Brevet FR2867547A1 — publié le 20050916

i La présente invention concerne une gaine destinée à être utilisée pour le chemisage interne d'une conduite servant à canaliser principalement des fluides comme des gaz, de l'eau potable ou des eaux usées. Généralement, ce type de conduite est de forme cylindrique, de sorte que les gaines utilisées le sont également. Les conduites sont le plus souvent enterrées et, à l'usage, ont tendance à devenir poreuses, à se fissurer ou à s'affaisser sous l'effet de la corrosion ou des contraintes qu'elles subissent (causées, par exemple, par des mouvements de sol ou des racines de végétaux). Il faut alors prendre la décision de io remplacer, de réparer ou de réhabiliter ces conduites. Le chemisage interne des conduites au moyen d'une gaine appropriée fait partie des techniques de réhabilitation couramment utilisées. Aussi, il est connu d'avoir recours à des gaines formées de fibres, généralement des fibres de verre ou de polyester, imprégnées de résine thermodurcissable ou photodurcissable. Ces gaines sont introduites dans la conduite à réhabiliter en étant tirées (on parle de technique de tirage) ou en étant poussées et retournées sur elles-mêmes (on parle de technique d'inversion), et appliquées fermement contre la paroi intérieure de la conduite au moyen d'un fluide (liquide ou gaz) sous pression, souvent chaud, qui est injecté dans la gaine de manière à l'appliquer sous pression contre la paroi interne de la conduite lors de la polymérisation de la résine, jusqu'au durcissement de cette dernière. Pratiquement, pour provoquer la polymérisation d'une résine thermodurcissable, on chauffe celle-ci en faisant circuler à l'intérieur de la gaine de l'eau chaude, de la vapeur d'eau ou en utilisant des moyens de chauffage électriques. Dans le cas d'une résine photodurcissable, on expose la résine à un éclairage, le plus souvent ultraviolet (UV), en faisant passer une source de lumière à l'intérieur de la gaine. Parmi les différents types de gaines utilisées, on connaît les gaines en feutre de polyester qui sont obtenues à partir de fibres de polyester nontissées, agrégées entre elles. Cependant, ces gaines en feutre doivent être imprégnées d'une quantité importante de résine et des problèmes liés à la quantité de résine apparaissent, comme des effets de masse ou des difficultés de mise en oeuvre, la gaine imprégnée étant très lourde. De plus, quelle que soit la quantité de résine utilisée, les performances mécaniques de ces gaines en feutre restent limitées en raison des faibles performances mécaniques de la résine elle-même. En outre, ces gaines ont tendance à s'écraser sous l'effet de la pression nécessaire au plaquage de la gaine contre la conduite. Un autre type de gaine connu et couramment utilisé comprend une ou plusieurs couches de fibres de verre tissées ou non. De telles gaines seront dénommées ci-après gaines composites renforcées en fibres de verre. Ces couches de fibres de verre sont constituées de longues fibres de verre associées à des fibres de verre plus courtes, dites fibres de grammage. Les longues fibres visent à renforcer la gaine et sont orientées majoritairement circonférenciellement, c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire à l'axe de la gaine. C'est en effet surtout dans cette direction que s'exercent les efforts auxquels la gaine est soumise. Les fibres de grammage, quant à elles, n'ont pas d'orientation particulière et sont associées aux longues fibres pour augmenter sensiblement l'épaisseur des couches de fibres. Toutes les fibres, longues et courtes, sont bien entendu enrobées de résine. Ce deuxième type de gaine présente en général des performances mécaniques supérieures à celles des gaines en feutre, mais nécessite une importante quantité de fibres de verre. Ainsi, ce type de gaine a un coût de fabrication plutôt élevé en raison du coût élevé des fibres de verre. De plus, la rigidité intrinsèque des couches de fibres de verre avant la polymérisation interdit pratiquement de mettre en place la gaine par inversion à l'intérieur de la conduite à réhabiliter. On doit donc, procéder, par tirage, ce qui a pour inconvénient d'allonger la durée du chantier. En outre, les