Brevet FR2706347A1 — publié le 19941223

Procédé et dispositif pour obtenir la rupture fragile d'éléments en acier L'invention concerne un procédé de sectionnement d'élément en acier appartenant à une structure à démanteler, caractérisé en ce que l'on porte la zone de rupture choisie de l'élément à sectionner à une température inférieure à la température de transition de l'acier concerné afin de le fragiliser et que l'on exerce alors une contrainte, mécanique ou thermique, sur ladite zone afin d'en obtenir la rupture. Les techniques de démolition de structures métalliques en acier actuellement employées font appel la plupart du temps à la rupture du matériau suivant des lignes, droites ou courbes, provoquée par des charges explosives à effet dirigé, notamment des charges dièdriques, dont on connaît parfaitement le rendement et les caractéristiques. L'emploi de ces charges présente un inconvénient majeur, résidant dans la nécessité d'utiliser des quantités importantes d'explosif, induisant des effets secondaires intolérables. Ce sont notamment le bruit et l'onde de choc aérienne. Dans le cas de charges appliquées contre l'élément à couper, les charges utilisées sont encore plus élevées et les effets encore plus importants. Ces effets interdisent donc l'emploi de ces charges dans un environnement sensible, par exemple en zone urbaine. L'invention a donc pour but de permettre le sectionnement d'éléments en acier, notamment des profilés, des tubes, ou de tous autres éléments de structures métalliques, efficacement tout en évitant les inconvénients précités. Une caractéristique connue des aciers est de devenir fragiles lorsqu'ils sont portés à une très 2 2706347 basse température. Un simple choc, souvent de faible énergie suffit alors pour rompre l'élément. Les aciers tels par exemple que ceux utilisés en construction métallique, ou pour de la tuyauterie d'installations industrielles dans des installations à pression, sont définis par leur niveau de résilience mesurée sur éprouvette. La température pour laquelle on passe d'une rupture ductile à une rupture fragile, sans déformation, est appelée température de transition. Cette température de transition est conventionnellement choisie pour une nuance d'acier par un niveau donné de résilience. L'invention consiste en un procédé et un dispositif permettant d'abaisser la température d'une zone d'éléments en acier afin d'utiliser cette propriété de fragilisation à basse température pour les sectionner avec un minimum d'énergie sous forme de choc mécanique (mouton de choc ou petite quantité d'explosifs ou thermique. Ce but est atteint grâce au procédé selon l'invention en ce que l'abaissement de la température de ladite zone est obtenu en confinant de l'azote liquide dans un espace délimité autour de cette zone pendant un temps suffisant pour abaisser la température de l'acier au- dessous de la température de transition. Ce confinement de l'azote est obtenu par congélation d'eau entourant l'espace dans lequel est injecté l'azote liquide. Pour cela, selon l'invention, on applique une matière autour de la zone à refroidir afin de créer un noyau de moulage, on place sur la zone à refroidir à une certaine distance au-dessus de ladite matière formant noyau un moule démontable destiné à confiner l'ensemble, on moule une matière spongieuse dans l'espace compris entre le noyau et la paroi du moule, on ouvre le moule, 3 2706347 on retire le noyau, on trempe la matière spongieuse dans l'eau, on remet en place la matière spongieuse imbibée d'eau ainsi que le moule, et on injecte l'azote liquide dans l'espace, compris entre la matière spongieuse et l'élément à refroidir, laissé vide par le retrait du noyau, l'eau imbibant la matière spongieuse étant immédiatement congelée et assurant alors le confinement de l'azote. Selon l'invention, le dispositif comporte: a) un moule constitué de deux demi-coquilles destiné à entourer la zone à refroidir et pourvues de moyens de verrouillage, b) un corps spongieux remplissant l'intérieur du moule en épousant sa forme et ménagent un espace vide autour de la zone à refroidir de l'élément, c) le corps spongieux comportant un canal de liaison entre l'extérieur et l'espace vide intérieur afin de permettre l'injection de l'azote liquide dans ledit espace vide. La contrainte exercée sur la zone fragilisée peut être provoquée par un projectile venant heurter ladite zone, par un choc thermique, ou par des charges d'explosif disposées contre l'élément dans la zone de rupture. L'invention sera mieux comprise au moyen d'exemples non limitatifs de réalisation décrits ci- apres. Sur les dessins, on a représenté: Figure 1.: Une section d'un profilé en acier recouvert de la matière formant noyau avec une vue en perspective des deux demi-coquilles du moule avant mise en place; Figure 2.: Une vue en coupe et en perspective du dispositif de confinement de l'azote après moulage de la matière spongieuse. 