Brevet FR2911176A1 — publié le 20080711

La présente invention se rapporte à un procédé pour améliorer la sécurité d'une installation contenant au moins un réservoir de gaz combustible, à un corps creux et déformable pour mettre en oeuvre ledit procédé, à une installation comprenant un tel corps creux et déformable, ainsi qu'à un véhicule équipé d'au moins une telle installation. L'utilisation de gaz combustibles pose d'un point de vue général un problème de sécurité lié au risque de fuites qui peuvent survenir. Ceci est tout particulièrement le cas à bord de véhicules qui utilisent des gaz combustibles comme source d'énergie, qu'il s'agisse de carburant pour un moteur à combustion interne ou d'hydrogène pour alimenter une pile à combustible. En effet, des fuites sont toujours susceptibles de survenir en différents points des circuits, et en particulier au niveau des raccords ou des composants actifs assurant le fonctionnement (notamment vannes, régulateurs) ou la sécurité (soupapes) du véhicule. Lorsque les réservoirs sont placés à l'intérieur du véhicule, ce qui est le cas le plus fréquent pour les automobiles, il est nécessaire de prévoir des espaces vides autour des réservoirs pour absorber de l'énergie en cas de choc, et éviter la déformation ou la destruction de ces derniers. Le volume de ces espaces vides peut se remplir du produit de fuites qui, mélangé à l'air ambiant, constitue dans certaines proportions un mélange explosif. Pour remédier à cet inconvénient, des solutions ont déjà été proposées et peuvent être schématiquement classées en deux familles. D'une part, une première famille selon laquelle des mesures sont prises de façon à empêcher l'apparition de fuites et réduire les débits des fuites, et d'autre part, une seconde famille selon laquelle des mesures sont prises afin de réduire les conséquences des fuites. Dans la première famille se classent les dispositions constructives et les vérifications qui garantissent que les circuits ne fuient pas au delà de l'acceptable, et que leur usage normal ne présente qu'une faible probabilité de conduire à une usure dangereuse. Les procédures d'utilisation, de contrôle et de maintenance préventive appartiennent également à cette première famille. Dans la seconde famille, outre les procédures de sécurité, on trouve des dispositions visant à limiter les risques liés à la pression de stockage du gaz et à l'éventualité d'un incendie et/ou d'une explosion, en protégeant les circuits contre les chocs, les vibrations, les collisions, les incendies, en détectant précocement les fuites au moyen de capteurs contrôlant la composition des atmosphères environnant les circuits, en comparant les débits en différents points par exemple entre la sortie du stockage et l'entrée du moteur ou de la pile à combustible, et en identifiant les différentiels, en comparant le gaz délivré et l'énergie effectivement produite. Cependant, ces mesures et procédures ne mettent pas le véhicule à l'abri d'un accident pouvant malgré tout provoquer des fuites de gaz. Dans cette seconde famille entrent également les mesures visant à : -Réduire les volumes pouvant collecter et contenir du gaz fuyard, - Diluer les fuites pour que leur mélange avec l'air demeure en dessous de la limite inférieure d'inflammabilité, - Inerter avec des gaz inertes tels l'azote, l'argon le dioxyde de carbone, l'hélium ou leurs mélanges, les volumes susceptibles de recueillir le produit des 15 fuites pour là encore constituer des mélanges non inflammables. Dans le même esprit de non inflammabilité, il serait envisageable de remplir les volumes susceptibles de recueillir des fuites de gaz inflammable pour que le mélange formé avec les fuites se situe au dessus de la limite supérieure d'inflammabilité. Mais de telles solutions, si elles présentent une 20 utilité dans des circonstances exceptionnelles, posent aussi des questions comme la garantie de l'étanchéité des volumes remplis. Toutes ces mesures connues conduisent en fait à des compromis non satisfaisants comme nous allons l'analyser ci-dessous. Tout d'abord, pour éviter la diffusion du gaz combustible, et donc réduire 25 les volumes pouvant collecter et contenir du gaz fuyard, une bonne solution consiste à isoler du reste du véhicule, dans un compartiment étanche, les réservoirs et composants contenant du gaz et