Brevet FR2263831A1 — publié le 19751010

La présente invention concerne un procédé de nettoyage d'une surface rigide souillée de matières fortement adhérentes I1 s'applique avec une très haute efficacité au nettoyage de toute surface rigide telle que celle des tuyaux dtinstallations industrielles, des gaines de vide-ordures, de conduites d'évacuation et des eaux usées, au curage des égouts, au détartrage des installations de chauffage et de prov e duction ou de consommation de vapeur, au décalaminage des faisceaux de tubes tels que ceux des chaudières ou des raffineries de pétrole. I1 peut également servir au carénage des coques de navires sans mise à terre, en radoub ou en cale sèche du bâtiments qui est de ce fait nettoyé dans son élément, notamment dans l'eau. La matiere de souillure peut être de la crasse de toute sorte, des matières grasses, du tartre ou bien des plantes et animaux aquatiques adhérant fortement aux surfaces à nettoyer. Les procédés de nettoyage par voie mécanique de telles surfaces souillées connus à ce jour, notamment par raclage de la matière de souillure surtout dans les cas où elle adhère fortement à la surface souillée tel que dans le cas des vide-ordures, des égouts ou du carénage des bateaux, ont donné les plus faibles résultats. On a été amené de ce fait à renoncer à ces procédés en faveur d'autres moyens plus efficaces. D'autres procédés considérés plus avantageux utilisent des jets de fluides, notamment d'eau ou d'air comprimé haute pression et même le grenaillage. Ces procédés sont d'un prix de revient plus éleve sans contrepartie d'éfficacité, car le jet par son simple effet mécanique, malgré sa puissance, ne permet t > as par exemple le carénage des bateaux dans l'eau Ils doivent être retirés et travailles en cale sèche, ce qui implique des deplacements vers les chantiers, nertes de temps, maoeuvres importantes, prix de revient élevé, etc.Le principal inconvénient des procédés de ce type découle du fait nue le jet du fluide haute pression et à haute vitesse est freiné dans lteau par la masse du liquide qui sépare le dispositif de la matière de souillure et la plus grande partie de l'énergie du jet est dispersée dans cette masse infinie. On a également proposé des procédés de ce type utilisant 1'effet des vibrations soniques ou ultrasoniques engendrées par des génératueurs de telles vibrations ou par des explosifs. I1 est évident que le carénage des bateaux de transport de combustibles ne sera jamais admis à être effectué par des moyens causant des explosions au voisinage de telles sources de déflagrations et d'incendies quels qu'ils en soient les moyens préconisés et les garanties offertes. L'utilisation de générateurs de vibrations ultrasoniques in dustriels est plus rassurante et elle permet par exemple le carénage dans l'eau sans mise en cale sèche. Elle pose toutefois le problème du prix de revient des appareils, des pertes d'énergie par génération et par transmis sion de ces vibrations entre le générateur et la matière de souillure, d'une utilisation à rendement assez réduit de cette forme d'énergie et de l'évacuation de la chaleur qui prend naissance dans les générateurs, sur;c tout dans la masse isolante de l'eau de mer. Le procédé suivant l'invention permet d'éviter ces inconvenient s et de réaliser un nettoyage des surfaces rigides souillées de matières étrangères quel qu'il soit leur dégré d'adhèrence, économique, rapide et dans des conditions optimales de toute nature. Par des études approfondies des procédés de nettoyage de ce type plus spécialement de ceux utilisant des jets de fluide de nettoyage et leur effet mécanique de désagrégation de la matière de souillure, ainsi que de ceux utilisant les vibrations ultrasoniques, on est arrivé à des conclusions surprenantes et inattendues, menant à l'élaboration du nouveau procédé selon la présente invention. On a constaté que l'effet de désagrégation des matières forte ment adhérentes et dû à des vitesses de jet très élevées plus spécialement aux vibrations ultrasoniques, notamment véhiculées par les jets de fluide de nettoyage et par contre en assez faible mesure au choc mécanique du flu ide véhiculé par ces jets. Il arrive toutefois que ces vibrations ultrasoniques donnent lieu de manière connue à d'importantes pertes d'énergie d'une part dans le générateur qui les produit et d'où on a grand mal à les éliminer. D'autres pertes se produisent d'autre part également sur le trajet entre le généra teur et la matiere de souillure où ces vibrations deviennent efficaces. Le but de la présente invention est de pallier ces inconvé nients en proposant un procédé de nettoyage d'une surface rigide souillée de 3ratières fortement adhérentes, à haute efficacité et bien plus économique. Il est caractérisé en ce qu'on projette vers la surface à nettoyer un jet d'un fluide de nettoyage a écoulement laminaire techniquement exempt de turbulences et de vibrations soniques et /ou ultrasoniques, à très haute vitesse, véhiculant sous faible distance de l'énergie presque uniquement sous forme d'énergie cinétique. On choque par ce jet la matière de souillure, et on engendre in situ dans cette matière de souillure des ultra-sons avec transformation maximale de 11 énergie cinétique du jet. On engendre par ces ultra-sons à proximité de la matière de souillure des millions de micro-bulles et on désagrège et on détache par ces ultra-sons et par éclatement des micro-bulles haute pression la matière de souillure. On -élimine finalement cette matière par gravitation ou par écoulement du fluide de nettoyage. Le procédé selon la présente invention sera compris d'après la description d'une forme d'exécution préférée, mais non limitative. Selon ce procédé on projette vers la surface à nettoyer, donc contre la matière de souillure, un jet de fluide de nettoyage. Ce jet est plus spécialement et selon la caractéristique principale du procédé un jet à écoulement en régime laminaire, c'est à dire au moins techniquement exempt de turbulences et de vibrations soniques ou ultrasoniques, le liquiD de véhiculant de ce fait presque uniquement de l'énergie cinétique. Le rôle de toute autre forme d'énergie est réduit tout au plus en ce qui est de la possibilité de nuire à l'éffet du jet. Un jet de fluide de nettoyage ne servant que de véhicule d'énergie cinétique non ultra-sonique, donc sans turbulences et à écoulement en régime laminaire, n'accuse ni perte par génération de vibrations ultrasoniques, ni pertes sur le trajet, par frottement contre les couches voxines dans l'air ou dans l'eau qu'il traverse. On choque ensuite par aeXèt la matiere de souillure afin d'engendrer in situ,dans celle-ci des ultra-sons La désagrégation de cette matière se produit de ce fait toujours par l'effet très puissant et bien connu des vibrations ultra-soniques, mais -celles-ci sont engendrées in situ dans la matière de souillure elle-même. L'effet mécanique du choc en luimême est d'importance secondaire par rapport à celui des ultra-sons. énergie des ultra-sons engendrés in situ est empruntée à l'energie cinétique du jet. Celui-ci fonctionne donc en excitateur, tandis que la matière de souillure est elleême générateur d'ultra-sons in situ. Ces ultrasons s'amplifient par le choc continu du jet par résonance, jusqu'à l'éclatement de la matière de souillure, qui est de ce fait désagrégée. La matière de souillure travaille donc également en résoe nateur des ultrasons en amplifient leur efficacité. Les débris ainsi formés, tombent par leur propre poids ou ils sont emportés par la matière du jet, poussée par l'accumulation de l'écoulement du fluide de nettoyage. La surface rigide souillée, appartenant à une masse énorme par rapport à la matière de souillure dans le cas d'un bateau à caréner ou fixe et très importante dans le cas des conduites et séparée du jet par la couche de matière de souillure, ne vibre pas dans les mêmes conditions que celle-ci, d'où l'effet de désagrégation de la souillure et le résultat très facile à comprendre, de nettoyage ainsi réalisé. D'autre part la surface rigide en elle-même n'est pas affectée par l'application du procédé de nettoyage. On a également constaté que les vibrations ultrasoniques engendrées in situ dans la matière de souillure, lorsqu'elles se trouvent dans un milieu liquide, donnent naissance à des millions de bulles microscopiques de concentration de-gaz à très haute pression, par un phénomène connu de cavitation. Ces bulles, déjà soumises à des pressions élevées dans le jet, s'incrustent dans les aspérités de la matière de souillure et explosent en contribuant ainsi à la faire éclater et se désagréger. En fait, afin d'obtenir les conditions énumérées, il est nécessaire de travailler avec un jet véhiculant le fluide de nettoyage à très haute vitesse. A cette fin, il est nécessaire d'éjEcter ce fluide sous des pressions très élevées, notamment au dessus de 500 bars et de préférence au dessus de 1000 bars. Sous de telles pressions on obtient des vitesses assez élevées pour que le choc répété du jet contre la matière de souillure transforme l'énergie cinétique du fluide à écoulement laminaire en énergie des ultrasons engendrés in situ, par une transformation maximale. On a en outre constaté qu'un tel jet ayant à parcourir une assez faible distance entre la base le projetant et la matière de souillure réussit à établir rapidement des conditions de maintien du régime d'écoulement laminaire. Ceci est valable non seulement dans l'air, pour le net -toyage des vide-ordures et le curage des égouts, mais également dans le travail sous l'eau, notamment lors du carénage des navires. I1 est toute fois évident que la génération et l'entretien d'un jet laminaire à de telles vitesses n-'est pas à réaliser sans certaines précautions. Il doit être produit par une buse bien calibrée, ne s'usant que-le moins possible du fait de son utilisation et qui sera changée dès que l'usure est sensible. Le--fluide de nettoyage doit arriver aux buses à partir d1un réservoir tampon de masse suffisante pour amortir les vibrations du générateur de pression et par des voies sans coudes éxagérés, risquant d'engendrer des chocs sur le parcours. Ces conditions ne sont toutefois pas insurmontables pour lthomme de l'art consciencieux et elles sont aisément réalisées à un