Brevet FR2649470A1 — publié le 19910111

La présente invention est relative à un revêtement de. protection contre l'action de la chaleur et du feu, plus particulièrement destiné à des tuyaux et à des produits analogues de forme allongée, tels que des câbles électriques ou optiques ainsi que des canalisations pneumatiques ou hydrauliques, etc. Pour ces tuyaux, câbles et canalisations, existe le problème de conserver la fonction pour laquelle ils ont été conçus (à savoir, transport de fluides sous pression, d'énergie électrique, d'informations, etc) en présence de feu et a des températures relativement élevées, de l'ordre de 850'C environ, et ce pendant un temps donné pendant lequel on va assurer un régime de secours. Parmi les solutions existantes, on connaît celle qui est décrite dans la Demande de Brevet FR-86 17740 et qui est représentée par une gaine de protection comportant: - un bandage de plusieurs couches en un matériau non organique, - un enroulement serré dispose sur ce bandage et réalisé en fil ou bande, en un matériau résistant à la température, - une gaine entourant cet enroulement et faisant manchette de compression, elle aussi constituée par un élément résistant à la chaleur et/ou au feu. De façon plus précise, le matériau inorganique précité est constitué par du mica qui est supporté par la face interne d'une bande de soie de 0 verre, de façon à -en faciliter l'application autour du tuyau; l'enroulement est constitué par des bandes de soie de verre recouvertes d'aluminium sur leur face extérieure, de façon à réfléchir la chaleur; la gaine faisant manchette de compression est constituée par un tissage en un matériau résistant à la chaleur et/ou au feu. Entre l'enroulement et la manchette de compression, on peut également disposer une gaine en céramique de répartition de la chaleur, réalisée à partir de fils de c fibres de céramique, éventuellement revêtus de métal. Une enveloppe supplémentaire, notamment réalisée en caoutchouc de silicone ignifuge et ayant une haute résistance à la déchirure, peut être appliquée à l'extérieur de la structure stratifiée de protection du lo tuyau évoquée plus haut. Toutefois, la solution connue de l'Art antérieur, que l'on vient de rappeler, comme d'autres solutions exlstantes d'ailleurs, présente l'inconvénient de modifier la souplesse propre (statique) du-tuyau ou,en genéral, de la structure allongée que l'on veut ainsi protéger. De plus, ces solutions augmentent la raideur dynamique et, par cela même, la génération de bruits face aux vibrations, ce qui peut être gênant dans certaines applications, notamment concernant les sous-marins. La présente invention s'est donc donné pour but de pourvoir à un revêtement pour structure allongée, telle que des tuyaux, des câbles électriques ou optiques, des canalisations pneumatiques ou hydrauliques, qui répond mieux aux nécessités de la pratique que les revêtements visant au même but antérieurement connus, notamment en ce que, tout en assurant le fonctionnement de ces structures pendant un temps donné nécessaire pour le maintien d'un régime de secours acceptable, il permet de conserver la souplesse propre (statique) des structures à protéger et d'assurer une faible variation de raideur dynamique avec faible production de bruit, et ce dans des conditiohs aggravées de température, notamment en cas d'incendie, pendant lesquelles peuvent se développer des températures relativement élevées, de l'ordre d'environ 850'C et même plus, tout en ne dégageant pas de produits toxiques, notamment de type halogéné, phosphoré, etc... La présente invention a pour objet un revêtement de protection pour structure allongée, telle que tuyau, câble électrique ou optique, canalisation pneumatique ou hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend: - une première pluralité de couches en matériau non organique ayant une structure appropriée pour emprisonner de l'air, tout en autorisant le maintien du fonctionnement de ladite structure allongée à des températures relativement élevées, de l'ordre d'au moins 850 C, et ce pendant un temps donné, de l'ordre d'au L moins plusieurs minutes, et - une deuxième pluralité de couches, chacune de ces couches etant disposée alternativement par rapport à chacune des couches de la première pluralité, de façon à ce que celles-ci se trouvent du côté interne, et étant réalisée en- un matériau faisant sensiblement barrière pour l'air emprisonné dans la couche correspondante de la première pluralité. Selon un mode de réalisation avantageux du revêtement conforme à l'invention, chaque