Brevet FR2744517A1 — publié le 19970808

La présente invention concerne un réservoir de fluide sous pression, présentant une structure composite et susceptible de résister à des pressions internes élevées, par exemple de quelques dizaines ou centaines de bars. Par le brevet britannique GB-A-1 023 011 et le brevet allemand DE-A-25 38 433, on connaît déjà un tel réservoir, comportant - une enveloppe interne, étanche aux gaz et ayant une forme générale cylindrique avec deux extrémités bombées, l'une au moins desdites extrémités bombées étant pourvue d'un orifice central prolongé vers l'extérieur par un col axial saillant - deux pièces polaires rigides rapportées aux extrémités bombées de ladite enveloppe interne, l'une au moins desdites pièces polaires comportant un goulot solidaire d'une embase en forme de coupelle et étant rapportée à ladite extrémité bombée pourvue dudit col de façon que ladite embase soit appliquée et solidarisée de la partie de cette dernière extrémité bombée entourant ledit col et que ledit col soit solidarise dudit goulot ; et - une enveloppe externe de renforcement, réalisée en matière composite fibres-résine et recouvrant au moins partielle ment lesdites pièces polaires, et notamment ladite embase solidaire du goulot. Pour construire un tel réservoir - on commence à réaliser ladite enveloppe interne, étanche aux gaz ; puis - on met en place lesdites pièces polaires sur lesdites extrémités bombées de ladite enveloppe interne ; et ensuite - on réalise ladite enveloppe externe de renforcement par bobinage de fibres résistantes (verre, carbone, etc ...) enrobées de résine durcissable (polyester par exemple), directement sur ladite enveloppe interne, pourvue desdites pièces polaires et servant à cet effet de mandrin de bobinage. Pendant un tel bobinage, ladite enveloppe interne est maintenue par lesdites pièces polaires de sorte que, pour obtenir une enveloppe externe bobinée de qualité, il est indispensable que la mise en place desdites pièces polaires sur l'enveloppe interne avant bobinage soit effectuée avec une grande précision. Par ailleurs, on a constaté que dans les réservoirs de fluide sous pression du type rappelé ci-dessus, la solidarisation entre le col de l'enveloppe interne et le goulot de la pièce polaire correspondante était souvent critique en ce qui concerne l'étanchéité du réservoir aux pressions élevées. L'expérience a montré que, du point de vue de l'étan chéité, une liaison satisfaisante entre le col de l'enveloppe interne et le goulot de la pièce polaire correspondante est celle qui est illustrée par le document DE-A-25 38 433 mentionné ci-dessus et dans laquelle cette dernière pièce polaire comporte une gorge annulaire, coaxiale audit goulot et dans laquelle au moins la plus grande partie de la longueur du col est logée de façon que les parois interne et externe dudit col soient chacune ancrées à la paroi, respectivement en regard, de ladite gorge. Dans ce document allemand, le col de l'enveloppe interne et ladite gorge annulaire sont tronconiques, tandis que la pièce polaire est réalisée en deux parties délimitant entre elles ladite gorge annulaire et aptes à se déplacer l'une par rapport à l'autre, de façon que ledit col puisse être pincé par effet de coin entre lesdites deux parties de la pièce polaire. On obtient donc l'ancrage -dudit col sur ladite pièce polaire, aussi bien du côté interne que du côté externe dudit col.Toutefois, un tel système d'ancrage du col de l'enveloppe interne sur la pièce polaire correspondante n'est utilisable que pour des enveloppes internes réalisées en une matière rigide résistant à l'écrasement, tel que par exemple l'aluminium, et ne peut être mis en oeuvre pour des enveloppes internes en matière synthétique, par exemple en un chlorure de polyvinyle, telles que décrites par le document GB-A-1 023 011. Aussi, l'objet principal de la présente invention est, pour un réservoir de fluide sous pression du type rappelé cidessus, un système d'ancrage du col de l'enveloppe interne sur la pièce polaire associée qui - puisse être utilisé aussi bien pour des enveloppes inter