mise à la terre sectionnelleCe n’est pas compliqué, mais chaque étape comporte des risques de défaillance que nous avons appris à nos dépens, à travers les appels clients, les demandes de garantie et les visites sur site.

Trou pilote : l’étape que la plupart des entrepreneurs négligent. Dans un sol compacté ou rocailleux, il est impératif de commencer par un trou pilote à l’aide d’une tarière dont le diamètre est légèrement inférieur à celui de la tige. En 2022, à Dammam, en Arabie saoudite, un entrepreneur a enfoncé trois segments de tige dans du sable désertique sans trou pilote. L’extrémité de la tige a dévié contre une roche enfouie à 1,8 m de profondeur, la courbant de 15 degrés par rapport à la verticale. Il a dû extraire le segment tordu (une opération de 45 minutes avec un cric) et recommencer en effectuant un trou pilote. Ce dernier, réalisé en 5 minutes, a permis d’éviter tout problème de courbure ultérieur.

Couple de serrage des raccords : un serrage insuffisant ou excessif entraîne une défaillance. Nous préconisons un couple de serrage de 50 à 80 Nm pour les tiges de 5/8 pouce et de 60 à 100 Nm pour celles de 3/4 pouce. Lors d’un projet réalisé en 2023 à Dar es Salaam, en Tanzanie, les installateurs ont serré les raccords à la main, sans clé. Pendant le fonçage, deux raccords se sont desserrés et les segments se sont séparés sous terre. Le segment supérieur a continué à s’enfoncer, mais le segment inférieur est resté bloqué à 2 mètres de profondeur. Il a fallu abandonner les deux segments et creuser un nouveau trou 30 cm plus loin. Depuis, nous incluons une fiche de spécifications de couple dans chaque kit de sectionnement.

Nettoyage du filetage : 20 secondes pour 20 minutes de frustration. Avant de visser le raccord, brossez la terre qui s'accumule sur le filetage de la tige. En milieu boueux (fréquent dans les installations tropicales), la terre incrustée dans le filetage agit comme un abrasif et peut bloquer le raccord à mi-chemin. Nous avons reçu trois demandes de prise en charge sous garantie en provenance d'Asie du Sud-Est, où l'installateur a forcé un raccord encrassé et endommagé le filetage en laiton. Une brosse à poils durs (désormais incluse dans notre kit d'installation) résout ce problème en 20 secondes.

Test de résistance : effectuez un test avant de procéder à un enfouissement plus profond. Après l’installation de chaque segment, mesurez la résistance de terre à l’aide d’un testeur de chute de potentiel, conformément aux instructions.NFPA 70 (Code national de l'électricité)Exigences. Si vous atteignez déjà une résistance inférieure à celle prévue, arrêtez de creuser. Nous avons constaté qu'au Nigéria, des entrepreneurs creusaient jusqu'à 7 m alors que 4 m auraient suffi, gaspillant ainsi trois segments et la main-d'œuvre nécessaire à leur installation. L'approche progressive – tester, décider, creuser – constitue le principal avantage économique de la conception par sections.

Quatre modes de défaillance observés après 17 ans de fabrication de produits de mise à la terre

Après avoir fourni des produits de mise à la terre à plus de 60 pays, nous avons une vision claire des défaillances rencontrées sur le terrain et de leurs causes. Voici les quatre modes de défaillance les plus fréquents, classés par ordre de fréquence d'après nos données de tickets d'assistance de 2018 à 2024.

Échec n° 1 : Problèmes de traitement croisé (47 % des tickets d’assistance). Déjà évoqué plus haut. La refonte du formulaire a permis de réduire ce nombre de 47 incidents en 2021 à 3 au premier semestre 2024.