couche emprisonnant de l'air est constituée par une couche textile, notamment à base de tresse, tissu, tricot ou nappe textile, en céramique, et chaque couche faisant barrière pour l'air est constituée par un film à base d'élastomère de silicone ignifugé, dont est enduite la ó surface externe des couches de la première pluralité. Selon une variante de réalisation préférée de ce mode de réalisation, chaque couche faisant barrière pour l'air est constituée par une couche bi-composite dont la couche la plus interne est réalisée à base de silice et alumine, alors que la couche la plus externe est réalisée en un film à base d'élastomère de silicone ignifugé. Selon une autre variante de réalisation préférée, les couches bi-composltes précitées constituent les barrières internes, alors que la barrière externe est constituée par un film à base d'élastomère de silicone ignifugé. Selon encore une autre variante de réalisation avantageuse, les barrières internes pour l'air sont uniquement realisées à base de silice et alumlne,. alors que la barrière externe est réalisée en un film à base d'élastomère de silicone ignifugé. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortlront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachements, d'un mode de réalisation du revêtement selon l'inventlor. qui correspond à une structure minimale de celui-ci; - la figure 2 est également une vue en perspective, avec arrachements, d'un mode de réalisation du revêtement selon l'invention qui correspond à une structure surdlmenslonnée par rapport à la structure minimale illustrée à la figure 1. Il doit être bien entendu, toutefois, que ce 3C dessin et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. La Demanderesse a réalisé deux prototypes. dont l'un correspond à une structure minimale, illustrée à la figure 1, alors que l'autre correspond à une structure surdimensionnée par rapport à celle-ci et illustrée à la figure 2, l'une et l'autre ayant donné satisfaction, comme le montrent les résultats des essais qui sont évoqués plus loin. Le premier prototype 10 comprend un revêtement 5 constitué de deux tresses de céramique la, lb encadrant une couche réfractaire 2 a base de silice et Jo alumlne, le tout étant revêtu d'un film 3 à base d'élastomère de silicone rendu ignifuge par incorporation d'une charge minérale, de préférence du type ne contenant pas de composants halogénés, phosphorés, etc... de façon à evlter le dégagement de produits toxiques lorsqu'ils sont soumis à l'action de la chaleur et/ou du feu. Ce revêtement est appliqué autour d'un tuyau flexible 4. Chacune des tresses de céramique la, lb est un excellent exemple de couche emprisonnant de l'air (elles sont en particulier du type commercialisé par la Société FERLAM), alors que la couche interne 2 à base de silice et alumine (par exemple du type commercialisé sous le nom de marque de fabrique "REFRATEX" par la Société BROCHER, qui en fait des rouleaux) et la couche externe 3 à base d'élastomère de silicone (notamment commercialisé par exemple par DOW CORNING, GENERAL ELECTRIC ou RHONE- POULENC) constituent des barrières efficaces pour l'air emprisonné dans les tresses de céramique. Pour un tuyau 4 ayant un diamètre interne de mm et un diamètre extérieur de 32 mm, on a obtenu un diamètre extérieur total de 52 mm comprenant le revêtement précité. Le tuyau ainsi revêtu a été soumis à un essai de résistance à l'incendie, qui consiste essentiellement à: - brancher le tuyau flexible recouvert du revêtement conforme à l'invention sur un circuit véhiculant le fluide pour lequel il a été conçu (notamment constitué par de l'eau), - soumettre le circuit à une pression intérieure statique de 200 bars, sans circulation du fluide, - monter le tuyau flexible en U au-dessus d'un récipient contenant de l'huile combustible développant une température de 850'C, de telle façon que la distance entre la surface de l'huile et le point le plus bas du flexible est égale à 30 cm, - détecter les températures dans des positions critiques à l'aide de thermocouples, en particulier la température Te à l'extérieur du revêtement (sur le point le plus bas du U et sur les côtés verticaux du U) et la température Ti à l'intérieur, entre le tuyau et sor. revêtement. Pour le premier prototype on a obtenu une température Ti = 300-C et le tuyau a supporté, pendant toute la durée de l'essai (et notamment pendant six minutes à 850 C) la pression de 200 bars. Ensu.te, le tuyau a été soumis à un contrôle visant = établir la capacité de tenue à la pression, après avoir subi l'action