Brevet FR2613457A1 — publié le 19881007

La présente invention concerne un réservoir destiné au stockage de produits liquéfiés sous pression, tels que l'ammoniac liquide. Cette invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel réservoir. Le stockage de volumes importants de produits liquéfiés sous pression, tels que l'ammoniac liquide, est ac tellement réalisé selon divers procédés: Une solution existante est le stockage réfrigéré, à relativement basse température, dans un bac atmosphérique. Cette première solution nécessite un investissement initial croûteux, et son coOt d'exploitation est élevé, le maintien d'une basse température ne pouvant être obtenu que par des machines frigorifiques bi-étagées et les quantités de frigories à mettre en oeuvre étant très importantes, notamment dans le cas de l'ammoniac, qui a une enthalpie de vaporisation et une chaleur spécifique élevées. Par ailleurs, l'ammoniac stocké à basse température (exemple: - 330C) ne peut être directement transféré, à une tel le température, sur un moyen de transport tel que wagon de chemin de fer, et il doit être auparavant réchauffé. Une autre solution actuellement exploitée consiste à stocker le produit dans une cuve métallique fermée semiréfrigérée, par exemple à 90C, notamment une cuve en forme de sphère, installée en plein air. Cette seconde solution comporte des contraintes d'exploitation, en particulier la nécessité d'un contrôle périodique des soudures. De plus, dans le cas de produits dangereux ou polluants, le stockage dans des sphères métalliques situées en plein air comporte des risques, ceci plus particulièrement dans les zones classées comme exposées aux chutes d'aéronefs ou aux catastrophes naturelles,telles que les séismes,les risques de chute de projectiles et de sabotage étant également à considérer. Le stockage "enterré" pérmet d'éviter ces risques, et se révèle ainsi intéressant. Toutefois, les stockayes ac tellement réalisés directement dans le sol à grande pro fondeur, sous pression hydrostatique, sont d'une exploitation délicate en raison des tuyauteries et des vannes enterrées à grande profondeur. Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients des solutions de stockage actuel les, en fournissant un nouveau type de réservoir particulièrement adapté au stockage enterré de produits liquéfiés sous pression, notamment d'ammoniac, qui est non seulement sOr mais aussi économi que, ceci aussi bien dans sa réalisation que dans son entretien, et qui est réalisable selon le meme principe en toutes dimensions. A cet effet, I'invention a essentiellement pour objet un réservoir pour le stockage de produits liquéfiés sous pression, et plus particulièrement un réservoir enterré, dont la paroi est constituée de deux couches de béton armé, disposées de part et d'autre d'une ame métallique. Une paroi de réservoir ainsi constituée possède non seulement d'excellentes qualités mécaniques, pour résister à la pression intérieure et aux sollicitations des terrains, mais encore une parfaite étanchéité vis-à-vis des produits stockés dans le réservoir. De plus, des produits tels que l'ammoniac liquéfié n'ont aucune action corrosive sur le béton armé. Le réservoir réalisé avec une tel le paroi est susceptible d'entre enterré à une faible profondeur, pour conserver un accès aisé tout en assurant une protection sa t isfa i sante v i s-à-v i s des risques divers mentionnés plus haut. Dans une forme de réalisation particulière, le réservoir objet de l'invention est de forme générale cylindrique, les extrémités du réservoir étant fermées par des fonds bombés qui, de même que la paroi latérale cylindrique de ce réservoir, sont formés chacun par deux couches de béton disposées de part et d'autre d'une âme métallique. Les deux couches de béton de la paroi latérale cy cylindrique d'un tel réservoir comportent, chacune, au moins une armature en forme de nappe ou de treillis, de forme cy cylindrique et coaxiale au réservoir. Quant à 1'6mue métallique, disposée entre les deux couches de béton de la paroi du réservoir, celle-ci est rélisée de