Brevet FR2882034A1 — publié le 20060818

La présente invention concerne des moyens de bouchage destinés à des récipients possédant une ouverture lisse généralement cylindrique sans moyens d'accroche comme par exemple des tonneaux utilisés dans l'élaboration des vins ou des fioles, tubes, bonbonnes, éprouvettes utilisés par exemple dans la chimie ARRIÈRE PLAN DE L'INVENTION Historiquement les amphores utilisées par nos ancêtres pour transporter et conserver les aliments étaient bouchées avec des pièces de bois ou de liège taillées à la forme du col et introduites légèrement en force dans celui-ci. L'étanchéité était précaire et dépendait fortement de l'ajustement de la bonde par rapport au col. Plus récemment et jusque dans les années 1980, la fermeture des tonneaux était réalisée par des bondes en bois: pièce circulaire trapézoïdale entourée par un morceau de tissu ou de papier et introduite légèrement en force dans l'orifice du ton- veau. L'étanchéité était assurée par le tissu ou le papier qui était pressé fortement entre les parois de la bonde et l'orifice du fût et qui ainsi était censé combler les interstices existants entre ces deux parois. L'espace interstitiel entre les deux pièces en bois n'était cependant que partiellement comblé et des remontées de liquide étaient très souvent observées, il s'en suivait des développements de moisissures et de bactéries qui pouvaient entraîner des contaminations du liquide contenu_ Pour remédier à ces inconvénients, les bondes en bois ont été progressivement remplacées par des bondes en silicone. Celles-ci sont mono pièce et ne nécessitent plus l'usage d'un joint en papier ou en tissu car l'élastomère est suffisamment souple pour se déformer lorsque la bonde est engagée et pressée dans l'orifice du tonneau et épouser parfaitement l'orifice du fût.. Cependant, bien que cette bonde assure l'étanchéité aux liquides, son emploi n'est absolument plus satisfaisant. En effet, la perméabilité et l'inertie des silicones sont très mauvaises et la bonde silicone reste une source de contamination très importante. De nombreux cas de pollution par des composés de type halo- chlorophénols et halochloroanisoles ont été diagnostiqués avec la bonde comme élément vecteur de ces pollutions. En outre, la post cuisson de ces bondes très massives reste très délicate et des phénomènes de reversions ou de dégazage non complet sont souvent constatés à c ur. Des matiè- res volatiles migrent alors en surface et affectent le caractère alimentaire du matériau. Dans le domaine de la chimie ou de l'alimentaire, les récipients en verre ou en matériaux thermoplastiques (erlenmeyers, bonbonnes, ballons, bocaux. ..) très appréciés et utilisés pour leur inertie sont souvent fermés par des bouchons en verre ou en matériaux thermoplastiques. L'étan- chéité est obtenue dans ce cas par un ajustement très pré- cis du bouchon et du col, ce qui nécessite rodage à la fois du bouchon et du col du récipient, opérations coûteuses qui rendent les flacons et obturateurs très onéreux. D'autres modes de bouchage comme des bouchons coniques en caout- chouc, en liége ou des bouchons cylindriques réalisés en matières thermoplastiques sont utilisés pour les récipients qui ne peuvent pas être rodés comme les tubes, les éprou- vettes, les béchers ou les bocaux.. .. L'inertie de ces maté- riaux n'est cependant pas optimale et les perméabilités aux gaz insuffisantes ce qui limite les durées de conservation. OBJET DE L'INVENTION La fermeture des récipients possédant une ouverture dite large ou moyenne, lisse, sans bague, comme par exemple des tonneaux, des bocaux, des éprouvettes_ n'étant pas satisfaisante avec les dispositifs existants, il existe un besoin d'un système de bouchage efficace, inerte et autori- saut des conservations de longue durée. BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Ce besoin est satisfait grâce à l'invention qui concerne un bouchon composé d'un corps en matériau rigide recouvert sur sa périphérie d'une couche en élastomère des- tinée à assurer l'étanchéité avec les parois de l'orifice du récipient. La section de ce bouchon appelé aussi bonde, est trapézoïdale et il possède souvent un épaulement supérieur facilitant sa mise en place et son extraction. Il peut éventuellement être coiffé d'un couvercle obstruant la partie creuse du corps, prévenant de toutes entrées de corps étrangers et améliorant les propriétés