Brevet FR3022164A1 — publié le 20151218

PROCÉDÉ DE FABRICATION DE RÉCIPIENTS POUR FLUIDE PRESSURISÉ ET APPAREIL POUR LE PROCÉDÉ [01] La présente invention concerne un procédé de fabrication de réservoirs adaptés pour contenir des fluides pressurisés, l'appareil de fabrication s'y rapportant et les réservoirs sous pression fabriqués à l'aide de ce procédé. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de filage inverse, aussi connu sous le nom de procédé d'extrusion inverse, pour la fabrication de réservoirs métalliques pouvant contenir des fluides pressurisés, l'appareil de filage s'y rapportant et les réservoirs sous pression fabriqués selon ce procédé. La présente invention concerne, en particulier, sans toutefois s'y limiter, un appareil et un procédé de fabrication pour des bouteilles de gaz frettées comportant une extrémité fermée adaptées pour contenir des gaz à des pressions dépassant la pression atmosphérique et des bouteilles de gaz frettées comportant une extrémité fermée produites à l'aide de ce procédé. [02] Les réservoirs sous pression actuels sont fabriqués en aluminium, en acier et dans des matériaux composites. Les réservoirs sous pression de type I sont formés uniquement de matériau métallique tel que des alliages d'acier ou d'aluminium. Par contraste, les réservoirs sous pression de type II comprennent un réservoir métallique (généralement en aluminium) qui a un manchon composite filamenteux constitué par exemple de résine époxy, de fibre d'aramide et/ou de fibre de carbone, entourant uniquement la paroi latérale cylindrique du réservoir (désigné dans le présent document comme le frettage). Les réservoirs sous pression de type II sont généralement plus légers en termes de poids que les réservoirs sous pression de type I parce que la paroi du réservoir métallique d'un réservoir sous pression de type II peut être plus fine que celle d'un réservoir sous pression de type I sans baisse de performance. Pour les réservoirs sous pression tant du type I que du type II, la fourniture répétée de gaz sous pression et le remplissage du réservoir avec ledit gaz provoque une flexion du réservoir et -ladite flexion peut favoriser la propagation de fissures dans la paroi du réservoir. [03] Pour les réservoirs sous pression métalliques et composites, on compte parmi les procédés de fabrication conventionnels le filage à chaud et le filage à froid d'une billette comprenant un matériau métallique, généralement un alliage d'aluminium pour des réservoirs haute pression. US3648351 fournit un exemple précoce de filage inverse d'un réservoir métallique creux comportant une extrémité fermée dans laquelle un lopin ou une billette constitué(e) d'un matériau métallique est poussée pour être filée sur les côtés d'un poinçon dont l'extrémité repose sur le lopin dans une cavité de la matrice. W096/11757 décrit un procédé de fabrication amélioré utilisant un filage inverse dans laquelle deux matériaux montés dans la cavité de la matrice sont filés ensemble. [04] De plus, l'autofrettage a été utilisé pour améliorer la résistance à la fatigue du réservoir sous pression. L'autofrettage consiste à appliquer une pression suffisante dans l'alésage du réservoir pour déformer plastiquement le métal sur la surface intérieure. La technique produit des contraintes de compression résiduelles au niveau ou près de la surface intérieure, et cela améliore la résistance à la fatigue du réservoir soumis à des sollicitations de pression interne cycliques. W096/11759 décrit l'utilisation 10 de l'autofrettage dans la fabrication de réservoirs sous pression pour déplacer des régions de contrainte maximum dans la paroi du réservoir sous pression depuis la surface intérieure ou extérieure de la paroi. [5] La présente invention vise à fournir un procédé de fabrication de réservoir sous pression, un appareil de fabrication et des réservoirs sous pression fabriqués à l'aide du 15 procédé qui améliore la résistance à la fatigue des réservoirs sous pression. [6] La présente invention vise également à fournir un procédé de fabrication de réservoirs sous pression, un appareil de fabrication et des réservoirs sous pression fabriqués à l'aide du procédé, qui réduit la probabilité de défaillance prématurée. [7] La présente invention vise, en outre, à fournir un procédé de fabrication par 20 filage à froid et un appareil de fabrication particulièrement adapté pour fabriquer des bouteilles haute pression et des chemises de bouteilles en aluminium séries AA6XXX et AA7XXX. [8] De plus, la présente invention vise à fournir des réservoirs sous pression frettés comportant une extrémité fermée avec une performance améliorée par rapport aux 25 réservoirs sous pression frettés comportant une extrémité fermée conventionnels. [9] La présente invention vise, séparément, à fournir des réservoirs sous pression qui respectent les exigences réglementaires des normes relatives aux réservoirs sous pression, telles que : EN12257 et/ou IS011119-1, et qui ont une surface intérieure comportant des rayons de courbures différents. 