Brevet FR2814686A1 — publié le 20020405

La présente invention est relative un procédé pour humidifier une composition gazeuse peu soluble dans l'eau et un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Dans le cadre de la présente invention, l'expression composition gazeuse signifie toute atmosphère gazeuse comprenant un gaz inerte, tel que l'azote ou l'hélium, qui est employé seul ou en mélange avec un ou plusieurs autres gaz et dont la concentration en oxygène et/ou l'humidité sera faible ou importante en fonction des résultats recherchés. Il sera préalablement rappelé que l'azote est un gaz peu soluble dans l'eau ; d'ailleurs, il n'existe pas de système industrialisable probant, permettant d'humidifier une atmosphère modifiée à l'aide d'un gaz inerte et présentant toutes les garanties techniques, d'une façon fiable et reproductible. A titre d'exemple, le besoin d'humidifier une atmosphère gazeuse est rencontré dans la désinsectisation des oeuvres d'art par anoxie à l'aide de gaz inerte. Pour éradiquer les insectes qui infestent les oeuvres, ces dernières sont mises dans une enceinte souple ou rigide, à l'intérieur de laquelle est injectée une composition gazeuse pouvant être, par exemple, de l'azote, de l'hélium, ou du gaz carbonique. L'atmosphère dans cette enceinte est modifiée jusqu'à l'obtention d'une atmosphère extrêmement pure, comprenant une concentration d'oxygène inférieure ou égale à 0, 1%. Or pour obtenir un paramètre d'oxygène aussi faible en fonction du volume de l'enceinte à traiter et de la quantité éventuelle d'oeuvres à désinsectiser en même temps, une quantité de gaz inerte très importante peut être nécessaire pour permettre de chasser un maximum de molécules d'oxygène et ainsi éradiquer tous les insectes adultes, les larves et les oeufs. L'injection d'une telle quantité de gaz inerte pour chasser l'oxygène qui se trouve dans l'enceinte et surtout à l'intérieur des galeries creusées dans les oeuvres, a pour effet d'assécher les oeuvres (couches picturales, boiseries,...) risquant ainsi de les dégrader d'une façon irréversible : d'où la nécessité de pouvoir humidifier la composition gazeuse de façon contrôlée. Un autre besoin d'humidifier une atmosphère gazeuse se trouve dans le domaine de la conservation de matériels sensibles, à forte ou faible valeur ajoutée, et qui doivent être conservés dans une atmosphère sans oxygène, avec pas, peu ou beaucoup d'humidité. A titre d'exemple, on peut citer le fait que certains composants électroniques nécessitent, pour leur conservation, un taux d'oxygène extrêmement faible, de l'ordre de quelques ppm (parties par million), et un taux d'humidité résiduel faible, de quelques ppm à quelques pour-cent. Il en est de même pour des matériels industriels fabriqués avec des élastomères, et pour des composants nombreux et variés nécessitant un taux d'humidité spécifique préconisé par le fabriquant pour éviter tout risque d'assèchement éventuel pendant leur stockage. Il existe un besoin réel dans de nombreux domaines industriels civils tels que dans ceux de l'industrie microélectronique, électrique ou mécanique, mais aussi dans les domaines militaire, aéronautique, spatial. Des besoins existent aussi pour la préservation d'aliments sous atmosphère inerte, tout en évitant leur assèchement pour conserver la présentation et la tenue du produit dans des conditions similaires ou proche de la fraîcheur d'origine, pour la préservation et la désinsectisation d'oeuvres d'art et, plus généralement, de tous produits susceptibles de subir une dégradation liée à l'absence d'humidité dans une atmosphère gazeuse asséchante et/ou comportant peu ou pas d'oxygène. On connaît, certes, divers procédés qui sont actuellement utilisés pour humidifier des produits, eux-mêmes sous atmosphère inerte, durant leur phase de conditionnement, d'emballage ou de stockage. Le procédé le plus couramment utilisé consiste à disposer dans l'enceinte dans laquelle la modification de l'atmosphère doit être réalisée à l'aide d'une composition gazeuse déterminée, une quantité d'absorbants d'humidité qui agissent par voie physique sans modification apparente d'état (gel de silice, argile, alumine, tamis moléculaire), ou qui agissent par voie chimique avec changement d'état. Ces absorbants sont alors détournés