niveau correct et satisfaisant même aux pressions et débits requis par le procédé selon la présente invention. Le nettoyage des surfaces souillées selon ce procédé est réalisé par des vibrations ultra-soniques engendrées in situ dans la matière de souillure dont l'énergie provient par transformation maximale de énergie cinétique da jet laminaire dirigé sur cette matière. Cette transformation d'une partie de cette énergie en chaleur dans ces conditions ne constitue pas une perte et de ce fait n'est pas à éviter, car un échauffement de la matière de souillure en tant que générateur de vibrations ultrasoniques ne peut apporter que des dilatations locales favorables à la désagrégation désirée. C'est là également un avantage de la génération in situ des ultrasons. Le jet laminaire de fluide de nettoyage engendrant in situ des vibrations ultrasoniques dans la matière de souillure la quantité du mouvement du jet est transformée en effort d'arrachement de cette matière. L'étude du phénomène de choc indique la voie pour augmenter l'efficacité du procédé. En effet, il est connu que la loi du choc s'exprime par voie mathématique par l'égalité entre la quantité de mouvement et l'impulsion: m.dv = f.dt ou m = la masse du liquide de nettoyage dv = la variation de vitesse de cette masse par le choc, leur produit étant l'expression de la quantité de mouvement. f = la force d'arrachement des parties de matière de souillure et dt = la durée du choc, leur produit étant l'expression de l'impulsion, caractéristique du choc. Cette formule se vérifie aisément, car la variation de vitesse dv est l'accélération a multipliée par la durée du choc dt et en rempla çant dans la formule on obtient: m.a.dt = f.dt En simplifiant par dt on obtient l'expression classique de la loi de Newton. En revenant à la formule initiale, on constate que pour une quantité de mouvement donnée, l'effort d'arrachement est plus grand si la durée du choc est plus courte. C'est l'efficacité du choc. En outre, plus la quantité de mouvement est grande, plus l'effort d'arrachement est grand. I1 faut donc soit augmenter la vitesse du fluide de jet, ce qui est réalisé par les pressions élevées de ce fluide mentionnées, soit augmenter la masse du fluide. On obtient ceci par exemple par grenaillage ou bien en adjoignant au fluide du jet des particules de masse spécifique élevée, telle qu'une suspension Be baryte ou autre produit- similaire. On a également constaté par l'étude des conditions d'application du procédé selon la présente invention qu'il n'est pas nécessaire, ni économique, de perseverer sur place jusqu'au total nettoyage de la surface souillée. I1 est préférable, mais sans exclusivité, de procéder à un premier passage par déplacement du jet vers l'avant et de revenir ensuite vers l'arrière par rapport à l'écoulement du fluide du jet, sur un même trajet, pour parfaire le nettoyage. C'est ainsi que dans les conduits d'évacuation d'eaux usées ou dans le curage des égouts, au premier passage des bouchons sont détruits et la plus grosse partie de la matière de souillure est éliminée. Au retour par contre un nettoyage total et parfait est obtenu. I1 est évident que le cas échéant de nouveaux passages sont à réaliser. La présente invention se pr8te évidemment à de nombreuses formes de mise en oeuvre, notamment selon la nature de la matière du jet utilisée, etc. Ces formes d'exécution n'affectent toutefois en rien l'éprit de l'invention. REVENDICATIONS: 1.- Procédé de nettoyage dtune surface rigide souillée de matières fortement adhérentes caractérisé ence quton projette vers la-dite surface un jet d'un fluide de nettoyage à écoulement laminaire techniquement exempt de turbulences et de vibrations soniques et/ou ultrasoniques, a très haute vltesse, véhiculant sous faible distance de l'énergie presque uniquement sous forme d'énergie cinétique, on choque par ce 3et la matière de soull iure, on engendre in situ dans cette matière de souillée des ultra-sons avec transformation maximale de énergie cinétique du jet, on engendre par ces ultrasons à proximité de la matière de souillure-des millions de micro-bulles, on désagrège et on détache par ces ultrasons et par éclatement des micro-bulles haute pression la matière de souillure et on l'éli- mine par gravitation ou par écoulement du fluide de nettoyage. t.- Procédé de nettoyage selon la revendication I caractérisé en ce oue la vitesse du fluide de nettoyage est obtenue par éjection du-dit fluide sous une pression au dessus de 500 bars, de préférence au dessus de 1000 bars. 3.- Procédé de nettoyage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce cue le fluide de netoyage est de l'tir comprimé, de leeau sous pression, de matériau de grenaillage et tout autre. 4.- Procédé de nettoyage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on additionne le liquide de nettoyage d'une matière en suspension > poids spécifique elevé, notamment de la baryte. 5.-Procédé de nettoyage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'on déplace le jet vers l'avant et vers l'arriere par rapport l'écoulement du du fluide, sur un même trajet pour parfaire le nettoyage.