couches de fibres de verre, alors qu'elles visent à augmenter les performances mécaniques de la gaine, sont généralement mal utilisées d'un point de vue mécanique car elles ne sont pas suffisamment éloignées de la "fibre neutre" de la gaine. En effet, du point de vue des performances mécaniques, l'efficacité d'une couche de fibres, en particulier vis à vis de la flexion, est d'autant plus importante que la distance séparant ladite couche de la "fibre neutre" de la gaine est élevée. La "fibre neutre" de la gaine est le terme utilisé pour désigner la région de la gaine la moins sujette aux contraintes qui, en général, se situe sensiblement à la moitié de l'épaisseur de la gaine. Par ailleurs, dans le cas où plusieurs couches de fibres sont superposées, comme l'épaisseur d'une couche reste limitée malgré l'adjonction des fibres de grammage, la densité de fibres suffisamment éloignées de la "fibre neutre" reste faible par rapport à celle des fibres trop proches de la "fibre neutre" pour s pouvoir être efficaces. Ainsi, la superposition de plusieurs couches augmente rapidement le coût de fabrication de la gaine sans pour autant améliorer significativement les performances mécaniques de cette dernière. L'invention a pour but de proposer une gaine pour le chemisage interne d'une conduite, qui présente de bonnes caractéristiques mécaniques, tout en io étant économique à fabriquer. Ce but est atteint au moyen d'une gaine pour le chemisage interne d'une conduite, caractérisée en ce qu'elle comprend une première et une deuxième couche de renfort comprenant des fibres de renfort et, entre ces deux couches, au moins une couche intermédiaire comprenant un matériau de coeur ayant une résistance en compression telle que sa déformation dans le sens de l'épaisseur sous une charge de 1 kg/cm2 est inférieure à 10 %, ces différentes couches étant imprégnées de résine. On comprend que le choix d'un matériau de coeur présentant une telle résistance en compression, permet de limiter l'écrasement de la gaine lors de son plaquage contre la paroi de la conduite. De plus, le matériau de coeur joue le rôle d'entretoise entre les première et deuxième couches de renfort, de manière à maintenir ces dernières respectivement vers l'intérieur et l'extérieur de la gaine lors de sa mise en place, et à limiter l'utilisation de fibres de grammage. La présence des couches de fibres de renfort dans les zones de proximité des parois internes et externes de la gaine, c'est à dire dans des zones éloignées de la "fibre neutre" de la gaine, permet d'améliorer l'efficacité de ces fibres d'un point de vue mécanique, et donc de mieux renforcer la gaine. Avantageusement, lesdites fibres de renfort sont choisies parmi les familles de fibres suivantes: les fibres naturelles, les fibres de verre, les fibres métalliques, les fibres de céramique ou les fibres synthétiques comme les fibres acryliques, de polyéthylène, de polypropylène, de polyester, de polyamides (d'aramide), de carbone ou un mélange des fibres précitées. Préférentiellement, lesdites fibres de renfort sont choisies parmi les familles de 2867547 4 fibres suivantes: fibres de verre, fibres d'aramide, et fibres de carbone, pour leurs bonnes propriétés mécaniques. Avantageusement, les résines utilisées sont des résines époxydiques (résines thermodurcissables), des résines de polyesters insaturés ou de vinylesters (résines thermodurcissables et photodurcissables). Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit matériau de coeur comprend des premières zones séparées les unes des autres par des deuxièmes zones de porosité supérieure à celle des premières zones, définissant des canaux entre ces premières zones. Lorsqu'on imprègne la gaine de résine, ces canaux permettent la bonne répartition de la résine sur toute la surface du matériau de coeur et dans toute son épaisseur. La bonne répartition de la résine est d'autant plus importante, qu'elle garantit la cohésion entre les fibres de renfort des première et deuxième couches de renfort et le matériau de coeur. Par ailleurs, lesdites premières zones du matériau de coeur étant de faible porosité, elles contiennent peu de résine ce qui permet de réaliser un gain