de leur utilisation initiale (qui est d'absorber l'humidité) pour être saturés à l'aide d'eau du type désaérée, déminéralisée ou désionisée, afin de permettre toute désorption ultérieure. La quantité d'absorbants à situer dans l'enceinte est calculée en fonction du volume de cette dernière, de la composition gazeuse utilisée, de la pureté de l'atmosphère recherchée ainsi que des types de produits (bois, textiles, cuirs, papiers,...) à conditionner en vue de leur préservation. Ces absorbants saturés en eau vont avoir pour effet d'émettre et de stabiliser une quantité d'humidité qui sera fonction des paramètres énumérés cidessus. Mais, il n'est pas possible de maîtriser à l'intérieur de l'enceinte une stabilisation constante du degré souhaité d'humidité : en effet, on relève une fluctuation systématique en fonction, non seulement, de la nature du produit, mais aussi des variations de certains paramètres extérieurs à l'enceinte comme la température et la pression atmosphérique. Le taux d'humidité mesuré dans l'enceinte alors fluctuera, risquant ainsi de dégrader sensiblement le produit conservé à l'intérieur de cette enceinte. Une autre technique connue consiste à faire passer un flux d'une composition gazeuse inerte dans une succession de bocaux remplis d'eau pour essayer de charger celle-ci en eau. Ce procédé risque surtout de transporter des gouttelettes d'eau qui peuvent entraîner une dégradation des produits ainsi conservés : il est donc aléatoire, non industrialisable et peu fiable. Aussi un des buts de la présente invention est-il de fournir un procédé pour humidifier une composition gazeuse peu soluble dans l'eau et ce de façon fiable, qui permet d'assurer, dans une atmosphère confinée, la préservation et la conservation de produits susceptibles de se dégrader sous l'action de l'assèchement conséquence de la modification de cette atmosphère. Un autre but de l'invention est de fournir un tel procédé qui est simple à mettre en oeuvre, automatisé, fiable, économique et aisément transportable sur tout site de travail et construit pour fonctionner en ambiance à humidité très élevée. Un but supplémentaire de la présente invention est de fournir un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, qui est de conduite fiable et d'un coût attractif. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un procédé pour humidifier une composition gazeuse peu soluble dans l'eau, qui est caractérisé, selon la présente invention, par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : - détermination du taux d'humidité à obtenir dans ladite composition gazeuse ; - introduction de la quantité d'eau nécessaire pour obtenir ledit taux d'humidité et atomisation de l'eau dans ladite composition gazeuse. La présente invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisée par le fait qu'il comprend un élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau, un élément de commande et de contrôle, et un élément pour atomiser l'eau. Avantageusement, l'élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau comprend notamment un réservoir et une pompe reliée à ce réservoir et à l'élément de commande et de contrôle De préférence, l'élément de commande et de contrôle comporte deux réseaux distincts : l'un pour la distribution de la composition gazeuse ou réseau gazeux et l'autre pour la distribution d'eau ou réseau d'eau. Avantageusement, l'élément pour atomiser l'eau est constituée par une tour à la base de laquelle est disposée une buse d'injection à ultrason reliée aux réseaux gazeux et d'eau. La description qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif, doit être lue en regard des figures annexées, parme lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement un élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau inclus dans un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention ; - la figure 2 est un schéma d'une armoire de contrôle incluse dans un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention ; et, - la figure 3 est une vue en perspective d'un élément pour enrichir en eau une composition gazeuse selon le procédé de la présente invention. Selon le procédé de la présente invention, on dispose le produit à conserver dans une enceinte qui peut être souple (housse) ou rigide, et qui est