Brevet FR2803556A1 — publié le 20010713

L'invention concerne la fabrication par moulage d'un corps cylindrique droit à partir d'une composition granulaire durcissable. On désigne par cylindrique droit la forme engendrée par une droite dite génératrice qui se déplace parallèlement à elle-même en suivant une courbe dite directrice située dans un plan perpendiculaire à la droite. Cette directrice est circulaire dans le cas le plus simple, mais l'invention n'est pas limitée à ce profil et s'étend à toute forme de directrice. Le corps présente donc une section droite constante dans un plan perpendiculaire à la direction de la longueur du corps. L'invention s'applique en particulier à la fabrication par moulage d'un tuyau à partir d'une composition cimentaire ou céramique durcissable, sans toutefois être limitée à cette application. On a développé au cours de ces dernières années des compositions cimentaires durcissables constituées de matériaux relativement fins et présentant un rapport pondéral eau/ciment très faible, notamment un rapport pondéral inférieur à 0,16. Ces compositions présentent des caractéristiques mécaniques très avantageuses. La publication US 5 545 297 décrit la fabrication d'un tuyau cylindrique droit à partir d'une composition cimentaire dans laquelle on fait passer la composition à l'état pâteux dans la cavité de moulage d'une extrudeuse, avec une pression d'extrusion d'autant plus élevée que la proportion d'eau par rapport au ciment dans la composition est faible. La publication EP 0 406 612 décrit une technique de fabrication d'un tuyau cylindrique droit dans laquelle on verse progressivement une composition cimentaire granulaire à l'état lâche dans une cavité de moulage verticale ayant la forme du tuyau à obtenir et on la soumet dans la cavité à l'action d'une paroi vibrante engendrant des forces radiales et des forces verticales dirigées vers le haut. La présente invention a pour objet une technique de fabrication industrielle par moulage d'un corps cylindrique droit, notamment d'un tuyau, à partir d'une composition granulaire initialement lâche, n'exigeant pas la mise en #uvre de pressions élevées ou la mise en #uvre d'une telle paroi vibrante et qui convient néanmoins pour le moulage d'une composition cimentaire durcissable ne contenant qu'une très faible proportion d'eau. Selon l'invention, on utilise une cavité de moulage cylindrique droite ayant les dimensions en section droite de la section droite du corps à fabriquer et on alimente cette cavité avec un débit contrôlé de charges successives de la composition à l'état lâche, en sorte qu'à tout moment la composition en place dans la cavité y présente une surface libre et que chaque nouvelle charge se dépose sur une zone de cette surface libre, et on pousse chaque nouvelle charge dans ladite surface pour provoquer une interpénétration de la nouvelle charge et de la composition sous-jacente à ladite surface, au moyen de surfaces de poussée que l'on déplace d'une part selon un mouvement de va-et-vient dirigé vers ladite surface libre et en sens inverse et, d'autre part, selon un mouvement cyclique tel que les surfaces de poussée soient déplacées dans l'étendue de la surface libre, et simultanément pendant le moulage, on réalise un déplacement relatif de la composition moulée et des surfaces de poussée de façon à maintenir sensiblement constante la distance entre le point moyen de la course du mouvement de va-et-vient des surfaces de poussée et ladite surface libre, ledit débit des charges étant contrôlé en sorte que, au cours de chaque cycle, le matériau sur lequel se déposent les charges soit progressivement densifié en profondeur par l'interpénétration cumulative des charges, les conditions étant réglées en sorte que dans l'ensemble des cycles, la densification soit sensiblement homogène dans tout le matériau, et on laisse durcir la composition moulée. Avantageusement, on réalise l'interpénétration en sorte qu'à chaque coup élémentaire d'une surface de poussée, la composition sous-jacente soit interpénétrée sur une profondeur au moins égale à cinq fois le diamètre moyen de la classe granulaire des plus gros constituants de la composition. Si la composition contient des fibres ou d'autres renforts similaires, les dimensions de ces constituants ne sont pas prises en compte pour la détermination de la profondeur de pénétration. Dans une réalisation préférée, on limite la profondeur maximale de pénétration à dix fois ce diamètre moyen. Ainsi, dans le cas d'une composition cimentaire contenant des grains de sable qui constituent le plus gros constituant de la composition, les conditions seront réglées