du feu, ainsi que la pression 2S d'éclatement: le tuyau a pu supporter une pression de 400 bars pendant une minute et a éclaté seulement à une pression de 830 bars, qui est une valeur supérieure de 30 bars' à celle imposée par le cahier des charges. En outre, on a comparé certaines propriétés mécaniques du tube souple intérieur (sans revêtement de protection), qui est du type à base d'élastomère, après l'avoir soumis à l'essai d'incendie, par rapport aux mêmes propriétés avant l'essai. Les résultats sont résumés dans le tableau suivant: Avant tenue Après tenue au feu au feu Dureté (Shore A) 70 72 Résistance à la rupture (MPa) 12,4 13,4 Allongement à la rupture (%) 357 312 et montrent qu'il n'y a pas eu d'évolution significative des propriétés du tube lntérleur qui, malgré une montée en température jusqu'à 300:C sur sa surface extérieure pendant six- minutes, a parfaitement gardé les performances hydrostatiques. On a soumis au même' essai de résistance à l'incendie le deuxième prototype 20 comprenant un revêtement 15 qui ne diffère de celui du premier prototype que pour la presence d'une troisième tresse de céramique lc et d'une deuxième couche réfractaire à base de silice et alumlne 2b, les trois tresses de céramique la, lb et lc étant alternées avec les deux couches réfractaires, 2a et 2b, le tout étant recouvert également dans ce cas par un film 3 à base d'élastomère de silicone ignifugé. L'application de ce revêtement 15 a donné lieu à un diamètre extérieur total de 64 mm pour un même tuyau 20 x 32 mm (ce qui signifie que l'adoption de la structure minimale pour le revêtement du premier prototype permet de diminuer le diamètre extérieur total de 64 - 52 = 12 mm). La mesure de la température Ti pour le deuxième prototype a donné' la valeur Ti: 100'C, cette solution étant donc avantageuse lorsque les fluides à véhiculer sont sensibles à la -température et ne suppor- teraient pas une montée de celle-ci jusqu'à 300'C,valeur qui est atteinte avec le revêtement du premier prototype. Bien entendu, ce dernier peut être adopté toutes les fois que les contraintes de températures ne sont pas très strictes. On a également soumis les deux prototypes à des essais visant à mesurer la variation de raideur dynamique du tuyau équipé du revêtement selon l'invention par rapport au tuyau dépourvu de ce revêtement et, dans !O chaque cas, on a pu vérifier que cette variation ne dépasse pas, dans les conditions d'essai, la valeur de dB, ce qui est une performance parfaitement acceptable dans ce genre d'application. A toutes fins utiles, il y a lieu.de rappeler ici essentiellement que les mesures de raideur dynamique s'effectuent sur le tuyau disposé en U avec un rayon de cintrage minimal et une longueur définis par les spécifications d'essai: une extrémité du U est fixe, alors que l'autre extrémité est libre et est soumise à l'action d'une fcrce à l'aide d'un excitateur dynamique. Dans ces conditions, la raideur dynamique transmise est définie comme le rapport K de la force transmise à l'extrémité fixe sur le déplacement de l'extrémité libre. Bien entendu, il existe 6 coefficients K, correspondant aux 3 déplacements et aux 3 rotations possibles de l'extrémité libre du U. Ces coefficients dépendent de la fréquence des déplacements (linéaires ou angulaires) imposés dans une bande de. fréquences comprises par exemple entre 10 Hz et 5 000 Hz. La raideur K est mesurée en dB, à savoir comme 20 log K. On a ainsi réalisé un revêtement de protection dont les performances exceptionnelles sont dues au fait que l'on utilise les propriétés isolantes thermiques exceptionnelles de l'air lorsque l'on évite les mouvements de convection de celui-cl, ce qui est obtenu justement en fractionnant l'épaisseur du revêtement en compartiments annulaires minces emprisonnant de l'air et delimités chacun vers l'extérieur à l'aide d'une barrèlere pour l'air qui y est contenu. Il doit être blen entendu que chaque barrière pour l'air ne doit pas être considérée comme étant nécessairement étanche à l'air, mals comme capable d'éviter ou de réduire fortement les mouvements de l'air emprisonne dans les compartiments annulaires minces précités, en sorte qu'il ne passe pas ou presque pas d'un compartiment à l'autre. En même temps, cette solution confère une souplesse exceptionnelle au revêtement de facon telle IS que son appilcatibn sur une structure allongée souple à protéger ne modlfle pas la souplesse de celle-cl dans son ensemble. et ne modifie que très iégerement la raideur dynamlque. Ainsl que cela ressort de ce qu: précede, 2O