munie d'au moins une vanne pour y injecter une composition gazeuse : azote ou hélium, le plus généralement. Cette vanne peut être celle décrite dans le document FR-2701528-A. On mesure, grâce à des sondes situées à l'intérieur de l'enceinte, un certain nombre de paramètres et plus particulièrement : le taux d'humidité, le taux d'oxygène, la température et la pression. En fonction de ces mesures et compte-tenu des taux d'humidité et d'oxygène déterminés pour la conservation de ce produit, on introduit de l'eau dans le flux de la composition gazeuse et on atomise cette eau afin de la rendre soluble dans cette composition gazeuse, avant que celle-ci ne pénètre dans l'enceinte. La quantité d'eau introduite est donc fonction des mesures relevées par les sondes et peut ainsi être modifiée de façon continue. La présente invention concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus. Ce dispositif comprend notamment un élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau, un élément de commande et de contrôle, et un élément pour atomiser l'eau. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, l'élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend, en premier lieu, un réservoir 2, généralement de forme parallélépipédique, dont la contenance est déterminée en fonction du volume d'eau à stocker, lui-même fonction de la durée de l'autonomie souhaitée pour le dispositif et des contraintes de manutention et de transport. Ce réservoir 2 pourra par exemple être d'une contenance de 50 litres. Le réservoir 2 comporte, d'une part, un orifice de remplissage 3, muni d'un bouchon, permettant d'y introduire la quantité d'eau souhaitée, et, d'autre part, un orifice de sortie 4 au travers duquel est situé un tuyau de pompage 5, dont une extrémité plonge à l'intérieur du réservoir 2 et dont l'autre extrémité est fixée sur une pompe 6. Ce réservoir 2 comporte aussi un évent 7 pour en éviter tout risque de déformation lors du fonctionnement du dispositif. L'élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau, en second lieu, comprend donc la pompe 6, qui est alimentée par une source d'énergie électrique 8 et connectée à un élément de commande et de contrôle décrit plus loin : cette pompe 6 est reliée, d'une part, au tuyau de pompage 5, comme décrit cidessus, et, d'autre part, à un tuyau de sortie 9, dont l'autre extrémité peut être connectée à un réservoir tampon 10. Celui-ci a pour fonction d'assurer une constance du débit d'eau ainsi que de la pression d'eau. Le réservoir 2 peut aussi comporter une purge de vidange 11, qui est située à sa partie inférieure, et un orifice permettant de recevoir un tuyau de récupération du condensat 12 disposé sur son dessus. L'élément de commande et de contrôle, désigné dans son ensemble par la référence 13 (voir figure 2) permet d'asservir le flux de la composition gazeuse et le débit d'eau à des paramètres fixés, compte-tenu notamment des caractéristiques du produit disposé dans son enceinte, en fonction de mesures en relation avec l'atmosphère présente dans cette enceinte. Cet élément de commande et de contrôle 13 comporte deux réseaux distincts : l'un pour la distribution de la composition gazeuse ou réseau gazeux et l'autre pour la distribution d'eau ou réseau d'eau. La source 14 de composition gazeuse est, dans le présent exemple de réalisation, constituée par une bouteille de gaz. Cette bouteille 14 est pourvue d'un manodétenteur 15, lui-même relié par un flexible 16 souple à un système de connexion rapide 17 situé à l'extérieur de l'élément de commande et de contrôle 13 et permettant de relier la source de gaz 14 au réseau gazeux situé à l'intérieur de cet élément 13. En aval du système de connexion rapide 17, ce réseau gazeux est constitué, en premier lieu, par une conduite primaire 18 sur laquelle sont disposés, successivement, une vanne d'isolement manuelle de sécurité 19, un premier régulateur de pression 20 du gaz avec manomètre et une vanne de gaz 21 à ouverture pneumatique ou vanne pneumatique. Il comprend, en second lieu, une conduite secondaire 22 reliée à une extrémité au premier régulateur de pression 20 et, à son autre extrémité, à un organe du circuit de distribution d'eau. Sur cette conduite secondaire 22, sont disposés successivement à partir du premier régulateur de