de préférence en sorte que l'interpénétration se produise sur une profondeur de 5 à 10 fois le diamètre moyen des grains de sable soit par exemple une profondeur de 1,5 à 3 mm si ce diamètre moyen est 0,3 mm. De préférence on dépose des charges de matériau lâche simultanément sur plusieurs zones non jointives de ladite surface libre. Bien que le procédé soit de préférence mis en #uvre de façon continue, c'est-à-dire, en apportant les charges de façon continue, on peut aussi opérer de façon discontinue. Dans des cas particuliers - on utilise pour pousser les charges une pluralité de surfaces de poussée séparées ; - on introduit les charges entre les surfaces de poussée ; - ledit mouvement cyclique est un mouvement de rotation ; - on réalise ledit déplacement relatif en évacuant au travers de la cavité de moulage la composition moulée comme dans une filière, au fur et à mesure du moulage ; - on réalise ledit déplacement relatif en déplaçant les surfaces de poussée, au fur et à mesure que le niveau de la composition moulée s'élève dans la cavité de moulage ; - on réalise ledit déplacement relatif en déplaçant simultanément une paroi de la cavité de moulage et les surfaces de poussée ; - on réalise une pression inférieure à la pression atmosphérique pour dégazer les charges avant de les pousser ; - on réalise un déphasage entre les mouvements de va- et-vient des différentes surfaces de poussée. on laisse durcir le matériau avant de démouler ou après démoulage, selon le cas. Lorsque l'invention est appliquée à la fabrication d'un corps à partir d'une composition cimentaire, on utilise de préférence une composition constituée de poudres fines, par exemple, une composition telle que la composition de la matrice du béton défini dans la publication FR 2 707 625. Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, il est préconisé selon l'invention de mettre en oeuvre un dispositif qui comprend - un moule qui détermine une cavité de moulage cylindrique droite qui présente une section droite de forme identique à celle du corps à fabriquer et qui s'étend selon un axe perpendiculaire au plan de cette section droite, sur une longueur égale à une fraction ou à la totalité de la longueur du corps à fabriquer ; - des moyens d'introduction pour introduire un débit contrôlé de charges de la composition lâche en direction de ladite cavité ; - des moyens de poussée qui déterminent une pluralité de surfaces de poussée séparées réparties autour dudit axe et dirigées vers le plan de la section droite de la cavité de moulage ; - des moyens de commande pour provoquer un déplacement des surfaces de poussée d'une part selon un mouvement de va-et-vient dirigé selon cet axe et, d'autre part selon un mouvement cyclique autour dudit axe ; - et des moyens de commande pour réaliser pendant le moulage un déplacement relatif de la composition moulée et des surfaces de poussée, en fonction du débit d'introduction du matériau lâche, de façon à maintenir sensiblement constante la distance entre le point moyen de la course du mouvement de va-et-vient et la surface libre de la composition moulée. Dans des réalisations préférées - les moyens d'introduction sont conçus pour introduire les charges entre les surfaces de poussée ; - la cavité de moulage constitue une filière à travers laquelle on pousse le matériau moulé ; - la cavité de moulage est déterminée par un intervalle entre deux parois, l'une de ces parois étant déplaçable avec les surfaces de poussée pour réaliser ledit déplacement relatif ; - le moule est fixe et les surfaces de poussée sont déplaçables pour réaliser ledit déplacement relatif ; - les surfaces de poussée sont telles qu'il existe entre elles et les parois qui déterminent la cavité de moulage un intervalle latéral qui permet un dégagement d'une partie du matériau des charges sous l'effet des déplacements des surfaces de poussée ; - les surfaces de poussée sont précédées dans le sens dudit mouvement cylindrique, par des surfaces inclinées de pré-compactage des charges. Les mouvements de va et vient et de déplacement cyclique des surfaces de poussée sont obtenus au choix par tout moyen classique (engrenages motorisés, cames, ressorts de rappel, systèmes bielle/manivelle, etc) qui sont bien connus des mécaniciens et qu'il n'est donc pas nécessaire de décrire ici. on décrira ci-après des modes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention appliqué à la fabrication d'un tuyau, en référence aux figures du dessin joint, sur lesquelles - la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un dispositif conforme à l'invention réduit à ses parties essentielles ; - la figure 2 