Brevet FR2954787A1 — publié le 20110701

VANTAIL POUR PORTE BUSQUEE ET PORTE BUSQUEE COMPRENANT UN TEL VANTAIL La présente invention concerne un vantail pour porte busquée. Par ailleurs, la présente invention concerne une porte busquée comprenant deux vantaux conformes à l'invention. Une telle porte busquée peut être utilisée comme porte d'écluse dans un cours d'eau. Par porte busquée, on désigne une structure susceptible de retenir un liquide à surface libre. Lorsqu'elle est en service, une porte busquée sépare un bassin aval d'un bassin amont dans lequel se trouve le liquide à retenir. Ce liquide soumet la porte busquée à une pression répartie qui varie en fonction du temps et de la distance au bas de la porte. Une porte busquée travaille donc en fatigue puisqu'elle subit des sollicitations cycliques. Chaque vantail d'une porte busquée présente un côté où se fait l'articulation avec le bajoyer et un côté où se fait la jonction avec l'autre vantail de la porte busquée dans le milieu du cours d'eau. Un vantail pour porte busquée de l'art antérieur comporte une tôle de bordé plane et deux montants situés respectivement du côté articulation et du côté jonction de la tôle de bordé. La tôle de bordé est destinée à supporter une pression exercée par le liquide situé en amont de la porte busquée, ce qui induit deux modes de sollicitation mécanique. Les extrémités latérales du vantail, côté articulation et côté jonction, transmettent des forces de compression. Entre ces deux extrémités latérales, le vantail travaille en flexion et en compression, le travail en flexion étant prépondérant dans la partie centrale du vantail. Entre ces deux extrémités latérales, la tôle de bordé travaille en flexion. La structure du vantail est composée de poutres horizontales et de raidisseurs verticaux et horizontaux, qui sont formés de plaques minces solidarisées entre elles. Cependant, dans un vantail pour porte busquée de l'art antérieur, les efforts de compression auxquels est soumise la tôle de bordé sont transmis d'une extrémité à l'autre du vantail suivant des lignes de forces qui passent en alternance par ces plaques horizontales et par ces plaques verticales. Cette alternance induit des concentrations de contraintes relativement importantes entre ces composants, en particulier entre les poutres horizontales et les deux montants d'une part et les raidisseurs verticaux d'autre part. Or, de telles concentrations de contraintes diminuent la résistance en fatigue du vantail, donc sa durée de service. La présente invention vise notamment à remédier à ces inconvénients, en proposant un vantail dont la structure induit des concentrations de contraintes relativement faibles. A cet effet, l'invention a pour objet un vantail, pour porte busquée, le vantail comprenant : - une tôle de bordé destinée à supporter une pression exercée par un liquide, et - au moins deux montants situés respectivement de chaque côté de la tôle de bordé, les montants étant solidaires de la tôle de bordé, La tôle de bordé présente globalement une forme de portion de cylindre, un axe du cylindre étant essentiellement parallèle aux montants. Chaque montant s'étend globalement suivant une génératrice du cylindre. Dans un vantail conforme à l'invention, la forme cylindrique de la tôle de bordé permet de répartir les efforts sur chaque côté du vantail. De plus, la position des montants dans le prolongement de la tôle de bordé permet donc aux deux montants de reprendre directement les forces de compression transmises par la tôle de bordé, ce qui évite de générer des concentrations de contraintes. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais facultatives de l'invention, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement admissible : - chaque montant comprend au moins un élément d'appui agencé en saillie par rapport à la tôle de bordé de façon à transmettre des efforts qui résultent de ladite pression et qui sont orientés suivant un plan tangent à la tôle de bordé sur chaque côté de la tôle de bordé ; - chaque élément d'appui présente une surface externe qui est perpendiculaire à la courbe définissant une base du cylindre ; - chaque élément d'appui est constitué d'un profilé ; - le cylindre a une base elliptique ; - le cylindre a une base circulaire ; - le cylindre a une base parabolique ; - un premier rapport qui a : - comme numérateur, le rayon de courbure du cylindre et - comme dénominateur, la largeur de la tôle de bordé, mesurée entre les deux montants, est compris entre 0,6 et 13 ; - le vantail comprend en outre plusieurs âmes minces et planes, chaque âme présentant, dans un plan transversal à la tôle de bordé, une courbure coïncidant avec la tôle de bordé, chaque âme s'élargissant vers son milieu et se rétrécissant vers ses extrémités, chaque âme étant solidarisée à la tôle de bordé ; - chaque âme est percée d'au moins un évidement et en ce que le vantail comprend au moins un raidisseur globalement rectiligne s'étendant à travers les évidements appartenant respectivement à plusieurs âmes ; - au moins un raidisseur est tubulaire ; - le ou chaque raidisseur est fixé à plusieurs âmes au moyen de soudures réalisées dans un plan perpendiculaire à un axe du cylindre ; - le vantail comprend en outre des moyens de fixation d'un organe d'actionnement du vantail, les moyens de fixation étant liés à une extrémité d'un raidisseur. Par ailleurs, la présente invention a pour objet une porte busquée comprenant deux vantaux tels qu'exposés précédemment. Un deuxième rapport quia: - comme numérateur : la largeur de la porte busquée, mesurée entre les deux montants les plus éloignés, et - comme dénominateur : le rayon de courbure du cylindre est compris entre 0,6 et 1,8. L'invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel et depuis l'aval d'un vantail conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective depuis l'amont du vantail de la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe, suivant le plan III à la figure 1, du vantail à la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de dessus, suivant la flèche IV à la figure 1, du vantail à la figure 1 ; - la figure 5 est une coupe horizontale d'une porte busquée conforme à l'invention et comprenant le vantail des figures 1 à 4 ; - la figure 6 est une vue à plus grande échelle du détail VI à la figure 5 ; et - la figure 7 est une vue à plus grande échelle du détail VII à la figure 5. La figure 1 illustre un vantail 1 qui comprend une tôle de bordé 2 et deux montants 4 et 6. La tôle de bordé 2 s'étend sur la quasi-totalité de la face amont du vantail 1. La face externe de la tôle de bordé 2 orientée vers l'arrière de la figure 1, est destinée à être tournée vers un bassin amont. Lorsque le vantail 1 est monté dans une porte busquée en service, l'eau retenue soumet le vantail 1 à une pression P répartie sur la tôle de bordé 2. Sur la figure 1, la pression P est représentée sous la forme d'un champ de vecteurs, tandis que les figures 3 et 5 illustrent la résultante de la pression P. Dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont employés par référence au sens général d'écoulement de l'eau lorsque la porte busquée est en position ouverte. La tôle de bordé 2 présente une région centrale et deux régions latérales ou côtés 24 et 26. Les montants 4 et 6 sont situés respectivement de chaque côté 24 et 26 de la tôle de bordé 2. Les montants 4 et 6 s'étendent parallèlement à une direction Z qui est sensiblement verticale lorsque le vantail est en position de service, tel qu'illustré à la figure 5. Chaque montant 4 ou 6 s'étend sur toute la hauteur du vantail 1 suivant la direction Z. Comme le montrent les figures 1 à 5, la tôle de bordé 2 présente globalement une forme de portion de cylindre C2. Comme le montrent plus particulièrement les figures 4 et 5, le cylindre C2 constitue l'enveloppe cylindrique dans laquelle s'inscrit la tôle de bordé 2. Le cylindre C2 a un axe Z2 qui est essentiellement parallèle aux montants 4 et 6. En d'autres termes, l'axe Z2 est globalement vertical lorsque le vantail 1 est en position de service, tel qu'illustré à la figure 5. En l'espèce, le cylindre C2 a une base circulaire de rayon de courbure R2. En d'autres termes, le cylindre C2 est un cylindre de révolution autour de l'axe Z2 unique et de rayon R2. Le cylindre C2 a un rayon de courbure R2 relativement grand par rapport à une largeur L2 de la tôle de bordé. Dans l'exemple des figures 1 à 7, le rayon de courbure R2 vaut environ 13,1 m. La largeur L2 vaut environ 7,5 m. Plus précisément, un premier rapport qui a : - comme numérateur : le rayon de courbure R2 du cylindre C2, et - comme dénominateur : la largeur L2 de la tôle de bordé 2, mesurée entre les montants 4 et 6 dans un plan perpendiculaire à l'axe Z2, tel que le plan de la figure 4 ou 5, vaut environ 1,7. En conception, le rayon de courbure R2 peut être compris entre 2 m et 40 m, tandis que la largeur L2 peut être comprise entre 3 m et 19 m. Le premier rapport peut être compris entre 0,6 et 13. En d'autres termes, le rayon de courbure du cylindre varie notamment avec la largeur du vantail, qui équivaut à la largeur L2 . Un tel premier rapport permet de réaliser une tôle de bordé 2 répartissant de façon optimale les efforts de compression et les efforts de flexion résultant de la pression P. Chaque montant 4 ou 6 s'étend globalement suivant une génératrice respective Z24 ou Z26 du cylindre C2. En d'autres termes, le montant 4 s'étend globalement suivant la génératrice Z24 et le montant 6 s'étend globalement suivant la génératrice Z26. Les montants 4 et 6 sont donc parallèles entre eux. En d'autres termes, chaque montant 4 ou 6 s'inscrit sur le cylindre C2 dans le prolongement de la tôle de bordé 2. Les montants 4 et 6 jouxtent ainsi respectivement les côtés 24 et 26. Les montants 4 et 6 sont liés à la tôle de bordé 2. Ainsi, les montants 4 et 6 peuvent reprendre des efforts de compression transmis par la tôle de bordé 2. Ces efforts de compression sont symbolisés par des flèches F4 et F6 respectivement aux figures 6 et 7. La liaison entre les montants 4 et 6 et la tôle de bordé 2 peut être réalisée au moyen de soudures ou d'autres moyens de solidarisation équivalent. Dans un plan perpendiculaire à l'axe Z2, tel que le plan de la figure 3, 4, 5 ou 6, les efforts F4 et F6 ont une composante qui est portée par une direction sensiblement tangente localement à la tôle de bordé 2 respectivement sur chaque côté 24 ou 26. Une telle composante des efforts F4 ou F6 s'étend donc dans un plan respectif P4 ou P6 qui est tangent à la tôle de bordé 2 ou au cylindre C2 au niveau de chaque côté respectif 24 ou 26. Les plans P4 et P6 sont visibles aux figures 3 et 5. Chaque montant 4 ou 6 comprend un élément d'appui respectif 40 ou 60 qui est agencé en saillie par rapport à la tôle de bordée 2 de façon à transmettre les efforts respectifs F4 ou F6. L'élément d'appui 40 se trouve en appui contre une surface oblique d'un bajoyer 5, en particulier lorsque le vantail 1 est en position fermée, telle qu'illustrée aux figures 5, 6 et 7. Le montant 4 comprend en outre une poutre plane 41, ainsi qu'une entretoise 43. La poutre plane 41, l'entretoise 43 et l'élément d'appui 40 s'étendent sur la majeure partie de la hauteur du vantail 1 suivant la direction Z. L'élément d'appui 40 est ici formé d'un profilé en forme de rail rectiligne. Du côté de la tôle de bordé 2, l'élément d'appui 40 a une embase qui est fixée sur l'entretoise 43. L'entretoise 43 est elle-même fixée sur la poutre plane 41. L'ensemble formé par la poutre plane 41, l'entretoise 43 et l'élément d'appui 40 est approximativement symétrique par rapport au plan P4. La poutre plane 41 est solidarisée à la structure du vantail 1, comme cela est décrit ci-après. Du côté opposé à la tôle de bordé 2, l'élément d'appui 40 présente une surface 42 qui est localement perpendiculaire à la courbe définissant une base du cylindre C2 dans un plan perpendiculaire à l'axe Z2. Dans la mesure où le montant 4 s'étend globalement suivant et autour de la génératrice Z24, les efforts F4 sont transmis directement de la tôle de bordé 2 au bajoyer 5, sans induire d'importantes concentrations de contraintes. Comme le montrent les figures 1 à 4, le vantail 1 comprend en outre plusieurs âmes 31.0, 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6, 31.7, 31.8, 31.9, 31.10 et 31.11 qui sont minces et planes. Chaque âme 31.0 à 31.11 présente, dans un plan transversal à la tôle de bordé tel que le plan P31.2 ou III à la figure 1, une courbure coïncidant avec la tôle de bordé 2. En d'autres termes, chaque âme 31.11 présente une courbure cylindrique du côté amont. Chaque âme 31.0 à 31.11 s'élargit vers son milieu et se rétrécit vers ses extrémités, c'est-à-dire vers les côtés 24 et 26 de la tôle de bordé. Par ailleurs, chaque âme 31.0 à 31.11 est percée de deux évidements en forme de trous circulaires traversant. Ainsi, l'âme 31.2 est percée de deux évidements 