Les conduites hydrauliques traditionnelles utilisent une seule extrémité évasée et sont généralement fabriquées selon les normes SAE-J525 ou ASTM-A513-T5, des matériaux difficiles à trouver localement. Les équipementiers qui recherchent des fournisseurs locaux peuvent opter pour des tubes fabriqués selon les spécifications SAE-J356A et scellés par des joints toriques, comme illustré. Fabriqué par Tru-Line.
Note de la rédaction : Cet article est le premier d’une série en deux parties consacrée au marché et à la production des conduites de transfert de fluides pour applications haute pression. La première partie traite de la situation des sources d’approvisionnement nationales et étrangères de produits conventionnels. La seconde partie aborde en détail les produits moins conventionnels destinés à ce marché.
La pandémie de COVID-19 a provoqué des bouleversements inattendus dans de nombreux secteurs, notamment la chaîne d'approvisionnement et le processus de fabrication des tubes en acier. De fin 2019 à aujourd'hui, le marché des tubes a connu des changements radicaux au niveau de ses opérations de production et de sa logistique. Un problème latent depuis longtemps a ainsi été mis en lumière.
La main-d'œuvre est aujourd'hui plus importante que jamais. Cette pandémie est une crise humanitaire, et l'importance de la santé a bouleversé l'équilibre entre vie professionnelle, vie personnelle et loisirs pour la plupart, voire la totalité. Le nombre de travailleurs qualifiés a diminué en raison des départs à la retraite, de l'incapacité de certains à reprendre leur ancien emploi ou à en trouver un nouveau dans le même secteur, et de nombreux autres facteurs. Au début de l'épidémie, la pénurie de main-d'œuvre était principalement concentrée dans les secteurs dépendants du travail en première ligne, comme les soins médicaux et le commerce de détail, tandis que les ouvriers du secteur manufacturier étaient en chômage partiel ou voyaient leurs heures de travail considérablement réduites. Les fabricants ont désormais des difficultés à recruter et à fidéliser leur personnel, notamment les opérateurs expérimentés de laminoirs à tubes. La fabrication de tubes est un travail manuel exigeant qui requiert un effort soutenu dans un environnement climatisé. Le port d'équipements de protection individuelle supplémentaires (masques, par exemple) est indispensable pour limiter les risques d'infection, et le respect de règles supplémentaires, comme la distanciation physique d'1,80 mètre, est primordial. Cette distanciation peut accentuer le stress lié à un travail déjà source de nombreux facteurs de détente.
L'approvisionnement en acier et le coût de l'acier brut ont également évolué pendant la pandémie. Pour la plupart des tubes, l'acier représente le principal poste de dépense. En règle générale, il représente 50 % du coût par mètre de tuyau. Jusqu'au quatrième trimestre 2020, le prix moyen de l'acier laminé à froid aux États-Unis s'établissait autour de 800 $/tonne depuis trois ans. Fin 2021, il avait chuté à 2 200 $ la tonne.
Compte tenu de l'évolution de ces deux facteurs pendant la pandémie, comment les entreprises du marché des tubes réagissent-elles ? Quel impact ces changements ont-ils sur la chaîne d'approvisionnement des tubes, et quelles orientations utiles le secteur peut-il adopter pour sortir de cette crise ?
Il y a de nombreuses années, un cadre supérieur d'une usine de tuyaux a résumé le rôle de son entreprise dans l'industrie : « Nous ne faisons que deux choses ici : fabriquer des tuyaux et les vendre. » Trop de distractions, trop de facteurs qui affaiblissent les valeurs fondamentales de l'entreprise, ou la crise actuelle (ou tous ces facteurs, ce qui est souvent le cas) sont autant de facteurs qui nuisent à la gestion des cadres supérieurs débordés.
Il est important d'acquérir et de maintenir ce contrôle en se concentrant sur l'essentiel : les facteurs qui influencent la fabrication et la vente de tubes de qualité. Si les efforts d'une entreprise ne sont pas axés sur ces deux activités, il est temps de revenir aux fondamentaux.