donc pouvant fuir à un moment ou un autre. L'intérêt d'isoler le stockage du gaz dans un compartiment étanche est aussi de favoriser la détection précoce des fuites à l'aide de 30 détecteurs. La réduction des volumes morts est favorable à la précocité de la détection. Malgré de nombreuses tentatives visant à réaliser des réservoirs non cylindriques ou sphériques diminuant leur encombrement, les réservoirs embarqués dans les véhicules sont le plus souvent de formes cylindrique. La réduction du volume du compartiment protégeant les réservoirs par l'adoption de formes se rapprochant de la forme de ceux-ci pose des problèmes de réalisation pratique, de poids et de coût en particulier dans l'état actuel du développement des véhicules à gaz qui sont le plus souvent des véhicules à essence convertis partiellement ou complètement au gaz. Par ailleurs, pour éviter de contraindre les composants contenant ou véhiculant le gaz en cas de choc ou de déformation importante du véhicule, il est préférable de laisser des espaces libres autour du stockage du gaz. Ces espaces libres, indispensables à la sécurité, peuvent recueillir des fuites. Il faut alors choisir entre la réduction des volumes libres et le risque de d'endommager les circuits sous pression, ce qui constitue un dilemme douloureux. Ensuite, pour éviter que le mélange de l'air et du produit des fuites soit combustible, il est possible de diluer celles-ci par ventilation naturelle (cheminées) ou forcée (ventilateurs). Dans la pratique, les analyses de risques qui ont été conduites montrent les limites de cette solution. En effet, les cheminées doivent être dimensionnées pour tous les débits de fuite ce qui conduit à des encombrements prohibitifs. De plus, il faut s'assurer que les cheminées ne seront jamais bouchées, ou déformées en cas de choc, et qu'elles ne seront pas le siège de contre pression du fait du vent ou des effets aérodynamiques du déplacement du véhicule. Que la dilution soit naturelle ou forcée, il n'est pas aisé de décider de l'endroit le plus judicieux pour évacuer le flux en résultant (sur le toit, par exemple, est une solution inadaptée en cas de renversement du véhicule). La ventilation mécanique implique des dispositifs compatibles avec les atmosphères explosives, de grande fiabilité, consommateurs d'énergie même en dehors de l'utilisation du véhicule. Enfin, il semble qu'il soit toujours possible de constituer au moins de façon transitoire des volumes de mélange explosif, la dilution des fuites en retardant ou en empêchant par ailleurs leur détection. Enfin, un compartiment de véhicule ne pouvant pas demeurer parfaitement étanche en toutes circonstances, un bon inertage implique d'emporter une réserve de gaz inerte, et donc d'ajouter du poids et de l'encombrement au stockage de gaz. La gestion d'un volume important de gaz inerte à bord d'un véhicule pose des problèmes dont celui de la possible constitution d'atmosphère sous oxygénée en des lieux non désirés et de situations d'anoxie dangereuses. La présente invention a pour objet de remédier en tout ou partie aux différents inconvénients évoqués précédemment, et consiste pour cela en un procédé pour améliorer la sécurité d'une installation comprenant un compartiment délimitant un volume interne partiellement occupé par au moins un réservoir de gaz combustible, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape visant à introduire au moins un corps creux et déformable rempli de gaz inerte afin de combler les espaces vides entre les réservoirs et/ou chaque réservoir et le compartiment. Par conséquent, ce ou ces corps creux et déformables réduisent les espaces disponibles pour un mélange combustible et explosif, et en limitent donc considérablement les effets en cas de fuite de gaz combustible et d'ignition du mélange. En effet, la limite supérieure d'inflammabilité est plus vite atteinte puisque les corps creux et déformables limitent la quantité d'air disponible autour des composants éventuellement susceptibles de fuir en cas de fuite importante. Ainsi, l'introduction de ces corps creux et déformables contribue à la précocité de la détection des fuites éventuelles qui ne sont diluées que dans un volume minimisé d'air ambiant. Par ailleurs, en cas de fuite enflammée, la durée de combustion est limitée faute de comburant. De plus, même dans