barrières. Différentes variantes de réalisation de l'invention sont possibles. Ainsi dans une variante, la couche d'élastomère pé- riphérique est constituée par un manchon rapporté autour du corps et immobilisé par un épaulement supérieur et un épaulement inférieur. Dans une autre variante de réalisation, la partie en élastomère est surmoulée autour du corps, ce qui permet d'assurer une adhésion parfaite de celle-ci. Les épaulements inférieur et supérieur ne sont plus nécessaires. Dans une autre version, des ponts reliant la partie externe et la partie interne du corps sont crées afin de permettre lors du surmoulage à l'élastomère de s'infiltrer et remplir ces zones pour créer des points d'accroche mécanique. Dans une autre variante, le manchon en élastomère en forme de U recouvre totalement la partie inférieure du corps ce qui assure une parfaite étanchéité entre le corps et ledit manchon et assure un bon positionnement mécanique. Dans les quatre variantes précédemment exposées, le corps peut présenter différentes configurations allant d'une géométrie en U à une géométrie en H, la géométrie en H ayant pour avantage de rigidifier les parois du corps. Des bouchons spécifiques, percés, intégrant un orifice permettant la liaison ou le passage d'un tube ou d'une tige, anti-surpression intégrant un élément de dégazage, ou mécanique intégrant un dispositif de serrage de l'élément d'étanchéité afin de réaliser son expansion dans l'orifice du récipient, peuvent aussi être réalisés selon le principe de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Pour des raisons de simplicité, la majorité des exemples de réalisations sont présentés en place dans l'embouchure d'un tonneau légèrement conique mais tous ces bou- chons peuvent être utilisés pour l'ensemble des récipients présentant un orifice lisse sans dispositif de retenue tels que crans, filets, bagues... . Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels: - les figures 1, la, 2, 3a et 4 sont des vues en coupe axiale de variantes de réalisation d'un bouchon conforme à l'invention en position dans l'orifice d'un récipient, - la figure 3b est une vue en coupe du bouchon représenté à la figure 3a, coupe réalisée selon le plan AA 25 perpendiculaire à l'axe, - les figures 5 et 6 sont des vues en coupe axiale de variantes de réalisation d'un bouchon mécanique conforme à l'invention en position dans l'orifice d'un récipient, - les figures 7, 8 et 9 sont des vues en coupe axiale de variantes de réalisation d'un bouchon antisurpression conforme à l'invention en position dans l'orifice d'un récipient, - la figure 10 est une vue en coupe axiale d'une variante de réalisation d'un bouchon conforme à l'invention 35 et permettant la liaison à un dispositif de niveau automa- tique ou d'inertage gazeux en position dans l'orifice d'un récipient, - la figure 11 est une vue en coupe axiale d'une variante de réalisation d'un bouchon percé conforme à l'in- vention en position dans le col d'un flacon type erlenmeyer. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Dans la suite du texte, les termes bonde ou bouchon seront utilisés simultanément pour désigner l'application. La bonde représentée à la figure 1 comporte: - Un corps 1 réalisé en matériau rigide et très imperméable. A cet égard on peut utiliser des matériaux tels que les thermoplastiques, le bois ou les métaux éventuellement revêtus. Ce corps est de section trapézoïdale avec une conicité identique à celle des orifices des récipients à obstruer. Ce corps peut être réalisé par moulage, par pressage, par usinage et ce, en fonction des matériaux utilisés. Deux épaulements, la en partie supérieure et lb en partie inférieure, assurent l'immobilisation du manchon 2 et facilitent la manipulation de la bonde. Le fond peut éventuellement gravé des marques ou logos du fabricant des récipients ou du bouchon. - Un manchon 2 en élastomère rapporté autour du corps 1 et maintenu par les deux épaulements la et lb. Ce manchon est réalisé par moulage et de nombreux élastomères peuvent être utilisés choisis compatibles avec le liquide contenu dans le récipient. On comprend que lors de l'enfoncement de la bonde, le matériau élastomère vient remplir l'espace interstitiel existant. entre le corps 1 et les parois du trou du récipient 3 et se trouve comprimé entre ces deux parois. L'épaisseur du manchon est suffisante pour combler les inégalités et les défauts