Avec la propagation de la pandémie, la demande de tubes dans certains secteurs a chuté à presque zéro. Les usines automobiles et les entreprises d'autres secteurs jugés insignifiants sont à l'arrêt. Il fut un temps où nombre d'acteurs du secteur ne fabriquaient ni ne vendaient de tubes. Le marché des tubes subsiste aujourd'hui uniquement pour quelques entreprises essentielles.
Heureusement, les gens continuent à vaquer à leurs occupations. Certains achètent des congélateurs supplémentaires pour stocker leurs aliments. Le marché immobilier décolle plus tard et les acheteurs ont tendance à acquérir de nouveaux appareils électroménagers lors de l'achat d'une maison ; ces deux tendances soutiennent donc la demande de tubes de plus petit diamètre. Le secteur des équipements agricoles amorce sa reprise, avec un nombre croissant de propriétaires souhaitant acquérir de petits tracteurs ou des tondeuses à rayon de braquage zéro. Le marché automobile a ensuite redémarré, quoique plus lentement en raison de facteurs tels que les pénuries de puces.
Figure 1. Les normes SAE-J525 et ASTM-A519 sont établies comme remplaçantes générales des normes SAE-J524 et ASTM-A513T5. La principale différence est que les normes SAE-J525 et ASTM-A513T5 sont soudées et non sans soudure. Les difficultés d'approvisionnement, telles que les délais de livraison de six mois, ont créé des opportunités pour deux autres produits tubulaires, le SAE-J356 (livré en tube droit) et le SAE-J356A (livré en bobine), qui répondent à bon nombre des mêmes exigences.
Le marché a changé, mais les principes restent les mêmes. Rien n'est plus important que de se concentrer sur la fabrication et la vente de pipes en fonction des demandes du marché.
La question « fabriquer ou acheter » se pose lorsque les opérations de fabrication sont confrontées à des coûts de main-d'œuvre plus élevés et à des ressources internes fixes ou en déclin.
La fabrication de produits tubulaires après soudage exige des ressources importantes. Selon le rendement et la production de l'usine, il peut parfois être économiquement avantageux de découper en interne de larges bandes. Cependant, le tranchage interne peut s'avérer contraignant, compte tenu des besoins en main-d'œuvre, des investissements en outillage et des coûts d'inventaire importants.
D'une part, la découpe de 2 000 tonnes par mois génère un stock de 5 000 tonnes d'acier, immobilisant une trésorerie importante. D'autre part, l'achat immédiat d'acier de grande largeur ne nécessite qu'un faible apport de trésorerie. En effet, le fabricant de tubes peut négocier des conditions de crédit avec le refendeur et ainsi différer ses décaissements. Chaque usine de tubes présente des spécificités à cet égard, mais il est indéniable que la quasi-totalité des producteurs de tubes ont été impactés par la pandémie de COVID-19 en termes de disponibilité de main-d'œuvre qualifiée, de coût de l'acier et de trésorerie.
Il en va de même pour la production de tubes elle-même, selon les circonstances. Les entreprises disposant de chaînes de valeur ajoutée importantes peuvent choisir de ne pas se lancer dans la fabrication de tubes. Au lieu de fabriquer des tubes, puis de les cintrer, de les revêtir et de réaliser des sous-ensembles et des ensembles, elles peuvent acheter les tubes et se concentrer sur d'autres activités.
De nombreuses entreprises produisant des composants hydrauliques ou des faisceaux de tubes pour la gestion des fluides automobiles possèdent leurs propres laminoirs. Certaines de ces usines représentent désormais un fardeau plutôt qu'un atout. En cette période de pandémie, les consommateurs ont tendance à moins utiliser leur véhicule, et les prévisions de ventes automobiles sont bien loin des niveaux d'avant la pandémie. Le marché automobile est associé à des termes négatifs tels que fermetures d'usines, fortes baisses et pénuries. Rien n'indique que la situation d'approvisionnement des constructeurs automobiles et de leurs fournisseurs évoluera significativement dans un avenir proche. Il est à noter que de plus en plus de véhicules électriques sur ce marché comportent moins de composants de transmission en tubes d'acier.