substantiel sur la quantité de résine utilisée dans ladite couche intermédiaire. On comprend également que ce sont les premières zones du matériau, de porosité plus faible et de résistance mécanique plus élevée, qui sont à l'origine de la résistance en compression du matériau de coeur. Avantageusement lesdites premières zones sont sensiblement de formes similaires et sont réparties régulièrement dans le matériau de coeur, c'est à dire sensiblement à égale distance les unes des autres. Cette disposition particulière des premières zones implique que les canaux définis par les deuxièmes zones sont de largeur sensiblement identique et sillonnent toute la surface du matériau de coeur, ce qui garantit une répartition uniforme de la résine. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le matériau de coeur est un matériau cellulaire, présentant des cellules fermées dont le volume est compris entre 10 et 60 % du volume du matériau. Et, avantageusement, le volume libre à l'intérieur du matériau, auquel la résine peut accéder, est inférieur à 60 % du volume total du matériau. Les avantages de telles caractéristiques sont la légèreté de la gaine qui rend, en particulier, sa manipulation plus aisée, mais aussi le gain substantiel de résine réalisé, puisque la résine ne peut accéder à l'intérieur des cellules fermées. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, ledit matériau de coeur comprend un réseau de fibres, au moins un liant, et des micro-sphères. Cette structure particulière du matériau de coeur permet, d'une part, d'obtenir facilement un matériau présentant les caractéristiques requises, à savoir une bonne résistance en compression et un volume de cellules fermées compris entre 10 et 60 % du volume du matériau. On comprend que les cellules fermées sont principalement formées par lesdites micro-sphères; on comprend également que les micro- sphères sont présentes uniquement dans les premières zones du matériau, de porosité plus faible, et que les deuxièmes zones du matériau, de porosité plus élevée, ne contiennent pas (ou quasiment pas) de micro- sphères. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la gaine comprend au moins une couche de protection, intérieure ou extérieure, susceptible de protéger la première ou la deuxième couche de renfort contre d'éventuelles attaques chimiques. En effet, on constate que les couches de renfort sont chimiquement peu résistantes en raison des quantités importantes de fibres de renfort qu'elles contiennent. Il est donc préférable de protéger ces couches de renfort qui sont, par ailleurs, structurellement capitales. Avantageusement, la couche de protection comprend des fibres non-tissées et une forte proportion de résine, de préférence au moins 80 % de résine en volume. Cette forte proportion de résine permet de faire barrage à la progression des agents agressifs dans l'épaisseur de la structure de la gaine, empêchant ainsi l'attaque des fibres de renfort des couches de renfort, en particulier au niveau des points faibles que constituent les interfaces entre la résine et lesdites fibres. Les agressions chimiques étant généralement causées par les fluides s'écoulant à l'intérieur de la conduite, ou par les gaz formés dans l'écoulement, ladite couche de protection vise préférentiellement à protéger la première couche de renfort. Ainsi, Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la gaine comprend de l'intérieur vers l'extérieur, une fois mise en place à l'intérieur de ladite conduite: une couche de protection susceptible de protéger la première couche de renfort contre d'éventuelles attaques chimiques; - ladite première couche de renfort; - ladite couche intermédiaire; et - ladite deuxième couche de renfort, ces différentes couches étant imprégnées de résine. Avantageusement, la gaine comprend en outre au moins une membrane imperméable, intérieure ou extérieure. Cette membrane imperméable, amovible ou non, permet d'éviter tout contact entre la résine et un fluide quelconque. Lorsque ladite membrane imperméable est intérieure et amovible, elle protège la résine du liquide ou du gaz chaud utilisé pour polymériser cette dernière et est réalisée par exemple en un complexe laminé