l'hypothèse où ces corps creux et déformables viennent à être percés par une fuite enflammée, ces derniers relâchent leur contenu neutre qui n'entretient pas la combustion et dilue plutôt l'air ambiant disponible rétrécissant ainsi le domaine de combustion et la température de flamme. Etant déformables, ces corps creux et déformables ne contraignent pas les réservoirs et autres composants de la chaîne d'alimentation en gaz dans le cas où le compartiment serait déformé par exemple par un choc violent. La légèreté de chaque corps creux et déformables résulte naturellement de sa vacuité et de sa capacité à se déformer. Ses parois étant en effet minces et son contenu étant un gaz, l'ensemble possède donc une masse volumique apparente faible. La présente invention se rapporte également à un corps creux et déformable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il est rempli de gaz inerte et en ce qu'il est réalisé dans un matériau apte à limiter la migration du gaz inerte vers l'extérieur ou la rétro-diffusion d'oxygène de l'air vers l'intérieur. Ce corps creux et déformable peut avantageusement être réalisé dans un matériau non combustible ou auto extinguible et ne dégageant pas de fumées toxiques lorsqu'il est exposé à une température élevée. Avantageusement encore, ce corps creux et déformable est rempli d'un volume de gaz adapté afin de lui conférer une rigidité contrôlée. Ce ou ces corps creux et déformables peuvent alors participer à l'absorption d'énergie en cas de choc déformant, et peuvent éventuellement contribuer au calage de composants, à la suppression ou encore à l'amortissement de vibrations. Selon une variante de réalisation, le corps creux et déformable est 15 équipé d'un organe de remplissage, par exemple une vanne. Préférentiellement, le corps creux et déformable est rempli à l'aide d'un gaz détectable, tel que l'hélium, ou d'un mélange de gaz détectable, tel qu'un mélange de gaz neutre et d'hélium. Préférentiellement encore, le corps creux et déformable possède une 20 section sensiblement triangulaire, ou rectangulaire ou encore oblongue. De manière avantageuse, le corps creux et déformable est réalisé sous la forme d'un sachet constitué dans au moins un des matériaux suivants : mylar, métal, alliages d'aluminium, polymères, élastomères. La présente invention se rapporte également à une installation 25 comprenant un compartiment délimitant un volume interne partiellement occupé par au moins un réservoir de gaz combustible, caractérisée en ce que le compartiment est équipé d'au moins un corps creux et déformable selon l'invention pour combler les espaces vides entre les réservoirs et/ou entre chaque réservoir et le compartiment. 30 Il doit être bien compris que les corps creux et déformables peuvent être isolés les uns des autres ou être rendus communicants. Enfin, la présente invention se rapporte à un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une installation selon l'invention. Bien évidemment, de façon générale, le choix de la forme et du nombre de corps creux et déformables utilisés pour combler les espaces vides pourra dépendre, à titre d'exemple, des contraintes liées à la forme des réservoirs et/ou du compartiment, de la limite supérieure d'inflammabilité souhaitée, de l'espace disponible toléré pour un mélange combustible et/ou explosif, des contraintes de temps et de coûts pour réaliser l'opération d'intégration desdits corps creux et déformables, etc. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel : La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une installation selon l'invention avant introduction des corps creux et déformables ; La figure 2 est une vue identique à celle représentée à la figure 1, après introduction des corps creux et déformables ; La figure 3 est une vue en coupe transversale d'une autre installation 15 selon l'invention, avant introduction des corps creux et déformables ; La figure 4 est une vue identique à celle représentée à la figure 3, après introduction des corps creux et déformables. Comme représenté à la figure 1, une installation selon l'invention, que l'on peut retrouver à bord d'un véhicule automobile (non représenté), comprend 20 un compartiment 1 réalisé sous la forme d'un parallélépipède rectangle définissant un volume interne dans lequel peuvent être stockés trois réservoirs 