Brevet FR2852926A1 — publié le 20041001

L'invention présentée dans ce brevet concerne des bouchons destinés à fermer ou obstruer des récipients et en particulier des bouteilles contenant des liquides tels que vins tranquilles et pétillants. La conception de ces bouchons permet d'éviter ou de limiter la diffusion du gaz des cellules du matériau constitutif du bouchon dans le récipient à obstruer, phénomène se produisant avec des bouchons traditionnels lorsqu'ils sont comprimés et introduits dans le goulot. Habituellement, la fermeture des récipients et plus particulièrement des bouteilles est réalisée par des bouchons cylindriques fabriqués en matériaux cellulaires et comprimables. 10 Les principales matières utilisées étant: -les lièges massifs ou agglomérés utilisés depuis de nombreuses années -des matériaux synthétiques cellulaires développées plus récemment pour proposer une alternative au liège devenu cher et posant de plus en plus de problème de "goût de bouchon". La compression du bouchon dans les mors de la machine à boucher puis dans le goulot après enfoncement provoque une réduction du volume des cellules de la matière et une élévation de la pression interne du gaz contenu par ces cellules. La figure 1 schématise -une cellule avant compression avec une pression interne égale à la pression 20 atmosphérique. -la même cellule à l'état comprimé avec une pression interne Pl supérieure à la pression atmosphérique. Ce gaz sous pression va diffuser à travers l'enveloppe (les parois) de la cellule jusqu'à ce que Pl se rapproche de la pression atmosphérique, la vitesse de cet échange dépendant de 25 la perméabilité du matériau au gaz contenu. Ce raisonnement expliqué à l'état de la cellule est généralisable à un ensemble de cellules juxtaposées et constituant un bloc de matière comprimable. Dans ce cas, l'échange commence par les cellules situées en périphérie du bloc de matière puis se généralise à l'ensemble de la matière par un mécanisme de diffusion de cellules en cellules. Dans le cas du bouchon inséré dans le col de la bouteille représenté par la figure 2, l'échange ne se réalise principalement que par la face supérieure et la face inférieure. La partie de ce gaz s'échappant par la face supérieure se dilue dans l'atmosphère et la partie s'échappant par la face inférieure reste confiné à l'intérieur du récipient, se mélange dans l'espace de tête et migre dans le liquide à préserver quand celui ci est en contact avec 35 l'extrémité du bouchon. Ce phénomène de diffusion du gaz des cellules comprimées de la matière du bouchon à l'extérieur de celui ci présente plusieurs inconvénients: 1) Diminution de la pression interne dans la matière et diminution de l'effort de plaquage du bouchon contre les parois du goulot. Ceci entraîne une diminution de l'étanchéité dans le temps 2) Mélange et dissolution du gaz initialement contenu par les cellules de la matière du bouchon dans le liquide à préserver. Ceci peut entraîner une altération de ce liquide (oxydation, pollution par des composés organochlorées ou par des gaz chimiques utilisés pour former les cellules dans le cas d'un matériau synthétique) et induire 10 des modifications organoleptiques. 3) Des évolutions des caractéristiques mécaniques des matériaux synthétiques cellulaires et une rémanence insuffisantes dans le temps ce qui limite leur utilisation à des faibles durées de conservation. Nous avons identifié que les performances d'étanchéité sont obtenues par un bouchon réalisé dans une matière présentant: -une imperméabilité aux gaz et aux liquides -une capacité de déformation et de compressibilité -une rapidité à s'appliquer contre les parois du récipient -une capacité à rester en contact avec les parois du récipient, cette propriété est caractérisée par la reprise élastique après déformation. L'objet de cette invention est de décrire différentes solutions de bouchage présentant des artifices permettant soit: -d'éviter la migration du gaz des cellules du bouchon vers l'intérieur du récipient et éviter ainsi sa diffusion dans le liquide à préserver. -de ne plus utiliser de matériaux comprimables mais des matériaux rigides ou plastiques et de réaliser l'étanchéité par la déformation et la compression de parties en élastomères contre certaines parties du goulot. 