l'inventlon-ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'applicaticn qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans 2S s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention, telle que définie par les revendications. En particulier, on peut également prévoir dans chaque cas l'application sur le revêtement conforme à l'invention d'une couche externe métallique de protection du revêtement lui-même, qui est avantageusement réalisée en un tissu métallique, notamment tressé et en- acier inoxydable, par exemple du type commercialisé sous le nom de marque de fabrique "BEKINOX" par la Société BEKAERT. Cette disposition permet que le revêtement reste intact après avoir été exposé accidentellement au feu, tout en 2: ne modifiant que très légèrement la raideur dynamique du tuyau dans son ensemble. L'utilisation de cette couche externe en un tissu métallique peut être prévue également dans le cas o la couche 3 des deux prototypes illustrés aux figures 1 et 2 est réalisée, comme la couche 2 ou les couches 2a et 2b, à base de silice et alumine, au lieu d'être réalisée à base d'élastomère de silicone ignifugé, -à savoir dans le cas o toutes les couches faisant barrière pour l'air sont réalisées dans le même matériau (qui, en particulier, peut être à base de silice et alumine)-, de même que lorsque toutes les barrières pour l'air diffèrent l'une par rapport à l'autre. REVENDICATIONS 1.- Revêtement de protection pour structure allongée, telle que tuyau (4), câble électrique ou optique, canalisation pneumatique ou hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend: - une première pluralité de couches (lalb; la-lc) en matériau non organique ayant une structure appropriée pour emprisonner de l'air, tout en autorisant le maintien du fonctionnement de ladite structure Io allongée à des températures relativement élevées, de l'ordre d'au moins 850 C, et ce pendant un temps donné, de l'ordre d'au moins plusieurs minutes, et - une deuxième pluralité de couches (2; 2a- 2b), chacune de ces couches étant disposée alternativement par rapport à chacune des couches (la- lb; la-lc) de la première pluralité, de façon à ce que celles-ci se trouvent du côté interne, et étant réalisée en un matériau faisant sensiblement barrière pour l'air emprisonné dans la couche correspondante de la première {SU pluralité. 2.- Revêtement de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque couche emprisonnant de l'air est constituée par une couche textile (la, lb, lc), notamment à base de tresse, tissu, tricot ou nappe textile, en céramique. 3.- Revêtement de protection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque couche faisant barrière pour l'air est constituée par un film (3) à base d'élastomère de silicone ignifugé, dont est enduite la surface externe des couches de la première pluralité. 4.- Revêtement de protection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque couche faisant barrière pour l'air est constituée par une couche bi-composite, dont la couche la plus interne est réalisée à base de silice et alumlne, alors que la couche la plus externe est réalisée en un film à base d'élastomère de silicone ignifugé. 5.- Revêtement de protection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chacune des couches faisant barrière interne pour l'air est constituée par une couche bi-composite dont la couche la plus interne est realisée à base de silice et alumine, alors que la couche la plus externe est réalisée en un film à base d'élastomère de silicone ignifugé, alors que la couche faisant barrière externe pour l'alr est constituée par un film à base d'élastomère de silicone ignifugé. 6.- Revêtement de protection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérise en ce que les barrières internes (2: 2a, 2b) pour l'air sont réalisées à base de silice et alumine, alors que la barrière externe (38 est réalisée en un film à base d'élastomère de silicone lgnifugé. 7.- Revêtement de protection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2. caractérisé en ce que chaque couche faisant barrière pour l'air est constituée par une couche à base de silice et alumine. 8.- Revêtement de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche externe métallique, réalisée en particulier en un tissu métallique, notamment tressé et en acier inoxydable. 9.- Structure allongée, telle que tuyau, câble électrique ou optique, canalisation pneumatique ou hydraulique, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un revêtement de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.