Brevet FR2779797A1 — publié le 19991217

CONDUITE FLEXIBLE AMELIOREE POUR LE TRANSPORT DES FLUIDES La présente invention concerne une conduite flexible susceptible d'être utilisée pour le transport de fluides tels que des hydrocarbures par exemple. Plusieurs types de conduites flexibles sont utilisés. Certaines conduites flexibles comprennent de l'intérieur vers l'extérieur, une gaine interne d'étanchéité en matière plastique, élastomère ou autre matériau approprié relativement souple; un tube métallique flexible non étanche qui doit résister aux efforts développés par la pression du fluide circulant dans la conduite; une ou plusieurs nappes d'armures et au moins une gaine d'étanchéité externe en matériau polyniérique. Ce type de conduite flexible est souvent dénommé "smooth-bore" par les spécialistes en la matière. D'autres conduites flexibles dénommées "roughi-bore" compren- nent, de l'intérieur vers l'extérieur, un tube métallique flexible non étanche, appelé carcasse, constitué par un profilé enroule en spires agrafées les unes sur les autres, commne par exemple un feuillard agrafé ou uni fil de forme agrafé tel qu'un fil en T, en U, en S ou en Z. une gaine d'étanchéité interne en matériau polymérique. une ou plusieurs nappes d'armures capables de résister aux efforts développés par la pression du fluide circulant dans la conduite et aux efforts extérieurs auxquels est soumise la conduite flexible, et au moins une gaine de protection externe du type polymérique. Dans ce dernier type de conduites flexibles, la gaine d'étanchéité interne est directement extrudée, en continu, sur ladite carcasse qui présente entre les spires enroulées des interstices ou déjoints. Pour assurer un bon contact entre la gaine d'étanchéité interne et la carcasse métallique, il est nécessaire que le diamètre interne de la gaine d'étanchéité interne soit le plus proche possible et même égale au diamètre externe de la carcasse métallique flexible. Lors de la fabrication d'une conduite flexible du type "rough- bore", la gaine d'étanchéité interne qui est extrudée sur la carcasse métallique, se contracte stur cette dernière atu cours du refroidissement. 2 2779797 Suivant les matériaux utilisés pour la réalisation de la gaine d'étanchéité interne, on observe, après refroidissement, des déformations appelées "retassures" qui apparaissent sur la face interne de ladite gaine d'étanchéité interne et notamment de part et d'autre des déjoints entre les spires de la carcasse métallique. De telles retassures sont duies, semble-t-il, au rétreint différentiel du matériau utilisé pouir la gaine d'étanchéité interne, en raison de la variation du gradient de refroidissement dans l'épaisseur de la gaine d'étanchéité interne, cumulé à l'effet des déjoints des spires de la carcasse métallique. En effet, la gaine plastique d'étanchéité extrudée étant en contact par sa face interne sur la carcasse métallique qui est à la température ambiante, il en résulte que le refroidissement de ladite face interne est très rapide, ce qui provoque des irrégularités de surface ou retassures; ce phénomène est amplifié au niveau des déjoints des spires de la carcasse métallique, le rétreint différentiel en ces endroits provoquant des variations d'épaisseur locales de la gaine d'étanchéité interne. Lorsque la gaine d'étanchéité est en polymère semi- cristallin, sensible à la présence de défauts de surface entraînant une déchéance de la gaine pouvant aller jusqu'à la rupture, comme par exemple le PVDF, cela entraîne très souvent, en fonctionnement, une dégradation de ladite gaine d'étanchéité (rupture) qui n'assure plus alors sa fonction d'étanchéité. Pour remédier à untm tel inconvénient et pour résoudre le problème posé par l'apparition des retassutires, il fut trouvé et adopté la solution qui consiste à disposer, entre la carcasse métallique et la gaine d'étanchéité interne, une sous-couche sacrificielle de faible épaisseur, en un matériau approprié tel que du PVDF. La gaine d'étanchéité interne est extrudée alors sur ladite sous-couche sacrificielle mais