2 remplis chacun de gaz combustibles pouvant servir de source d'énergie audit véhicule automobile. Ces réservoirs 2 présentent chacun une section transversale circulaire 25 dont le diamètre est légèrement inférieur au petit côté du compartiment 1. De plus, ces réservoirs 2 sont disposés parallèlement les uns aux autres et sont centrés dans le compartiment 1. Le volume inutilisé par les réservoirs 2 à l'intérieur dudit compartiment 1 correspond à des espaces libres 3 non souhaitables entre les réservoirs 2 eux-30 mêmes ainsi qu'entre chaque réservoir 2 et les parois du compartiment 1. Comme représenté à la figure 2, dans une telle configuration, ces espaces libres 3 peuvent être minimisés en introduisant des corps creux et déformables de forme adaptée dans le compartiment 1. Plus précisément, chaque corps creux et déformable est constitué par un sachet 4, réalisé sous la forme d'un prisme droit à base triangulaire isocèle, renfermant un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes. Un jeu de huit sachets 4, se décomposant en quatre sachets de grand format et en quatre sachets de plus petit format disposés respectivement en partie centrale et dans les coins du compartiment 1, suffit alors pour combler la plupart des espaces vides 3. Ces sachets 4 peuvent être constitués d'au moins un matériau barrière constitué de plusieurs couches (aussi nommé sandwich ) limitant la migration du gaz inerte vers l'extérieur ou la rétro- diffusion d'oxygène de l'air vers l'intérieur. De tels matériaux, en plaques ou en films, sont couramment utilisés dans le conditionnement des aliments, notamment par la société Tétrapack pour des boissons par exemple. Le matériau retenu peut également être constitué par du mylar qui est traditionnellement utilisé pour réaliser des ballons ludiques ou des ballons sondes. Ces matériaux sont avantageux car ils autorisent la réalisation de formes relativement complexes par découpe et soudage. Le choix d'un matériau non combustible ou auto extinguible et ne dégageant pas de fumées toxiques lorsqu'il est exposé à une température élevée est bien évidemment préférable, mais de toutes façons, la faible masse de résine mise en jeu et la présence du gaz inerte sur la paroi interne du sachet 4 limitent considérablement leur contribution à un incendie éventuel. Les sachets 4 ainsi réalisés sont légers et économiques. Ils peuvent simplement être logés dans les espaces vides 3 à combler sans besoin de dispositifs de fixation complexes, ce qui rend également leur extraction simple pour maintenance ou inspection des composants de la chaîne gaz. De plus, il n'est pas nécessaire de les pressuriser au-delà de la pression atmosphérique, sauf s'ils participent également au calage des réservoirs 2 et/ou de composants (non représentés), à la prévention de vibrations ou à l'absorption d'énergie. Des sachets 4 non pressurisés sont peu sujets aux fuites, et peuvent rester souples pour faciliter leur mise en place. Il doit être bien compris qu'il ne s'agit pas de ballons de baudruche élastiques que la pression forme et qui naturellement adoptent des formes courbes, mais plutôt de sachets fermés pouvant présenter des surfaces plane, concave ou convexes pour répondre au besoin précis. En variante, la pression régnant au sein des sachets 4 peut être contrôlée pour s'assurer de leur intégrité et/ou pour détecter une élévation anormale de pression pouvant provenir d'une fuite de gaz combustible ou d'une déformation du compartiment 1 contenant le stockage de gaz. En variante, au moins un sachet 4 équipé d'une valve (non représentée) peut être introduit vide dans le compartiment 1 entre les différents réservoirs 2, puis être rempli de gaz inerte pour combler les espaces vides 3. En variante, il doit être bien compris que les sachets 4 peuvent être 10 isolés les uns des autres ou être rendus communicants. Un autre avantage réside dans le fait que l'étanchéité et l'intégrité des sachets 4 mous et/ou élastiques peuvent être contrôlées très simplement, par exemple en les palpant ou même visuellement. En variante, il est possible d'affiner la détection de leurs éventuelles fuites en les remplissant d'un gaz 15 détectable ou d'une mélange de gaz contenant un gaz détectable comme de l'hélium ou un mélange de gaz neutre et d'hélium. Selon un autre mode de réalisation, les sachets 4 peuvent également être réalisés en métal de faible épaisseur, par exemple en alliages d'aluminium, particulièrement faciles à emboutir et légers. 