Brevet FR2951144A1 — publié le 20110415

Flotteur pour couverture de cuve Domaine technique et état de l'art L'invention concerne un flotteur destiné à être utilisé pour recouvrir sensiblement la surface d'un liquide, comprenant un corps et une bordure sensiblement plane 5 s'étendant depuis le corps. Afin de stocker dans de bonnes conditions des liquides particuliers, tels que les liquides inflammables, les liquides alimentaires, etc. Il est nécessaire de couvrir les cuves dans lesquelles sont stockés les liquides dont les dimensions, le diamètre ou les côtés par exemple, peuvent avoir des dimensions importantes, de l'ordre de 10 quelques mètres ou dizaines de mètres par exemple. Pour recouvrir la surface d'une cuve de liquide, il est connu d'utiliser des flotteurs de petite taille, en nombre suffisant, qui sont généralement jetés dans la cuve, soit par le dessus des parois d'une cuve contenant un liquide à couvrir, soit par une trappe de visite dans la paroi de la cuve. Les flotteurs doivent pouvoir se mettre en 15 place seuls, et pouvoir revenir seuls à leur place, y compris après des remous importants dans la cuve, lors du remplissage ou de la vidange de la cuve par exemple. Un tel flotteur est notamment connu du document Dl DE 39 27 616. Par rapport à des flotteurs antérieurs en forme de sphère ou de lentille, la collerette ou bordure 20 présente sur le flotteur de Dl permet de couvrir la surface de liquide entre les corps des flotteurs lorsque les bordures des flotteurs adjacents se chevauchent. Toutefois, l'épaisseur de la bordure des flotteurs est manifestement assez épaisse, équivalente à trois épaisseurs de matériau (figure 2 de Dl), de sorte que, lorsque les flotteurs sont installés depuis le bord de la cuve ou suite à des remous dans la 25 cuve, les bordures de certains flotteurs adjacents ne se chevauchent pas mais au contraire se mettent dans le prolongement l'une de l'autre. De plus le procédé d'assemblage décrit dans Dl (figure 2) conduit à la formation au bord de l'anneau 1 de chaque flotteur d'un bourrelet qui nuit fortement à la planéité de l'anneau de chaque flotteur, au chevauchement des flotteurs adjacents et donc à l'étanchéité globale d'un pavage de flotteurs. Ces deux inconvénients limitent fortement l'efficacité des flotteurs de Dl, en termes de surface totale couverte et d'étanchéité de la couverture obtenue. Description de l'invention L'invention propose un nouveau flotteur ne présentant pas les inconvénients des flotteurs antérieurs. Plus précisément, l'invention propose un flotteur par ailleurs conforme aux flotteurs antérieurs connus, et caractérisé en ce que une épaisseur de la bordure est inférieure à 4 mm. En limitant l'épaisseur de la bordure du flotteur, on limite le risque que deux flotteurs adjacents se calent côte-à-côte, et on augmente en conséquence le pourcentage de couverture globale d'une cuve. L'épaisseur de la bordure est de préférence inférieure à 2mm, par exemple de l'ordre de 1 mm. Une telle épaisseur est un bon compromis entre un pourcentage de couverture globale important et une solidité des flotteurs suffisante pour résister aux chocs lors qu'ils sont lancés dans la cuve. Le corps peut avoir sensiblement la forme d'une sphère ou d'une lentille, ou bien une forme conique ou pyramidale à au moins six côtés. Une forme bombée du corps garantit, par action de la gravité, le non empilement des flotteurs les uns par rapport aux autres : les flotteurs se poussent les uns les autres pour couvrir toute la surface, aucun empilement n'est possible tant que la surface totale n'est pas couverte. Une forme de lentille ou de sphère, éventuellement aplatie présente une symétrie maximale qui facilite encore la mise en place des flotteurs les uns par rapport aux autres. Le corps peut être symétrique par rapport au plan de la bordure. Ainsi, le flotteur assure au mieux sa fonction indépendamment de la face du corps en contact avec le liquide, lors de la mise en place des flotteurs ou en cas de forte agitation de la surface du liquide. La bordure peut avoir sensiblement la forme d'un anneau dont un bord intérieur est relié au corps et dont un bord extérieur est de forme sensiblement circulaire. Le degré de symétrie du bord extérieur est ainsi le plus élevé possible et évite ainsi la formation d'interstices par un mauvais placement des flotteurs les uns par rapport aux autres. Par ailleurs, la surface de la bordure est aussi plane que possible, afin d'avoir une surface de contact la plus grande possible entre deux flotteurs adjacents. La bordure peut être réalisée de