Brevet FR2737816A1 — publié le 19970214

MATERIAU COMPOSITE POUR LA PROTECTION D'OBJETS ENTERRES, PROCÉDÉ DE PROTECTION DE C BLES DE TRANSPORT D'ÉILECTRICITÉ AU MOYEN DUDIT MATÉRIAU ET ENSEMBLE DE C BLES CORRESPONDANT. La présente invention concerne un matériau composite pour la protection d'objets enterrés et son utilisation pour la protection de câbles de transport d'électricité enterrés. Les câbles électriques permettant le transport de l'électricité, notamment sous moyenne tension, ont généralement un revêtement en matière plastique comme le polyéthylène; un transport de courant triphasé sous moyenne tension est généralement effectué au moyen de trois câbles de phase ayant un diamètre d'environ 40 mm et d'un câble neutre ayant un diamètre d'environ 10 mm, le câble neutre étant généralement mis en place entre les trois câbles de phase. Cet ensemble de câbles est enterré dans une tranchée ayant généralement une largeur d'environ 30 cm et une profondeur d'environ 80 cm; il n'est pas possible de remblayer la tranchée avec la terre de déblai qui, du fait des cailloux qu'elle contient, risquerait d'abîmer le revêtement des câbles; on remplit donc la tranchée avec du sable, ce qui génère un coût élevé pour la mise en place de la ligne de transport d'électricité, d'autant plus que les déblais doivent être évacués. L'utilisation du sable pour le remblayage présente l'avantage de favoriser l'échange thermique des câbles avec l'extérieur: on connaît en effet l'importance de ce transfert thermique sur le plan du rendement de l'exploitation, la température de surface des câbles due à l'effet Joule limitant la puissance électrique transportable par les câbles. Dans la demande de brevet français FR-A-2 706 695, on a déjà proposé un dispositif de protection pour câbles électriques enterrés. Ce dispositif comprend deux nappes de textile délimitant un espace interne rempli d'un matériau particulaire ayant des propriétés de transfert thermique analogues à celles du sol, les deux nappes de textile étant celles d'un textile à double paroi, ces deux nappes étant reliées entre elles par une pluralité de fils transversaux de liaison; le textile à double paroi ainsi rempli de matériau particulaire forme un matelassage. Comme matériau particulaire, on a proposé le sable, ce qui permet de bénéficier d'une bonne capacité de refroidissement des câbles dans le sol. Le matelassage ainsi créé permet de remblayer les tranchées au moyen des matériaux de déblai sans risque de détérioration des câbles qui sont protégés par ledit matelassage. Néanmoins, on a constaté que pour les transports électriques sous moyenne tension, par exemple sous 20 KV, le système décrit dans la demande de brevet français précitée présente quelques inconvénients: en effet, l'ensemble de câbles présente extérieurement les surfaces des trois câbles de phase et les rayons de ces câbles étant faibles, à savoir environ 20 mm, le matelassage ne peut épouser la surface externe desdits câbles car, compte-tenu du textile double paroi utilisé, il a une épaisseur minimum d'environ 15 mm, ce qui entraîne la formation de plis sur sa face interne; ces plis nuisent au transfert thermique entre les câbles et le sable et réduisent par conséquent les performances de ce dispositif de protection. Par ailleurs, compte-tenu du coût du textile double paroi utilisé pour la réalisation du matelassage et compte-tenu de l'épaisseur minimum nécessaire pour assurer la protection, on aboutit à un coût de réalisation relativement élevé, peu compétitif par rapport au simple remplissage de la tranchée avec du sable. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer un nouveau matériau utilisable pour la protection d'objets enterrés, ce matériau ayant des propriétés de transfert thermique analogues à celles du sol et ayant un prix de revient beaucoup plus réduit que celui du matelassage décrit dans la demande de brevet français FR-A-2 706 695. Selon l'invention, on propose un matériau de protection qui est également constitué d'une association textile/sable, mais dans lequel le textile est une nappe de non-tissé formée de fibres relativement grosses, nappe dont une face est revêtue d'une feuille de rétention constituée par un textile tissé ou un film, la nappe de non-tissé étant chargée d'un matériau particulaire tel que du sable, notamment siliceux; le non-tissé a une rigidité propre et il existe un espacement moyen entre les