de géométrie, l'étanchéité et la tenue de la bonde dans l'embouchure du réci-pient sont ainsi assurées. - Un couvercle 15 pouvant être gravé sur sa face 15a et lié au corps 1 par l'intermédiaire de la surface 15b. Les détails de la liaison n'ont pas été représentés mais on peut facilement imaginer une liaison mécanique par filetage, par crans ou une liaison par adhérence obtenue par collage. Ce couvercle est optionnel et sont rôle est à la fois esthétique, il évite les salissures de la partie creuse du corps 1 et améliore les propriétés barrières. La figure la représente une variante de la figure 1 dans laquelle les épaulements la et lb ont été supprimés, le couvercle 15 immobilisé ici par exemple par un cran circulaire 15c déborde légèrement du 1 corps recouvert d'élastomère 2 et constitue un épaulement 15d facilitant la manipulation. La couche d'élastomère est ici réalisée par surmoulage et l'adhérence entre la matière du corps et l'élastomère est suffisante. Aux figures 2, 3a, 3b et 4 on a représenté des va-riantes de réalisation de cette bonde qui assurent toutes les mêmes fonctions. Elles ont été représentées sans le couvercle 15 mais celui-ci peut bien sur être utilisé. Ainsi, à la figure 2 on retrouve certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références. La variation se situe dans le mode d'obtention du manchon 2 qui est ici réalisé par surmoulage. Des crans le et des gorges ld cir- culaires sont réalisés sur la périphérie du tronc de cône du corps 1 afin de favoriser l'accroche de l'élastomère. L'épaulement inférieur lb n'est plus nécessaire et a été supprimé. Aux figures 3a et 3b, le corps 1 possède une géomé- trie en forme de H avec la partie horizontale se situant a mi-hauteur en vis-à-vis de la paroi du récipient à obs- truer. Ceci permet d'améliorer la rigidité du corps et de diminuer la flexion des parois du corps. Des créneaux le et ld sont réalisés au niveau des bords supérieurs et infé- rieurs du fut du corps 1 de façon a permettre à la matière du joint 2 de s'infiltrer par ces orifices et alimenter des cavités 2b et 2c en réalisant des ponts 2a. Ces artifices de géométrie sont simples à réaliser par des noyaux de forme et permettent de réaliser une accroche mécanique du manchon sur le corps 1 A la figure 4, le manchon 2 possède une géométrie en forme de U recouvrant totalement le corps 1, la partie horizontale 2e assure la tenue mécanique de la partie inférieure du manchon 2 sur le corps 1, la tenue de la partie supérieure étant assurée dans ce cas par les mêmesdisposi- tifs le et 2b précédemment décrits. Les infiltrations de liquide entre l'élastomère de 2 et le corps 1 sont ainsi totalement impossibles, ceci permet d'améliorer les propriétés barrières et le caractère hygiénique de cette bonde. Ceci est utilisé lorsque l'adhérence chimique de l'élastomère sur le corps 1 n'est pas bonne ou inexistante. La figure 5 illustre une variante de réalisation d'une bonde dite mécanique selon le principe de l'invention avec laquelle un serrage du manchon en élastomère 2 et une expansion de celui-ci est réalisé afin d'assurer l'étan- chéité et la tenue de la bonde dans l'orifice du récipient 3. Cette bonde est constituée par: - un. manchon 2 en élastomère avec une géométrie ex-terne en forme de tronc de cône d'une conicité proche de celle du trou du récipient 3. Les dimensions de ce tronc de cône sont telles que celui-ci puisse être introduit dans l'orifice du récipient. L'évidement interne du manchon est cylindrique afin de faciliter la translation du corps 4 et de la chape 5 lors des manoeuvres de serrage et de desserrage. -un corps 4 en forme de cylindre et possédant un axe fileté 4a. Le diamètre du cylindre est adapté de façon à ce qu'il puisse être introduit serré dans le manchon 2 et qu'il puisse assurer son expansion lors du serrage, - une chape supérieure 5 introduite dans la partie supérieure du manchon 2 et assurant son maintient lors du serrage, - un élément de serrage 6 vissé sur l'axe fileté 4a et permettant par rotation le rapprochement de la chape 5 et du corps 4 et réalisant ainsi l'expansion du manchon 2. Cette bonde est initialement desserrée, elle est mise en place dans l'orifice du récipient, puis l'élément de serrage 6 est vissé et est serré jusqu'à ce que l'expansion du manchon 2 soit jugée suffisante. Ce principe d'expansion exige cependant que l'épaisseur du manchon 2 soit suffisante