30 La présente invention fournit par conséquent un procédé de réalisation d'un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée, le procédé comprenant les étapes visant à : positionner une billette de métal filable dans une matrice, ladite billette ayant un axe et une surface avant ; utiliser un poinçon comportant un axe de symétrie longitudinal, une zone de face frontale et une paroi latérale sensiblement cylindrique pour filer le métal en enfonçant la zone de face frontale du poinçon dans la surface avant de la billette le long de l'axe de la billette de sorte que le métal soit filé dans l'espace situé entre le poinçon et la matrice et le long de la paroi latérale cylindrique du poinçon pour former un étui ; et retirer l'étui de la matrice et mettre en forme l'extrémité ouverte de l'étui pour former une ogive et un goulot, la zone de face frontale du poinçon ayant un profil de surface comprenant une partie centrale, au moins un anneau intermédiaire et un anneau extérieur avec des courbures de surface de valeurs différentes, respectivement de rayons R, r, et Rc, et qui s'intersectent entre elles, dans lequel la partie centrale, l'au moins un anneau intermédiaire et l'anneau extérieur relient un point central, où la zone de face frontale intersecte l'axe longitudinal du poinçon, à la paroi latérale cylindrique du poinçon située à une distance axiale H du point central, la distance axiale H étant comprise dans une plage de 0,28ID à 0,5ID, ID étant le diamètre transversal de la paroi latérale cylindrique du poinçon. [10] La distance axiale H est comprise, de préférence, dans une plage allant de 0,3ID à 0,4ID. [11] Dans un mode de réalisation particulièrement privilégié, la distance axiale H est sensiblement égale à ID/3. [12] La partie centrale a, de préférence, un rayon de courbure R compris dans une plage allant de 0,5ID à 1,2ID. [013] De façon plus préférentielle, la partie centrale a un rayon de courbure R sensiblement égal à 1,1ID. [14] De façon encore plus préférentielle, l'anneau intermédiaire a un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,1ID à 0,5ID. [15] L'anneau intermédiaire a de préférence un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,12ID à 0,13ID. [16] Dans un autre mode de réalisation privilégié, la zone de face frontale du poinçon peut avoir un profil de surface comprenant au moins deux anneaux intermédiaires ayant chacun un rayon de courbure de surface de valeurs différentes. [17] L'anneau extérieur a, de préférence, un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±2). [18] L'anneau extérieur a, de façon plus préférentielle, un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±1). [19] De préférence, l'anneau extérieur a un rayon de courbure Rc sensiblement égal à ID/2. [20] Le procédé peut en outre comprendre l'étape consistant à soumettre le réservoir sous pression à un autofrettage. [21] La billette peut comprendre un alliage d'aluminium de la série AA6)0(X. [22] Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la billette comprend un 5 alliage d'aluminium de la série AA7XXX. Dans un deuxième aspect, la présente invention fournit un appareil de filage pour utilisation dans la fabrication d'un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée, l'appareil de filage comprenant une matrice destinée à recevoir une billette de métal filable et un poinçon ayant un axe de symétrie longitudinal, une zone de face 10 frontale et une paroi latérale sensiblement cylindrique, la zone de face frontale du poinçon ayant un profil de surface comprenant une partie centrale, au moins un anneau intermédiaire et un anneau extérieur avec des courbures de surface de valeurs différentes, respectivement de rayons R, r, et Rc, et qui s'intersectent entre elles, dans lequel la partie centrale, l'au moins un anneau intermédiaire et l'anneau extérieur relient 15 un point central, où la zone de face frontale intersecte l'axe longitudinal du poinçon, à la paroi latérale cylindrique du poinçon située à une distance axiale H du point central, la distance axiale H étant comprise dans une plage de 0,28ID à 0,5ID, ID étant le diamètre transversal de la paroi latérale cylindrique du poinçon. [23] La distance axiale H est comprise, de préférence, dans une plage allant de 0,3ID 20 à 0,4ID. [24] Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la distance axiale H est sensiblement égale à ID/3. [25] La partie centrale a, de préférence, un rayon de courbure R compris dans une plage allant de 0,5ID à 1,2ID. 25 [026] De façon plus préférentielle, la partie centrale a un rayon de courbure R sensiblement égal à 1,1ID. [27] L'anneau intermédiaire a, de préférence, un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,1ID à 0,5ID. [28] De façon plus préférentielle, l'anneau