polyéthylène/polyamide (PE/PA) ou en polychlorure de vinyle (PVC). Lorsqu'elle est intérieure mais pas amovible, elle assure l'étanchéité vis à vis des fluides susceptibles de circuler à l'intérieur de la conduite et peut être réalisée en polyuréthane (PU), en polypropylène (PP) , ou en polyéthylène (PE). Lorsque ladite membrane imperméable est extérieure, elle permet d'éviter les contacts entre l'eau et la résine (par exemple l'eau qui filtre à travers le sol et parvient jusqu'à la conduite ou la pluie qui tombe sur la conduite lorsque celle-ci n'est pas enterrée) et empêche également les fuites dans l'environnement des solvants pouvant être contenus dans la résine, comme le styrène. Une telle membrane est réalisée par exemple en un complexe laminé PE/PA/PE. En outre, la membrane imperméable, intérieure ou extérieure, peut être utilisée pour faire office de coffrage en attendant la fin de la polymérisation de la résine. Lorsque cette membrane est amovible, elle est retirée une fois la polymérisation terminée. La présence d'une membrane intérieure faisant office de coffrage est particulièrement avantageuse lorsque la résine est de faible viscosité, pour empêcher cette dernière de couler (par gravité) au fond de la conduite, avant qu'elle ne polymérise complètement. Avantageusement, dans le cas des résines photodurcissables, la gaine comprend en outre une membrane extérieure opaque, de préférence opaque 35 aux rayons ultraviolets, qui empêche la lumière UV d'atteindre la résine et 2867547 7 accessoirement protège mécaniquement la gaine lors de sa manipulation. Une telle membrane peut être réalisée en PVC, éventuellement armé, et peut être superposée à ladite membrane imperméable extérieure. Lorsque la membrane opaque n'est pas associée à une membrane imperméable extérieure, c'est elle qui peut faire office de coffrage en attendant le durcissement de la résine. Quel que soit le type de membrane utilisé pour faire office de coffrage, il est préférable que des ouvertures soient ménagées dans ces membranes pour pouvoir injecter la résine à l'intérieur de la gaine et imprégner cette dernière. De plus, il est préférable que la gaine comprenne au moins une io membrane extérieure faisant office de coffrage, soit une membrane imperméable, soit une membrane opaque, pour éviter que la résine ne se répande hors de la gaine. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation de l'invention représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective des différents éléments constitutifs d'un mode particulier de réalisation d'une gaine selon l'invention; et - La figure 2 est une vue en coupe transversale selon le plan II-II, de la gaine de la figure 1. Les figures 1 et 2 représentent une gaine 2 selon l'invention en place dans une conduite 4. La gaine 2 comprend de l'intérieur vers l'extérieur: - une membrane intérieure imperméable inamovible 6 réalisée en PU; - une couche de protection 8 de 1 mm d'épaisseur comprenant un feutre de fibres de polyester imprégné de résine époxydique, la masse de résine époxydique étant supérieure à 80 % du volume total de la couche 8; - une première couche de renfort 10 comprenant un tissé de fibres de verre de 150 g/m2 dans la direction de l'axe de la gaine, et de 750 g/m2 dans la direction circonférencielle, perpendiculaire audit axe, ce tissé étant imprégné de résine époxydique; - une couche intermédiaire 12 de 6 mm d'épaisseur comprenant un matériau de coeur 18 décrit ci-après et imprégné de résine époxydique; - une deuxième couche de renfort 14 semblable à la première 10; et - une membrane extérieure 16 opaque aux UV et réalisée en PVC armé. On notera qu'il est possible de superposer plusieurs couches intermédiaires 12 (en quinconce ou non) de manière à ajuster l'épaisseur de la gaine 2, par exemple en fonction du diamètre de la conduite 4 à chemiser. Le matériau de coeur 18 est un matériau du type de celui décrit dans la demande de brevet européen EP 1 010 793 publiée le 21 juin 2000. Un exemple de ce type de matériau est commercialisé par la société LANTOR B. V. sous la marque SORIC . Le matériau de coeur 18, représenté en coupe sur la figure 2, comprend un réseau de fibres non-tissées, de préférence