Brevet FR2973098A1 — publié le 20120928

L'invention se rapporte au domaine des cuves étanches et thermiquement isolantes agencées dans une structure porteuse pour contenir un fluide, notamment aux cuves à membrane pour contenir des liquides chauds ou froids, notamment des gaz liquéfiés. On connaît des cuves étanches et thermiquement isolantes agencées dans la coque d'un navire pour le transport d'un gaz naturel liquéfié (GNL) à forte teneur en méthane. Une telle cuve est divulguée par exemple dans FR-A-2798902. 10 Selon un mode de réalisation, l'invention fournit une cuve étanche et thermiquement isolante agencée dans une structure porteuse pour contenir un fluide, dans laquelle une paroi de la cuve comporte successivement une membrane étanche primaire destinée à être en contact avec le fluide, une barrière isolante 15 primaire, une membrane étanche secondaire et une barrière isolante secondaire, dans laquelle chacune des membranes étanches comporte des bandes de tôle métallique parallèles dont les bords longitudinaux sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière 20 d'isolation thermique sous-jacente et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, dans laquelle chaque barrière isolante est constituée par un ensemble d'éléments calorifuges sensiblement parallélépipédiques juxtaposés, les bords des éléments 25 calorifuges de la barrière isolante primaire étant sensiblement alignés avec les bords des éléments calorifuges de la barrière isolante secondaire, dans laquelle des organes de retenue solidaires de la structure porteuse sont agencés au niveau des coins des éléments calorifuges et coopèrent avec des pièces de bord des éléments calorifuges pour retenir les éléments calorifuges de la barrière 30 isolante primaire contre la membrane étanche secondaire et les éléments calorifuges de la barrière isolante secondaire contre la structure porteuse, dans laquelle un organe de retenue comporte à chaque fois : une portion rigide s'étendant à travers l'épaisseur de la barrière isolante secondaire au niveau d'un dégagement entre les coins de quatre éléments calorifuges de la barrière isolante secondaire, une platine fixée sur la portion rigide de manière à présenter une surface de support parallèle à la membrane étanche secondaire qui affleure au niveau de la membrane étanche secondaire, et une pièce d'accrochage fixée à une zone centrale de la platine à travers la 10 membrane étanche secondaire au niveau d'un dégagement entre les coins de quatre éléments calorifuges adjacents de la barrière isolante primaire, le dégagement autour de la pièce d'accrochage étant délimité par une zone de coin correspondante des éléments calorifuges de la barrière isolante primaire, la pièce d'accrochage comportant une collerette périphérique soudée de manière étanche à la membrane 15 étanche secondaire pour rétablir la continuité de la membrane étanche secondaire, caractérisée par le fait que la zone de coin des éléments calorifuges repose à chaque fois sur la membrane étanche secondaire au droit d'une portion respective de la platine de l'organe de retenue, le bord de la zone de coin présentant la forme d'un arc de cercle centré sur la pièce 20 d'accrochage et s'étendant autour de la collerette. Selon des modes de réalisation, une telle cuve peut comporter une ou plusieurs des dispositions suivantes. Selon un mode de réalisation, le bord de la collerette soudé à la membrane étanche secondaire est circulaire de rayon inférieur ou égal à l'arc de cercle des 25 éléments calorifuges. Selon un mode de réalisation, la différence entre le rayon de l'arc de cercle et le rayon de la collerette est inférieure à 10 mm. Une telle cuve peut faire partie d'une installation de stockage terrestre, par exemple pour stocker du GNL ou être installée dans une structure flottante, côtière 30 ou en eau profonde, notamment un navire méthanier, une unité flottante de stockage et de regazéification (FSRU), une unité flottante de production et de stockage déporté (FPSO) et autres. Selon un mode de réalisation, un navire pour le transport d'un produit liquide froid comporte une double coque et une cuve précitée disposée dans la 5 double coque. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un procédé de chargement ou déchargement d'un tel navire, dans lequel on achemine un produit liquide froid à travers des canalisations isolées depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire. 10 Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant le navire précité, des canalisations isolées agencées de manière à relier la cuve installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre et une pompe pour entrainer un flux de produit liquide froid à travers les canalisations isolées depuis ou 15 vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire. Une idée à la base de l'invention est d'améliorer la résistance de la membrane étanche secondaire d'une paroi de cuve dans des situations critiques telles que la rupture d'un élément calorifuge sous-jacent. Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'offrir un soutien aux 20 éléments calorifuges de la barrière d'isolation primaire qui soit complémentaire du soutien fourni par les éléments calorifuges de la barrière d'isolation secondaire. Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'agencer ce soutien sans mettre en danger la continuité de la membrane étanche secondaire, notamment en limitant un risque de cisaillement de la membrane étanche secondaire. 25 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : 30 - La figure 1 est une vue partielle écorchée d'une paroi de cuve. - La figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un organe de fixation utilisable dans la paroi de la figure 1. - La figure 3 est une vue en perspective d'un détail III de la paroi de la figure 1. - La figure 4 est une vue plane selon la flèche IV de la figure 3. - La figure 5 est une représentation schématique écorchée d'une cuve de navire méthanier et d'un terminal de chargement/déchargement de cette cuve. 10 La figure 1 représente une paroi étanche et thermiquement isolante en perspective écorchée pour montrer la structure de cette paroi. Une telle structure peut être mise en oeuvre sur des surfaces étendues ayant diverses orientations, par exemple pour recouvrir des parois de fond, de plafond et de côté d'un réservoir. L'orientation de la figure 1 n'est donc pas limitative à cet égard. 15 La paroi de cuve est attachée à la paroi d'une structure porteuse 1. Par convention, on appellera « au-dessus » une position située plus près de l'intérieur du réservoir et « en dessous » une position située plus près de la structure porteuse 1, quelle que soit l'orientation de la paroi de cuve par rapport au champ de gravité terrestre. 20 La paroi de cuve comporte une barrière isolante secondaire 2, une barrière étanche secondaire 3 retenue sur le dessus de la barrière isolante secondaire 2, une barrière isolante primaire 4 retenue sur la barrière étanche secondaire 3 et une barrière étanche primaire 5 retenue sur la barrière isolante primaire 4. La barrière isolante secondaire 2 est constituée d'une pluralité de caissons 25 isolants secondaires parallélépipédiques 6 qui sont disposés côte à côte, de manière à recouvrir sensiblement la surface interne de la structure porteuse 1. Chaque caisson isolant secondaire 6 est constitué d'une boîte parallélépipédique en bois contre-plaqué qui comporte intérieurement des cloisons 7 intercalées entre un panneau de fond en bois contre-plaqué et un panneau de dessus 8 en bois contre 30 plaqué. La paroi de fond des caissons 6 déborde latéralement sur les deux petits côtés du caisson, de façon que dans chaque angle du caisson, sur cette partie débordante, soient fixés des tasseaux 9 qui coopèrent avec des organes de fixation des caissons 2 à la structure porteuse. Chaque caisson 2 est rempli d'une matière particulaire isolante, par exemple de la perlite. La plaque de fond de chaque caisson 2 repose sur des boudins de résine polymérisable 10 qui sont eux-mêmes en appui sur la structure porteuse 1. Les boudins de résine polymérisable 10 ont pour but de rattraper les écarts entre la surface théorique prévue pour la structure porteuse et la surface imparfaite résultant des tolérances de fabrication et de répartir les efforts des caissons 2 sur la structure porteuse 1 de manière relativement homogène. Une feuille de papier non représentée est insérée entre les boudins de résine 10 et la structure porteuse 1 pour éviter de coller les caissons 2 à la structure porteuse 1. Les panneaux de dessus 8 des caissons isolants secondaires 2 comportent, en outre, une paire de rainures parallèles 11 en forme sensiblement de T inversé pour recevoir des ailes de soudure en forme d'équerre. La partie des ailes de