intermédiaire aun rayon de courbure r 30 compris dans une plage allant de 0,12ID à 0,13ID. [29] Dans un autre mode de réalisation privilégié, la zone de face frontale du poinçon peut avoir un profil de surface comprenant au moins deux anneaux intermédiaires ayant chacun un rayon de courbure de surface de valeurs différentes. [30] L'anneau extérieur a, de préférence, un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±2). [31] De façon plus préférentielle, l'anneau extérieur a un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±1). [032] De façon encore plus préférentielle, l'anneau extérieur a un rayon de courbure Rc sensiblement égal à ID/2. Dans un troisième aspect, la présente invention fournit un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée fabriqué avec un métal filable, le réservoir sous pression comprenant une partie d'extrémité fermée, une partie latérale cylindrique avec un diamètre transversal intérieur ID, une ogive et un goulot, et ayant un axe de symétrie longitudinal, le profil de surface intérieur de la partie d'extrémité fermée comprenant une partie centrale, au moins un anneau intermédiaire et un anneau extérieur avec des courbures de surface de valeurs différentes, respectivement de rayons R, r, et Rc, et qui s'intersectent entre elles, dans lequel la partie centrale, l'au moins un anneau intermédiaire et l'anneau extérieur relient un point central, où la partie d'extrémité fermée intersecte l'axe longitudinal, à la paroi latérale cylindrique du poinçon située à une distance axiale H du point central, la distance axiale H étant comprise dans une plage de 0,28ID à 0,5ID. [33] La distance axiale H est comprise, de préférence, dans une plage allant de 0,3ID à 0,4ID. [34] Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la distance axiale H est sensiblement égale à ID/3. [35] La partie centrale a, de préférence, un rayon de courbure R compris dans une plage allant de 0,5ID à 1,2ID. [036] De façon plus préférentielle, la partie centrale a un rayon de courbure R sensiblement égal à 1,11D. [37] L'anneau intermédiaire a, de préférence, un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,1ID à 0,5ID. [38] De façon plus préférentielle, l'anneau intermédiaire a un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,12ID à 0,13ID. [39] Dans un autre mode de réalisation préféré, le profil de surface intérieure de la partie d'extrémité fermée peut inclure au moins deux anneaux intermédiaires ayant chacun un rayon de courbure de surface différent. [40] L'anneau extérieur a, de préférence, un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±2). [41] De façon plus préférentielle, l'anneau extérieur a un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±1). [042] Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, l'anneau extérieur a un rayon de courbure Rc sensiblement égal à ID/2. [43] Le réservoir sous pression comportant une extrémité fermée peut comprendre un alliage d'aluminium de la série AA6XXX. [44] Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le réservoir sous pression comportant une extrémité fermée comprend un alliage d'aluminium de la série AA7XXX. [45] Dans un autre aspect, la présente invention fournit un réservoir sous pression composite qui comprend un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée comme décrit ci-dessus et un manchon en matériau composite. [46] Le matériau composite peut être choisi parmi un composite de fibre de carbone, de fibre de basalte, de fibre d'aramide et/ou de fibre de verre. [47] Le procédé et l'appareil de fabrication de la présente invention permettent de fabriquer, par filage à froid ou à chaud, des réservoirs haute pression comportant une extrémité fermée, qui ont une durée de vie équivalente ou améliorée par rapport à des réservoirs haute pression équivalents fabriqués par filage à chaud et qui atteignent une performance équivalente même avec un autofrettage à pression plus faible. [48] Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple seulement en référence aux figures annexées, dans lesquelles : la fig. 1 illustre schématiquement une série d'étapes lors d'une filage inverse d'une billette métallique pour former un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée ; la fig. 2 est une vue en perspective à travers une coupe transversale de l'extrémité fermée d'un réservoir sous pression selon la présente invention ; la fig. 3 est une coupe transversale détaillée de l'extrémité fermée du réservoir sous pression de la fig.2 ; la fig. 4 illustre la relation entre les rayons de courbure de surface de l'extrémité fermée du réservoir sous pression de la fig.2 ; les fig. 5a et 5b illustrent les premières contraintes principales et les contraintes de Von Mises à l'aide d'une analyse par éléments finis de la base d'une chemise de réservoir sous pression fretté conventionnel ; et les fig. 6a et 6b illustrent les