32.21 et 32.22 qui sont situés dans la région centrale de l'âme 31.2 à des emplacements approximativement symétriques par rapport au plan médian du vantail 1. De plus, le vantail 1 comprend deux raidisseurs 33.1 et 33.2 qui sont globalement rectilignes et qui s'étendent à travers les évidements 32.21, 32.22 et équivalents appartenant respectivement à plusieurs âmes 31.0 à 31.11. En l'occurrence, chaque raidisseur 32.21 et 32.22 est tubulaire. Une telle forme des raidisseurs 32.21 et 32.22 permet de limiter les concentrations de contraintes. Chaque âme 31.0 à 31.11 est solidarisée à la tôle de bordée 2. Chaque raidisseur 32.21 ou 32.22 est fixé à plusieurs âmes 31.0 à 31.11 au moyen de soudures qui sont réalisées dans un plan perpendiculaire à l'axe Z2 tel que le plan P31.2 à la figure 1. Par conséquent, les soudures solidarisant les âmes 31.0 à 31.11 aux raidisseurs 32.21 et 32.22 sont en forme de cercles qui s'étendent dans un plan horizontal lorsque le vantail 1 est en position de service. Une telle disposition des soudures permet de limiter les concentrations de contraintes au niveau des interfaces entre les âmes et les raidisseurs, dans la mesure où les efforts de compression et les efforts de flexion auxquels est soumis le vantail 1 sont transmis essentiellement suivant des plans horizontaux, dans la mesure où les efforts de compression et les efforts de flexion sont transmis essentiellement par la tôle de bordé 2. Le montant 6 comprend en outre une poutre plane 61, ainsi qu'une entretoise 63. La poutre plane 61, l'entretoise 63 et l'élément d'appui 60 s'étendent sur la majeure partie de la hauteur du vantail 1 suivant la direction Z. L'élément d'appui 60 est ici formé d'un profilé en forme de rail rectiligne. Du côté de la tôle de bordé 2, l'élément d'appui 60 a une embase qui est fixée sur l'entretoise 63. L'entretoise 63 est elle-même fixée sur la poutre plane 61. L'ensemble formé par la poutre plane 61, l'entretoise 63 et l'élément d'appui 60 est approximativement symétrique par rapport au plan P6. La poutre plane 61 est solidarisée à la structure du vantail 1, comme cela est décrit ci-après. Du côté opposé à la tôle de bordé 2, l'élément d'appui 60 présente une surface 62 qui est localement perpendiculaire à la courbe définissant une base du cylindre C2 dans un plan perpendiculaire à l'axe Z2. Dans la mesure où le montant 6 s'étend globalement suivant et autour de la génératrice Z26, les efforts F6 sont transmis directement de la tôle de bordé 2 au bajoyer 5, sans induire d'importantes concentrations de contraintes. Comme le montrent les figures 1, 4 et 5, le vantail 1 comprend en outre des moyens de liaison 7 pour lier au vantail 1 un organe d'actionnement 8, tel qu'un vérin hydraulique. Les moyens de liaison 7 sont liés à une extrémité du raidisseur 32.21. Le vérin hydraulique qui forme l'organe d'actionnement 8 a donc une extrémité liée aux moyens de liaison 7 et l'autre extrémité au bajoyer 5. La largeur L100 vaut environ 14,3 m. Un deuxième rapport qui a : - comme numérateur : la largeur L100 de la porte busquée 100, mesurée entre les deux montants les plus éloignés 4 et 104, et - comme dénominateur : le rayon de courbure R2 du cylindre C2 vaut environ 1,1. La largeur L100 peut être comprise entre 6 m et 36 m. Le deuxième rapport est compris entre 0,6 et 1,8. En d'autres termes, toutes choses étant égales par ailleurs, plus l'angle de busc A100 est petit, plus le rayon de courbure R2 est petit. L'angle de busc A100 peut être compris entre 110° et 160°. Un tel deuxième rapport permet d'optimiser la répartition des efforts F4, F6 et équivalents, résultants de la pression P, entre les vantaux 1 et 101 et leurs montants respectifs 4, 6, 104 et 106. Selon des variantes non représentées : û plusieurs montants peuvent être juxtaposés suivant la hauteur du vantail ; û le cylindre qui forme l'enveloppe de la tôle de bordé peut avoir une base elliptique ; dans le cas particulier où les deux foyers de la base elliptique sont confondus, la base est circulaire, comme pour le cylindre C2 de la tôle de bordé 2 ; û le cylindre formant l'enveloppe peut avoir une base parabolique ; û plus généralement, le cylindre enveloppant la tôle de bordé peut avoir une base incurvée composée d'une juxtaposition de segments curvilignes convexes et/ou concaves ; ù les moyens de liaison de l'organe d'actionnement au vantail peuvent être liés à une partie du vantail autre qu'un raidisseur. Un vantail conforme à l'invention permet de transmettre les efforts de compression à chaque montant du vantail. Les structures et les positions des composants du vantail conforme à l'invention permettent de limiter les concentrations de contraintes, donc d'augmenter la résistance en fatigue et la durée de service d'une porte busquée conforme à l'invention. REVENDICATIONS1.