Les usines de tubes intégrées sont généralement construites sur mesure. C'est un avantage pour leur usage prévu – la fabrication de tubes pour une application spécifique – mais un inconvénient en termes d'économies d'échelle. Prenons l'exemple d'une usine de tubes conçue pour fabriquer des tubes de 10 mm de diamètre extérieur pour un projet automobile connu. Le programme garantit des paramètres basés sur la quantité. Par la suite, une procédure beaucoup plus petite a été ajoutée pour un autre tube de même diamètre extérieur. Le temps passant, le plan initial a expiré et l'entreprise n'avait pas un volume suffisant pour justifier le second plan. Les coûts de mise en place et autres sont trop élevés pour le justifier. Dans ce cas, si l'entreprise peut trouver un fournisseur compétent, elle devrait envisager d'externaliser le projet.
Bien sûr, le calcul ne s'arrête pas à la découpe. Les étapes de finition, comme le revêtement, le découpage à longueur et l'emballage, engendrent des coûts considérables. Comme on dit, le principal coût caché de la fabrication de tubes est la manutention. Le tube est acheminé de l'usine à l'entrepôt, où il est retiré et chargé sur un établi pour la découpe finale à longueur. Ensuite, les tubes sont empilés afin d'être introduits un par un dans la machine de découpe. Toutes ces étapes nécessitent de la main-d'œuvre. Ce coût peut passer inaperçu pour un comptable, mais il se traduit par l'embauche d'un cariste supplémentaire ou d'un employé supplémentaire au service transport.
Figure 2. Les compositions chimiques des normes SAE-J525 et SAE-J356A sont presque identiques, ce qui permet à cette dernière de remplacer la première.
Les tubes hydrauliques existent depuis des milliers d'années. Les Égyptiens fabriquaient du fil de cuivre il y a plus de 4 000 ans. Des tuyaux en bambou étaient utilisés en Chine sous la dynastie Xia, vers 2000 avant J.-C., et plus tard, les systèmes de plomberie romains étaient construits avec des tuyaux en plomb, un sous-produit de la fonte de l'argent.
Les tubes en acier sans soudure modernes ont fait leur apparition en Amérique du Nord en 1890. De 1890 à nos jours, la matière première utilisée est un lingot rond plein. Les innovations en matière de coulée continue dans les années 1950 ont permis de passer des lingots aux lingots, une matière première sidérurgique alors bon marché. Hier comme aujourd'hui, les tubes hydrauliques sont fabriqués par étirage à froid des tubes creux sans soudure ainsi produits. Sur le marché nord-américain, ils sont classés SAE-J524 par la Society of Automotive Engineers et ASTM-A519 par l'American Society for Testing and Materials.
La production de tubes hydrauliques sans soudure est généralement un processus exigeant en main-d'œuvre, surtout pour les petits diamètres. Elle nécessite beaucoup d'énergie et beaucoup d'espace.
Soudage. Dans les années 1970, le marché a changé. Après avoir dominé le marché des tubes en acier pendant près de 100 ans, le soudage sans soudure a été supplanté par le soudage, qui s'est avéré adapté à de nombreuses applications mécaniques dans les secteurs de la construction et de l'automobile. Il a même conquis une partie du territoire autrefois sacré du secteur des oléoducs et gazoducs.
Deux innovations ont contribué à cette évolution du marché. La première concerne la coulée continue de brames, qui permet aux aciéries de produire en masse et efficacement des bandes plates de haute qualité. La seconde rend le soudage par résistance haute fréquence viable pour l'industrie du tube. Il en résulte un nouveau produit : des performances équivalentes à celles des tubes en acier sans soudure, comparées à celles de produits sans soudure comparables, pour un coût inférieur. Ce tube est toujours fabriqué aujourd'hui et est classé SAE-J525 ou ASTM-A513-T5 sur le marché nord-américain. Du fait de son étirage et de son recuit, sa fabrication nécessite d'importantes ressources. Bien que ces procédés soient moins gourmands en main-d'œuvre et en capital que ceux utilisés pour la fabrication de tubes sans soudure, leurs coûts restent élevés.