Défaillance n° 2 : Délamination du cuivre lors de l’insertion (23 % des incidents). Si la liaison entre la couche de cuivre et l’âme en acier est mécanique plutôt que métallurgique, les forces d’impact répétées lors de l’insertion peuvent provoquer le décollement du cuivre à son extrémité. Ceci crée un effet de champignon qui empêche l’insertion et expose l’âme en acier à la corrosion. Notre test de flexion à 180° détecte ce problème en usine, mais nous le constatons encore sur des tiges d’autres fabricants achetées ailleurs par nos clients et utilisées avec nos raccords.

Défaillance n° 3 : Courbure de la tige dans les sols rocheux (18 % des incidents). Même avec une résistance à la traction supérieure à 600 N/mm², une tige qui heurte une roche enfouie en biais se courbe. Une fois courbée de quelques degrés, la tige ne s’enfonce plus droit. Prévention : toujours effectuer un forage pilote dans les sols potentiellement rocheux. Nous avons reçu des plaintes concernant ce problème lors de projets en Turquie, en Iran et dans les régions montagneuses d’Afrique de l’Est.

Défaillance 4 : Corrosion au niveau du raccord en sol salin (12 % des incidents). En milieu côtier ou salin, l’interface du filetage peut se corroder plus rapidement que le corps de la tige si le matériau du raccord n’est pas galvaniquement compatible. Nos raccords en laiton minimisent ce risque car la différence de potentiel galvanique entre le laiton et l’acier cuivré est inférieure à 50 mV. Pour les environnements extrêmement salins (côtes d’Arabie saoudite, du Qatar et des Émirats arabes unis), nous proposons également un raccord en acier inoxydable.

Données de résistivité des sols issues de projets réels : pourquoi la profondeur change tout

La nécessité de procéder à des enfoncements profonds est liée à la résistivité du sol. Dans la plupart des types de sols, la résistivité diminue avec la profondeur car les sols plus profonds présentent une teneur en eau plus élevée et une plus grande concentration de minéraux dissous. Voici les valeurs de résistance du sol mesurées lors de trois projets concrets pour lesquels nous avons fourni des kits de tiges sectionnelles :

Abuja, Nigéria (sol latéritique, 800 ohm-m) : tige monobloc de 1,5 m = 28 ohms ; sectionnelle de 3 m = 14 ohms ; sectionnelle de 6 m = 4,2 ohms. L’entrepreneur avait besoin de 5 ohms ; il a atteint cette valeur à environ 5,5 m de profondeur avec le système de sections.

Riyad, Arabie saoudite (sable du désert, 1 200 ohm-m) : tige monobloc de 2,4 m = 45 ohms ; section de 3 m = 32 ohms ; section de 6 m = 12 ohms ; section de 9 m = 6,8 ohms. Le cahier des charges exigeait une résistance de 10 ohms, atteinte à environ 7 m de profondeur.

Dar es Salaam, Tanzanie (sol argilo-limoneux, 200 ohm-m) : une tige monobloc de 1,5 m présente une résistance de 8 ohms. Le cahier des charges exigeait 5 ohms. Une simple rallonge de 1,5 m (3 m au total) a permis d’atteindre une résistance de 4,8 ohms. Dans ce cas précis, la nature du sol était favorable et une profondeur de rallonge minimale a suffi.

LeNorme IEEE 142 (Livre vert)La formule permettant d'estimer la résistance des tiges enfoncées est la suivante : R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), où ρ représente la résistivité du sol, L la longueur de la tige et a son rayon. Cette formule confirme nos observations de terrain : la résistance est inversement proportionnelle à la longueur de la tige. Doubler la profondeur réduit généralement la résistance de 40 à 60 %, selon la stratification du sol.

En pratique, c'est simple. Dans un sol à faible résistivité (inférieure à 300 ohm-m), une tige monobloc de 1,5 à 3 m est généralement suffisante. Dans un sol à résistivité moyenne (de 300 à 1 000 ohm-m), il vous faudra peut-être une tige sectionnelle de 3 à 6 m.Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA)La réglementation impose aux employeurs de mettre en place des programmes de mise à la terre des équipements sur les chantiers, incluant l'installation adéquate des électrodes de terre. Dans les sols à haute résistivité (supérieure à 1 000 ohm-m), une longueur de 6 m ou plus est presque toujours nécessaire, et un système par sections est la seule solution pratique pour y parvenir.

