Brevet FR2948166A1 — publié le 20110121

La présente invention concerne un réservoir de fluide sous pression et son procédé de fabrication. L'invention concerne plus particulièrement un réservoir de fluide sous pression de forme générale cylindrique, en particulier pour gaz, le réservoir comportant une enveloppe interne d'étanchéité, une enveloppe extérieure de renforcement en matériau composite disposée sur la majorité de la surface extérieure de l'enveloppe interne, les enveloppes interne et extérieure définissant un orifice pour le fluide situé à une extrémité supérieure du réservoir, le réservoir comportant une pièce polaire disposée au niveau de l'orifice et comportant une portion inférieure disposée entre les enveloppes interne et extérieure, la portion inférieure de la pièce polaire ayant une forme générale hémisphérique qui s'étend radialement vers la partie inférieure du réservoir, l'épaisseur de la portion inférieure de la pièce polaire se réduisant progressivement vers la partie inférieure du réservoir. Les réservoirs de stockage de gaz sous pression de type IV comprennent une enveloppe interne en plastique (appelé également � liner �) assurant le stockage étanche du gaz, et une enveloppe extérieure en matériau composite assurant la tenue en pression. Afin d'assurer la liaison entre le réservoir et une valve ou un robinet, une pièce polaire métallique est généralement insérée entre l'enveloppe composite et l'enveloppe plastique. Généralement, la pièce polaire comporte à son extrémité supérieure un taraudage ou un filetage destiné à coopérer avec système conjugué d'une valve ou d'un robinet. L'extrémité inférieure de la pièce polaire comporte une embase destinée à épouser la forme bombée du liner. L'interface entre l'enveloppe interne et l'embase de la pièce polaire forme un chemin préférentiel pour les fuites de gaz éventuelles qui peuvent être observées en raison par exemple : - d'une décohésion entre l'embase et l'enveloppe interne, - d'une rupture de l'enveloppe interne au point triple (c'est-à-dire au point où se rejoignent les enveloppes interne et extérieure ainsi que l'embase), - de la combinaison des deux phénomènes précédents. Un but de l'invention est de limiter la probabilité d'apparition de fuites sur un réservoir (de type IV ou autre) et ainsi d'augmenter la fiabilité et la durée de vie du réservoir. Les matériaux présents à l'interface embase/enveloppe interne/enveloppe extérieure (point triple) ont des propriétés différentes. En effet, l'enveloppe interne est constituée en général d'un matériau plastique ayant un module d'élasticité plus faible que ceux des matériaux constituant l'enveloppe extérieure ou la pièce polaire. Ceci peut entraîner un phénomène de cisaillement au point triple lorsque le réservoir est sous pression et donc une rupture de l'enveloppe interne et/ou une décohésion de l'ensemble. De plus, le coefficient de dilatation thermique du métal constituant généralement l'embase est très différent du coefficient de dilatation thermique du polymère constituant généralement l'enveloppe interne. De ce fait, des décollements peuvent apparaître lorsque le réservoir est soumis à certains cycles thermiques ou thermomécaniques. Le cisaillement à l'interface entre ces matériaux peut être atténué par l'utilisation d'une forme géométrique adaptée du dôme (embase et enveloppe interne cf. par exemple FR2193953). Afin de limiter les effets de la dilatation thermique, et comme suggéré par US5518141A, il est également avantageux de prolonger les bords de l'embase jusqu'à la zone cylindrique du réservoir. Ceci permet d'avoir une plus grande surface d'accroche entre le l'enveloppe interne et l'embase. Ceci diminue le risque de décohésion. Cependant, les problèmes de tenue au point triple (embase/enveloppe interne/enveloppe extérieure) ne sont pas résolus avec satisfaction. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'extrémité de la portion inférieure de la pièce polaire comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'extrémité de la portion inférieure de la pièce polaire comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 50 et 500 pm, - la pièce polaire est métallique et la paroi flexible de l'extrémité de la portion inférieure de la pièce polaire est une feuille métallique rendue solidaire du reste de la portion inférieure de la pièce polaire par soudage, - la feuille métallique est constituée d'un matériau métallique identique ou différent du matériau constitutif du reste de la pièce polaire, - la surface supérieure de la portion inférieure de la pièce polaire qui est en contact avec l'enveloppe extérieure de renforcement est continûment courbe et 10 convexe, - la surface inférieure de la portion inférieure de la pièce polaire qui est en contact avec l'enveloppe interne est continûment courbe et concave, - l'enveloppe interne est constituée de plastique, - le réservoir est un réservoir dit de � type IV �, 15 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un réservoir conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus comportant une étape de pose d'une pièce polaire sur une enveloppe interne d'étanchéité, ladite pièce polaire, comportant une portion inférieure de forme générale hémisphérique dont l'épaisseur se réduit de façon progressive vers son extrémité jusqu'à une paroi 20 flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm et encore plus préférentiellement entre 50 et 500 pm. Selon d'autres particularités la portion inférieure de la pièce polaire est collée sur l'enveloppe (1) interne. 25 L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue en coupe schématique et partielle d'un détail d'un réservoir selon un exemple 30 possible de réalisation de l'invention. En se référant à la figure donnée à titre d'exemple schématique uniquement, une pièce polaire est située au niveau d'un orifice 4 d'un réservoir comprenant une enveloppe interne 1 étanche et une enveloppe extérieure 2. La pièce polaire 3 est par exemple métallique, en acier, en aluminium ou tout autre alliage ou tout autre matériau approprié. L'enveloppe interne 1 étanche est en plastique ou polymère tel que du polyéthylène ou du polyamide ou tout autre matériau approprié pour contenir de 5 façon étanche un gaz sous pression. L'enveloppe ou revêtement extérieure 2 est par exemple en matériau composite de renforcement mécanique tel qu'un composite à fibres de carbone ou fibres de kevlar ou de verre ou hybride à matrice thermoplastique ou thermodurcissable. 