en s'assurant qu'il n'y est pas de "soudure" ou liaison intime entre la gaine d'étanchéité et la sous-couche sacrificielle", afin que les fissuires qui se propagent depuis la face interne de la sous-couche vers l'extérieur soient bloquées à l'interface de la gaine d'étanchéité et de la sous-couchle sacrificielle. C'est ce qui est décrit dans WO 95/2478. L'inconvénient majeur de cette solution est le glissement suscep- tible de se produire entre la gaine d'étanchéité interne et la souscouche sacrificielle au niveau des extrémités de la conduite flexible, ainsi que les 3 2779797 surcoûts de matière première et de transformation (manufacturing) occasionnés par la présence de ladite sous-couche sacrificielle. D'autres solutions ont été recherchées pour éliminer l'apparition des retassures ou atténuer leurs effets. Parmi ces dernières solutions qui ont pour objet la mise en place d'une gaine d'étanchéité interne présentant, après refroidissement, une face interne cylindrique et lisse mettent en oeuvre une conformation qui est soit interne, avec comme inconvénient principal la création de fissures longitu- dinales sur la face interne de la gaine d'étanchéité et uni repli de matière sur l0 la face externe, soit externe avec commne inconvénient l'absence totale d'ancrage de la gaine d'étanchéité sur la carcasse métallique. Dans la technique de fabrication de conduites flexibles du type "smooth-bore", qui consiste à réaliser séparément la gaine interne d'étan- chéité par tout moyen approprié tel que l'extrusion, et la carcasse métallique, on a préconisé de chauffer la gaine d'étanchéité ou la carcasse métallique, une fois que les deux éléments sont assemblés afin de maintenir ou de rendre plastique la gaine d'étanchéité pour l'obliger à fluer dans les déjoints des spires de la carcasse métallique. De tels procédés de fabrication sont décrits notamment dans FR-B-74 14 398 (COFLEXIP) et l'addition no 71 16 880 (IFP). Mais ces procédés ont pour unique but de provoquer un fluage permanent de la gaine d'étanchéité polymérique entre les spires de la carcasse métallique, après ou en même temps que des contraintes sont développées dans la gaine d'étanchéité interne pour réaliser un contact intime, les contraintes développées étant par exemple dues à une mise en pression de ladite gaine interne d'étanchéité. Dans un exemple de mise en oeuvre décrit dans le brevet FR-B-74 14 398 et concernant une conduite flexible comprenant une gaine périphérique extrudée sur un ensemble comprenant de l'intérieur vers l'extérieur, une gaine interne d'étanchéité, unie voûte de pression, deux nappes d'armures et un treillis métallique. il est préconisé de chauffer l'ensemble avant l'extrusion de la gaine périphérique de façon à maintenir au moins la face interne de ladite gaine périphérique à l'état plastique ou plus exactement à l'état thermoplastique afin, et c'est le but recherché, de faire fluer la face interne dans les mailles du treillis métallique, pour les remplir 4 2779797 totalement et ainsi réaliser l'accrochage total de la gaine périphérique sur le treillis métallique. Dans ces conditions, il est impératif de chauffer fortement l'ensemble, à des températures qui sont de l'ordre de plusieurs centaines de degrés Celsius. De telles techniques ont donné de si mauvais résultats qu'elles ont été abandonnées très rapidement, car le remplissage aussi bien des interstices de la voûte de pression que des mailles du treillis métallique rigidifiait la conduite et diminuait en conséquence la propriété essentielle de flexibilité qu'elle doit présenter impérativement. Dans le brevet US 3 311 133, il est décrit une conduite comprenant une carcasse métallique interne constituée par un feuillard agrafé en forme de S et dans les déjoints duquel est interposé uin jonc compressible. Le but poursuivi est de contrôler le jeuL entre les spires du feuillard tout en assurant une certaine flexibilité à ladite carcasse. Dans la demande 96 10 490 déposée par la demanderesse, il est préconisé de chauffer la carcasse métallique à lune température