Depuis les années 1990, la plupart des conduites hydrauliques consommées sur le marché intérieur, qu'elles soient étirées sans soudure (SAE-J524) ou étirées par soudage (SAE-J525), sont importées. Cela s'explique probablement par l'écart important de coûts de main-d'œuvre et de matières premières (acier) entre les États-Unis et les pays exportateurs. Bien que ces produits soient disponibles auprès de fabricants nationaux depuis 30 à 40 ans, ces derniers n'ont jamais réussi à s'imposer sur ce marché. Le prix avantageux des produits importés constitue un obstacle majeur.
Sur le marché actuel, la consommation du produit sans soudure, étiré et recuit J524 a diminué au fil des ans. Il est toujours disponible et a sa place sur le marché des conduites hydrauliques, mais les équipementiers choisissent généralement le J525 si le produit soudé, étiré et recuit J525 est facilement disponible.
La pandémie frappe et le marché se transforme à nouveau. L'offre mondiale de main-d'œuvre, d'acier et de services logistiques diminue à un rythme comparable à celui de la baisse de la demande automobile mentionnée précédemment. Il en va de même pour l'approvisionnement en tubes hydrauliques J525 importés. Face à cette situation, le marché intérieur semble mûr pour une nouvelle évolution. Seriez-vous prêt à développer un autre produit, moins gourmand en main-d'œuvre que le soudage, l'étirage et le recuit de tubes ? Une solution existe, bien que peu répandue : la norme SAE-J356A, qui répond aux exigences de nombreuses applications hydrauliques (voir figure 1).
Les spécifications publiées par la SAE sont généralement courtes et simples, car chacune définit un seul procédé de fabrication de tubes. Le problème est que les normes J525 et J356A présentent un chevauchement considérable en termes de dimensions, de propriétés mécaniques, etc., ce qui peut engendrer de la confusion. De plus, la norme J356A désigne un tube enroulé pour les conduites hydrauliques de petit diamètre et constitue une variante de la norme J356, qui désigne un tube droit principalement utilisé pour la fabrication de conduites hydrauliques de grand diamètre.
Figure 3. Bien que les tubes soudés et étirés à froid soient considérés par beaucoup comme supérieurs aux tubes soudés et durcis à froid, les propriétés mécaniques des deux types de tubes sont comparables. Remarque : La valeur impériale en PSI est une conversion simplifiée de la spécification ; il s’agit d’une valeur métrique en MPa.
Certains ingénieurs estiment que la norme J525 excelle dans les applications hydrauliques haute pression, comme celles utilisées dans les engins lourds. La norme J356A est moins connue, mais elle est également conçue pour le transport de fluides haute pression. Les exigences de formage final diffèrent parfois : la norme J525 ne comporte pas de bourrelet intérieur, tandis que la norme J356A est à ébauche contrôlée et présente un bourrelet intérieur plus petit.
Les matières premières ont des propriétés similaires (voir figure 2). De petites différences dans la composition chimique sont liées aux propriétés mécaniques souhaitées. Afin d'obtenir certaines propriétés mécaniques, telles que la résistance à la rupture en traction ou la résistance à la traction ultime (UTS), la composition chimique ou le traitement thermique de l'acier est limité pour produire certains résultats.
Les différents types de tubes présentent des caractéristiques mécaniques similaires, ce qui les rend interchangeables dans de nombreuses applications (voir figure 3). Autrement dit, si l'un est indisponible, l'autre répondra probablement aux exigences. Inutile de réinventer la roue : l'industrie dispose déjà d'une gamme de tubes performants et bien équilibrés.
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