10 La pièce polaire 3 comporte une portion supérieure annulaire ou tubulaire (par exemple filetée et/ou taraudée ou autre) destinée à permettre la liaison avec un organe tel qu'une vanne ou un robinet. La portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 est disposée entre les deux enveloppes 1, 2. Cette portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 a de préférence une forme générale hémisphérique qui 15 s'étend radialement vers la partie inférieure du réservoir. L'épaisseur de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 se réduit de façon progressive vers la partie inférieure du réservoir. Par exemple, la portion inférieure 13 de la pièce polaire peut s'étendre jusqu'au niveau de la portion cylindrique du réservoir (c'est-à-dire à la limite du dôme de l'extrémité supérieure 20 du réservoir). Selon une particularité avantageuse, l'extrémité de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm. 25 Cette paroi flexible peut s'étendre par exemple sur 5 % à 30 % de la hauteur de la partie cylindrique de la pièce 2 ou de la circonférence de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3. L'invention permet d'agencer relativement l'enveloppe interne 1 et la pièce polaire 3 selon une forme hémisphérique avec grande continuité de rayons de 30 courbure au point triple. Le profil de la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 permet également de diminuer le gradient de contrainte au point triple et donc de diminuer le cisaillement de l'enveloppe interne 1 dans un réservoir sous pression. De préférence, le profil de la portion inférieure 13 est tel que celle-ci se déforme progressivement et est flexible à la zone périphérique (figure 3). Avantageusement, la portion inférieure 13 de la pièce polaire 3 est flexible au moins au niveau de la paroi d'extrémité et de ce fait diminue la différence de module d'élasticité entre l'enveloppe interne 1 et la pièce polaire 3. Ceci permet de diminuer ou supprimer les concentrations de contraintes au point triple du réservoir. La pièce polaire 3 peut être obtenue en profilant en épaisseur par usinage la portion inférieure 13 puis en soudant sur son extrémité inférieure une feuille de métal à l'épaisseur voulue (quelques dizaines de micron mètre à quelques centaines de micron). L'épaisseur de la feuille peut être ajustée (constante ou décroissante) en fonction des caractéristiques de l'enveloppe interne 1. Le métal constitutif de la feuille de faible épaisseur peut éventuellement être dans un matériau différent de celui de la pièce polaire 3. Le réservoir peut être réalisé en posant ou en collant la pièce polaire 3 sur l'enveloppe interne 1 avant la pose de l'enveloppe extérieure 2 (fibre de renfort bobinée par exemple). REVENDICATIONS1. Réservoir de fluide sous pression de forme générale cylindrique, en particulier pour gaz, le réservoir comportant une enveloppe interne (1) d'étanchéité, une enveloppe extérieure (2) de renforcement en matériau composite disposée sur la majorité de la surface extérieure de l'enveloppe interne (1), les enveloppes interne (1) et extérieure (2) définissant un orifice (4) pour le fluide situé à une extrémité supérieure du réservoir, le réservoir comportant une pièce polaire (3) disposée au niveau de l'orifice (4) et comportant une portion inférieure (13) disposée entre les enveloppes interne (1) et extérieure (2), la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) ayant une forme générale hémisphérique qui s'étend radialement vers la partie inférieure du réservoir, l'épaisseur de la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) se réduisant progressivement vers la partie inférieure du réservoir, caractérisé en ce que l'extrémité de la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) comporte une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 50 et 500 pm. 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce polaire est métallique et en ce que la paroi flexible de l'extrémité de la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) est une feuille métallique rendue solidaire du reste de la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) par soudage. 4. Réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce que la feuille métallique est constituée d'un matériau métallique identique ou différent du matériau constitutif du reste de la pièce polaire (3). 5. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface supérieure de la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) qui est en contact avec l'enveloppe extérieure (2) de renforcement est continûment courbe et convexe. 6. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface inférieure de la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) qui est en contact avec l'enveloppe interne (1) est continûment courbe et concave. 7. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enveloppe interne (1) est constituée de plastique. 8. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réservoir est un réservoir dit de � type IV �. 9. Procédé pour la fabrication d'un réservoir conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant : - une étape de pose d'une pièce polaire (3) sur une enveloppe interne (1) d'étanchéité, ladite pièce polaire (3), comportant une portion inférieure (13) de forme générale hémisphérique dont l'épaisseur se réduit de façon progressive vers son extrémité jusqu'à une paroi flexible ayant une épaisseur comprise entre 10 micron mètre (pm) et quelques centaines de micron mètre et de préférence comprise entre 30 et 1000 pm et encore plus préférentiellement entre 50 et 500 pm. - une étape bobinage d'une enveloppe extérieure (2) de renforcement en matériau composite sur l'enveloppe interne (1) et sur la portion inférieure (13) de pièce polaire (3). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la portion inférieure (13) de la pièce polaire (3) est collée sur l'enveloppe (1) interne.