nes rigides que pour des enveloppes en matière synthéti que - permette une mise en place précise de ladite pièce polaire associée au col de l'enveloppe interne, avant bobinage de l'enveloppe externe de renforcement ; et - assure une excellente étanchéité entre ledit col et ladite pièce polaire associée, même pour des pressions de gaz élevées à l'intérieur dudit réservoir. A cette fin, selon l'invention, le réservoir de fluide sous pression, du type decrit en préambule et dans lequel ladite pièce polaire à goulot et embase comporte une gorge annulaire, coaxiale audit goulot, dans laquelle au moins la plus grande partie de la longueur dudit col est logée de façon que les parois interne et externe dudit col soient chacune ancrées à la paroi, respectivement en regard, de ladite gorge, est remarquable en ce que - ledit col de l'enveloppe interne est cylindrique et au moins l'une des parois cylindriques dudit col porte un filetage - ladite gorge annulaire est cylindrique et au moins l'une des parois cylindriques de ladite gorge porte un filetage complémentaire coopérant avec le filetage dudit col ; et - les parties de ladite gorge non occupées par ledit col sont emplies d'une colle solidarisant ledit col à ladite gorge. Ainsi, quelle que soit la matière constitutive de ladite enveloppe interne, la mise en place de ladite pièce polaire à goulot et embase sur ledit col se fait par vissage à la manière d'un écrou sur une vis et l'ancrage bilatéral de ladite pièce polaire est obtenue par collage. Les deux parois cylindriques dudit col de l'enveloppe interne peuvent porter chacune un filetage et, dans ce cas, les deux parois cylindriques de ladite gorge portent également chacune un filetage complémentaire, un filetage de ladite gorge coopérant avec un filetage dudit col. Dans une forme de réalisation, ladite pièce polaire à goulot et embase est monopièce et ladite gorge, coaxiale audit goulot, est ouverte du côté de ladite embase et borgne du côté opposé à celle-ci. En variante, ladite pièce polaire à goulot et embase comporte deux éléments coaxiaux, rapportés chacun par vissage sur ledit col et ladite gorge est formée par l'espace annulaire séparant lesdits deux éléments rapportés sur ledit col. Pour la réalisation du réservoir de fluide sous pression conforme à la présente invention, on peut mettre en oeuvre le procédé connu selon lequel - on commence par réaliser une enveloppe interne, étanche aux gaz et ayant une forme générale cylindrique avec deux extrémités bombées, l'une au moins desdites extrémités bombées étant pourvue d'un orifice central prolongé vers l'extérieur par un col axial saillant - on rapporte une pièce polaire rigide à chacune des deux extrémités bombées de ladite enveloppe interne, l'une au moins desdites pièces polaires comportant un goulot solidaire d'une embase en forme de coupelle et étant rapportée à ladite extrémité bombée pourvue dudit col de façon que ladite embase soit appliquée et solidarisée de la partie de cette dernière extrémité bombée entourant ledit col et que ledit col soit solidarisé dudit goulot, ladite pièce polaire à goulot et embase comportant à cet effet une gorge annulaire, coaxiale audit goulot, dans laquelle est logée et ancrée au moins la plus grande partie de la longueur dudit col ; et - on bobine, sur ladite enveloppe interne pourvue desdites pièces polaires, une enveloppe externe de renforcement, réalisée en matière composite fibres-résine et recouvrant au moins partiellement lesdites pièces polaires, et notamment ladite embase solidaire du goulot. Un tel procédé est alors remarquable en ce que - on donne audit col de l'enveloppe interne une forme cylindrique et, dans au moins l'une des parois cylindri ques dudit col, on réalise un filetage - on donne à ladite gorge annulaire une forme cylindrique et, dans au moins l'une des parois cylindriques de ladite gorge, on réalise un filetage susceptible de coopérer avec le filetage dudit col, de façon que ladite pièce polaire à goulot et embase puisse se visser sur ledit col à la maniere d'un écrou sur une vis ; et - on visse ladite pièce polaire à