sorte que : • une section du corps dans le plan de la bordure s'inscrit dans un premier cercle, • une limite extérieure de la bordure s'inscrit dans un deuxième cercle, et • le diamètre du deuxième cercle est d'environ 1,25 à 1,75 fois le diamètre du 15 premier cercle. Ainsi, lorsque les flotteurs sont en place, l'espace entre les flotteurs peut être totalement comblé. Le diamètre du deuxième cercle peut être de l'ordre de 1,4 à 1,6 fois le diamètre du premier cercle. C'est un bon compromis entre des corps de flotteurs les plus 20 proches les uns des autres et une couverture des interstices entre les corps des flotteurs la plus grande possible. Pour améliorer l'efficacité du flotteur, on ajuste sa forme de sorte que le plan de la bordure du flotteur soit positionné au niveau de la surface du liquide. Pour cela, la masse du flotteur doit être ajustée en fonction de la densité du liquide à couvrir 25 pour que la masse du flotteur corresponde à la masse du liquide déplacé par un demi-flotteur immergé. Le flotteur peut être plein. Dans ce cas, on choisira la densité du matériau constituant le corps du flotteur et la forme du corps en fonction de la densité du liquide à couvrir. Le corps peut également être creux. La masse du flotteur peut être ajustée en ajustant l'épaisseur d'une paroi du corps du flotteur. La paroi peut avoir une épaisseur constante sur toute la surface du corps creux, épaisseur ajustée pour obtenir la masse souhaitée. La masse du flotteur peut également être ajustée en ajoutant un lest, positionné de préférence au voisinage d'une intersection entre la paroi du corps du flotteur et un axe de symétrie du flotteur perpendiculaire au plan de la bordure. Un tel lest facilite et accélère la mise en place du flotteur. Le lest peut être formé par un épaississement local de la paroi du corps, par l'insertion d'un objet de densité importante dans la paroi du corps, par la fixation d'un objet de densité importante sur la paroi du corps à l'intérieur ou à l'extérieur du corps. L'étanchéité du flotteur doit être parfaite et durable pour éviter de le voir couler. Le flotteur peut ainsi être réalisé en métal, en plastique, en mousse recouverte d'un film plastique, etc. Le choix du matériau dépend notamment des propriétés du liquide à couvrir. Dans un environnement à atmosphère explosive (norme ATEX), les sources d'apport d'énergie doivent être évitées. Un risque est l'accumulation de charge électrostatiques sur les flotteurs, susceptible de provoquer une étincelle lors de la mise à la terre d'un flotteur chargé. Pour limiter ce risque, le matériau doit avoir une conductivité de surface suffisante pour dissiper rapidement les charges. Les métaux, conducteurs électriques, sont donc bien adaptés. Ils peuvent aussi être avantageusement remplacés par des plastiques additivés d'un agent antistatique, qui permettent de réaliser des produits moins chers et moins lourds. Dans un environnement à atmosphère explosive, un second risque est la formation d'étincelles lors de chocs entre flotteurs ou entre un flotteur et la paroi de la cuve, lors du remplissage de la cuve ou lors de l'installation des flotteurs sur la cuve par exemple. Le choc entre deux éléments métalliques (friction métal-métal) favorise la formation d'étincelles. Le choc entre deux éléments plastique ou entre un élément plastique et un élément métallique ne présente pas cet inconvénient. Pour la couverture de liquides alimentaires, du moins ceux qui ne présentent pas de risque d'inflammation, on pourra utiliser des plastiques sans additif antistatique par exemple. Le choix du matériau dépend aussi des caractéristiques mécaniques du dit matériau. En cas de choc, notamment lorsqu'ils sont mis en place dans la cuve à couvrir, les flotteurs métalliques risquent de se déformer de manière définitive ; une déformation du corps ou de la bordure du flotteur diminue son efficacité (en termes de couverture du liquide). Au contraire, des flotteurs en plastique absorbent les chocs sans se déformer. Pour améliorer la résistance mécanique des plastiques, il est aussi possible de les renforcer par des fibres telles que les fibres de verre. Le choix du matériau dépend également de l'interaction du liquide à couvrir avec le flotteur. Les flotteurs doivent pouvoir résister dans le temps A titre d'exemple, on pourra utiliser des polyéthylènes, des polyamides ou des 15 polyacétals pour les coupes pétrolières telles que les essences, les gazoles ou les naphtas, ou bien des polypropylènes pour les liquides alimentaires. Lorsqu'il est réalisé en matière plastique, le flotteur peut être réalisé par tout procédé de plasturgie permettant la fabrication directe ou indirecte (plusieurs éléments à assembler) d'un corps creux : usinage, rotomoulage, injection moulage, 20 thermoformage, etc. La réalisation en rotomoulage présente l'avantage d'obtenir un produit fini sans avoir recours à une étape d'assemblage supplémentaire. Par contre, la géométrie de la pièce présentant un anneau très fin, le remplissage de cet anneau est difficile et nécessite un temps de cycle important et un sérieux savoir-faire. 