soudure qui fait saillie vers le dessus des panneaux 8 permet l'ancrage de la barrière d'étanchéité secondaire. La barrière d'étanchéité secondaire est constituée d'une pluralité de virures d'Invar 12 à bords relevés, ayant une épaisseur de l'ordre de 0,7 mm. Les bords relevés de chaque virure 11 sont soudés aux ailes de soudure précitées. Sur la barrière d'étanchéité secondaire 2 est montée la barrière isolante primaire qui est constituée d'une pluralité de caissons isolants primaires 13 ayant une structure analogue aux caissons isolants secondaires 6. Chaque caisson isolant primaire 13 est constitué d'une boite parallélépipédique rectangle réalisée en bois contre-plaqué d'une hauteur inférieure au caisson 6, qui est remplie de matière particulaire, comme de la perlite. Les caissons isolants primaires 13 comportent également des cloisons internes 15, un panneau de fond et un panneau de dessus 14. Le panneau de dessus 14 comporte deux rainures 16 en forme générale de T inversé, pour recevoir également une aile de soudure (non représentée) sur laquelle sont soudés les bords relevés des virures 17 de la barrière d'étanchéité primaire. L'écart entre deux rainures 11 ou 11 d'un même caisson 6 ou 13 correspond à la largeur d'une virure 12 ou 17. L'écart entre les rainures et le bord adjacent du même caisson correspond à la demi-largeur d'une virure, de façon qu'une virure vienne chevaucher deux caissons adjacents. En outre, le panneau de fond d'un caisson isolant primaire 13 déborde sur ses petits côtés, façon que des tasseaux 21 viennent en appui sur la partie débordante du panneau de fond pour coopérer avec les organes de fixation, comme expliqué ci-dessous. En se référant maintenant à la figure 2, va décrire un organe de fixation des barrières isolantes primaire et secondaire à la structure porteuse. Un organe de fixation comprend une douille 22 dont la base est soudée à la structure porteuse 1 en une position qui correspond à un dégagement au niveau des coins de quatre caissons isolants secondaires 6 adjacents. La douille 22 porte une première tige 23 vissée à celle-ci. La tige 23 passe entre les caissons 6 adjacents. Les espaces intercalaires entre les caissons 6 sont remplis d'un bourrage de laine de verre pour assurer la continuité de la barrière isolante secondaire. Une platine métallique d'appui 24 est montée sur la tige 23 pour serrer les tasseaux 9 contre la structure porteuse 1 au moyen d'un écrou non représenté. Une pièce en bois contre-plaqué 25 est montée sur platine 24 de façon à servir d'entretoise entre la platine 24 et une platine supérieure 26 et à réduire le pont thermique vers la structure porteuse. La pièce en bois 25 comporte un logement 28 destiné à recevoir l'extrémité filetée de la tige 23 et son écrou, ainsi que deux perçages destinés à être traversés par des vis de fixation non représentée. La tête de chaque vis de fixation vient en appui dans un lamage 27 prévu dans la platine supérieure 26. La hauteur de cet agencement est déterminée de façon que la platine supérieure 26 vienne affleurer au niveau des panneaux de dessus 8 des caissons isolants secondaires 6. La platine supérieure 26 comporte, en outre, un alésage fileté central 29 destiné à recevoir une embase filetée 30 d'un raccord 31. En service, l'embase filetée 30 traverse également un perçage ménagé à travers une virure 17 de la barrière d'étanchéité secondaire. Le raccord 31 comporte une collerette 32 qui est soudée à sa périphérie sur virure 11 autour du perçage pour refaire l'étanchéité de la barrière d'étanchéité secondaire. Le raccord 31 se prolonge par une tige supérieure 33 sur laquelle on visse un écrou supérieur 34 pour assurer le serrage d'une plaquette métallique 35 sur les tasseaux 21 des caissons isolants primaires 13. Une ou plusieurs rondelles 36 peuvent également être intercalées entre l'écrou supérieur 34 et la plaquette 35. Ici aussi, l'espace intercalaire entre les faces munies des tasseaux 21 des caissons isolants primaires 13 est remplie d'un rembourrage en laine de verre pour assurer la continuité de la barrière isolante primaire. La figure 3 représente un détail de la barrière isolante primaire au niveau d'un organe de fixation, dont la partie dépassant au-dessus de la virure 17 est omise. Le chiffre 40 désigne le panneau de fond d'un caisson isolant primaire 13. L'organe de fixation est à chaque fois agencé au niveau des coins