fibres qui est suffisant pour la pénétration du matériau particulaire, la feuille de rétention ayant pour but d'éviter que ledit matériau particulaire ne s'échappe par gravité lorsqu'il a été mis en place dans la nappe de non-tissé. La présente invention a, en conséquence, pour objet un matériau composite souple pour la protection d'objets enterrés ayant des propriétés de transfert thermique analogues à celles du sol, caractérisé par le fait qu'il comporte: a) une nappe de non-tissé de fibres naturelles et/ou synthétiques ayant une épaisseur comprise entre 8 et 25 mm sous 2 kPa et un poids compris entre 500 g/m2 et 2 500 g/m2, les fibres constitutives du non-tissé ayant un diamètre compris entre 50 et 500 tm et une longueur comprise entre 10 et 100 mm; b) une feuille de rétention constituée ou bien d'un tissé de bandelettes ou de fils de 150 à 2 200 dtex, ce tissé étant constitué de fibres naturelles et/ou synthétiques, ou bien d'un film, ladite feuille de rétention ayant un poids compris entre 80 et 200 g/m2 et étant fixée sur une face de ladite nappe par tout moyen approprié; c) une charge particulaire de remplissage ayant des propriétés de transfert thermique analogues à celles du sol et ayant une dimension moyenne D de particules inférieure à 1 000 /m, D étant choisi suffisamment faible pour que la charge puisse remplir la nappe de non-tissé par pénétration gravitaire sous vibrations à partir de sa face non recouverte par ladite feuille de rétention et suffisamment grand pour qu'elle ne puisse pas, de façon significative, traverser ladite feuille de rétention au cours du remplissage de ladite nappe; d) une couche de fermeture mise en place au moins du côté de la nappe qui n'est pas adjacent à la feuille de rétention, grâce à une imprégnation au moins superficielle de la nappe au moyen d'un agent de liaison générant une liaison entre les fibres de la nappe munie de sa charge de remplissage. Selon un mode préféré de réalisation, la charge particulaire est choisie dans le groupe formé par le sable, les silicates, les micas, les billes d'argile et les billes de verre; on préfere le sable. Selon une première variante, la charge particulaire de remplissage contient de l'argile et l'agent de liaison est de l'eau, auquel cas la couche de fermeture s'étend sensiblement sur toute l'épaisseur de la nappe; selon une autre variante, l'agent de liaison est un liant, qui peut être choisi dans le groupe formé par le bitume ou une résine sous forme d'émulsion, la bentonite sous forme de suspension ou une colle naturelle ou synthétique; un tel liant peut être mis en place par pulvérisation ou aspersion de la nappe de non-tissé comportant sa charge particulaire de remplissage et, dans ce cas, la couche de fermeture n'est généralement réalisée qu'au voisinage d'une face de la nappe, donc sur une épaisseur inférieure à celle de la nappe. La mise en place du liant peut s'effectuer en deux temps, à savoir d'une part, l'aspersion au moyen d'un matériau polymérisable et d'autre part, ensuite, l'aspersion au moyen d'un catalyseur de polymérisation. On peut avantageusement prévoir que la couche de fermeture comporte aussi un feuillet fibreux, tel qu'un non-tissé ou un papier, ledit feuillet fibreux pouvant être constitué de fibres naturelles ou synthétiques et ayant, de préférence, un grammage compris entre 20 et 40 g/m2. Un tel feuillet fibreux est alors fixé sur la nappe de non- tissé par tout moyen approprié, par exemple par collage. Cependant, dans le cas o l'agent de liaison est constitué d'un liant mis en place superficiellement, de façon répartie, sur la nappe, ledit liant peut jouer le rôle de moyen de fixation du feuillet fibreux en même temps que son rôle générateur de liaisons entre les fibres de la nappe pour le blocage de la charge de remplissage à l'intérieur de ladite nappe. L'utilisation d'un feuillet fibreux permet de réduire la quantité d'agent de liaison à mettre en place par unité de surface et il a, en outre, l'avantage de résoudre les problèmes de bords pour chaque élément de matériau composite fabriqué. En effet, si l'on fabrique une plaque ou une bande de matériau composite selon l'invention, les bords de l'élément fabriqué ont tendance à laisser s'échapper la charge particulaire mise en place dans la nappe; lorsque le matériau composite comporte un feuillet fibreux, on peut replier ledit feuillet sur les bords de l'élément fabriqué et le