inférieure à C, en amont des moyens d'extrusion, de manière à éviter uin refroidis- sement brutal de la face interne de la gaine d'étanchéité lors de son extrusion sur la carcasse métallique. Les travaux effectués sur les conduites flexibles à carcasse chauffée au préalable ont montré que le thermnofluage de la gaine d'étanchéité interne était augmenté et que, parfois, cela conduisait à un blocage du feuillard. Un tel blocage a pour conséquence de déplacer la fibre neutre lors de la sollicitation en flexion et de ce fait. d'augmenter la déformation sur l'extrados de la gaine d'étanchéité interne ou gaine de pression. Or, lorsque la conduite flexible comnplète est cintrée au MBR (Minimum Bending Radius) et si le feuillard est bloqué, il est aisé de comprendre que pour une déformation de l'ordre de 6 % sur l'extrados de la gaine de pression, il se produit pratiquement une déformation d'environ 10 à 12 % sur l'intrados, ce qui n'est pas acceptable. De plus, les thermo- plastiques présentent un allongemient au seuil qui diminue au fur et à mesure que la température décroît, ce qui signifie que leuir capacité de déformation est également diminuée aux basses températures. Ce phénomène n'a qu'une importance relative avec des matériaux à déformation élastique importante, typiquement supérieure à 12 % à la température de sollicitation, à condition que leur capacité à se déformer se conserve dans le temps. Par contre, avec des matériaux dont la déforniation élastique est limitée, typiquement 2779797 inférieure à 10-12 % à la température de sollicitation, une rupture peut se produire à cause du dépassement de cette capacité de déformation. L'utilisation de matières thermoplastiques dont la capacité de déformation est élevée (supérieure à 10 %) n'a pas donné de bons résultats car les matières thermoplastiques connues ne résistent pas aux températures supérieures à 130-150 C (homo ou copolymère de PVDF) ou présentent d'autres inconvénients comme une mauvaise résistance au fluage (PFA). C'est la raison pour laquelle, et pour une température d'effluent d'environ C, il est utilisé du homopolymère de PVDF plastifié. Toutefois, le plastifiant disparaît progressivement au cours du temps, ce qui conduit à un thermoplastique non plastifié qui ne résiste pas aux sollicitations thermiques et mécaniques. La perte du plastifiant est également problématique dans la partie de la conduite qui est logée dans l'embout terminal. De plus, la mise en oeuvre industrielle de la carcasse chauffée et de l'extrusion subséquente de la gaine d'étanchéité interne pose de réels problèmes. En effet, en fonction de la viscosité de la matière plastique utilisée pour la gaine d'étanchéité interne et la température de chauffage de la carcasse métallique, il se produit un thermofluage plus ou moins important dans les déjoints. Comme les caractéristiques physico- chimiques de ladite matière plastique peuvent varier d'un lot à un autre, il est pratiquement impossible de maîtriser le thermofluage dans les conditions normales de mise en oeuvre industrielle; souvent, on a constaté un thermofluage total, c'est-à- dire à un remplissage complet des déjoints. Il est aisé de comprendre qu'un thermofluage total peut aboutir à un blocage de la carcasse métallique et donc à une flexibilité réduite de la conduite. Par exemple, au-dessus de 90 % de remplissage du déjoint par la gaine d'étanchéité interne, il y a un risque de blocage en certains endroits de la conduite flexible. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une conduite flexible dans laquelle au moins la gaine d'étanchéité interne est réalisée avec des matières thermoplastiques présentant seules ou en combinaison un thermofluage important et un allongement visco-élastique inférieur à 10-12 % sur toute la plage des températures comprise entre les limites d'utilisation et sans formation de retassures. 