préférence en tle d'acier. Dans le cas d'un réservoir cylindrique, cette âme est obtenue par roulage de la tble et réunion des bords rapprochés de cette tôle au moye d'une soudure longitudinale unique, ce qui permet de minimiser la longueur totale des soudures. Le réservoir objet de l'invention possède avantageusement une structure modulaire, avec une succession d'éléments ouverts à leurs extrémités et assemblés bout à bout qui comportent, chacun, une paroi constituée de deux couches de béton disposées de part et d'autre d'une âme métallique. La structure modulaire permet d'envisager, à partir d'éléments standards, la réalisation de réservoirs de capacités diverses, voire l'augmentation de la capacité d'un réservoir existant par simple adjonction d'éléments supplé dentaires. Plus particulièrement, dans le cas d'un réservoir cylindrique à structure modulaire, celui-ci comprend une succession d'éléments cylindriques assemblés bout à bout coaxialement, I'âme métallique de chaque élément cylindrique dépassant des deux couches de béton aux extrémités de cet élément et étant soudée aux âmes métalliques des éléments cylindriques voisins. Ainsi peuvent être réalisés des réservoirs cylindriques de longueur importante, se présentant comme des "tubes" d'axe horizontal, enterrés dans le sol. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un réservoir pour le stockage de produits liquéfiés tel que défini ci-dessus; selon ce procédé, la paroi latérale du réservoir, ou chacun des éléments formant sa paroi latérale, est réalisé en mettant d'abord en forme 1 'amie métallique, en mettant en place une armature mé métallique extérieure autour de l'âme, en moulant autour de l'âme une première couche de béton sous vibration à haute fréquence, en mettant en place une armature métallique intérieure sous l'âme métallique, et en moulant à l'intérieur de l'âme une seconde couche de béton sous vibration à haute fréquence, le ou les éléments ainsi obtenus étant raccordés entre eux et/ou aux fonds. Plus particulièrement, dans le cas d'un réservoir de forme cylindrique, à structure modulaire, les âmes métalliques des éléments de réservoir, dépassant des deux couches de béton desdits éléments, sont réunies entre elles par exécution de soudures circulaires, un détensionnement mécanique de ces soudures étant réalisé par une épreuve hydraulique effectuée avant réalisation des joints du béton. La fabrication des éléments de réservoir, notamment le moulage du béton armé, est réalisable dans une usine de préfabrication. Seuls les raccordements des éléments entre eux sont réalisés sur le site définitif du réservoir. Il est à noter que ces raccordements comprennent non seulement des soudures réunissant les âmes métalliques des éléments consécutifs, mais encore des joints en béton qui, en réunissant les couches de béton armé extérieure et intérieure, enrobent ces soudures et en assurent une protection durable. De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé repésentant, à titre d'exemples non limitatifs quelques formes d'exécution de ce réservoir pour le stockage de produits liquéfiés sous pression: Figure I est une vue en perspective d'un réservoir conforme à la présente invention, pour le stockage d'un produit liquéfié sous pression tel que l'ammoniac; Figure 2 est une vue en coupe de la paroi du réservoir de Figure l; Figure 3 est une vue en perspective montrant l'âme métal 1 ique d'un élément de réservoir selon l'invention, à structure modulaire; Figure 4 est une vue en coupe passant par l'axe d'un élément de réservoir à structure modulaire, avec indication partielle d'un élément adjacent;; Figure 5 est une vue de côté d'une réalisation de réservoir selon l'invention à structure modulaire; Figure 6 est une vue en coupe transversale d'une installation de réservoirs enterrés selon l'invention. Comne représenté très schématiquement sur la figure 1, le réservoir pour stockage enterré d'ammoniac liquéfié selon l'invention comporte un corps A de forme sensiblement cylindrique, obturé à ses extrémités par deux fonds bombés B et C. La paroi de