est un schéma qui montre des détails du dispositif de la figure 1, en coupe axiale ; - les figures 3 et 4 sont des vues en perspective schématiques qui montrent le dispositif de la figure 2, respectivement vu selon une direction oblique à 45 vers le bas (figure 3) et vu selon une direction oblique à 45 vers le haut (figure 4) en partant de 1'#i1 de l'observateur. - les figures 5 à 7 sont des schémas de dispositifs selon différentes réalisations de l'invention. Le moule représenté sur la figure 1, destiné à la fabrication d'un tuyau cylindrique droit à section droite circulaire, est constitué pour l'essentiel de deux parois cylindriques coaxiales (1), (3) d'axe vertical (2), déterminant entre elles une cavité de moulage annulaire (4) dont les dimensions transversales correspondent aux dimensions transversales du tuyau à fabriquer. Au droit de cette cavité est disposé un rotor (5) qui porte une pluralité d'outils de poussée (6) identiques entre eux et séparés par des intervalles constants. Des moyens respectifs (non représentés) sont utilisés pour entraîner les outils respectivement selon un mouvement cyclique autour de l'axe (2) de la cavité de moulage, dans le sens de la flèche (8) et suivant un mouvement alternatif selon la flèche (9) parallèlement à l'axe (2) de la cavité de moulage. Des moyens schématisés par les flèches (10) sont présents pour introduire entre les outils des charges de matériau lâche. Pour guider les charges vers la surface (S) du matériau déjà moulé, une paroi tronconique (13) est prévue au-dessus de la paroi interne du moule (3). Sur les figures 2 à 4, on a représenté des parties du dispositif de la figure 1, à une échelle différente, pour mieux faire apparaître les outils, abstraction faite de leur support commun. Les outils sont conformés pour présenter une extrémité inférieure (6a) qui présente une face (11) tournée vers le bas pour pousser le matériau lâche vers la surface libre du matériau déjà en place dans le moule lorsque l'outil est déplacé vers le bas et une face (12) tournée dans le sens de la rotation selon la flèche (8), qui précède la face de poussage dans le mouvement rotatif de l'outil et qui est apte à précompacter la charge de matériau lâche. Ces deux faces contribuent à pousser le matériau des charges dans le matériau moulé. De préférence, elles forment ensemble une surface convexe. Elles sont elles- mêmes planes ou bombées. Sur la figure 2, on a représenté les outils dans les positions extrêmes basse (traits pleins) et haute (traits interrompus) de leur mouvement de va-et-vient. En pratique, le déplacement en va-et-vient des surfaces de poussée est de préférence réglé avec une fréquence de déplacement assez élevée, typiquement de 5 à 50 va et vient par seconde, encore mieux de 10 à 30 va-et-vient par seconde. De préférence, il existe entre les outils et les parois de la cavité de moulage un intervalle latéral (T). Les figures représentent différentes possibilités pour entraîner les outils et pour réaliser un déplacement relatif entre la matière moulée et les outils au fur et à mesure de l'accroissement de la matière moulée - dans le cas de la figure 1, la paroi extérieure (1) du moule est fixe et sa paroi intérieure (3) est déplacée vers le haut pendant le moulage en même temps que les outils. Par exemple, le moule comporte un noyau (17) dont la partie inférieure est conformée pour constituer la paroi (3) du moule, ce noyau portant les outils (6) en sorte que ceux-ci puissent tourner autour du noyau (flèche 8) et s'élever ou s'abaisser (flèche 9) ; le noyau lui-même est déplacé vers le haut (flèche 18) pendant le moulage. - dans le cas de la figure 5, le moule est progressivement éloigné des outils pendant le moulage dans le sens de la flèche (19), les outils restant fixes (sauf bien entendu leurs deux mouvements fonctionnels de va-et-vient et de rotation). - dans le cas de la figure 6, le moule fonctionne comme une filière et sa paroi de fond (14) est déplacée (flèche 16) pendant le moulage de façon à maintenir sensiblement constante la distance entre le point moyen de la course du mouvement de va-et-vient des outils et la surface libre (S) du matériau moulé. - dans le cas de la figure 7, le moule est fixe et les outils sont progressivement entraînés vers le haut pendant le moulage (flèche 20). Exemple Pour fabriquer un tube en matériau cimentaire, on réalise les opérations suivantes - on prépare un matériau lâche, sec et pulvérulent essentiellement constitué par malaxage des constituants suivants (pour 10kg de matériau) - 4,5 kg de sable dont la grosseur de grain est de l'ordre de 0, 3mm - 0,9 kg de quartz broyé à une grosseur