fixer, par exemple par collage, sur lesdits bords, ce qui évite toute fuite de la charge particulaire de remplissage et facilite, de ce fait, une manipulation mécanisée de l'élément fabriqué en vue de son utilisation. On peut avantageusement prévoir que la feuille de rétention soit fixée à une face de la nappe de non-tissé par aiguilletage ou collage. La cohésion des fibres de la nappe de non-tissé peut être assurée par aiguilletage. Lorsque la feuille de rétention est un film, sa solidarisation avec la nappe de non-tissé peut néanmoins être effectuée par aiguilletage, auquel cas le film est perforé par l'aiguilletage mais les perforations étant obstruées par les fibres du non-tissé, la feuille de rétention peut néanmoins jouer complètement son rôle. Pour réaliser le matériau selon l'invention, on fabrique un produit textile intermédiaire constitué par une nappe de non-tissé comportant sur une de ses faces une feuille de rétention solidarisée avec elle et on dispose ce produit textile intermédiaire sur une table vibrante, la feuille de rétention se trouvant au-dessous de la nappe de non-tissé. On remplit alors la nappe de non-tissé avec la charge particulaire de remplissage en versant celle-ci, de façon répartie, sur la face supérieure de la nappe de non-tissé; le matériau particulaire est ensuite bloqué in situ par mise en place de la couche de fermeture. L'invention a également pour objet un procédé de protection de câbles électriques enterrés, caractérisé par le fait que l'on entoure les câbles à protéger d'un matériau, tel que ci-dessus défini. La présente invention a enfin pour objet un ensemble de câbles électriques enterrés protégé extérieurement contre les chocs au moyen d'une enveloppe, caractérisé par le fait que ladite enveloppe est constituée par un matériau tel que ci-dessus défini, sous forme d'un ruban refermé autour des câbles dans sa largeur. Le matériau de protection ci-dessus défini est d'une fabrication plus simple et donc plus économique que le matelassage défini dans la demande de brevet français FR-A-2 706 695; le coût est encore réduit par le fait que la nappe de non-tissé est plus économique qu'un textile double paroi. Par ailleurs, le matériau particulaire est beaucoup mieux bloqué dans la nappe de non-tissé que dans le tissu double paroi. Il en résulte que la résistance aux chocs, qui est désirée pour le matériau de protection à utiliser autour des câbles électriques, peut être obtenue avec une épaisseur moindre: au lieu d'un matelassage de 15 mm, il suffira d'un matériau composite selon l'invention d'une épaisseur de 10 mm environ; cette réduction d'épaisseur entraîne simultanément une réduction de poids d'un tiers et donc une diminution des coûts de transport. En outre, la réduction d'épaisseur permet de stocker, sur un touret de poids donné, une longueur 1 fois et demie plus grande avec le matériau selon l'invention. Enfin, la réduction d'épaisseur du matériau de protection entraîne une flexibilité plus grande dudit matériau, cette flexibilité étant d'ailleurs favorisée par la structure de non-tissé de la nappe qui retient le matériau particulaire; il en résulte un meilleur contact thermique du matériau de protection avec les câbles électriques puisqu'on évite les plis de la face du matériau qui vient en appui sur la surface externe des câbles; en outre, dans la zone de creux existant entre deux câbles de phase d'un même ensemble de câbles, le matériau selon l'invention peut former une concavité qui le rapproche de l'ensemble de câbles, étant entendu que, selon une variante, on peut mettre en place un matériau particulaire, tel que du sable siliceux, à l'intérieur du volume défini par le matériau composite, dans les interstices entre les câbles. Grâce à la mise en oeuvre de l'invention, il n'est plus nécessaire de déverser du sable en vrac dans la tranchée pratiquée pour la mise en place d'une ligne de transport électrique; on peut, de plus, faire une tranchée moins large, par exemple de 15 cm au lieu de 30 cm; en effet la largeur des tranchées faites jusqu'ici prend en compte, par mesure de sécurité, l'éventualité d'un reste de cailloux et/ou d'une déformation des parois au cours de la pose; on peut également réduire, par exemple de quelques centimètres, la profondeur de ladite tranchée puisque l'ensemble de câbles, protégé selon l'invention, peut être déposé directement sur le fond même de la tranchée. L'ensemble de