des fibres de verre, de io polyester, de mélange de polyester et de PE ou un mélange des fibres précitées; des micro-sphères expansives réalisées dans un polymère thermoplastique synthétique solide à température ambiante et renfermant un agent susceptible de se dilater; et un liant. Les micro-sphères sont introduites dans ledit réseau de fibres au moyen du liant et sont dispersées de manière à créer des premières zones 20, sensiblement ovoïdales ou sphériques, peu poreuses et à forte densité de micro-sphères, et des deuxièmes zones 22 à forte porosité, dépourvues de micro-sphères ou qui présentent une densité de micro-sphères très faible. Lors de l'imprégnation du matériau de coeur 18, la résine pénètre et circule à l'intérieur du matériau via ces deuxièmes zones 22. Les premières zones 20 très peu chargées en résine, forment alors, en quelque sorte, des îlots répartis à égale distance les uns des autres au milieu d'une mer de résine. Les premières zones 20 présentent de bonnes propriétés mécaniques et plus particulièrement une bonne résistance en compression, ce qui permet au matériau de coeur 18 de présenter une résistance à la compression telle que sa déformation dans le sens de l'épaisseur sous une charge de lkg/cm2 est inférieure à 10%. Le volume occupé par les cellules fermées, les fibres et le liant à l'intérieur du matériau cellulaire de coeur 18, est généralement supérieur à 40 % du volume total du matériau de sorte que le volume libre susceptible d'être occupé par la résine est inférieur à 60 % du volume total, ce qui permet d'économiser une importante quantité de résine. On notera que de par sa structure particulière, le matériau de coeur présente en outre une bonne aptitude à être déformé de sorte qu'il peu être mis en forme facilement et plus particulièrement enroulé de manière à former un tube cylindrique. Avantageusement, pour faciliter son enroulement ainsi que son inversion lors de la mise en place, le matériau de coeur présente une capacité à être enroulé sur un rayon de courbure relativement faible, par exemple de 10 mm. Les caractéristiques relatives à la gaine de l'invention, notée A, et à deux autres types de gaines connus, à savoir une gaine composite renforcée en fibres de verre, notée B, et une gaine en feutre, notée C, ont été reportées dans le tableau comparatif 1 représenté ci-après. io La gaine selon l'invention A est analogue à celle de la figure 1 à ceci près qu'elle ne comprend pas de membrane extérieure 16 en PVC armé. La gaine en feutre C comprend, quant à elle, un feutre (non-tissé) de polyester imprégné de résine époxyde, avec une membrane intérieure en PU. Enfin, la gaine composite B renforcée en fibres de verre comprend de l'intérieur vers l'extérieur: - une membrane PE/PA amovible; - une couche de fibres de polyester non-tissées, imprégnées d'une quantité importante de résine; - un assemblage de longues fibres de verre orientées dans les directions circonférencielle et axiale et associées à des fibres de verre courtes, dites de grammage, imprégné de résine; - une membrane PE/PA/PE amovible; et - une membrane PVC amovible. On notera que ces trois gaines sont destinées à être utilisées dans des conduites de 800 mm de diamètre. Les caractéristiques et les propriétés mécaniques de ces trois gaines, mesurées et reportées dans le tableau 1 sont les suivantes: - le module d'élasticité ou module d'Young E, en MPa (on notera que pour la gaine A, le module n'a pas été strictement mesuré, mais extrapolé à partir d'essais réalisés sur des gaines d'épaisseurs radiales différentes) ; - le rapport de fluage Etv/Eti, sans unité, qui correspond au rapport du module d'Young à long terme sur le module d'Young à court terme (on notera que pour la gaine A, ce module a été extrapolé à partir de valeurs conservatrices issues de la littérature) ; - l'épaisseur radiale de la gaine e; 2867547 io - le poids surfacique de la gaine en kg/m2; - le poids surfacique de la résine utilisée dans la gaine, en kg/m2; - le poids surfacique des fibres de verre utilisées dans la gaine, en kg/m2. Le tableau 1 est représenté ci-dessous Gaine de Gaine composite B Gaine l'invention A feutre C E (MPa) 10 000 12 000 1 800 Etv/Eti 0.6 0. 