pression, une vanne électro-pneumatique 23 et un second régulateur de pression 24 du gaz avec manomètre. La vanne électro-pneumatique 23 est reliée de façon connue par une conduite tertiaire 25 à la vanne pneumatique 21. Cet élément de commande et de contrôle 13 comporte, comme dit précédemment, un réseau d'eau qui est constitué par un tuyau 26 relié en amont au réservoir tampon 10 et sur lequel sont disposés d'amont en aval, dans la sens de flux d'eau, une vanne d'isolation manuelle 27, un clapet anti-retour 28, un régulateur de pression d'eau 29 avec manomètre et une vanne d'eau 30 à ouverture pneumatique, organe relié également à la conduite secondaire 22 du réseau gazeux. Quant à l'élément pour atomiser l'eau, désigné dans son ensemble par la référence 31 (voir la figure 3), il est composé d'une tour 31 constituée de plusieurs éléments cylindriques 33 qui sont emboîtables et parfaitement empilables les uns sur les autres pour les rendre solidaires et dont l'étanchéité entre eux est assurée, par exemple, par des joints en élastomère et brides de serrage métalliques vissées. A la partie supérieure de cette tour 31, une vanne de surpression 32 peut être disposée afin d'éviter tout risque de détérioration de la tour 31 suite à une surpression accidentelle dans celle-ci. Le diamètre ainsi que le nombre d'éléments cylindriques constituant la hauteur de la tour 31 sont fonction de la taille du dispositif selon la présente invention que l'on souhaite réaliser en fonction de nombreux paramètres déterminés à l'avance qui dépendent de l'utilisation qui sera faite de ce dispositif. On peut citer à titre d'exemple, les paramètres suivants : le volume de la tour 31, l'autonomie recherchée, le débit à obtenir en fonction des paramètres de temps et de volumes à traiter. Il convient de noter que de manière particulièrement avantageuse, plus le volume de l'élément d'atomisation de l'eau est important, plus la taille des particules d'eau sera petite. A titre d'exemple la dimension d'un élément d'atomisation, ou tour 31, peut être d'une hauteur 90cm pour un diamètre de 40cm. L'élément cylindrique 33a formant la base de la tour 31 comporte, sensiblement en son centre, une buse d'injection à ultrason 34 qui est fixée sur un socle 35, lui-même placé à l'intérieur de cet élément 33a. La conduite primaire de gaz 18 et le tuyau d'eau 26 passent à travers la paroi de l'élément d'atomisation 31 à l'aide d'un presse-étoupe étanche (non représenté) pour chaque et sont reliés à la buse à ultrason 34 par des connecteurs spécifiques. A la sortie de cette buse 34, l'eau est aussitôt absorbée par la composition gazeuse. Le reliquat éventuel d'eau se transforme en condensat durant la phase ascendante à l'intérieur de la tour 31, avant d'en être évacuée par un orifice de purge 38. Au sommet de la tour 31 est situé un orifice 36 pour récupérer la composition gazeuse humidifiée comme déterminée. Afin d'éviter tout risque de contamination ou de pollution éventuelle, et d'assurer une sécurité supplémentaire pour éviter tout risque de propagation ou d'injection de condensat vers l'enceinte à humidifier, le dispositif selon la présente invention comprend également un filtre à filtration absolue 37 qui est relié à la sortie 36 de la tour 31. L'orifice de purge 38 est également reliée à la partie inférieure du filtre absolu 37 afin de récupérer automatiquement tout condensat éventuel et le recycler vers l'orifice de récupération du condensat 12 situé sur le réservoir d'eau 2. Comme indiqué plus haut, on dispose le produit à traiter dans une enceinte : on détermine alors les caractéristiques de la composition gazeuse à injecter et en particulier son humidité, en tenant compte de celles de l'atmosphère présente dans l'enceinte. A cette fin, on munit cette enceinte d'une sonde 40 pour mesurer en continu le taux d'humidité. Cette sonde de type électronique peut soit être située dans l'enceinte même dans laquelle l'atmosphère doit être modifiée, soit sur la paroi de cette enceinte, ou dans tout autre dispositif destiné à la modification de l'atmosphère par injection de gaz. Dans le premier cas, la sonde 40 est placée dans l'enceinte, le câble électrique 41 reliant celle-ci à un organe de contrôle 42, disposé dans l'élément de commande et de contrôle 13, est passé à