câbles protégé selon l'invention comporte donc un matériau composite souple mis en place autour d'une pluralité de câbles préréunis, cet ensemble ayant une section de forme générale triangulaire dont le matériau de protection qui entoure les câbles est réalisé en un seul panneau à bords jointifs ou à bords recouvrants. Le matériau composite selon l'invention peut aussi être utilisé pour protéger des objets enterrés autres que des câbles électriques tels que, par exemple, des citernes, des réservoirs, des canalisations pour le stockage ou le transport d'eau, de gaz, de produits pétroliers ou analogues. Le matériau selon l'invention peut enfin être utilisé comme moyen de filtration, par exemple pour la récupération des eaux pluviales. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de mise en oeuvre représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure 1 représente en coupe une nappe de matériau composite selon l'invention; - la figure 2 représente, en coupe transversale, un ensemble de câbles d'une ligne de transport électrique triphasé protégée selon l'invention au moyen d'un ruban du matériau composite de la figure 1; - la figure 3 représente, en coupe transversale, une tranchée pour la mise en place de l'ensemble de câbles protégé de la figure 2. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 1 dans son ensemble le matériau composite souple selon l'invention. Ce matériau 1 est constitué d'une nappe de non-tissé 2 et d'une feuille de tissé 3 qui recouvre l'une des faces de la nappe 2. La nappe 2 est constituée de fibres de polypropylène ou de polyéthylène de 150 dtex ayant un diamètre d'environ 120-130 /m. On rappelle qu'une fibre de 1 tex est une fibre pesant 1 gramme/km; il en résulte qu'une fibre de 150 dtex est une fibre pesant 15 grammes/km. La nappe de non-tissé 2 pèse 1 000 grammes/m2 et a une épaisseur de 12 mm sous 2 kPa (surpression relative créée par une plaque posée sur la nappe). La cohésion de cette nappe est obtenue par aiguilletage. La longueur des fibres de la nappe 2 est d'environ 50 mm. La feuille de rétention 3 est un tissé de fils de polypropylène de 200 dtex, ce tissé ayant un poids de 100 grammes/m2. La feuille de rétention 3 est fixée sur la nappe 2 par aiguilletage. Lorsque ce produit textile composite est réalisé, on le met en place sur une table vibrante, la feuille de rétention 3 étant au contact avec ladite table vibrante, et on verse de façon répartie un sable siliceux, dont les particules ont un diamètre moyen compris entre 50 et /m; on charge la nappe 2 de sable à raison d'environ 15 000 grammes/m2, le sable ne traversant pas la feuille de rétention 3. On pulvérise ensuite sur la face supérieure de la nappe 2 ainsi chargée une émulsion de bitume dans l'eau comprenant 500 grammes de bitume par litre, la pulvérisation étant effectuée jusqu'à ce que l'on mette en place environ 700 grammes de bitume par m2 de nappe. On dépose ensuite un feuillet fibreux 20 sur la face supérieure de la nappe 2; ce feuillet fibreux 2 est un non-tissé de fibres de polypropylène de 30 g/m2 ayant une épaisseur d'environ 100 #m. Le bitume assure la liaison de ce feuillet fibreux 20 avec la nappe 2. Le produit ainsi obtenu est mis en forme pour constituer un ruban d'une largeur constante d'environ 350 mm. En se reportant à la figure 2, on voit une ligne de transport électrique qui compte trois câbles de phase 4, 5, 6, disposés en triangle autour d'un câble neutre 7 de plus faible section; en général, cet ensemble de câbles est conditionné en bobines de grand diamètre; les câbles 4 à 7 peuvent ou non être maintenus dans leur position relative représentée sur la figure 2 grâce à un torsadage, de forme hélicoïdale, de l'ensemble des câbles, de sorte qu'il est plus aisé de dérouler la bobine qui le constitue sans difficulté particulière, à la manière d'un câble unique. L'ensemble de câbles 4 à 7 est entouré d'un matériau de protection 1 formé en un ruban, dont la largeur permet d'entourer complètement l'ensemble des câbles. La souplesse du matériau 1 permet d'envelopper au maximum l'enveloppe extérieure de l'ensemble des câbles, les bords du ruban qui permet l'enveloppage étant jointifs en 8; des ondulations rentrantes 9, 10, 11 pénètrent, au moins partiellement, dans le creux existant entre deux câbles de phase voisins pour augmenter la surface de contact avec les câbles et améliorer ainsi le transfert thermique. L'ensemble