premières contraintes principales et les contraintes de Von Mises à l'aide d'une analyse par éléments finis de la base d'une chemise de réservoir sous pression fretté selon la présente invention. [049] Bien que le filage à chaud (lors de laquelle le filage est habituellement réalisée au-dessus de la température de recristallisation) selon la présente invention soit possible, un filage à froid et/ou à tiède (lors de laquelle le filage est réalisée en-dessous de la température de recristallisation) est privilégiée, étant une procédure moins coûteuse. Le filage à chaud est typiquement réalisée avec une température de départ de la billette de 100 °C à 250 °C tandis que le filage à froid est typiquement réalisée avec une température de départ de la billette inférieure à 100 °C, de préférence à température ambiante. Toutefois, les conditions précises du filage ne sont pas déterminantes pour la présente invention et des conditions de filage habituelles peuvent être utilisées. [050] Le procédé de fabrication d'un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée comme le montre la fig. 1 implique l'utilisation de l'appareil de filage 1 pour le filage inverse d'une billette métallique 2. En aperçu, la billette 2 constituée d'un matériau métallique, par exemple un alliage d'aluminium, est positionnée en bas d'une cavité 3 dans une matrice 4 (également appelée manchon de filage). Un poinçon 5, dont la section transversale est, de préférence, cylindrique et dont les parois latérales 20 sont sensiblement parallèles, est disposé pour un mouvement réciproque le long d'un axe commun X du poinçon 5, de la matrice 4 et de la billette 2. Le poinçon 5 est inséré dans la cavité 3 de la matrice de telle sorte que la face frontale 6 du poinçon 5 entre en contact avec la surface de la billette 2 tournée vers l'ouverture de la cavité 3 de la matrice. Un mouvement alternatif continu du poinçon 5 vers l'extrémité fermée de la 25 cavité 3 de la matrice enfonce la zone 6 de la face frontale du poinçon dans la billette métallique 2. Cela a pour effet que le matériau métallique de la billette 2 soit filé le long de la surface des parois latérales du poinçon 5. La vitesse avec laquelle l'étui sort de la cavité 3 de la matrice est typiquement comprise dans une plage allant de 50 à 500 cm/min et une lubrification (non représentée) peut également être effectuée au 30 moins là où la face frontale 6 du poinçon 5 entre en contact avec la billette 2 pour réduire la pression requise pour le filage. Le mouvement réciproque du poinçon 5 se poursuit jusqu'à ce que la face frontale 6 du poinçon atteigne une distance prédéterminée avec le fond de la cavité 3 de la matrice correspondant généralement à l'épaisseur désirée de l'extrémité fermée du réservoir sous pression obtenu. De même, l'espace radial entre la paroi latérale du poinçon 5 et la surface intérieure cylindrique de la matrice 4 correspond généralement à l'épaisseur de la paroi latérale cylindrique du réservoir sous pression. Ainsi, le profil intérieur de l'extrémité fermée du réservoir sous pression correspond au profil extérieur du poinçon 5. [051] La formation de l'extrémité fermée du réservoir sous pression génère un étui initial généralement en forme de tasse avec une base, des parois latérales parallèles et une extrémité ouverte. L'extrémité ouverte de l'étui est alors équarrie et chauffée, généralement chauffée par induction à 300-450 °c, avant la formation d'un goulot à l'aide de techniques d'estampage ou de rotation habituelles. Le corps creux en résultant est soumis à un traitement thermique de mise en solution ; il est trempé, généralement dans de l'eau froide ; et finalement revenu. Des opérations de finition habituelles, tels que l'autofrettage ou le grenaillage, peuvent également être effectuées pour terminer la fabrication du réservoir sous pression. [52] Le procédé de filage décrit ci-dessus diffère du filage inverse conventionnelle d'une billette métallique du fait de l'utilisation d'un appareil 1 de filage nouveau et inventif. Les caractéristiques de l'appareil 1 de filage sont généralement conventionnelles en termes de conception à l'exception de la surface extérieure 10 de la face frontale du poinçon 5, qui est décrite plus en détails ci-dessous. Comme mentionné ci-avant, le profil de surface intérieure de l'extrémité fermée du réservoir sous pression correspond au profil de la surface extérieure 10 du poinçon 5 et donc la surface extérieure 10 du poinçon 5 est décrite dans le présent document en référence aux fig. 2 à 4 qui montrent, en coupe transversale, l'extrémité fermée d'un réservoir sous pression fabriqué à l'aide de la matrice 4 et du poinçon 5 de l'appareil 1 de filage. [53] Dans l'aperçu et en référence aux fig. 2 et 3, le réservoir sous pression a un diamètre extérieur ou externe OD, qui est sensiblement égale au diamètre intérieur de la paroi latérale cylindrique du manchon