30 La première famille de solutions exposée est schématisée par la figure 3. Le bouchon est composé: -d'un corps cylindrique (1) réalisé en matériau cellulaire ( liège ou matériaux synthétiques). Ce corps (1) est percé d'un trou (3) débouchant aux 2 extrémités. Ce trou se comporte comme une cheminée et va permettre une évacuation vers l'extérieur des gaz du matériau cellulaire lorsque celui-ci sera comprimé dans le goulot. -d'une partie inférieure (2) en élastomère et qui est posée en extension autour du corps (1). Le rôle de cette membrane est: -d'assurer une barrière aux gaz qui pourraient s'échapper par la face inférieure du bouchon qui est en contact avec le liquide à préserver. -d'assurer une barrière au liquide à préserver. Cette partie (2) fonctionne selon le principe décrit dans le brevet 02 12811. Son diamètre de réalisation est inférieur au diamètre du goulot à obstruer, elle est étirée puis 10 posée autour du corps. Lors de la compression de l'ensemble (1 et 2), elle se retrouvera à un diamètre proche de son diamètre de réalisation et sa surface sera exempte de pli. Cette membrane (2) en contact directe avec le liquide possède des aptitudes alimentaires souhaitées, ceci permet d'utiliser des matériaux moins nobles pour le corps (1) . Ce bouchon composite (1 et 2) est livré aux conditionneurs et est utilisé comme un bouchon traditionnel. Il est comprimé par des mâchoires puis enfoncé dans le goulot, la partie inférieure (2) retrouve alors un diamètre proche de son diamètre de réalisation et la surface de ses flans (jupe) est lisse ce qui permet d'assurer l'étanchéité contre les parois du goulot. Le gaz contenu dans les cellules du matériau cellulaire du corps (1) s'échappe par 20 le trou (3) qui débouche sur l'extérieur du récipient. Les figures 4, 5, 6, 7 et 8 représentent des exemples de solutions basées le principe décrit ci dessus. La figure 4 représente la version la plus simple avec un corps (1) en matériau cellulaire et comprimable et une partie (2) en élastomère et posée en extension autour de (1). Le corps (1) est percé d'un trou débouchant (3) et présente une partie de plus faible section qui supporte la jupe de la pièce (2). La figure 5 représente des améliorations possibles à la solution de la figure (4). La partie 30 (2) présente un bossage (2a) permettant à la fois d'assurer le centrage de (2) par rapport à (1) et d'assurer une barrière plus efficace entre le liquide et l'extérieur au niveau du trou (3). Des flans en forme conique (2b) permettent le maintient en position de (2) sur (1). La hauteur de la jupe peut varier et présenter des valeurs très faibles ( de 4 à 6 mm par exemple) ou au contraire remonter sur la totalité du corps (1). Afin de renforcer les propriétés barrières et de les ajuster, la pièce (2) pourra être réalisée en plusieurs matériaux et présenter par exemple une couche d'un élastomère ayant une imperméabilité aux gaz très élevée. La figure 6 représente 2 exemples de pièce réalisée avec 2 matières ( par bi injection par exemple) avec une couche (2c) d'un matériau différent du matériau de la partie extérieure. La figure 6 représente aussi un exemple en mono matière avec un bossage centrale (2b) de hauteur importante. La figure 7 représente deux solutions: -la figure de gauche représente une solution avec une partie inférieure (2) comprimable. Ceci présente un intérêt pour des bouchons en liège avec un corps en aggloméré et une rondelle en liège massif de qualité supérieure ( qualité visuelle et traitée spécialement pour éliminer les composés organochlorés responsables des déviations sensorielles). -la figure de droite représente une solution monobloc couramment utilisée en bouchage 15 ras de bague. Ces exemples de solution sont utilisables sur les 3 types de bouchage rencontrés -Bouchage ras de bague utilisé dans les vins tranquilles. Le trou (3) facilite dans ce cas l'insertion du tire-bouchon utilisé pour le débouchage. 