Coût total d'installation : Quand un canapé d'angle est plus avantageux qu'un canapé monobloc

Le coût des matériaux au mètre d'un système sectionnel est supérieur à celui d'un système monobloc, en raison du prix des raccords et de l'emballage supplémentaire. Cependant, le coût total d'installation inclut la main-d'œuvre, le transport, la gestion des déchets et le matériel, et la comparaison devient plus avantageuse pour le système sectionnel à mesure que la profondeur augmente.

Réduction des coûts de transport. En 2023, un client de Kampala, en Ouganda, nous a indiqué que le coût du transport de barres de 3 m du port au chantier (200 km sur des routes non goudronnées) représentait environ 40 % du prix des barres, chaque camion ne pouvant transporter que 200 barres en raison de contraintes de longueur. En optant pour des segments de 1,2 m, le même camion a pu transporter 500 segments par trajet. Le coût de transport par mètre de barre a ainsi diminué de plus de moitié.

Réduction des déchets. En terrain rocailleux, les tiges monoblocs qui se plient lors de l'enfoncement sont inutilisables. Nos clients du Moyen-Orient signalent des taux de déchets de 8 à 12 % avec les tiges monoblocs en terrain désertique rocailleux, contre moins de 2 % avec les systèmes sectionnels (car les segments plus courts sont plus faciles à contrôler et le forage pilote est plus régulier). Un taux de déchets de 10 % sur un projet de 200 tiges représente 20 tiges gaspillées et le coût de la main-d'œuvre pour les extraire.

Coût du matériel. Une tige monobloc de plus de 2,4 m nécessite un outil spécialisé pour l'enfoncement des tiges, équipé d'un mandrin long. Un système sectionnel peut être utilisé avec un marteau perforateur standard muni d'un adaptateur de mandrin — un outil que la plupart des électriciens possèdent déjà. Les économies réalisées sur la location de matériel peuvent compenser le coût des raccords pour les projets de petite et moyenne envergure.

Pour les installations peu profondes (≤ 1,5 m), les tiges monoblocs sont plus économiques et plus rapides à installer. Entre 1,5 et 3 m de profondeur, la comparaison dépend du site. Au-delà de 3 m de profondeur, la conception en sections est la seule option pratique, et la comparaison des coûts devient alors superflue.

Conclusion

Le choix entre piquets de terre sectionnels et monoblocs ne se résume pas à une supériorité théorique. Il s'agit plutôt de choisir la solution la mieux adaptée à vos caractéristiques de sol, à la résistance recherchée et aux contraintes logistiques de votre chantier. Les piquets monoblocs sont plus simples, moins chers et plus résistants au mètre linéaire. Les piquets sectionnels constituent la seule solution pratique lorsque la profondeur d'ancrage dépasse 3 m, lorsque le transport limite la longueur des piquets ou lorsque les caractéristiques du sol sont incertaines et que vous souhaitez pouvoir ajuster la profondeur par paliers.

La qualité du coupleur est déterminante pour le bon fonctionnement d'un système sectionnel. Suite à 47 incidents de filetage croisé en 2021, nous avons repensé notre coupleur en chanfreinant les entrées de filetage, ce qui a permis de réduire le taux de défaillance de 70 %. C'est le genre d'amélioration continue que permettent 17 ans de fabrication et les retours d'expérience recueillis dans plus de 60 pays.

Chez Xinchang Shibang New Material Co., Ltd., nous fabriquonskits de tiges de terre sectionnelles, raccords filetés, tiges d'acier cuivréeset une gamme complète d'accessoires de mise à la terre et de protection contre la foudre conformes à la norme ISO 9001:2008. Contactez-nous pour discuter des exigences de votre projet.

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