4 2706347 Dans l'exemple représenté sur la figure 1, un profilé 1 de type IPN ou H doit être sectionné. Il a tout d'abord été entouré sur toutes ses faces de plaques de polystyrène expansé 2 dans la zone devant être sectionnée. Une fois le polystyrène mis en place, un moule cylindrique constitué de deux demi-coquilles 3, par exemple en carton, est refermé sur l'emplacement concerné du profilé et maintenu en place par verrouillages rapides. Une matière spongieuse M (mousse à solidification rapide) est alors injectée dans le moule entre le polystyrène expansé et les coquilles en carton. La prise de la matière spongieuse étant achevée, le moule est défait, la mousse découpée de façon à constituer deux demi-coquilles comme indiqué par la figure 2, et les plaques de polystyrène sont retirées. Les demi coquilles de mousse sont alors trempées dans l'eau puis remises en place autour du profilé et le moule refermé. A l'emplacement des plaques de polystyrène expansé subsiste un espace vide, dans lequel, par un canal 5 prévu lors du moulage de la mousse, de l'azote liquide est envoyé. Au contact de l'azote, l'eau contenue dans la mousse 3 se congèle et assure une étanchéité parfaite entre le profilé et l'extérieur pour 1 'azote contenu dans 1 'espace ménagé grâce au polystyrène et entre les deux demi-coquilles rendues parfaitement solidaires. La température de l'azote avoisinant les - 150 C, celle du profilé en cet endroit descend rapidement au-dessous de la température de transition. A ce moment là, la zone du profilé en question est fragilisée. En effet, lorsque la température de la structure à démanteler a diminué, les propriétés de résistance mécanique de l'acier ont augmenté alors que la ductilité a diminué. A partir d'une certaine température de l'acier, caractéristique de la qualité de l'acier, le matériau est devenu "fragile" et peut se 2706347 rompre de façon brutale sous l'action d'une faible énergie (choc thermique ou mécanique). Cette énergie est libérée soit par l'envoi d'un projectile, soit par explosion d'une ou plusieurs petites charges d'explosif disposée contre le profilé avant injection de l'azote, soit par le choc d'un mouton envoyé avec une énergie suffisante soit par un choc thermique. A titre d'exemple, un IPN de 200 d'acier A 37 amené à une température voisine de -50 C éclate aisément sous l'effet du choc d'un mouton de 900 Kg tombant d'une hauteur de 0,5 m, ce qui donne une énergie d'environ 5 KJ. Le confinement de l'azote par la glace a plusieurs avantages: Dans le moule en carton qui maintient en contact les deux demi-coquilles, l'augmentation de la pression due à la congélation de l'eau assure l'étanchéité du confinement, et une adhérence parfaite entre elles des deux coquilles. Lorsque la température de l'ensemble descend rapidement grâce à la vaporisation de l'azote, la couche de glace assure un très bon rendement de la réfrigération en confinant parfaitement les frigories. Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour rompre des profilés en I, en H ou de toute autre section complexe, par exemple des piliers constitués d'un I et de deux H formant une croix potencée. On trouve de telles dispositions dans les charpentes métalliques des années 50. Il peut également être appliqué à la rupture de formes cylindriques ou tubulaires, à section circulaire ou rectangulaire (poutres en caisson). Alors que la rupture ductile de matériaux relativement élastiques comme l'acier demande un calcul très précis des énergies nécessaire, car tout dépassement de l'énergie mise en oeuvre provoque des projections de débris de métal pouvant être très dangereuses, la rupture fragile au dessous de leur température de transition ne requiert que des charges très faibles, ce qui limite considérablement les risques de projection, le bruit et par conséquent les protections nécessaires à la source. REVENDI CATIONS 1. - Procédé de fragilisation d'un élément en acier par refroidissement d'une zone de cet élément, en vue de sa rupture, caractérisé en ce que l'abaissement de la température de ladite zone est obtenu en confinant de l'azote liquide dans un espace délimité autour de cette zone pendant un temps suffisant pour abaisser la température de l'acier au-dessous de la température de transition. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le confinement de l'azote est obtenu par congélation d'eau entourant l'espace dans lequel est injecté l'azote liquide. 3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le confinement de l'azote liquide sur la zone à refroidir on applique une matière autour de la zone à refroidir afin de créer un noyau de moulage, on place sur la zone à refroidir à une certaine distance au-dessus de ladite matière formant noyau un moule démontable destiné à confiner l'ensemble, on moule une matière spongieuse dans l'espace compris entre le noyau et la paroi du moule, on ouvre le moule, on retire le noyau, on trempe la matière spongieuse dans l'eau, on remet en place la matière spongieuse imbibée d'eau ainsi que le moule, et on injecte l'azote liquide dans l'espace, compris entre la matière spongieuse et l'élément à refroidir, laissé vide par le retrait du noyau, l'eau imbibant la matière spongieuse étant immédiatement congelée et assurant alors le confinement de l'azote. 8 2706347 4. - Dispositif de confinement de l'azote liquide autour d'une zone d'un élément en acier à refroidir, caractérisé en ce qu'il comporte: a) un moule constitué de deux demi-coquilles destiné à entourer la zone à refroidir et pourvues de moyens de verrouillage, b) un corps spongieux remplissant l'intérieur du moule en épousant sa forme et ménagent un espace vide autour de la zone à refroidir de l'élément, c) le corps spongieux comportant un canal de liaison entre l'extérieur et l'espace vide intérieur afin de permettre l'injection de l'azote liquide dans ledit espace vide. 5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la contrainte exercée sur la zone fragilisée est provoquée par un projectile venant heurter ladite zone. 6. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la contrainte exercée sur la zone fragilisée est provoquée par un choc thermique. 7. - Procédé selon la revendication 3, caractérise en ce que la contrainte exercée sur la zone fragilisée est provoquée par des charges d'explosif disposées contre l'élément dans la zone de rupture.