- Vantail (1, 101), pour porte busquée (100), le vantail (1, 101) comprenant : - une tôle de bordé (2) destinée à supporter une pression (P) exercée par un liquide, et - au moins deux montants (4, 6) situés respectivement de chaque côté (24, 26) de la tôle de bordé (2), les montants (4, 6) étant solidaires de la tôle de bordé (2), le vantail étant caractérisé en ce que la tôle de bordé (2) présente globalement une forme de portion de cylindre (C2), un axe (Z2) du cylindre (C2) étant essentiellement parallèle aux montants (4, 6), chaque montant (4, 6) s'étendant globalement suivant une génératrice (Z24, Z26) du cylindre (C2). 2.- Vantail (1, 101) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque montant (4, 6) comprend au moins un élément d'appui (40, 60) agencé en saillie par rapport à la tôle de bordé (2) de façon à transmettre des efforts (F4, F6) qui résultent de ladite pression (P) et qui sont orientés suivant un plan (P4, P6) tangent à la tôle de bordé (2) sur chaque côté (24, 26) de la tôle de bordé (2). 3.- Vantail (1, 101) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément d'appui (40, 60) présente une surface externe (42) qui est perpendiculaire à la courbe définissant une base du cylindre (C2). 4.- Vantail (1, 101) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque élément d'appui (40, 60) est constitué d'un profilé. 5.- Vantail (1, 101) selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que le cylindre (C2) a une base elliptique. 6.- Vantail (1, 101) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cylindre (C2) a une base circulaire.25 7.- Vantail (1, 101) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le cylindre (C2) a une base parabolique. 8.- Vantail (1, 101) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un premier rapport qui a : - comme numérateur, le rayon de courbure (R2) du cylindre (C2) et - comme dénominateur, la largeur (L2) de la tôle de bordé (2), mesurée entre les deux montants (4, 6), est compris entre 0,6 et 13. 9.- Vantail (1, 101) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs âmes (31.0-31.11) minces et planes, chaque âme (31.0-31.11) présentant, dans un plan (P31.2) transversal à la tôle de bordé (2), une courbure coïncidant avec la tôle de bordé (2), chaque âme (31.0-31.11) s'élargissant vers son milieu et se rétrécissant vers ses extrémités, chaque âme (31.0-31.11) étant solidarisée à la tôle de bordé (2). 10.- Vantail (1, 101) selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque âme (31.0-31.11) est percée d'au moins un évidement (32.21, 32.22) et en ce que le vantail (1, 101) comprend au moins un raidisseur (33.1, 33.2) globalement rectiligne s'étendant à travers les évidements (32.21, 32.22) appartenant respectivement à plusieurs âmes (31.0-31.11). 11.- Vantail (1, 101) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins un raidisseur (32.21, 32.22) est tubulaire. 12.- Vantail (1, 101) selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que le ou chaque raidisseur (32.21, 32.22) est fixé à plusieurs âmes (31.0-31.11) au moyen de soudures réalisées dans un plan (P31.2) perpendiculaire à un axe (Z2) du cylindre (C2). 13.- Vantail (1, 101) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de fixation (7) d'un organe 30d'actionnement (8) du vantail (1, 101), les moyens de fixation (7) étant liés à une extrémité d'un raidisseur (32.21, 32.22). 14. Porte busquée (100) comprenant deux vantaux (1, 101), caractérisée 5 en ce que chaque vantail (1, 101) est selon l'une des revendications précédentes et en ce que un deuxième rapport qui a : - comme numérateur : la largeur (L100) de la porte busquée (100), mesurée entre les deux montants les plus éloignés (4, 104), et - comme dénominateur : le rayon de courbure (R2) du cylindre (C2) 10 est compris entre 0,6 et 1,8.