goulot et embase sur ledit col, avec interposition de colle. Avantageusement, ladite enveloppe interne est en matière synthétique et est réalisée par roto-moulage, le ou les filetages dudit col étant formés pendant le processus de roto-moulage. Dans une forme préférentielle de réalisation, ladite enveloppe interne est en polyéthylène, lesdites pièces polaires sont usinées dans un alliage métallique léger, la colle est de type époxyde et, avant fixation desdites pièces polaires sur ladite enveloppe interne, lesdites pièces polaires sont prétraitées par oxydation anodique et enduction par un primaire d'époxy, tandis que ladite enveloppe interne est au moins en partie prétraitée avec un copolymère de polyéthy lène et d'acétate de polyvinyle. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Les figures lA, 1B et 1C illustrent des étapes de la fabrication d'un réservoir de fluide sous pression conforme à l'invention, ces figures montrant, en coupe axiale schématique, respectivement l'enveloppe interne (figure 1A), l'enveloppe interne pourvue de ses pièces polaires d'extrémité (figure 1B) et ledit réservoir de fluide sous pression terminé (figure 1C). Les figures 2 et 3 montrent, à plus grande échelle, respectivement en vue latérale et en vue de face, un premier mode de réalisation de la pièce polaire à goulot et embase du réservoir de fluide sous pression conforme à la présente invention. La figure 4 illustre, encore à plus grande échelle et en coupe axiale, la présentation de ce premier mode de réalisation de la pièce polaire à goulot et embase devant le col fileté de l'enveloppe interne, cette pièce polaire étant montrée en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. La figure 5 illustre, en vue comparable à la figure 4, la fixation par vissage et collage de ladite pièce polaire à goulot et embase sur le col de l'enveloppe interne. La figure 6 illustre, en coupe axiale comparable à la figure 5, un second mode de réalisation de la pièce polaire à goulot et embase conforme à l'invention. L'exemple de réalisation I du réservoir de fluide sous pression, conforme à la présente invention et montré par la figure 1C, comporte une enveloppe interne 1, deux pièces polaires 2 et 3 et une enveloppe externe 4. Il présente une forme de révolution autour de son axe longitudinal L,L. L'enveloppe interne 1 (voir la figure 1A) est étanche au gaz et elle présente une partie centrale cylindrique 5 d'axe L,L pourvue de deux extrémités bombées, respectivement 6 et 7, également centrées sur ledit axe L,L. L'extrémité bombée 6 est pourvue d'un orifice central 8, prolongé vers l'extérieur de ladite enveloppe interne 1 par un col axial périphérique saillant 9. L'extrémité bombée 7 est pourvue d'un téton central saillant 10. Bien que l'enveloppe interne 1 puisse être constituée de toute matière, rigide ou déformable, usuellement utilisée pour ses propriétés d'étanchéité aux gaz, (comme l'aluminium ou un chlorure de polyvinyle) et puisse etre obtenue par tout procédé approprié (soufflage, extrusion-soufflage, etc ...), dans un exemple avantageux de mise en oeuvre de la présente invention, on réalise ladite enveloppe interne l en un polyéthylène par roto-moulage. Comme le montrent mieux les figures 4 et 5 à plus grande échelle, le col 9 de l'enveloppe interne 1 est cylindrique et est délimité par une paroi cylindrique externe 11 et une paroi cylindrique interne 12. Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, la paroi cylindrique externe 11 du col 9 est pourvue d'un filetage mâle 13 (non représenté sur les figures 1A, 1B et 1C à cause de la petite échelle de ces figures), de préférence obtenu lors de la réalisation de ladite enveloppe interne 1. La pièce polaire 2 est monopièce et elle présente une forme de révolution autour de l'axe L,L. Elle comporte une partie centrale épaisse 14, qui forme le goulot et qui s'épanouit à l'une de ses extrémités par une embase 15, au moins approximativement en forme de coupelle, dont la face concave 16 est tournée du côté opposé à ladite partie centrale 14. La pièce polaire 2 comporte un passage axial traversant 