6 2779797 Pour ce faire, on combine. d'une part, les effets du chauffage de la carcasse de manière à éviter la formation de retassure ainsi que cela est expliqué dans la demande précédemment analysée et déposée au nom de la demanderesse et, d'autre part, en limitant le thermofluage de la gaine d'étanchéité interne dans les déjoints des spires de la carcasse afin de ne pas bloquer le mouvement du feuillard constituant ladite carcasse, tout en obtenant un accrochage positif de la gaine d'étanchéité interne sur ladite carcasse, ledit accrochage résultant du thermiofluage limité dans les déjoints. Un objet de la présente invention est un procédé de fabrication d'une conduite flexible pour le transport de fluides tels que des hydrocarbures, du type comprenant, de l'intérieur vers l'extérieur, une carcasse métallique flexible à enroulement hélicoïdal de spires non jointives, un jonc compressible disposé dans le déjoint entre les spires consécutives dudit enroulemnent hélicoïdal, une gaine interne d'étanchéité extrudée sur ladite carcasse métallique, au moins une nappe d'armures enroulée autour de ladite gaine d'étanchéité interne et au moins une gaine d'étanchéité externe disposée autour de ladite nappe d'armures. et elle est caractérisée en ce que le jonc compressible est réalisé dans uin matériau présentant une compressibilité volumique importante sous une faible contrainte qui est inférieure à un Newton par millimètre linéaire dudit jonc pour un déplacement de 60 % de nmatière. Le fait d'utiliser un jonc qui est fortement compressible sous une faible charge en contrainte permet au thermiofluage de se produire lors de l'extrusion de la gaine d'étanchéité interne sur la carcasse métallique tout en limitant la pénétration à une valeur prédéterminée. Selon une autre caractéristique, la carcasse métallique est chauffée avant l'extrusion de la gaine d'étanchéité, ce qui facilite le thermiofluage tout en évitant la formation de retassutires. Selon une autre caractéristique, le matériau est alvéolaire comprenant entre 40 et 60 % en volume de cellules creuses et présentant un premier module d'élasticité El de la partie cellulaire et uin deuxième module d'élasticité E, de la partie dense, le rapport des deux modules E1/E2 étant au moins supérieur à 10. 7 2779797 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré de l'invention, ainsi que des figures annexées sur lesquelles - la figure 1 est une vue en perspective partielle et arrachée d'une conduite flexible, - la figure 2 est une vue schématique et partielle d'une partie de la carcasse métallique revêtue d'une partie d'une gaine d'étanchéité interne selon la présente invention, - la figure 3 représente une courbe de la contrainte en N/mm linéaire en fonction du déplacement en pour-cent. La conduite flexible I selon l'invention est du type comprenant de l'intérieur vers l'extérieur - une carcasse métallique 2 réalisée par un enroulement hélicoïdal d'un fil métallique à spires 3 non jointives et de section prédéterminée, par exemple en S comme dans l'exemple représenté sur la figure 2. - une gaine d'étanchéité interne 4 disposée par extrusion autour de la carcasse métallique 2, - une voûte de pression 5, - une ou plusieurs nappes d'armure 6, - éventuellement une bande intermédiaire 7, et - une gaine d'étanchéité externe 8. La gaine d'étanchéité externe 8 peut être également extrudée sur la bande intermédiaire 7 lorsqu'elle existe ou sur la nappe d'armures extérieure 6, les gaines d'étanchéité interne 4 et externe 8 étant réalisées dans une matière plastique commune ou dans des matières plastiques dif- férentes en fonction des besoins et de la destination de la conduite flexible 1. La carcasse métallique étant à spires 3 non jointives, un espace ou déjoint 9 est ménagé entre deux spires consécutives 3. Pendant ou après la fabrication de la carcasse métallique 2, un jonc compressible 10 est disposé dans les déjoints 9 (figure 2). Le jonc compressible 10 peut, selon l'étape de fabrication pendant laquelle il est inséré dans les déjoints, se positionner au fond de ces derniers ou à une certaine hauteur du fond desdits déjoints. Dans tous les cas, il est positionné de sorte qu'au plus 75 % du volume de chaque déjoint peut être rempli, par la