de filage ou de la matrice 4, et il a un diamètre intérieur ID qui est sensiblement égal au diamètre cylindrique extérieur de la paroi latérale extérieure du poinçon 5. La différence a entre les diamètres intérieur et extérieur correspond à l'épaisseur de la paroi latérale sensiblement cylindrique 11 du réservoir sous pression, c'est-à-dire que a = (0D-ID)/2 ce qui correspond également sensiblement à l'espace ou la distance radiale entre les parois latérales du poinçon 5 et de la matrice 4. [54] Les caractéristiques clé du profil de la surface extérieure 10 du poinçon 5 incluent un point central 12 où l'extrémité du poinçon 5 coupe son axe de symétrie 3022 164 9 longitudinal X, une partie centrale 13 et au moins deux anneaux 14, 15 qui relient le point central 12 à la paroi latérale sensiblement cylindrique 11 du poinçon 5. Lorsqu'on les observe le long de l'axe X, la partie centrale 13 et les deux anneaux 14 et 15 sont tous symétriques en rotation par rapport à l'axe X et concentriques les uns par rapport 5 aux autres. Par contraste, on peut voir sans ambiguïté que les profils de surface de la partie centrale 13 et des deux anneaux 14 et 15 dans la coupe transversale verticale des fig. 3 et 4 ont des courbures de surface différentes mais qui s'interceptent. Dans chaque cas, la courbure de surface de la partie centrale 13, celle de l'anneau intermédiaire 14 et celle de l'anneau extérieur 15 s'étendent au-delà de leurs limites et 10 ont respectivement un rayon de R, r et Rc. [055] Le point central 12 se trou've au centre de la partie centrale 13. Le profil de surface de la partie centrale 13 a une courbure de rayon R comprise entre 0,5ID et 1,2ID, de préférence entre 0,8ID et 1,2ID et, de façon encore plus préférentielle 11D Forme A (mm) Forme B (mm) OD 96,7 96,7 ID 88,5 88,5 a 4,1 4,1 , H 22 29,5 R 105 101 r 11 11 Re 44,4 44,4 a' (à H) 4,08 4,13 [062] Les résultats d'un essai comparatif de durée avant défaillance pour des réservoirs sous pression fabriqués par filage à froid à l'aide de l'appareil de filage décrit dans l'exemple 2 et pour des chemises en alliage d'aluminium 7060 frettés de 2 litres (forme A) fabriqués par filage à chaud et à l'aide d'une matrice de filage inverse conventionnelle figurent ci-dessous dans le Tableau 1. Tableau 1 Forme A Forme B Nombre de cycles de remplissage avant défaillance Emplacement de la Nombre de cycles de remplissage avant défaillance Emplacement de la défaillance défaillance 11749 0 Échantillon 20226 2 1 10954 1 Échantillon 16255 2 2 12076 1 Échantillon 17918 2 3 9614 0 Échantillon 15190 3 4 9820 1 Échantillon 18680 2 5 Échantillon 15681 2 6 Emplacement de la défaillance 0 = fuite, position inconnue ; Emplacement de la défaillance 1 = rupture dans le fond de la bouteille ; Emplacement de la défaillance 2 = fuite dans le corps de la bouteille ; et Emplacement de la défaillance 3 = fuite dans l'ogive. [063] La durée de vie et les caractéristiques de défaillance des chemises en alliage d'aluminium 7060 frettés de 5 litres (forme B) fabriqués par filage à froid à l'aide de l'appareil décrit dans l'exemple 1 ci-dessus ont été comparées à la performance des chemises en alliage d'aluminium 7060 avec frettés de 5 litres (forme A) également fabriqués par filage à froid mais à l'aide d'une matrice de filage inverse conventionnelle. 10 Les résultats en termes de durée de vie (nombre de cycles de remplissage avant défaillance) et les emplacements de la défaillance figurent ci-dessous dans le Tableau 2. Tableau 2 Forme A Forme B Nombre de bouteilles d'essai 5 11 Nombre minimum de cycles de remplissage avant défaillance 10736 15343 Nombre maximum de cycles avant défaillance 16513 20000 Nombre moyen de cycles avant défaillance 14067 17754 Emplacements des défaillances 1 x fuite dans le corps de la bouteille 10 x fuite dans le corps de la bouteille 2 x fuite dans la partie inférieure du corps de la bouteille 1 x essai arrêté sans fuite 1 x rupture dans le fond de la bouteille [064] Les résultats des tableaux 1 et 2 montrent de toute évidence une ameioratIon 15 significative de la durée avant défaillance comparé aux réservoirs sous pression conventionnels équivalents. [065] Vingt-sept réservoirs sous pression d'essai ayant les dimensions indiquées dans l'exemple 1 ont subi un essai de défaillance. Cinq groupes de cinq réservoirs sous pression chacun ont été soumis à un essai de mise en pression répétée, chaque groupe de réservoirs sous pression ayant eu un niveau différent d'autofrettage. Les 5 deux réservoirs sous pression restants (n'ayant pas subi d'autofrettage) ont été soumis à un test d'éclatement. Chacun des réservoirs sous pression d'essai était un réservoir sous pression en alliage d'aluminium 7060 fretté en fibre de carbone de 5 litres fabriqué lors d'une opération de filage inverse à froid à l'aide d'une matrice 4 et d'un poinçon 5 ayant les dimensions indiquées dans l'exemple 1. Les détails