74 0.29 Epaisseur (mm) 8.5 8 19 Poids surfacique de la gaine 11.4 15.9 20. 9 (kg/m2) Poids surfacique de résine 8.6 7.95 18.2 (kg/m2) Poids surfacique de fibres de 1.8 7.95 0 verre (kg/m2) Les trois gaines A, B et C répondent aux mêmes exigences en terme de durabilité et en terme mécanique, en ce sens qu'elles présentent des rigidités annulaires spécifiques à long terme comparables (cette rigidité étant io proportionnelle, à diamètre constant à E x Etv/Eti x e3, c'est-à-dire au produit du module d'Young E par le rapport Etv/Eti et par l'épaisseur de la gaine au cube e3). D'abord, il apparaît que la gaine A de l'invention est plus légère que les deux autres (respectivement 28 % et 45 % de poids surfacique en moins par rapport à la gaine composite B et la gaine feutre C). Cette légèreté se traduit par de meilleures conditions de travail. Ensuite, la gaine A de l'invention permet de réaliser une économie de résine (-53 % en terme de poids surfacique) par rapport à une gaine C en feutre, et donc de limiter le risque de prise en masse de la résine lors de l'imprégnation de la gaine. Enfin, la gaine A de l'invention consomme une quantité de fibres de verre beaucoup moins importante (-77% en terme de poids surfacique) par rapport la gaine B, de sorte que la gaine de l'invention est nettement plus économique à fabriquer. Il Ces mesures démontrent qu'à performances égales (rigidité annulaire spécifique à long terme, résistance chimique, et exigences hydrauliques), la gaine de l'invention présentent de très nets avantages, en termes de propriétés mécaniques et de coût de fabrication, par rapport aux gaines 5 connues à ce jour. REVENDICATIONS 1. Gaine pour le chemisage interne d'une conduite, caractérisée en ce qu'elle comprend une première (10) et une deuxième (14) couche de renfort comprenant des fibres de renfort et, entre ces deux couches (10, 14), au moins une couche intermédiaire (12) comprenant un matériau de coeur (18) ayant une résistance en compression telle que sa déformation dans le sens de l'épaisseur sous une charge de lkg/cm2 est inférieure à 10%, ces différentes couches (10, 12, 14) étant imprégnées de résine. 2. Gaine selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit matériau de coeur (18) comprend des premières zones (20) séparées les unes des autres par des deuxièmes zones (22) de porosité supérieure à celle des premières zones (20), définissant des canaux entre les premières zones (20). 3. Gaine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les premières zones (20) sont sensiblement de forme similaire et sont réparties régulièrement dans le matériau de coeur (18). 4. Gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que ledit matériau de coeur (18) est un matériau cellulaire présentant des cellules fermées dont le volume est compris entre 10 et 60% du volume du matériau. 5. Gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit matériau de coeur comprend un réseau de fibres, au moins un liant, et des micro-sphères. 6. Gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une couche de protection (8), intérieure ou extérieure, susceptible de protéger contre les attaques chimiques la première ou la deuxième couche de renfort (10, 14). 7. Gaine selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite couche de protection (8) comprend des fibres non tissées et au moins 80% de résine en volume. 8. Gaine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend de l'intérieur vers l'extérieur, une fois mise en place à l'intérieur de ladite conduite: ladite couche de protection (8) ; ladite première couche de renfort (10) ; ladite couche intermédiaire (12) ; et ladite deuxième couche de renfort (14), ces différentes couches étant imprégnées de résine. 2867547 13 9. Gaine selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une membrane imperméable (6), intérieure ou extérieure. 10. Gaine selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une membrane extérieure opaque aux rayons ultraviolets (16). 11. Gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que lesdites fibres de renfort sont choisies parmi les familles de fibres suivantes: fibres de verre, fibres d'aramide, et fibres de carbone.