20 -Bouchage type champagne (bouchon retenu par un muselet) -Bouchage type spiritueux (bouchon à tête). La figure 8 représente une solution spécifique au bouchage type champagne. Celle-ci est constituée: -d'un corps (1) en matériau cellulaire et qui présente un trou (la) débouchant aux deux extrémités et faisant office de cheminée. Cette pièce est réalisée soit en extrusion soit en moulage et peut dans ce cas présenter une forme en tronc de cône comme le représente la figure 8. -d'une membrane externe en forme de U réalisée en élastomère et posée en extension 30 autour du corps (1). La jupe (partie remontante du U) présente une hauteur supérieure à la hauteur du corps (1) et se termine par un bourrelet de section plus importante. Ce bourrelet va reprendre sa dimension initiale et va resserrer la partie supérieure de la jupe. -d'une partie supérieure (3) réalisé en matériau cellulaire et obtenue par surmoulage autour de (1) et (2). Une cavité centrale (4a) est réalisée aussi lors du moulage dans cette partie supérieure pour permettre l'évacuation des gaz à l'extérieur du bouchon. La quantité de gaz migrant des cellules de la matière comprimée à l'extérieure est d'autant plus importante que le taux de compression est important. Pour les bouchons, nous aurons donc un échange gazeux plus important avec le bouchage type champagne (taux de compression voisin de 2,97) qu'avec le bouchage type ras de bague (taux de compression voisin de 1,93). Ceci nous conduit à nous intéresser particulièrement au bouchage des vins effervescents et à développer des solutions spécifiques à ce marché. La présence d'un étrier (muselet, agrafe...) destiné à retenir le bouchon en position enfoncée dans le goulot et un bouchon partiellement enfoncé avec partie restant à l'extérieur du col nous autorise en effet de multiples possibilités de résoudre les difficultés d'étanchéité. 15 La figure 9 décrit une solution composée de: -un corps (1) en matériau rigide ou compressible composé d'une tête (la) et d'un fut (lb). Le fut présente un diamètre de réalisation légèrement inférieur au diamètre du goulot à obstruer. Pour des raisons de simplicité, la tête (la) est représentée en forme 20 de rectangle mais celle-ci a en réalité une forme plus arrondie et peut s'approcher de la forme d'un bouchon en liège comprimé par le muselet. -une pièce (2) en élastomère ou en thermoplastique est posée ou moulée autour de (1). Cette pièce composée d'un cylindre creux (2a) et d'un épaulement (2b) assure à la fois l'étanchéité entre le corps (1) et le goulot et le guidage du fut (lb) dans le goulot. 25 L'étanchéité est dans ce cas surtout assurée avec le dessus de la bague: le corps du bouchon (1) est maintenu sur la bouteille par l'étrier (4) qui assure la compression de l'élastomère ( épaulement (2b)) entre le buvant de la bague et la tête du bouchon (la). La partie cylindrique (2a) a surtout le rôle de freiner le bouchon lors de l'ouverture (expulsion par la pression interne de la bouteille) et se rapprocher de la forme 30 traditionnelle du bouchon en liège connue aujourd'hui. -un étrier (5) maintenant en position enfoncée le bouchon (1 et 2) sur le col de la bouteille et assurant l'écrasement de (2) sur le col de la bouteille. Cet ensemble (1 et 2) a des dimensions proches d'un bouchon en liège ayant été comprimé pendant plusieurs mois dans un goulot d'une bouteille. Le corps (1) peut être par exemple 35 réalisé en matériaux thermoplastiques, en verre, en métal. La compression de l'élastomère entre le goulot et la tête du bouchon dépend de plusieurs pièces et notamment (voir figure 10) -la hauteur de l'étrier h5 -la hauteur hl et la planéité de l'épaulement de la tête (la) du corps (1) -la distance entre le sommet du goulot et le point d'accroche de l'étrier h goulot -l'épaisseur du joint h2 La régularité de compression du joint sur toute la périphérie de la tête et d'un flacon à l'autre dépendra donc de l'ensemble des tolérances des cotes détaillées ci dessus. Afin d'assurer un fonctionnement satisfaisant de ce type de solution avec des tolérances industrielles des 4 pièces mentionnées ci dessus, le joint (2) et la tête (la) doivent présenter des artifices permettant de garantir une étanchéité avec un taux de compression du joint variable. La figure 1 1 représente un premier artifice possible. La tête présente une couronne en creux (lc) qui permettra à l'élastomère de se loger dans les zones de forte compression (figure droite). Dans les zones à taux de compression plus réduite (figure gauche), le joint ne remplit pas cette cavité et il reste plus de matière pour assurer l'étanchéité. La figure 12 représente un deuxième type de