de l'autofrettage pour 10 chaque groupe de réservoirs sous pression et les résultats des essais figurent ci-dessous dans le Tableau 3. Tableau 3 Nombre d'échantillons d'essai Pression d'autofrettage Valeur (Bar) Grenaillage interne Résultats : nombre moyen de cycles de remplissage avant défaillance Aucune 0 OUI 14084(a) 5 Valeur approuvée 640 OUI 18470 (a) 5 Valeur 704 OUI 24517 (a) approuvée+10 % 5 Valeur 768 OUI 26116 (b) approuvée+20 % 5 Valeur approuvée 640 NON 15856 (a) 2 Aucune 0 NON Pression d'éclatement=832 bar Volume d'expansion=512 cm3 (a) représente une défaillance dans la paroi du corps de la bouteille 15 (b) représente des défaillances en divers endroits de la bouteille. Dans les essais ci-dessus, deux des réservoirs sous pression soumis à une pression d'autofrettage de 110% et trois des réservoirs soumis à une pression d'autofrettage de 120 % présentent un détachement de fibres de carbone du manchon extérieur. [66] Comme indiqué dans W096/11759, l'on sait que l'efficacité de l'autofrettage pour améliorer la résistance à la fatigue dépend de la conception de l'extrémité fermée du réservoir sous pression. Par exemple, les réservoirs sous pression comportant une extrémité fermée hémisphérique ne présentent pas d'améliorations significatives de la résistance à la fatigue lorsqu'ils sont soumis à l'autofrettage. En revanche, l'on sait que les réservoirs sous pression comportant une extrémité fermée semi-ellipsoïdale ou en forme de plat torisphérique fournissent une performance améliorée avec l'autofrettage. Ainsi, l'autofrettage offre une amélioration de la durée avant défaillance pour les réservoirs sous pression ayant une extrémité fermée reliée à une paroi latérale cylindrique par une zone de jonction. La pression d'autofrettage est généralement comprise entre 75 % et 95 % de la pression minimum d'éclatement selon la norme pertinente. Les bouteilles de gaz haute pression en aluminium sont généralement conçues de telle sorte que la contrainte s'exerçant sur la paroi latérale cylindrique à la pression de service ne dépasse pas la moitié de la limite d'élasticité de l'alliage, et de telle sorte que la pression d'éclatement de la bouteille soit d'au moins 2,5 fois la pression de service. Ainsi, dans une bouteille en aluminium de la série AA7XXX ayant, par exemple, une limite d'élasticité de 450 MPa, la bouteille doit être conçue de telle sorte que les contraintes s'exerçant sur la paroi ne dépassent pas 225 MPa. [67] Les informations figurant dans les tableaux 1 à 3 montrent sans ambiguïté que les réservoirs sous pression frettés fabriqués selon le procédé et l'appareil de la présente invention bénéficient également de l'autofrettage et du grenaillage, offrant une amélioration étonnante de la durée avant défaillance comparé aux réservoirs sous pression conventionnels équivalents. Cela permet aux réservoirs sous pression selon le procédé et l'appareil de la présente invention de fournir au moins une durée avant défaillance équivalente ou potentiellement meilleure à des pressions d'autofrettage moins élevées. [68] L'analyse par éléments finis (AEF) d'un réservoir sous pression fretté fabriqué à l'aide du procédé et de l'appareil décrits ci-avant a révélé que le profil intérieur de l'extrémité fermée des réservoirs sous pression selon la présente invention entraîne des contraintes maximum nettement plus basses comparé aux réservoirs sous pression ayant un profil intérieur conventionnel au niveau de l'extrémité fermée. 3022 164 16 [069] Dans l'AEF, la structure (dans le cas présent, l'extrémité fermée du réservoir sous pression) est divisée en de nombreux petits éléments(nombre fini d'éléments) de divers types, tailles et formes. L'on suppose que les éléments ont un motif de déformation simplifié (linéaire, ou carré, etc.) et sont reliés à des « noeuds » 5 normalement situés aux coins ou aux bords des éléments. Les éléments sont ensuite assemblés mathématiquement en utilisant des règles de base de la mécanique structurelle telles que l'équilibre des forces et la continuité des déplacements, ce qui génère un grand système d'équations simultanées. En résolvant le système d'équations simultanées, la forme de la structure, déformée sous charge, peut être obtenue et les 10 contraintes et tensions internes peuvent être calculées à partir de la forme déformée. [070] Le modèle par éléments finis (MEF) a été basé sur un chemise en alliage d'aluminium 7060 et un manchon en composite de carbone avec ID=88,5 combiné à 4 ensembles différents de dimensions pour le profil de surface intérieure du réservoir sous pression : Analyse 1, Analyse 2, Analyse 3 et Analyse 4. L'AEF a soumis chaque 15 Analyse aux étapes de sollicitation suivantes : pression d'autofrettage = 600 bar ; pression de service = 300 bar ; pression d'essai = 450 bar et pression minimum d'éclatement de conception = 752 bar pour identifier la première contrainte principale et la contrainte de Von Mises à la pression d'essai de 450 bar après autofrettage, dont les résultats figurent dans le Tableau 4 ci-dessous ; l'Analyse 1 correspond à un réservoir 20 sous pression conventionnel adapté pour intégrer trois rayons concentriques qui se croisent, tandis que l'Analyse 4 correspond à un réservoir sous pression fabriqué à l'aide du procédé et de l'appareil décrits ci-dessus, l'Analyse 4, correspondant à un mode de réalisation particulièrement privilégié. Les Analyses 2 et 3 ont été incluses à des fins de comparaison uniquement. 