25 La réalisation par thermoformage de feuille plastique est envisageable pour réaliser des demi-coques qui devront ensuite être assemblées. L'avantage est la rapidité de production des pièces et le faible coût de revient des demi-coques. Par contre, l'épaisseur de l'anneau étant très fine et les parois de la partie bombée étant plus épaisse, il est difficile de réaliser des pièces à épaisseur variable en thermoformage. De plus, les pièces faites par thermoformage conservent un effet mémoire, c'est-à-dire qu'en cas de sollicitation thermique, elles risquent de se déformer pour libérer les contraintes résiduelles. De préférence, on réalise les flotteurs par injection moulage. Deux voies sont possibles, la réalisation directe du corps creux par injection assistée gaz ou assistée eau et la réalisation de demi-coques à assembler. Dans le cas de réalisation directe du corps creux, comme pour le rotomoulage, la répartition de la matière plastique constituant les parois internes du flotteur est généralement l0 hétérogène, ce qui influe sur la bonne flottaison du flotteur. De plus, pour réaliser l'injection de fluide (gaz ou eau) un injecteur vient percer la pièce en cours de formation, laissant un orifice résiduel qui doit être bouché lors d'une étape supplémentaire. Préférentiellement, les flotteurs sont réalisés sous forme de demi-flotteurs à assembler lors d'une étape ultérieure. Les demi-flotteurs étant moulés 15 intégralement, les épaisseurs des parois sont parfaitement contrôlées, les surfaces sont parfaitement lisses, l'horizontalité de la ligne de flottaison du flotteur fini peut être garantie. L'assemblage des demi flotteurs en flotteur peut être réalisé par tout procédé d'assemblage connu tel que le collage ou le soudage. Les liquides protégés par les 20 flotteurs pouvant avoir un fort effet de solvant (naphtas, alcools...) la solution du collage ne peut être universelle et doit être étudiée pour chaque projet. Des essais montrent que les procédés de soudures par apport de matière conduisent à la formation d'un bourrelet de soudure dégradant souvent la planéité de l'anneau. Les soudures peuvent aussi être réalisées par la technique dite du miroir chauffant ou 25 de la lame chauffante. Dans ce cas, les bordures (ou des bourrelets prévus dès la conception du moule) de deux demi flotteurs sont simultanément mises au contact d'une résistance chauffante plane (lame chauffante) puis, une fois la fusion des surfaces (ou des bourrelets) opérées, les demi-flotteurs sont pressés l'un sur l'autre afin de réaliser la soudure. Des essais montrent une déformation fréquente du 30 flotteur (car les anneaux sont fins) et l'étanchéité n'est pas garantie. La solution préférée consiste en un apport localisé d'énergie pour réaliser un cordon de soudure sans déformation de la géométrie générale du flotteur. Les techniques possibles sont alors la soudure par ultrason, par friction, par infrarouge ou par Laser. Dans le cas d'une soudure au Laser, un demi-flotteur est en plastique transparent au Laser et l'autre demi-flotteur est rendu opaque au rayonnement Laser par ajout d'un colorant absorbant le rayonnement Laser, par exemple du noir de carbone. Le faisceau traverse le demi-flotteur transparent au rayonnement Laser et chauffe de façon très focalisée la surface du demi-flotteur colorée maintenu en pression. L'apport d'énergie ayant lieu uniquement au niveau du plan de soudure, aucune déformation de la bordure n'est perceptible en surface, du moins aucune déformation susceptible de perturber le bon fonctionnement du flotteur. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de réalisation de flotteurs selon l'invention. Cet exemple est donné à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : • les figures 1 et 2 sont des vues de flotteurs coopérant les uns avec les autres pour couvrir une cuve • la figure 3 est une vue de dessus d'un flotteur à structure polyédrique • la figure 4 est une vue de face d'une demi-coque d'un flotteur comprenant un corps en forme de lentille. Description d'un mode de réalisation de l'invention Les flotteurs 12 selon l'invention sont destinés à assurer la couverture d'une cuve 11 (figure 1). Lorsqu'ils sont positionnés à la surface du liquide, les bordures des flotteurs adjacents se chevauchent (figure 2) afin d'assurer une couverture maximale du liquide. Le choix des matériaux et la forme du flotteur sont optimisés pour que le plan de flottaison du flotteur corresponde au plan principal de la bordure de chaque flotteur et pour que les flotteurs viennent se mettre en place, bordure se chevauchant parfaitement, du simple fait de la gravité. Un flotteur 12 comprend un corps 13 creux entouré d'une bordure plate 14. Le corps 13 s'inscrit dans un cercle de diamètre Dll, et a une hauteur Hl en son point le plus haut. La bordure annulaire 14 est parfaitement plane et s'inscrit dans un cercle de diamètre extérieur D12, qui correspond à environ 1,5 fois le diamètre D11 du cercle dans lequel s'inscrit le corps 13. Dans un exemple, D11 est de l'ordre de 15 cm, Hl est de l'ordre de 6 cm, D12 est de l'ordre de 22 cm et la bordure a une épaisseur de l'ordre de 1 mm. Dans les exemples des figures 1, 2, 4, le corps a la forme d'une lentille ou d'une sphère aplatie de plus grand diamètre D11. Dans l'exemple de la figure 3, le corps a la forme de deux pyramides à base hexagonale associées par leur base. D'autres formes de corps sont envisageables, par exemple des associations de pyramides à base polyédriques à n côtés. Pour obtenir des flotteurs adaptés pour se mettre seuls en place, on choisira de préférence des formes sans angle vifs, avec par exemple des bases polyédriques à plus de six côtés. Dans un mode de fabrication préféré, le flotteur 12 est réalisé à partir de deux demi flotteurs 15, chacun comprenant une demi-coque (calotte sphérique 13a ou pyramide) de hauteur Hla en son point le plus haut et une bordure 14a. Dans un exemple, Hla est de l'ordre de 3 cm et la bordure 14a a d'une épaisseur de l'ordre de 0,5 mm. L'un des demi-flotteurs est en plastique transparent au Laser et l'autre des demi-25 flotteurs est réalisé en plastique teinté avec du noir de carbone pour être opaque au Laser. Les deux demi-flotteurs sont assemblés par soudage laser. Avec de tels flotteurs, le taux de couverture peut atteindre 99,6%. REVENDICATIONS1. Flotteur destiné à être utilisé avec des flotteurs similaires pour recouvrir sensiblement la surface d'un liquide, comprenant un corps et une bordure sensiblement plane s'étendant depuis le corps caractérisé en ce qu'une épaisseur de la bordure est inférieure ou égale à 4 mm. 2. Flotteur selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur de la bordure est inférieure ou égale à 2 mm, par exemple de l'ordre de 1 mm. 3. Flotteur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel : • une section du corps dans le plan de la bordure s'inscrit dans un premier 10 cercle, • une limite extérieure de la bordure s'inscrit dans un deuxième cercle, et • le diamètre du deuxième cercle est d'environ 1,25 à 1,75 fois le diamètre du premier cercle. 7. Flotteur selon la revendication 3, dans lequel le diamètre du deuxième cercle 15 est de l'ordre de 1,4 à 1,6 fois le diamètre du premier cercle. 8. Flotteur selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le corps a sensiblement la forme d'une lentille, d'une sphère aplatie ou d'une association par leur base de deux pyramides à base polyédrique. 9. Flotteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le corps est creux et 20 dans lequel une épaisseur d'une paroi du corps est au moins localement ajustée en fonction d'une densité du liquide à couvrir de sorte qu'un plan de la bordure s'étende sensiblement dans le plan de flottaison du flotteur. 10. Flotteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un lest est inséré dans le corps, par exemple dans une paroi du corps, le poids du lest étant ajusté en 25 fonction d'une densité du liquide à couvrir de sorte qu'un plan de la bordure s'étende sensiblement dans le plan de flottaison du flotteur. 9 2951144 io 8. Flotteur selon l'une des revendications 1 à 7, réalisé en plastique, par exemple en polyéthylène, polyamide, polyacétal ou polypropylène. 9. Flotteur selon l'une des revendications précédentes, constitué de l'association de deux demi-flotteurs. 5 10. Flotteur selon la revendication 9 en combinaison avec la revendication 9, dans lequel : • un demi-flotteur est en plastique transparent au Laser • un demi-flotteur est en plastique opaque ou rendu opaque au Laser • les deux demi-flotteurs sont associés par soudure laser.