possibilité. L'épaulement de la tête (la) est 20 légèrement incliné et ceci permet fait fluer le joint vers l'extérieur dans les zones de forte compression. Dans les zones moins comprimées, le joint n'est pas poussé vers l'extérieur, il reste en place et ceci autorise une épaisseur de joint suffisante pour combler l'espace et assurer l'étanchéité. La figure 13 représente 2 possibilités de réaliser ou d'améliorer l'étanchéité entre le fut (lb) et la partie interne verticale du goulot. La figure de gauche représente des crans circulaires réalisés sur la partie cylindrique verticale (2b) de la pièce (2). La figure de droite représente un joint torique inséré dans une gorge réalisé dans le fut 30 (lb). Ces 2 possibilités peuvent être utilisées dans les différentes solutions décrites par les figures suivantes. Pour des raisons de simplicité et de lisibilité, ces détails n'ont pas toujours été représentés sur ces figures. Les 8 schémas suivants représentent différentes possibilités de géométrie du corps (1) et 35 du joint (2). La figure 14 représente une conception du corps (1) creuse qui est obtenue par moulage. Ceci permet d'obtenir des articles a un prix de revient intéressant. L'épaulement a été dessiné droit mais il peut être légèrement incliné (principe de la figure 11) ou présenter un évidement circulaire en creux du type de la figure 12. La géométrie externe de la tête est représentée rectangulaire pour des raisons de simplicité. Dans ces solutions, l'étanchéité est principalement réalisée par le sommet de la bague (comme avec la capsule couronne), le fut (lb) n'a plus le rôle principal d'assurer l'étanchéité mais plutôt d'assurer une fonction de positionnement du bouchon sur le goulot. La longueur de fut peut donc être réduite. La figure 15 représente une possibilité avec un fut de longueur plus réduite et la pièce (2) assurant sur ce schéma le rôle du fond (3) de la précédente figure. La figure 16 schématise une autre possibilité avec un fut réalisé complètement par la pièce (2). Ce modèle est obtenu par moulage des parties (1) et (2) puis par assemblage des 2 pièces. La figure 17 représente un autre exemple avec des pièces (1) et (2) toujours obtenues par moulage puis assemblage ultérieur des 2 pièces. Les géométries des zones assemblages 20 sont différentes et permettent de réaliser la pièce (1) par procédé pressé soufflé ( procédé utilisé pour fabriquer des flacons ou des bouteilles). Sur cet exemple des crans circulaires extérieurs (fig 13) ont été réalisés sur le fut de façon à renforcer l'étanchéité. La figure 18 représente une autre possibilité avec un fut creux. Cet exemple se rapproche de bouchons en polyéthylène utilisés par obstruer certains mousseux ou du cidre par 25 exemple. Les propriétés barrières de ce type de bouchons utilisé seul sont insuffisantes pour assurer une conservation sur une longue période. L'originalité de cette solution est de coupler ce type de bouchon avec une tête en matériaux plus imperméable et assurant une complément de protection. Sur la figure 19 une pièce (3) a été rajoutée de façon à renforcer encore les propriétés 30 barrières. Cette pièce (3) peut dans ce cas être en matériau rigide et métallique. Les 2 figures 20 et 21 représentent des exemples mettant en oeuvre le principe décrit figure 12. Les figures 22 et 23 représentent une variante de toutes ces solutions avec un corps (1) réalisé en matériau cellulaire et compressible. L'élasticité et la possibilité de déformer le 35 matériau va permettre d'absorber les irrégularités de planéité du goulot et va permettre une compression régulière et suffisante de l'élastomère. Les artifices schématisés par les figures 11 et 12 ne sont dans ce cas plus utiles. REVENDICATIONS 1) Bouchon destiné à obturer ou fermer des récipients et en particulier des bouteilles caractérisé en ce qu'il est composé d'un cylindre en matériau(x) compressible(s) et en ce qu'il présente en partie centrale un évidement (cavité) allongé (3) débouchant sur l'extérieur en partie supérieure ( face opposée a celle en contact avec le liquide) et permettant au gaz contenu dans les cellules comprimées de s'évacuer vers l'extérieur (faisant office de cheminée) lorsque le bouchon est comprimé pour être introduit dans le goulot. 