pour assurer une certaine rigidité de celui-ci et que l'effort de serrage se transforme en gonflement de ce manchon. La figure 6 représente une variante de la solution décrite par la figure 5 autorisant un manchon moins épais. Elle est constituée par: - un manchon 2 en élastomère avec une géométrie ex-terne en forme de tronc de cône d'une conicité proche de celle du trou du récipient 3. Les dimensions externes du manchon sont telles que celui--ci puisse être introduit dans l'orifice du récipient, - un corps 4 en tronc de cône inverse par rapport au manchon 2 et possédant un axe fileté 4a. L'enfoncement du cône sous l'effet du serrage provoque un élargissement de la partie inférieure du manchon qui est alors pressée fortement contre les parois de l'orifice du récipient, as-25 surant ainsi l'étanchéité et le blocage de la bonde dans l'orifice, - une chape 5 introduite dans la partie supérieure du manchon 2 et assurant son maintient lors du serrage, - un élément de serrage 6 vissé sur l'axe fileté 4a et permettant par rotation le rapprochement de la chape 5 et du corps 4. Le fonctionnement de cette bonde est identique à celui décrit avec la bonde de la figure 5: elle est introduite desserrée dans l'orifice du récipient 3, serrée in situ. Elle doit être desserrée pour être extraite de l'orifice. Une légère pression sur la molette 6 permet de 20 faire coulisser le corps 4 dans le manchon et ainsi de le faire revenir à l'état initial non expansé. La figure 7 décrit une bonde anti-surpression communément appelée bonde de fermentation réalisée selon le principe de l'invention. Elle constitue une évolution de la bonde décrite par les figures l,la, 2 et 3, ainsi on retrouve: - le corps 1 en matériau rigide, le fond présente cependant un orifice 1d, -le manchon 2 én élastomère immobilisé par les deux épaulements supérieur la et inférieur lb, Ces éléments sont complétés par: - un tube 7 dont une extrémité est soudée au corps 1 en vis-à-vis de l'orifice 1d. L'extrémité supérieure du 15 tube 7 possède une surface suffisamment soignée et coopère avec la bille 8 pour assurer une étanchéité, - une bille 8 obstruant l'extrémité supérieure du tube 7, - un couvercle 9 percé d'un trou et réalisé en ma- tière élastomère. Ce couvercle est emmanché légèrement en force dans le corps 1 et vient faire appui sur la bille. La souplesse de l'élastomère utilisé permet des légers mouvements de la bille autorisant une mise à l'air libre du tube 7 et permettant une évacuation des gaz de fermentation du liquide contenu dans le récipient. Cette bonde est utilisée de la même façon que celle décrite à la figure 1: le manchon 2 réalise l'étanchéité entre les parois de l'orifice du récipient 3 et le corps 1. La fermentation du liquide contenu par le récipient s'accompagne de dégagements gazeux qui restent contenus dans l'espace de tête, la pression augmente alors et crée un effort sur la bille. Dès que cet effort atteint une certaine valeur, la bille se soulève, ce qui permet aux gaz de s'échapper, entraînant une baisse de la pression. La bille retombe alors faisant de nouveau bar- rière aux gaz. La pression remonte alors jusqu'à ce que la bille se soulève à nouveau et ce cycle se reproduit à vo- lonté lors de toute l'étape de fermentation. Nous pouvons facilement imaginer une variante sans bille 8, dans la-quelle l'étanchéité est réalisée directement entre le tube 7 et le couvercle 9. Aux figures 8 et 9, on a représenté deux autres va-riantes de réalisation de la bonde de fermentation. Ainsi, à la figure 8 on retrouve certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références. La variation se situe au niveau du dispositif de retenue de la bille 8. Le couvercle 9 est remplacé ici par un étrier 10 qui prend appui au niveau de l'épaulement la, une des deux extrémités de cet étrier est en forme de V facilitant ainsi sa manipulation et sa mise en place sur le corps 1. A la figure 9, le tube 7 possède un renflement 15 fileté 7b dans sa partie supérieure. Le système assurant le maintient de la bille est constitué par: - un capuchon 11 fileté venant se visser sur le renflement fileté 7b du tube 7, - un ressort 12 faisant appui sur la bille 8 et au- torisant son mouvement. Le réglage de la pression de dégazage est ici possible par variation de l'intensité de compression du ressort, ceci en modulant le degré de serrage du capuchon 11 sur le tube fileté 7. La figure 