de quatre caissons isolants primaires 13 adjacents, dont l'un est omis sur la figure 3. La zone de coin des panneaux de fond 40 repose à chaque fois sur la virure 17 au droit de la platine 26 de l'organe de fixation. Le coin du panneau de fond est à chaque fois découpé pour délimiter un dégagement suffisant pour la mise en place du raccord 31 non représenté. Cette découpe 41 présente la forme d'un arc de cercle concentrique avec l'alésage central 29 de la platine 26 et donc avec le contour circulaire de la collerette 32. Les découpes 41 des quatre caissons s'arrangent donc sensiblement selon un cercle comme visible sur la figure 4. Sur la figure 4, les caissons 13 sont représentés par les panneaux de fond 40, le reste étant omis. Cette disposition permet de faire reposer une zone assez substantielle du panneau de fond 40 au droit de la platine 26 de l'organe de fixation. En cas de rupture par flambement d'un caisson isolant secondaire sous-jacent, le coin du caisson isolant primaire 13 se trouve donc soutenu par l'organe de fixation rigide qui est en appui directement sur la structure porteuse 1. Dans de telles conditions critiques, la charge pesant sur la virure 17 et la platine 26 est extrêmement élevée. Toutefois, grâce à la distance relativement importante qui existe entre le bord du panneau de fond 40 et le bord de la platine 26, le risque de cisailler la virure 17 entre ces deux bords se trouve réduit, même en cas de glissement partiel du caisson isolant primaire 13 par rapport à la platine 26. De plus, le bord de la découpe 41 étant circulaire, la portion de ce bord qui est sensiblement parallèle au bord 42 de la platine 26 est très réduite, ce qui contribue aussi à réduire le risque de cisaillement de la virure 17 entre ces deux bords. A titre illustratif, le diamètre de la collerette peut être de l'ordre de 38mm et le diamètre équivalent des découpes 41 peut être de l'ordre de 46 mm. Les techniques décrites ci-dessus pour réaliser une paroi étanche et isolée peuvent être utilisées dans différents types de réservoirs, par exemple pour constituer la paroi d'un réservoir de GNL dans une installation terrestre ou dans un ouvrage flottant comme un navire méthanier ou autre. En référence à la figure 5, une vue écorchée d'un navire méthanier 70 montre une cuve étanche et isolée 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. La paroi de la cuve 71 comporte une barrière étanche primaire destinée à être en contact avec le GNL contenu dans la cuve, une barrière étanche secondaire agencée entre la barrière étanche primaire et la double coque 72 du navire, et deux barrières isolante agencées respectivement entre la barrière étanche primaire et la barrière étanche secondaire et entre la barrière étanche secondaire et la double coque 72. De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchargement 73 disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriées, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71. La figure 5 représente un exemple de terminal maritime comportant un poste de chargement et de déchargement 75, une conduite sous-marine 76 et une installation à terre 77. Le poste de chargement et de déchargement 75 est une installation fixe off-shore comportant un bras mobile 74 et une tour 78 qui supporte le bras mobile 74. Le bras mobile 74 porte un faisceau de tuyaux flexibles isolés 79 pouvant se connecter aux canalisations de chargement/déchargement 73. Le bras mobile 74 orientable s'adapte à tous les gabarits de méthaniers. Une conduite de liaison non représentée s'étend à l'intérieur de la tour 78. Le poste de chargement et de déchargement 75 permet le chargement et le déchargement du méthanier 70 depuis ou vers l'installation à terre 77. Celle-ci comporte des cuves de stockage de gaz liquéfié 80 et des conduites de liaison 81 reliées par la conduite sous-marine 76 au poste de chargement ou de déchargement 75. La conduite sous-marine 76 permet le transfert du gaz liquéfié entre le poste de chargement ou de déchargement 75 et l'installation à terre 77 sur une grande distance, par exemple 5 km, ce qui permet de garder le navire méthanier 70 à grande distance de la côte pendant les opérations de chargement et de déchargement. Pour engendrer la pression nécessaire au transfert du gaz liquéfié, on met en oeuvre des pompes embarquées dans le navire 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, 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. L'usage du verbe « comporter», « comprendre» ou « inclure» et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini « un » ou « une» pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes. Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication. REVENDICATIONS1. Cuve étanche et thermiquement isolante agencée dans une structure porteuse pour contenir un fluide, dans laquelle une paroi de la cuve comporte successivement une membrane étanche primaire (5) destinée à être en contact avec le fluide, une barrière isolante primaire (4), une membrane étanche secondaire (3) et une barrière isolante secondaire (2), dans laquelle chacune des membranes étanches comporte des bandes de tôle métallique (12, 17) parallèles dont les bords longitudinaux sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière d'isolation thermique sous-jacente et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, dans laquelle chaque barrière isolante est constituée par un ensemble d'éléments calorifuges (6, 13) sensiblement parallélépipédiques juxtaposés, les bords des éléments calorifuges (13) de la barrière isolante primaire étant sensiblement alignés avec les bords des éléments calorifuges (6) de la barrière isolante secondaire, dans laquelle des organes de retenue (22, 31) solidaires de la structure porteuse sont agencés au niveau des coins des éléments calorifuges (6, 13) et coopèrent avec des pièces de bord (9, 21) des éléments calorifuges pour retenir les éléments calorifuges (13) de la barrière isolante primaire contre la membrane étanche secondaire (3) et les éléments calorifuges (6) de la barrière isolante secondaire contre la structure porteuse (1), dans laquelle un organe de retenue comporte à chaque fois : une portion rigide (22-26) s'étendant à travers l'épaisseur de la barrière isolante secondaire au niveau d'un dégagement entre les coins de quatre éléments calorifuges (6) de la barrière isolante secondaire, une platine (26) fixée sur la portion rigide de manière à présenter une surface de support parallèle à la membrane étanche secondaire qui affleure au niveau de la 30 membrane étanche secondaire (3), et une pièce d'accrochage (31) fixée à une zone centrale de la platine à travers la membrane étanche secondaire au niveau d'un dégagement entre les coins de quatre éléments calorifuges (13) adjacents de la barrière isolante primaire (4), le dégagement autour de la pièce d'accrochage étant délimité par une zone de coin correspondante des éléments calorifuges de la barrière isolante primaire, la pièce d'accrochage comportant une collerette périphérique (32) soudée de manière étanche à la membrane étanche secondaire pour rétablir la continuité de la membrane étanche secondaire (3), caractérisée par le fait que la zone de coin (41) des éléments calorifuges repose à 10 chaque fois sur la membrane étanche secondaire (3) au droit d'une portion respective de la platine (26) de l'organe de retenue, le bord de la zone de coin (41) présentant la forme d'un arc de cercle centré sur la pièce d'accrochage (31) et s'étendant autour de la collerette (32). 2. Cuve selon la revendication 1, dans laquelle le bord de la collerette 15 (32) soudé à la membrane étanche secondaire est circulaire de rayon inférieur ou égal à l'arc de cercle (41) des éléments calorifuges (13). 3. Cuve selon la revendication 2, dans laquelle la différence entre le rayon de l'arc de cercle et le rayon de la collerette est inférieure à 10 mm. 4. Navire (70) pour le transport d'un produit liquide froid, le navire 20 comportant une double coque (72) et une cuve (71) selon l'une des revendications 1 à 3 disposée dans la double coque. 5. Procédé de chargement ou déchargement d'un navire (70) selon la revendication 4, dans lequel on achemine un produit liquide froid à travers des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) depuis ou vers une installation de stockage 25 flottante ou terrestre (77) vers ou depuis la cuve du navire (71). 6. Système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant un navire (70) selon la revendication 4, des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) agencées de manière à relier la cuve (71) installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre (77) et une pompe pour entrainerun flux de produit liquide froid à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.