17, faisant office de goulot et avantageusement pourvu d'un filetage 18. Dans la pièce polaire 2, coaxialement au passage axial 17, est pratiquée une gorge annulaire cylindrique 19, ouverte et débouchante du côté de l'embase 15, mais borgne du côté opposé à ladite embase 15. La gorge 19 est délimitée entre une paroi cylindrique externe 20 et une paroi cylindrique interne 21. La paroi cylindrique externe 20 est pourvue d'un filetage femelle 22, complémentaire du filetage mâle 13 du col 9. Par ailleurs, les diamètres des parois cylindriques externe 20 et interne 21 sont choisis pour que le noyau cylindrique central 23 délimité entre le passage 17 et ladite gorge annulaire cylindrique 19 puisse pénétrer dans le col 9, à la manière d'un obturateur, et pour que ledit col 9 puisse être introduit dans ladite gorge annulaire cylindrique 19, de façon que les filetages mâle 13 et femelle 22 puissent coopérer et que la pièce polaire 2 puisse être vissée sur le col 9, à la manière d'un écrou sur une vis. De plus, la profondeur axiale de la gorge annulaire cylindrique 19 est telle que, en fin de vissage de la pièce polaire 2 sur le col 9, la face concave 16 de l'embase 15 vienne en pression contre la partie 24 de l'extrémité bombée 6 entourant ledit col 9. La face latérale externe, par exemple cylindrique, de la partie centrale 14, ainsi qu'éventuellement celle de l'embase 15, est pourvue d'aspérités 25, par exemple réalisées par moletage. La pièce polaire 2 peut être réalisée par usinage d'un bloc d'un alliage métallique léger. Comme cela est illustré sur la figure 5, la pièce polaire 2, vissée sur le col 9, peut être ancrée aux deux faces externe 11 et interne 12 par collage, tout comme la face concave 16 sur la partie 24 de l'extrémité 6. Pour cela, avant vissage de la pièce polaire 2 sur le col 9, il suffit d'introduire de la colle dans la gorge 19 et d'enduire la face concave 16 avec une telle colle. Après vissage, la colle (qui porte la référence 26 sur la figure 5) emplit les interstices entre la gorge 19 et le col 9 et ceux entre la face concave 16 et la partie 24 de l'extrémité 6. De la description ci-dessus, on comprendra aisément que les filetages mâle 13 et femelle 22 pourraient être respectivement remplacés par un filetage femelle (non représenté) pratiqué sur la paroi cylindrique interne 12 du col 9 et par un filetage mâle (non représenté) pratiqué sur la paroi cylindrique interne 21 de la gorge annulaire 19. Bien entendu, la colle 26 est choisie, en fonction des matières de l'enveloppe interne 1 et de la pièce polaire 2, pour assurer la qualité de collage désirée, après éventuels traitements préalables de ladite enveloppe interne (au moins sur le col 9 et la partie 24) et de ladite pièce polaire 2 (au moins dans la gorge 19 et sur la face concave 16). Par exemple, si l'enveloppe interne est en polyéthylène et la pièce polaire 2 est en un alliage léger, on peut - prétraiter l'enveloppe interne 1 avec un copolymère de polyéthylène et d'acétate de polyvinyle - prétraiter la pièce polaire 2 par oxydation anodique et enduction d'un primaire d'époxy ; et - utiliser une colle 26 de type époxyde. On obtient ainsi un encastrement bilatéral du col cylindrique 9 dans la gorge cylindrique 19. On remarquera qu'il est possible de réaliser le filetage mâle 13 [ou bien le filetage femelle équivalent qui serait prévu sur la paroi cylindrique interne (voir ci-dessus)] pendant le roto-moulage de l'enveloppe interne 1. Comme le montrent les figures 1B et 1C, dans le mode de réalisation représenté, la pièce polaire 3 est formée par une partie centrale 3A et une collerette périphérique 3B. Elle est centrée au moyen du téton 10. Elle peut être réalisée en alliage métallique léger et être fixée par collage sur l'extrémité bombée 7. Un tel collage peut être semblable à celui décrit ci-dessus à propos de la pièce polaire 2. Après solidarisation des pièces polaires 2 et 3 sur l'enveloppe interne 1, celle-ci est montée dans une machine de bobinage et utilisée comme mandrin sur lequel sont bobinées, de façon connue, des fibres résistantes (verre, carbone, ...) enrobées