ce réservoir comprend, comme montré à la figure 2, une âme métallique 1 qui concourt à la résistance du réservoir et assure l'étanchéité, l'âme métallique 1 formant une barrière continue. Cette âme métallique 1 est revêtue extérieurement d'une première couche de béton armé 2, comportant dans l'exemple représenté une armature constituée de deux nappes ou treillis superposés, constitués de fers à béton dont les uns forment des spires hélicoidales 3, tandis que les autres sont disposés suivant des génératrices 4. Cette couche de béton armé extérieure 2 concourt à la résistance du réservoir, notamment vis-à-vis des sollicitations des terrains, et elle assure aussi la protection de l'âme métallique 1 contre les agressions extérieures, par exemple celles de la nappe phréatique.L'âme métallique I est en outre revêtue, intérieurement, d'une seconde couche de béton armé 5, dont l'armature est constituée dans l'exemple représenté par une seule nappe ou un treillis 6 de fers à béton analogue à celles formant l'armature extérieure. La couche de béton armé intérieure 5 évite le contact direct de l'âme métallique I avec l'ammoniac contenu dans le réservoir, assurant ainsi la protection de l'âme 1 contre la corrosion, tout en concourant à la rigidité de la paroi en s'opposant notamment au flambement lors d'une éventuelle dépression. La structure de paroi, précédernment décrite, s'applique aussi bien au corps cylindrique A du réservoir qu'à ses deux fonds bombés B et C. Plus particulièrement, dans le cas d'un réservoir de longueur importante, le corps A est constitué par l'assemblage bout à bout d'un certain nombre d'éléments cylindriques, disposés coaxialement. Un tel réservoir à structure modulaire, et son procédé de fabrication, seront maintenant décrits plus en détail, avec référence aux figures 3 à 5: Pour la réalisation d'un élément cylindrique, l'âme métallique I est d'abord formée, à partir d'une plaque rectangulaire en tôle d'acier. Cette plaque est mise dans une forme cylindrique par roulage, et ses bords rapprochés sont réunis par une soudure longitudinale 7, comme montré à la figure 3. Ensuite on met en place, autour de l'âme métallique 1, L'armature extérieure constituée par deux nappes circulaires coaxiales de fers à béton 3 et 4 (voir aussi figure 2). La couche de béton extérieure 2 est moulée, en forme annulaire, de manière à noyer l'armature extérieure 3, 4. D'une manière similaire, l'armature intérieure constituée par la nappe 6 de fers à béton est mise en place coaxialement sous l'âme métallique 1, et la couche de béton intérieure 5 est moulée, en forme annulaire, de manière à noyer l'armature 6. Les deux couches de béton 2 et 5 sont moulées sous vibrations à haute fréquence, par exemple de l'ordre de 100 à 150 Hz. On utilise, avantageusement, un béton obtenu à partir de ciment alumineux fondu, en particulier pour la couche de béton intérieure 5. Comme le montre la figure 4, dans chaque élément de réservoir 8 ainsi réalisé, les deux couches annulaires de béton 2 et 5 sont moulées de telle sorte qu'à chaque extrémité de l'élément 8, I'âme métallique cylindrique I dépasse par rapport à ces couches de béton 2 et 5, en présentant une certaine longueur dégarnie L. Deux éléments consécutifs 8 et 8a étant placés bout à bout, comme montré à la figure 4, l'âme métallique 1 de l'élément 8 est raccordée à l'âme métallique la de l'élément adjacent 8a par exécution d'une soudure circulaire 9, réunissant les extrémités dégarnies de ces deux âmes I et la. Ultérieurement, les couches de béton armé respec t ives extérieures 2 et 2a et intérieures 5 et 5a des deux éléments de réservoir consécutifs 8 et 8a sont également raccordées entre elles, par exécution de joints en béton ou en ciment, comme indiqué en 10 et 11. La figure 5 montre un réservoir de stockage d'ammoniac selon l'invention formé par un certain nombre d'éléments cylindriques 8 assemblés bout à bout pour former un corps tubulaire A fermé, à ses deux extrémités, par des fonds bombés B et C. L'ensemble est enterré, horizontalement, à une certaine profondeur au-dessous