travers la paroi de l'enceinte à travers un presse-étoupe étanche. Dans le second cas, la sonde 40 est connectée sur une vanne manuelle étanche qui est fixée sur la paroi de l'enceinte. Cette vanne permet de recevoir la sonde 40 connectée elle-même à l'organe 42, à l'aide d'un presse-étoupe étanche qui permettra de retirer la sonde après utilisation et le résultat obtenu, ou permettra éventuellement son repositionnement ultérieur, sans risquer de faire pénétrer l'atmosphère externe à l'intérieur de l'enceinte. Dans le troisième cas, la sonde 40 est connectée directement sur tout dispositif destiné à modifier l'atmosphère par injection de gaz, sur lequel sera prévu un orifice spécifiquement prévu à cet effet en fonction de la sonde utilisée. Mais, cette sonde 40 destinée à la mesure du taux d'humidité peut être couplée avec d'autres sondes pour mesurer en continu d'autres paramètres de la composition de l'atmosphère dans l'enceinte au cours de l'injection de la composition gazeuse, tels que le taux d'oxygène, la pression, la température, le point de rosée. Lorsque l'on ouvre la vanne d'isolement manuelle de sécurité 19, la composition gazeuse ou gaz s'échappe de la bouteille 14 et pénètre dans la conduite primaire 18, mais est bloquée par la vanne de gaz 21 qui est en position fermée. Le gaz emprunte donc la conduite secondaire 22 jusqu'à la vanne électrique 23 qui est commandée par l'organe de contrôle 42 et est en position fermée. Lorsque l'on ouvre la vanne d'isolation manuelle 27, qui est située sur le réseau d'eau, l'eau en provenance du réservoir 2 pénètre dans la conduite 26 jusqu'à la vanne d'eau 30 qui est en position fermée. Tant que le taux d'humidité de l'atmosphère régnant au sein de l'enceinte est inférieur au taux désiré ou consigne, la composition gazeuse traverse la vanne électrique 23 pour atteindre, d'une part, la vanne pneumatique 21, et, d'autre part, le second régulateur de pression 24 avec manomètre : ceci, d'une part, commande l'ouverture de cette vanne pneumatique 21 et permet à la composition gazeuse de s'échapper vers la buse 34 de la tour 31 et, d'autre part, agit sur le second régulateur 24 pour que celui-ci commande l'ouverture de la vanne d'eau 30 et permet à l'eau d'être atomisée dans la buse 34 de la tour 31. Le second régulateur de pression 24 peut être réglé afin de réguler par la pression déterminée le débit d'eau qui passera dans la vanne d'eau 30 à ouverture pneumatique. Ceci permet d'agir sur la finesse des particules d'eau en sortie de la buse 34. Dés que le taux d'humidité mesuré dans l'enceinte redevient supérieur à la consigne, l'organe de commande 42 entraîne la fermeture de la vanne électrique 23 et par suite la fermeture de la vanne pneumatique 21, du second régulateur 24, et donc la fermeture de la vanne d'eau 30. La buse 34 n'est donc plus alimentée en gaz et en eau. La composition gazeuse en se mélangeant à l'eau dans la buse 34 va provoquer une contre-pression dans l'eau : le clapet anti-retour 28 évitera que du gaz ne remonte vers le réservoir 2. REVENDICATIONS 1.-Procédé pour humidifier une composition gazeuse peu soluble dans l'eau, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : - détermination du taux d'humidité à obtenir dans ladite composition gazeuse ; - introduction de la quantité d'eau nécessaire pour obtenir ledit taux d'humidité et atomisation de l'eau dans ladite composition gazeuse. 2.-Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau (1), un élément de commande et de contrôle (13) et un élément pour atomiser l'eau (31). 3.-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément d'alimentation, de stockage et de récupération d'eau (1) comprend notamment un réservoir (2) et une pompe (6) reliée audit réservoir (2) et à l'élément de commande et de contrôle (13). 4.-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément de commande et de contrôle (13) comporte deux réseaux distincts : l'un pour la distribution de la composition gazeuse ou réseau gazeux et l'autre pour la distribution d'eau ou réseau d'eau. 5.-Dispositif selon les revendications 2 et 4, caractérisé par le fait que l'élément pour atomiser l'eau (31) est constituée par une tour à la base de laquelle est disposée une buse d'injection à ultrason 34 reliée aux réseaux gazeux et d'eau.