2) Bouchon destiné à obturer ou fermer des récipients et en particulier des bouteilles caractérisé en ce qu'il est composé de plusieurs pièces: -Un corps (1) (souvent de forme cylindrique) en matériau(x) compressible(s) et qui présente en partie inférieure une gorge (évidement de section trapézoïdale) destiné a 15 retenir la pièce (2). -Une partie inférieure (2) en forme de U réalisée en élastomère et possédant une jupe (2b) (partie remontante du U) de section trapézoïdale avec une épaisseur plus importante en extrémité qu'a la base. Cette partie (2) est réalisée a un diamètre plus faible que le corps (1) et est étirée pour être montée et ajustée autour du corps (1), la 20 section trapézoïdale de la jupe venant se loger et s'ajuster dans la gorge de section trapézoïdale du corps (1). La forme en cône inversé permet de maintenir la partie (2) solidaire du corps (1). 3) Bouchon selon revendication 2 caractérisé en ce que le corps (1) présente un trou (3) en 25 partie centrale et permettant au gaz contenu dans les cellules comprimées de s'évacuer vers l'extérieur (faisant office de cheminée) lorsque le bouchon est comprimé pour être introduit dans le goulot. La pièce (2) assure l'obturation de ce trou côté face en contact avec le liquide à préserver. Cette partie (2) peut présenter des artifices tels que bossage (2a) ou plusieurs couches (2c) 30 permettant à la fois d'assurer le centrage de (2) par rapport au corps (1) et d'améliorer les propriétés barrières entre le liquide à préserver et l'extérieur au niveau du trou (3). 4) Bouchon destiné à obturer ou fermer des récipients et en particulier des bouteilles contenant des liquides effervescents caractérisé en ce qu'il est composé de trois pièces -Un corps (1) (souvent de forme cylindrique) en matériau(x) compressible(s) et présentant un trou (la) en position centrale. -Une partie externe (2) en forme de U réalisé en élastomère et qui sera mise en extension pour contenir le corps (1). Cette partie (2) présente un bossage (2a) qui vient se loger dans le trou (la) du corps et ainsi renforcer les propriétés barrières de l'ensemble (1 et 2) au niveau du trou. La jupe (partie remontante du U) présente une hauteur supérieure à la hauteur du corps (1) et se termine par un bourrelet de section plus importante. La partie de la jupe qui "dépasse" du corps après assemblage va permettre l'ancrage de la partie supérieure (4). Le bourrelet vient resserrer la pièce 10 (2) après insertion du corps (1). -Une partie supérieure (4) en matériau cellulaire compressible surmoulée autour de la partie supérieure (et qui "dépasse") de la jupe de la pièce (2). Cette tête possède aussi un trou (4a) dans le prolongement du trou (la). 5) Bouchon destiné à obturer ou fermer des récipients et en particulier des bouteilles contenant des liquides effervescents caractérisé en ce qu'il est composé de deux pièces: -un corps (1) en matériau rigide ou compressible composé d'une tête (la) et d'un fut (lb). Le fut présente un diamètre de réalisation légèrement inférieur au diamètre du goulot à obstruer. -une pièce (2) en élastomère ou en thermoplastique assemblée ou moulée autour de (1). Cette pièce composée d'un cylindre creux (2a) et d'un épaulement (2b) assure à la fois l'étanchéité entre le corps (1) et le goulot et le guidage du fut (lb) dans le goulot. Le corps du bouchon (1) est maintenu sur la bouteille par un étrier ou un muselet (5) qui assure la compression de l'élastomère ( épaulement (2b)) entre le corps (1) et le col de la 25 bouteille. 6) Bouchon selon la revendication 5 caractérisé en ce que la tête (la) présente une couronne en creux (lc) permettant à l'élastomère de fluer et de se loger dans les zones 30 très comprimées. Dans les zones à taux de compression plus réduit (espace plus important entre la tête (la) et le col du récipient), le joint ne remplit pas cette cavité mais remplit l'espace entre la tête et le goulot et l'étanchéité est ainsi assurée. 7) Bouchon selon la revendication 5 caractérisé en ce que la tête (la) présente un épaulement légèrement incliné ce qui permet de faire fluer le joint vers l'extérieur dans il les zones de forte compression. Dans les zones moins comprimées, le joint n'est pas poussé vers l'extérieur, il reste en place et ceci autorise une épaisseur de j oint suffisante pour combler l'espace et assurer l'étanchéité.