de la surface du sol S. Ce réservoir comporte, à une extrémité, une entrée de liquide 12 et des départs 13 et 14 pour le liquide et pour le gaz, ainsi que des dispositions diverses tel les qu'un trou de visite 15 et une ouverture 16 pour prise de pression etlou de niveau. A son autre extrémité, le réservoir est pourvu d'un orifice de ventilation 17, ces dispositions et accessoires n'étant pas limitatifs. La figure 6 est une vue en coupe d'une installation souterraine de stockage d'ammoniac, comprenant un double réservoir enterré, la coupe passant par les corps A des deux réservoirs qui sont réalisables, chacun, selon la figure 5, à partir d'éléments cylindriques 8 préfabriqués en usine. Les réservoirs sont installés de la manière suivante: Après avoir creusé le sol à l'emplacement prévu, on prépare en fond de fouille un radier en béton 18, formant une assise. Ensuite, les éléments de réservoir 8 préfabri qués sont amenés au-dessus du radier 18, leur pose étant effectuée au moyen d'un engin de levage.Les éléments 8 placés bout à bout sont réunis par exécution des soudures circulaires 9 raccordant les extrémités dégarnies de leurs âmes mé métalliques 1 (voir aussi figure 4), les soudures 9 étant réalisées depuis l'intérieur. II est ensuite procédé à une épreuve hydraulique, ayant pour effet un détensionnement mécanique des soudures 9. Après l'épreuve hydraulique, le réservoir est vidangé et 1 'on réalise les joints des couches de béton extérieure 2 et intérieure 5. Les fonds bombés B et C sont coulés sur place, ou préfabriqués en usine comme les éléments cylindriques 8. Une fois achevé, chaque réservoir est bloqué par sa partie intérieure, sur environ un quart de sa circonférence, par une couche de béton 19 coulée au-dessus du radier 18. La génératrice inférieure de chaque réservoir est placée à quelques centimètres au-dessus de la surface du radier 18. Un remblai 20 soigneusement compacté est mis en place autour des réservoirs jusqu'à environ mi-hauteur de ceux-ci. Les moitiés supérieures des réservoirs sont enfin recouvertes d'un rernblai 21. Eventuel lement, une dalle en béton (non représentée), destinée à conférer une protection supplémentaire au réservoir, est encore réalisée au-dessus du remblai 21. Une installation souterraine de stockage tel le que décrite précédemment peut entre construite sur des si tes industriels ou autres, les réservoirs enterrés étant protégés contre les catastrophes naturelles et les dommages extérieurs (séismes, chutes d'aéronefs, etc...). Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de ce réservoir qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples; elle embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le meme principe, quels que soient notamment: - la forme du réservoir, celui-ci pouvant posséder par exemple des fonds bombés concaves et non pas convexes; - la nature du produit liquéfié sous pression contenu dans le réservoir, dont l'application n'est pas limitée à l'ammoniac; - le nombre et la disposition des réservoirs enterrés faisant partie d'une même installation. Par ailleurs, on sait que le béton constitutif de la paroi interne du réservoir contient 3 à 8% H20 en poids suivant la compacité du béton et son degré de séchage, ce qui correspond approximativement à un remplissage de la porosi té du béton compris entre 40% pour le béton "sec" et 95% pour le béton "humide". Si on tient compte, dans le cas où le béton est plongé dans de l'ammoniac pur que, d'une part, le reste des vides du béton se remplissent d'ammoniac et que, d'autre part, I'eau disout pour 1 atm de NH3.0,9g/g H20, pour 2,5 atm 2 9/9 H20 qu'on peut extrapoler pour 8,5 atm à 5-6 g NH3/g H20; il résulte que dans le cas le plus défavorable, celui du béton sec, on aura approximativement dans les pores du béton: 55 > d'eau et 95% d'ammoniac. C'est ce mélange bloqué dans les pores du béton qui ne se renouvelle presque pas dans le cas des bétons à âme en tâle et qui reste donc de composition relativement constante, qui est en contact direct avec la tôle en acier. Or comme cela a déjà été décrit