10 décrit une bonde permettant de réali- ser une mise à niveau automatique ou un inertage gazeux en continu. Ceci est particulièrement intéressant pour assurer un minimum de contact entre le liquide contenu et l'oxygène de l'air qui rentre et compense la perte de volume due à l'évaporation. Elle constitue une évolution de la bonde dé-crite par les figures 1, la, 2 ou 3, ainsi on retrouve: - le corps 1 en matériau rigide, le fond présente cependant un orifice ld, - le manchon 2 en élastomère immobilisé par les deux épaulements supérieur la et inférieur lb, Ces éléments sont complétés par: - un tube 7 dont une extrémité est soudée au corps 1 en vis-à-vis de l'orifice 1d. L'extrémité supérieure ex-terne du tube 7 possède un renflement 7a permettant l'accroche d'un tuyau souple 13. Ce tuyau est relié à une cuve remplie de liquide ou à une bouteille contenant un gaz d'inertage sous pression. La figure 11 illustre une variante de l'invention représentée en coupe dans le col d'un flacon type erlenmeyer 14. Cette variante permet grâce à un orifice 7 le passage d'une tige ou d'un tube rond. Ainsi, on reconnaît le corps 1 équipé de son manchon 2 et représenté à la figure 3. La partie horizontale du corps est percée d'un trou ld, un tube 7, dont une extrémité est soudée au corps 1 en vis-à-vis de l'orifice ld et l'autre extrémité est ici mu- nie d'un joint torique 7b, permet le passage d'une tige ou d'un tube non représenté. Ceci permet par exemple de relier l'intérieur du récipient à un autre récipient et d'assurer une liaison étanche entre les deux ou le passage d'un axe de mélangeur. REVENDICATIONS 1. Bouchon pour fermeture de récipient à orifice lisse, caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps rigide (1) généralement creux en matériau barrière revêtu sur sa périphérie d'une couche d'élastomère (2). Les dimensions du corps et de la couche d'élastomère sont adaptées à l'orifice du récipient. Ce bouchon peut être équipé d'un couvercle (15). 2. Bouchon selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche d'élastomère est constituée par un manchon (2) rapporté et immobilisé sur le corps par deux épaulements, (la) et (1b). 3. Bouchon selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche d'élastomère est surmoulée autour du corps (1), la liaison peut alors être favorisée par des aspérités type crans (lc) et gorges (ld) et ou ponts (2a) et zones d'ancrage (2b) et ou par une géométrie de la couche élastomère en forme de U recouvrant ainsi totalement la partie inférieure du corps (1). 4. Bouchon selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est composé par an corps constitué d'un élément inférieur (4) et d'un élément supérieur (5) et d'un dispositif de serrage (6) qui permet le rapprochement les éléments (4) et (6)et l'expansion du manchon en élastomère (2). 5. Bouchon selon la revendication 4 caractérisé en ce que la section interne du manchon (2) et les sections externes des éléments (5) et (6) soient cylindriques. 6. Bouchon selon la revendication 4 caractérisé en ce que la section interne du manchon (2) soit en tronc de cône avec son sommet situé vers l'intérieur du récipient à obstruer et la géométrie du corps (4) soit en tronc de cône avec son sommet situé vers l'extérieur du récipient à obstruer. 1:3 7. Bouchon selon l'une des revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de dégazage permettant l'échappement des gaz contenus dans le récipient à obstruer. 8. Bouchon selon la revendication 7 caractérisé en ce que le système permettant le dégazage soit constitué d'un tube (7) dont une extrémité est soudée au corps (1) et l'autre extrémité libre comporte une surface soignée, d'une bille (8) et d'un couvercle (9) en élastomère percé d'un trou ou d'un étrier (10) qui assurent le maintient en position de la bille (8) sur l'extrémité supérieure du tube (7). 9. Bouchon selon la revendication 7 caractérisé en ce que le système permettant le dégazage soit constitué d'un tube (7) dont une extrémité est soudée au corps (1) et l'autre extrémité libre comporte une surface soignée et un filetage externe (7b), d'une bille (8), d'un ressort (12) et d'un capuchon (11) se vissant sur l'extrémité supérieure (7b) du tube. 10. Bouchon selon l'une des revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce qu'il comporte un orifice (7) permet-tant la fixation d'un tuyau (13) ou le passage d'un axe ou d'un tuyau.