de grain de 10 micromètres - 1 kg de fumée de silice (grosseur de particules 0,5 micron) - 3,1 kg de ciment Portland (grosseur moyenne 15 micromètres) - 0,1 kg de superplastifiant (à 30% d'extrait sec) - 0,4 kg d'eau. La densité du matériau lâche est comprise entre 1 et 1,5. - on constitue un moule vertical avec deux parois cylindriques coaxiales ayant respectivement des diamètres de 120 et 100 mm et une paroi de fond, en utilisant la paroi centrale du moule pour porter quatre poussoirs conformés selon l'invention ; - on verse dans le fond du moule une fraction du matériau lâche jusqu'à y constituer un anneau sur une hauteur de quelques millimètres ; - on anime chaque outil de poussée d'un mouvement vertical alternatif de 15 coups par seconde sur une course verticale de 10 mm, les mouvements alternatifs étant déphasés chacun d'un quart de cycle, et d'un mouvement rotatif de 1 tour par seconde, tout en alimentant la surface libre avec un débit volumique de 0,2 litre par seconde de matériau lâche et tout en soumettant les outils et la paroi centrale du moule à un déplacement vertical de 3cm/seconde. On obtient ainsi à chaque tour une couche de 3 cm d'épaisseur dont la densité est de l'ordre de 2,5. - On laisse durcir le matériau dans le moule et on démoule. L'invention n'est pas limitée à cet exemple ni aux réalisations qui ont été décrites. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un corps cylindrique droit par moulage à partir d'une composition granulaire lâche durcissable dans une cavité de moulage, dans lequel on utilise une cavité de moulage cylindrique droite ayant les dimensions en section droite de la section droite du corps à fabriquer et on alimente cette cavité avec un débit contrôlé de charges successives de la composition à l'état lâche, caractérisé en ce qu'on réalise cette alimentation en sorte qu'à tout moment la composition en place dans la cavité y présente une surface libre et que chaque nouvelle charge se dépose sur une zone de cette surface libre, et on pousse chaque nouvelle charge dans ladite surface pour provoquer une interpénétration de la nouvelle charge et de la composition sous-jacente à ladite surface, au moyen de surfaces de poussée que l'on déplace d'une part selon un mouvement de va-et- vient dirigé vers ladite surface libre et en sens inverse et, d'autre part, selon un mouvement cyclique tel que les surfaces de poussée soient déplacées dans l'étendue de la surface libre, et simultanément pendant le moulage, on réalise un déplacement relatif de la composition moulée et des surfaces de poussée de façon à maintenir sensiblement constante la distance entre le point moyen de la course du mouvement de va-et-vient des surfaces de poussée et ladite surface libre, le débit des charges étant contrôlé en sorte que, au cours de chaque cycle, le matériau sur lequel se déposent les charges soit progressivement densifié en profondeur par l'interpénétration cumulative des charges, les conditions étant réglées en sorte que dans l'ensemble des cycles cette densification soit sensiblement homogène dans tout le matériau, et on laisse durcir la composition moulée. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on réalise l'interpénétration en sorte qu'à chaque coup élémentaire d'une surface de poussée, la composition sous-jacente soit interpénétrée sur une profondeur au moins égale à cinq fois le diamètre moyen de la classe granulaire des plus gros constituants de la composition. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel on limite la profondeur de pénétration maximale obtenue à chaque coup élémentaire d'une surface de poussée à dix fois le diamètre moyen de la classe granulaire des plus gros constituants de la composition. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel on dépose des charges de matériau lâche simultanément sur plusieurs zones non jointives de ladite surface libre. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel on apporte les charges de façon continue. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel on utilise une pluralité de surfaces de poussée séparées. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on introduit les charges entre les surfaces de poussée. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel on réalise ledit déplacement relatif en évacuant au travers de la cavité de moulage la composition moulée comme dans une filière, au fur et à mesure du moulage. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel on réalise ledit déplacement relatif en déplaçant les surfaces de poussée, au fur et à mesure que le niveau de la composition moulée s'élève dans la cavité de moulage. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel on réalise ledit déplacement relatif en déplaçant simultanément une paroi de la cavité de moulage et les surfaces de poussée. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel on réalise une pression inférieure à la pression atmosphérique pour dégazer les charges avant de les pousser. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel on réalise un déphasage entre les mouvements de va-et-vient des différentes surfaces de poussée. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 dans lequel on règle le déplacement en va-et-vient des surfaces de poussée à une fréquence de 5 à 50 va-et- vient par seconde. 14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel on règle cette fréquence à 10 à 30 va-et-vient par seconde. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14 dans lequel ledit mouvement cyclique des surfaces de poussée est un mouvement de rotation. 16. Dispositif pour la mise en #uvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 15 qui comprend un moule (1,3) qui détermine une cavité de moulage cylindrique droite (4) dont la section droite est de forme identique à celle du corps à fabriquer et qui s'étend selon un axe (2) perpendiculaire au plan de cette section droite, sur une longueur égale à une fraction ou à la totalité de la longueur du corps à fabriquer ; des moyens d'introduction (10) pour introduire un débit contrôlé de charges de la composition lâche en direction de ladite cavité ; des moyens de poussée (6) qui déterminent une pluralité de surfaces de poussée séparées (11) réparties autour dudit axe et dirigées vers le plan de la section droite de la cavité de moulage ; des moyens de commande pour provoquer un déplacement des surfaces de poussée d'une part selon un mouvement de va-et-vient (9) dirigé selon cet axe et, d'autre part selon un mouvement cyclique (8) autour dudit axe et des moyens de commande pour réaliser pendant le moulage un déplacement relatif (18 ;19 ;16 ;20) de la composition moulée et des surfaces de poussée, en fonction du débit d'introduction du matériau lâche, de façon à maintenir sensiblement constante la distance entre le point moyen de la course du mouvement de va-et-vient et la surface libre de la composition moulée. 17. Dispositif selon la revendication 16 dans lequel les moyens d'introduction (10) sont conçus pour introduire les charges entre les surfaces de poussée. 18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17 dans lequel la cavité de moulage (4) constitue une filière. 19. Dispositif selon la revendication 16 ou 17 dans lequel la cavité de moulage (4) est déterminée par un intervalle entre deux parois (1,3), l'une de ces parois étant déplaçable avec les surfaces de poussée pour réaliser ledit déplacement relatif. 20. Dispositif selon la revendication 16 ou 17 dans lequel le moule est fixe et les surfaces de poussée (11) sont déplaçables pour réaliser ledit déplacement relatif. 21. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 20 dans lequel les surfaces de poussée (11) sont telles qu'il existe entre elles et les parois qui déterminent la cavité de moulage un intervalle latéral qui permet un dégagement d'une partie du matériau des charges sous l'effet des déplacements des surfaces de poussée. 22. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 21 dans lequel les surfaces de poussée (11) sont précédées dans le sens dudit mouvement cylindrique, par des surfaces inclinées (12) de précompactage des charges. 23. Dispositif selon la revendication 22 dans lequel la surface de poussée (11) et la surface inclinée (12) de précompactage forment ensemble une surface bombée ; 24. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 23 dans lequel le moule comporte une paroi tronconique (13) pour guider les charges vers ladite surface libre ; 25. Application d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 15 et/ou d'un dispositif selon l'une des revendications 16 à 24 à la fabrication d'un corps à partir d'une composition cimentaire. 26. Application selon la revendication 25 dans laquelle la composition cimentaire contient des grains de sable qui constituent la classe granulaire la plus grosse des constituants de la composition. 27. Application selon la revendication 25 ou 26 dans laquelle la composition cimentaire contient un rapport pondéral eau/ciment au plus égal à 0,16. 28. Application selon l'une des revendications 25 à 27 dans laquelle ledit corps est un tuyau. 29. Application d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 15 et/ou d'un dispositif selon l'une des revendications 16 à 24 à la fabrication d'un tuyau.