dans la littérature, un ammoniac qui contient de l'eau ( > 0,2%, et dans ce cas on a > 5%) rend impossible toute action de fragilisation de l'acier par NH3. On peut donc affirmer qu'en présence de béton, L'ammoniac pur ne peut ni corroder ni fragiliser l'acier. La présente invention trouve donc naturellement son application pour empêcher la corrosion sous tension de l'acier constitutif d'un réservoir par l'ammoniac. REVENDICATIONS 1. Réservoir pour le stockage de produits I iqué- fiés sous pression, caractérisé en ce que la paroi de ce réservoir est constituée par deux couches de béton armé (2,5), disposées de part et d'autre d'une âme métallique (I). 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est de forme générale cylindrique, les extrémités du réservoir étant fermées par des fonds bombés (B, C) qui, de même que la paroi latérale cylindrique (A) de ce réservoir, sont formés chacun par deux couches de béton (2,5) disposées de part et d'autre d'une âme métallique (1). 3. Réservoir selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux couches de béton (2, 5) de sa paroi laté rale cylindrique (A) comportent, chacune, au moins une armature métallique (3, 4, 6) en forme de nappe ou de treillis, de forme cylindrique et coaxiale au réservoir. 4. Réservoir selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que l'âme métallique (I), disposée entre les deux couches de béton (2, 5) de sa paroi, est réalisée en tôle d'acier. 5. Réservoir selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il possède une structure modulaire, avec une succession d'éléments (8) ouverts à leurs extrémités et assemblés bout à bout qui comportent, chacun, une paroi constituée de deux couches de béton (2, 5) disposées de part et d'autre d'une âme métallique (I). 6. Réservoir selon la revendication 2, tel le que rattachée à la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une succession d'éléments cylindriques (8) assemblés bout à bout coaxialement, l'âme métallique (I) de chaque élément cylindrique (8) dépassant des deux couches de béton (2,5) aux extrémités de cet élément (8) et étant soudée aux âmes métal I iques (la) des éléments cylindriques voisins (8a ). 7. Procédé de fabrication d'un réservoir pour le stockage de produits liquéfiés selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la paroi latérale (A) du réservoir, ou chacun des éléments (8) formant sa paroi latérale, est réalisé en mettant d'abord en forme l'âme métallique (1), en mettant en place une armature mé métallique extérieure (3, 4) autour de l'âme, en moulant autour de l' me (I) une première couche de béton (2) sous vibration à haute fréquence, en mettant en place une armature métallique intérieure (6) sous l'âme métallique, et en moulant à l'intérieur de l'âme (1) une seconde couche de béton (5) sous vibration à haute fréquence, le ou les éléments (8) ainsi obtenus étant raccordés entre eux et/ou aux fonds (B, C). 8. Procédé de fabrication d'un réservoir selon la revendication 7, et plus particulièrement d'un réservoir de forme cylindrique, caractérisé en ce que la mise en forme de l'âme métallique (1) est réalisée par roulage d'une tôle et par réunion des bords rapprochés de cette tôle au moyen d'une soudure longitudinale unique (7). 9. Procédé de fabrication d'un réservoir selon la revendication 7 ou 8, et plus particulièrement d'un réservoir à structure modulaire, caractérisé en ce que les âmes métalliques (I) de ses éléments (8), dépassant des deux couches de béton (2,5) desdits éléments (8), sont réunies entre elles par réalisation de soudures circulaires (9), un détensionnement mécanique de ces soudures (9) étant réalisé par une épreuve hydraulique effectuée avant réalisation des joints (iO, 11) du béton. 10. Application du réservoir selon l'une quelconque des revendications l à 6,-au stockage enterré de produits liquéfiés sous pression, par exemple de l'ammoniac liquéfié. 11. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 pour empêcher la corrosion sous tension de l'acier constitutif de l'âme métallique du réservoir par I'ammoniac.