matière de la gaine d'étanchéité interne 4, ladite matière venant en appui sur le jonc compressible. Bien entendu, la 8 2779797 géométrie du jonc compressible est adaptée à la forme du déjoint; dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la section dudit jonc compres- sible présente une section au moins égale à 25 % de la section droite du déjoint au pas moyen du feuillard agrafé ayant été utilisé pour la fabrication de la carcasse métallique de manière à s'assurer, commne précisé précédem- ment, qu'au plus 75 % du volume soit disponible pour le thermofluage de la gaine d'étanchéité interne. Le matériau dans lequel le jonc compressible est fabriqué doit répondre à certaines caractéristiques et notamment À - présenter un taux de compression volumique au moins égal à % et il est choisi dans la famille des élastomères hydrogénocarbonés et, de préférence, dans la famille des élastomères silicones ou silicofluorés, - résister au moins cinq milILnutes à la température à laquelle est portée la gaine d'étanchéité interne pendant son extrusion sur la carcasse métallique. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le jonc compressible est réalisé dans un matériau cellulaire qui présente une compressibilité volumique importante sous une faible charge, la matière dense dudit jonc occupant un volume compris entre 40 et 60 % du volume total dudit jonc. En se référant à la figure 3, qui représente, d'une part, une première courbe CI (partie gauche) représentant la contrainte en Newton par millimètre linéaire et une deuxième courbe C2 représentant le retour élastique après compression, d'autre part, on constate que le matériau présente un premier module d'élasticité El relative à la partie creuse dudit matériau et un deuxième module d'élasticité E2 relative à la partie dense du même matériau. Le module El est déterminé par la droite Dl qui est tangente à la courbe CI pour le point d'abscisse de 40 % environ, alors que le module d'élasticité E, est déterminé par la droite D2 qui est tangente à la courbe C2 pour le point d'abscisse de 75 % environ. Le rapport E1/E, est dans tous les cas supérieur à 10 et de préférence supérieur à 30. Sur la courbe C1, il est constaté que pour un déplacement en volume (ou compression) de 40 % du jonc, la contrainte qu'il faut appliquer pour obtenir un tel déplacement est de 0,4 N/mm linéaire et que pour 65 % de déplacement. la contrainte est de l'ordre de 1,3 N/mmrn linéaire, la compression totale de la partie alvéolaire du jonc correspondant à un déplacement de 80 % pour une contrainte de 4 N/rmm 9 2779797 linéaire. La courbe C2 montre que le matériau testé présente un retour élastique d'au moins 60 %, c'est-à-dire que le matériau, lorsque la compression cesse, retrouve pratiquement sa forme et son volume initiaux. Dans tous les cas, la compressibilité volnmlique est importante sous une faible contrainte qui est inférieure à I Newton par millimètre linéaire pour un déplacement de 60 % de matière dudit jonc. De manière à permettre la reprise de l'effort de traction nécessaire à sa pose dans les déjoints 9 de la carcasse métallique, un renfort 1l 1 est noyé dans la masse du jonc compressible 10. le renfort étant unidirectionnel et réalisé dans une matière minérale, organique ou végétale. Le renfort unidirectionnel confère en outre une certaine raideur longitudinale au jonc, ce qui facilite davantage sa mise en place dans les déjoints ainsi que la reprise de l'effort de traction auquel il petit être soumis lors de sa mise en place dans les déjoints du feuillard, ce qui évite ainsi la variation (diminution) de section du jonc. Cela permet de maintenir la compacité du jonc dans les déjoints telle qu'elle était initialement (40 à 60 %) avant sa mise en place. Bien entendu. si l'effort de traction est relativement faible lors de la mise en place dans les déjoints, alors il est possible de ne pas utiliser un renfort dans le jonc. Un procédé de fabrication de la conduite flexible décrite ci-dessus, consiste à interposer le jonc compressible lorsque la carcasse métallique 2 est sous tension axiale et avant que la gaine plastique 4 ne soit extrudée sur ladite carcasse métallique. La mise sous tension axiale de la carcasse métallique a pour conséquence de permettre au déjoint 9 d'être à leur ouverture maximuim, de sorte que le jonc peutit être facilement logé dans les déjoints ouverts. Lorsque la tension axiale est relâchée, les dimensions des déjoints se réduisent, ce qui permet au jonc compressible d'être maintenu dans la position appropriée pour limiter le fluage de la gaine 4 dans les déjoints. 