20 Les sachets 4 peuvent aussi être réalisés en matière moulée thermoformés ou soufflée (polymères, élastomères) comme il est courant de le faire pour les emballages de produits alimentaires, ménagers et pharmaceutiques. Un compartiment 11, tel que représenté aux figures 2 et 3, diffère de celui représenté aux figures 1 et 2 par le fait qu'il contient trois réservoirs 12 25 réalisés chacun sous la forme d'une bouteille de gaz. De plus, il doit être noté qu'un espace de déformation 15 a été ménagé en sus des habituels espaces libres 13 non souhaitables entre les réservoirs 12 et/ou chaque réservoir 12 et les parois du compartiment 11. Le cas échéant, cet espace de déformation 15 peut permettre une déformation localisée du 30 compartiment 11 en cas de choc du véhicule sans compromettre l'intégrité des réservoirs 12. En se référant à la figure 4, il est alors possible de constater que la réduction des espaces libres 13 dans le compartiment 11 peut être facilement obtenue à l'aide, d'une part, d'un sachet 14a en forme de parallélépipède rectangle disposé dans l'espace de déformation 15, et d'autre part, d'un jeu de sachets 14b réalisés sous la forme de prismes droit à base triangulaire isocèle destinés à minimiser les espaces libres 13 entre ledit sachet 14a et les réservoirs 12. Bien évidemment, ces sachets 14a et 14b sont tout à fait comparables à ceux utilisés dans le cadre de l'installation représentée à la figure 1, seuls la forme et le nombre étant différents afin de s'adapter au mieux au volume interne inutilisé du compartiment 11. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.15 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour améliorer la sécurité d'une installation comprenant un compartiment (1 ; 11) délimitant un volume interne partiellement occupé par au moins un réservoir (2 ; 12) de gaz combustible, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape visant à introduire au moins un corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) rempli de gaz inerte afin de combler les espaces vides (3 ; 13) entre les réservoirs et/ou chaque réservoir et le compartiment. 2.- Corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est rempli de gaz inerte et en ce qu'il est réalisé dans un matériau apte à limiter la migration du gaz inerte vers l'extérieur ou la rétro-diffusion d'oxygène de l'air vers l'intérieur. 3.- Corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un matériau non combustible ou auto extinguible et ne dégageant pas de fumées toxiques lorsqu'il est exposé à une température élevée. 4.- Corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) selon l'une quelconque des 20 revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est rempli d'un volume de gaz adapté afin de lui conférer une rigidité contrôlée. 5.- Corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un organe de remplissage. 25 6.- Corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il est rempli à l'aide d'un gaz détectable, tel que l'hélium, ou d'un mélange de gaz détectable, tel qu'un mélange de gaz neutre et d'hélium. 7.- Corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) selon l'une quelconque des 30 revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il possède une section sensiblement triangulaire, ou rectangulaire ou encore oblongue. 8.- Corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un sachet constitué dans au moins un des matériaux suivants : mylar, métal, 35 alliages d'aluminium, polymères, élastomères. 9.- Installation comprenant un compartiment (1 ; 11) délimitant un volume interne partiellement occupé par au moins un réservoir (2 ; 12) de gaz combustible, caractérisée en ce que le compartiment est équipé d'au moins un corps creux et déformable (4 ; 14a, 14b) selon l'une des revendications 2 à 8 pour combler les espaces vides (3 ; 13) entre les réservoirs et/ou entre chaque réservoir et le compartiment. 10.- Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les corps (4 ; 14a, 14b) sont au choix isolés les uns des autres ou communicants. 11.- Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une installation selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10.