d'une résine durcissable. Les pièces polaires 2 et 3 peuvent être utilisées par la machine de bobinage pour maintenir ledit mandrin et/ou le faire tourner. Le bobinage ainsi obtenu forme, après durcissement, l'enveloppe externe de renforcement 4 qui recouvre l'embase 15 et la collerette périphérique 3B et s'accroche sur les aspérités 25. Dans l'exemple de réalisation II du réservoir de fluide sous pression, conforme à la présente invention et montré partiellement sur la figure 6, la pièce polaire 30 à goulot et embase n'est pas monopièce comme la pièce polaire 2, mais est constituée de deux éléments indépendants, l'un externe 31 et l'autre interne 32, tandis que le col 9 porte un filetage mâle 33 (comparable au filetage 13) sur sa paroi cylindrique externe (comparable à la paroi cylindrique 11) et un filetage femelle 34 sur sa paroi cylindrique interne (comparable à la paroi cylindrique 12). L'élément externe 31 de la pièce polaire 30 est tubulaire et est traversé par un passage 35, pourvu d'un filetage femelle interne 36 (comparable au filetage 18) susceptible de coopérer avec le filetage mâle 33 du col 9. A l'une de ses extrémités, l'élément 31 est pourvu d'une embase 37 (comparable à l'embase 15). L'élément interne 32 de la pièce polaire 30 est également tubulaire et est traversé par un passage 38. Sur sa paroi cylindrique externe, il porte un filetage mâle 39 susceptible de coopérer avec le filetage femelle 34 du col 9. De plus, à l'une de ses extrémités, l'élément 32 comporte un épaulement 40. Par ailleurs, la longueur axiale de l'élément externe 31 est plus grande que celle de l'élément interne 32. La mise en place et la solidarisation de la pièce polaire 30 sur le col 9 s'effectuent en deux opérations. On commence par visser l'élément interne 32 dans le col 9 avec interposition de colle 26 et le vissage est poursuivi jusqu'à ce que l'épaulement 40 vienne en butée contre le bord libre 41 du col 9. Ensuite, on visse l'élément externe 31 sur le col 9, après avoir disposé de la colle 26 sur le filetage 33 et sur la partie d'extrémité 24. Le vissage de l'élément externe 31 est poursuivi jusqu'à ce que l'embase 37 soit pressée par sa face concave contre ladite partie 24 de l'extrémité 6. REVENDICATIONS 1. Réservoir de fluide sous pression (I, II) comportant - une enveloppe interne (1), étanche aux gaz et ayant une forme générale cylindrique avec deux extrémités bombées (6, 7), l'une au moins (6) desdites extrémités bombées étant pourvue d'un orifice central (8) prolongé vers l'extérieur par un col axial saillant (9) ; - deux pièces polaires rigides (2, 3 ; 30) rapportées aux extrémités bombées de ladite enveloppe interne, l'une au moins (2, 30) desdites pièces polaires comportant un goulot (14, 31) solidaire d'une embase en forme de cou pelle (15, 37) et étant rapportée à ladite extrémité bombée (6) pourvue dudit col de façon que ladite embase (15, 37) soit appliquée et solidarisée de la partie (24) de cette dernière extrémité bombée (6) entourant ledit col (9) et que ledit col soit solidarisé dudit goulot, ladite pièce polaire à goulot et embase (2, 30) comportant à cet effet une gorge annulaire (19), coaxiale audit goulot, dans laquelle au moins la plus grande partie de la lon gueur dudit col (9) est logée de façon que les parois interne et externe dudit col soient chacune ancrées à la paroi, respectivement en regard, de ladite gorge (9) ; et - une enveloppe externe de renforcement (4), réalisée en matière composite fibres-résine et recouvrant au moins partiellement lesdites pièces polaires (2, 3 ; 30), et notamment ladite embase (15, 37) solidaire du goulot, caractérisé en ce que - ledit col (9) de l'enveloppe interne (1) est cylindrique et au moins l'une des parois cylindriques dudit col porte un filetage (13, 33, 34) - ladite gorge annulaire (19) est cylindrique et au moins l'une des parois cylindriques de ladite gorge porte un filetage complémentaire (20, 36, 39) coopérant avec le filetage dudit col ; et - les parties de ladite gorge non occupées par ledit col sont emplies d'une colle (26) solidarisant ledit col à ladite gorge. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux parois cylindriques dudit col (9) portent chacune un filetage (33, 34) et en ce que les deux parois cylindriques de ladite gorge portent également chacune un filetage complémentaire (36, 39), un filetage de ladite gorge coopérant avec un filetage dudit col. 3. Réservoir selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite pièce polaire (2) à goulot et embase est monopièce et en ce que ladite gorge (19), coaxiale audit goulot, est ouverte du côté de ladite embase (15) et borgne du côté opposé à celle-ci. 4. Réservoir selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pièce polaire (30) à goulot et embase comporte deux éléments coaxiaux (31, 32), rapportés chacun par vissage sur ledit col (9) et en ce que ladite gorge est formée par l'espace annulaire séparant lesdits deux éléments (31, 32) rapportés sur ledit col (9). 5. Réservoir selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite pièce polaire à goulot et embase (2, 30) porte extérieurement des irrégularités de surface (25) pour l'accrochage de ladite enveloppe externe de renforcement (4). 6. Réservoir selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite enveloppe interne (1) est en une matière thermoplastique, en ce que les pièces polaires sont en un alliage métallique léger et en ce que ladite colle est de type époxyde. 7. Procédé pour la réalisation d'un réservoir de fluide sous pression, procédé selon lequel - on commence par réaliser une enveloppe interne (1), étanche aux gaz et ayant une forme générale cylindrique avec deux extrémités bombées (6, 7), l'une au moins desdites extrémités bombées étant pourvue d'un orifice central (P) prolongé vers l'extérieur par un col axial saillant (9) - on rapporte une pièce polaire rigide (2, 3 ; 30) à chacune des deux extrémités bombées de ladite enveloppe interne, l'une au moins (2, 30) desdites pièces polaires comportant un goulot (14, 31) solidaire d'une embase en forme de coupelle (15, 37) et étant rapportée à ladite extrémité bombée (6) pourvue dudit col de façon que ladite embase soit appliquée et solidarisée de la partie (24) de cette dernière extrémité bombée entourant ledit col et que ledit col soit solidarisé dudit goulot, ladite pièce polaire à goulot et embase comportant à cet effet une gorge annu laire (19), coaxiale audit goulot, dans laquelle est logée et ancrée au moins la plus grande partie de la longueur dudit col ; et - on bobine, sur ladite enveloppe interne pourvue desdites pièces polaires, une enveloppe externe de renforcement (4), réalisée en matière composite fibres-résine et recouvrant au moins partiellement lesdites pièces polaires (2, 3 ; 30), et notamment ladite embase solidaire du goulot, caractérisé en ce que - on donne audit col (9) de l'enveloppe interne (1) une forme cylindrique et, dans au moins l'une des parois cylindriques dudit col, on réalise un filetage (12, 33, 34) ; - on donne à ladite gorge annulaire (19) une forme cylindri que et, dans au moins l'une des parois cylindriques de ladite gorge, on réalise un filetage (20, 36, 39) suscep tible de coopérer avec le filetage dudit col, de façon que ladite pièce polaire à goulot et embase puisse se visser sur ledit col à la manière d'un écrou sur une vis ; et - on visse ladite pièce polaire à goulot et embase sur ledit col, avec interposition de colle (26). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite enveloppe interne (1) est réalisée par roto-moulage, le ou les filetages dudit col (9) étant formés pendant le processus de roto-moulage. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite enveloppe interne (1) est en polyéthylène, en ce que lesdites pièces polaires sont usinées dans un alliage métallique léger, en ce que la colle est de type époxyde, et en ce que, avant fixation desdites pièces polaires sur ladite enveloppe interne, lesdites pièces polaires sont prétraitées par oxydation anodique et enduites d'un primaire d'époxy, tandis que ladite enveloppe interne est au moins en partie prétraitée avec un copolymère de polyéthylène et d'acétate de polyvinyle.