1o 2779797 REVENDICATIONS 1. Conduite flexible (1) pour le transport de fluides tels que des hydrocarbures, du type comprenant, de l'intérieur vers l'extérieur, une carcasse métallique (2) flexible à enroulement hélicoïdal de spires (3) non jointives, un jonc compressible (10) disposé dans le déjoint (9) entre les spires consécutives dudit enroulemient hélicoïdal, une gaine interne d'étanchéité (4) extrudée sur ladite carcasse métallique, au moins une nappe d'armures (6) enroulée autour de ladite gaine d'étanchéité interne (4) et au lo moins une gaine d'étanchéité externe (8) disposée autour de ladite nappe d'armures, caractérisée en ce que le jonc compressible est réalisé dans un matériau présentant une compressibilité voliumique importante sous une faible contrainte qui est inférieure à lun Newton par millimètre linéaire dudit jonc pour un déplacement de 60 % de matière. 2. Conduite flexible (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau du jonc est un matériau cellulaire constitué par une partie de matière dense et par des cellules creuses, la matière dense occupant un volume compris entre 40 et 60 % du volume total dudit jonc (10), en ce que ledit matériau présente un premier mnodule d'élasticité (El) correspondant à une compression des cellules creuises et un deuxième modiule d'élasticité (E2) correspondant à une compression de ladite matière dense, le rapport (E,/E2) du premier module d'élasticité sur le deuxième module d'élasticité étant au moins égale à 10. 3. Conduite flexible (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau cellulaire présente ufine contrainte faible jusqu'à 50 % de la compression, ladite contrainte étant inférieure à Lun Newton par millimètre linéaire dudit jonc (10). 4. Conduite flexible (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite contrainte est inférieure à 0,6 N par millimètre linéaire dudit jonc. 5. Conduite flexible selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau présente une contrainte supérieure à lun Newton par millimètre linéaire du jonc à partir de 65 % de compression. 6. Conduite flexible (1l 1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport El/E2 desdits modules d'élasticité est supérieur à 30. il 2779797 7. Conduite flexible (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la profondeur de pénétration de la gaine d'étanchéité interne (4) dans les déjoints (9) est au plus égale à 75 % de la profondeur des déjoints. 8. Conduite flexible (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la profondeur de pénétration est avantageusement de 50 % et de préférence de 30 %. 9. Conduite flexible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau cellulaire est un élastomère contenant du silicium et de préférence un élastomère silicofluoré. lo 10. Conduite flexible selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'un renfort unidirectionnel (11) est logé dans le jonc compressible (10), de manière à conférer à ce dernier une raideur longitudinale facilitant la mise en place dudit jonc dans les déjoints (9) de la carcasse métallique (2). 11. Conduite flexible (1) selon la revendication 10, caractérisée en ce que le renfort unidirectionnel (11) est en matière minérale ou organique ou végétale. 12. Procédé de fabrication de la conduite flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jonc compressible (10) est enroulé dans les déjoints (9) de la carcasse métallique (2) lorsque cette dernière est sous tension axiale et que les déjoints (9) sont à leur ouverture maximum.