de câbles protégé (12) représenté sur la figure 2 est mis en place dans le sol à l'intérieur d'une tranchée 100 qui est représentée sur la figure 3. La tranchée 100 a 15 cm de largeur et 70 cm de profondeur; l'ensemble de câbles représenté sur la figure 2 est allongé sur le fond de la tranchée; on remplit alors la tranchée 100 avec le déblai 101 obtenu lors de la création de la tranchée 100 en interposant à une certaine distance du sol, comme cela est connu en soi, un grillage 102 avertisseur. REVENDICATIONS 1 - Matériau composite souple (1), utilisable notamment pour la protection d'objets enterrés et ayant des propriétés de transfert thermique analogues à celles du sol, caractérisé par le fait qu'il comporte: a) une nappe (2) de non-tissé de fibres naturelles ou synthétiques ayant une épaisseur comprise entre 8 et 25 mm sous 2 kPa et un poids compris entre 500g/m2 et 2 500 g/m2, les fibres constitutives du non-tissé ayant un diamètre compris entre 50 et 500 Am et une longueur comprise entre 10 et 100 mm; b) une feuille de rétention (3) constituée ou bien d'un tissé de bandelettes ou de fils de 150 à 2 200 dtex, ce tissé étant constitué de fibres naturelles ou synthétiques, ou bien d'un film, ladite feuille de rétention ayant un poids compris entre 80 et 200 g/m2 et étant fixée sur une face de ladite nappe (2) par tout moyen approprié; c) une charge particulaire de remplissage ayant des propriétés de transfert thermique analogues à celles du sol et ayant une dimension moyenne D de particules inférieure à 1 000 tm, D étant choisi suffisamment faible pour que la charge puisse remplir la nappe de non-tissé (2) par pénétration gravitaire sous vibrations à partir de sa face non recouverte par ladite feuille de rétention (3) et suffisamment grand pour qu'elle ne puisse pas, de façon significative, traverser ladite feuille de rétention (3) au cours du remplissage de ladite nappe (2); d) une couche de fermeture mise en place au moins du côté de la nappe (2), qui n'est pas adjacent à la feuille de rétention (3), grâce à une imprégnation au moins superficielle de ladite nappe (2) au moyen d'un agent de liaison générant une liaison entre les fibres de la nappe (2) munie de sa charge de remplissage. 2 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche de fermeture comporte un feuillet fibreux (20). 3 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le feuillet fibreux (20) est un non-tissé ou un papier constitué de fibres naturelles ou synthétiques. 4 - Matériau selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le feuillet fibreux (20) a un grammage compris entre 20 et 40 g/m2. -Matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la charge particulaire est choisie dans le groupe formé par le sable, les silicates, les micas, les billes d'argile et les billes de verre ou leurs mélanges. 6 - Matériau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la charge particulaire contient de l'argile, du ciment ou du platre et que l'agent de liaison est de l'eau. 7 - Matériau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'agent de liaison est un liant. 8 - Matériau selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le liant est choisi dans le groupe formé par le bitume ou une résine sous forme d'émulsion, la bentonite sous forme de suspension, une colle naturelle ou synthétique ou un matériau polymérisable au moyen d'un catalyseur. 9 - Matériau selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que le liant est mis en place par pulvérisation ou aspersion de la nappe (2) de non-tissé comportant sa charge particulaire de remplissage. - Matériau selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la feuille de rétention (3) est fixée sur une face de la nappe (2) par aiguilletage ou collage. 11 - Matériau selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la cohésion des fibres de la nappe de non- tissé (2) est assurée par aiguilletage. 12 - Procédé de protection de câbles électriques enterrés, caractérisé par le fait que l'on entoure les câbles (4, 5, 6) à protéger d'un matériau selon l'une des revendications 1 à 11. 13 - Ensemble (12) de câbles électriques enterrés protégé extérieurement contre les chocs au moyen d'une enveloppe, caractérisé par le fait que ladite enveloppe est constituée par un matériau (1) selon l'une des revendications 1 à 11 sous forme d'un ruban refermé autour des câbles (4, 5, 6) dans sa largeur.