25 Tableau 4 Première contrainte principale (MPa) Contrainte H (mm) R (mm) r Rc (mm) de Von (mm) Mises (MPa) Analyse 1 318 306 22 105 11 44,2 Analyse 2 323 308 22,125 77,36 8,85 88,5 Analyse 3 285 278 22,125 111,2 14,5 29,5 Analyse 4 241 235 29,5 100,5 11 44,25 [71] Les fig. 5a et 5b montrent les contraintes principales et les contraintes de Von Mises pour l'Analyse 1 et les fig. 6a et 6b montrent les contraintes principales et les contraintes de Von Mises pour l'Analyse 4. Les fig. 5 et 6 montrent que l'emplacement de la contrainte maximum dans la zone de jonction reste sensiblement identique dans l'Analyse 1 et l'Analyse 4 (cela est également vrai pour l'Analyse 2 et l'Analyse 3, non représentées). Les fig. 5 et 6 montrent également que pour les réservoirs sous pression de type II fabriqués à l'aide du procédé et de l'appareil décrits ci-dessous, la contrainte maximum de Von Mises reste à la surface intérieure du réservoir sous pression même après autofrettage. Toutefois, les résultats du Tableau 4 montrent de toute évidence que la valeur absolue de la première contrainte principale et de la contrainte de Von Mises sont nettement plus basses pour l'Analyse 4 que pour chacune des autres Analyses. De plus, l'AEF révèle que les principaux facteurs contribuant à la diminution de la contrainte maximum sont les valeurs de H et Rc. [72] Le procédé et l'appareil ci-dessus sont particulièrement appropriés, sans toutefois y être limités, à la fabrication par filage à froid de réservoirs sous pression pour les séries AA6XXX et AA7XXX d'alliages d'aluminium (selon le registre de 2009 de l'Aluminium Association Inc.) et à la fois à des bouteilles de type I et à des chemises de bouteilles de type II respectivement, qui sont conformes aux critères de résistance à la fatigue des normes pour les réservoirs sous pression frettés, par exemple EN12257 ou IS011119-1 et les normes correspondantes dans d'autres régions du monde. De plus, avec le procédé et l'appareil ci-dessus, des bouteilles de type II qui atteignent au moins, et dépassent fréquemment, la durée avant défaillance de bouteilles équivalentes conventionnelles peuvent être fabriquées en utilisant l'autofrettage à des pressions plus basses. [073] II faut comprendre que les modes de réalisations décrits ci-dessus ne sont que des exemples de modes de réalisation privilégiés sélectionnés. Des modifications peuvent être effectuées sur le procédé de fabrication, l'appareil de fabrication et les réservoirs sous pression produits par le procédé et l'appareil décrits ci-dessus sans s'éloigner du champ d'application de l'invention selon les revendications annexées.30 REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée, le procédé comprenant les étapes visant à: positionner une billette de métal filable dans une matrice, ladite billette ayant un axe et une surface avant ; utiliser un poinçon comportant un axe de symétrie longitudinal, une zone de face frontale et une paroi latérale sensiblement cylindrique pour filer le métal en enfonçant la zone de face frontale du poinçon dans la surface avant de la billette le long de l'axe de la billette de telle sorte que le métal soit filé dans l'espace situé entre le poinçon et la matrice et le long de la paroi latérale cylindrique du poinçon pour former un étui ; et retirer l'étui de la matrice et mettre en forme l'extrémité ouverte de l'étui pour former une ogive et un goulot, dans lequel la zone de face frontale du poinçon a un profil de surface comprenant une partie centrale, au moins un anneau intermédiaire et un anneau extérieur avec des courbures de surface de valeurs différentes, respectivement de rayons R, r, et Rc, et qui s'intersectent entre elles, dans lequel la partie centrale, l'au moins un anneau intermédiaire et l'anneau extérieur relient un point central, où la zone de face frontale intersecte l'axe longitudinal du poinçon, à la paroi latérale cylindrique du poinçon située à une distance axiale H du point central, la distance axiale H étant comprise dans une plage de 0,28ID à 0,5ID, ID étant le diamètre transversal de la paroi latérale cylindrique du poinçon. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la distance axiale H est comprise dans une plage allant de 0,3ID à 0,4ID. -25 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la distance axiale H est sensiblement égale à ID/3. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la partie 30 centrale a un rayon de courbure R compris dans une plage allant de 0,5ID à 1,2ID. . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'au moins un anneau intermédiaire a un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,11D à 0,5ID. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'anneau extérieur a un rayon de courbure Rc compris dans la plage 1D/(3±2). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la billette comprend un alliage d'aluminium de la série AA6XXX. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la billette comprend un alliage d'aluminium de la série AA7XXX. 9. Appareil de filage (1) pour son utilisation dans la fabrication d'un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée, l'appareil de filage comprenant une matrice (4) destinée à recevoir une billette de métal filable et un poinçon (5) ayant un axe de symétrie longitudinal, une zone de face frontale (6) et une paroi latérale sensiblement cylindrique, dans lequel la zone de face frontale du poinçon ayant un profil de surface comprenant une partie centrale, au moins un anneau intermédiaire et un anneau extérieur avec des courbures de surface de valeurs différentes, respectivement de rayons R, r, et Rc, et qui s'intersectent entre elles, dans lequel la partie centrale, l'au moins un anneau intermédiaire et l'anneau extérieur relient un point central, où la zone de face frontale intersecte l'axe longitudinal du poinçon, à la paroi latérale cylindrique du poinçon située à une distance axiale H du point central, la distance axiale H étant comprise dans une plage de 0,28ID à 0,5ID, ID étant le diamètre transversal de la paroi latérale cylindrique du poinçon. 10. Appareil de filage (1) selon la revendication 9, dans lequel la distance axiale H est comprise dans une plage allant de 0,3 ID à 0,4ID. 11. Appareil de filage (1) selon la revendication 10, dans lequel la distance axiale H est sensiblement égale à ID/3.12. Appareil de filage (1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel la partie centrale a un rayon de courbure R compris dans une plage allant de 0,51D à 1,2ID. 13. Appareil de filage (1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel l'anneau intermédiaire a un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,1 ID à 0,5ID. 14. Appareil de filage (1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel l'anneau extérieur a un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±2). 15. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée formée dans un métal filable, le réservoir sous pression comprenant une partie d'extrémité fermée, une paroi latérale cylindrique (11) avec un diamètre transversal intérieur ID, une ogive et un goulot, et ayant un axe de symétrie longitudinal, le profil de surface intérieur de la partie d'extrémité fermée comprenant une partie centrale (13) , au moins un anneau intermédiaire (14) et un anneau extérieur (15) avec des courbures de surface de valeurs différentes, respectivement de rayons R, r, et Rc, et qui s'intersectent entre elles, dans lequel la partie centrale (13), l'au moins un anneau intermédiaire (14) et l'anneau extérieur (15) relient un point central, où la partie d'extrémité fermée intersecte l'axe longitudinal, à la paroi latérale cylindrique (11) à une distance axiale H du point central, la distance axiale H étant comprise dans une plage de 0,28ID à 0,5ID. 16. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon la revendication 15, dans lequel la distance axiale H est comprise dans une plage allant de 0,3ID à 0,4ID. 17. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon la revendication 16, dans lequel la distance axiale H est sensiblement égale à ID/3. 18. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, dans lequel la partie centrale (13) a un rayon de courbure R compris dans une plage allant de 0,5ID à 1,2ID. 3 0 2 2 1 6 4 21 19. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, dans lequel l'anneau intermédiaire (14) a un rayon de courbure r compris dans une plage allant de 0,1 ID à 0,5ID. 5 20. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, dans lequel l'anneau extérieur (15) a un rayon de courbure Rc compris dans la plage ID/(3±2). 10 21. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, comprenant un alliage d'aluminium de la série AA6XXX. 22. Réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, comprenant un alliage d'aluminium de la série AA7XXX. 15 23. Réservoir sous pression composite comprenant un réservoir sous pression comportant une extrémité fermée selon l'une quelconque des revendications 15 à 22 et un manchon constitué d'un matériau composite. 20 24. Réservoir sous pression composite selon la revendication 23, dans lequel le matériau composite inclut une ou plusieurs fibres de carbone, fibre de basalte, fibre d'aramide et fibre de verre.