Brevet FR3022223A1 — publié le 20151218

Récipient muni d'un fond à poutres bourrelées L'invention a trait à la fabrication des récipients, notamment bouteilles ou pots, obtenus par soufflage ou étirage soufflage à partir d'ébauches en matière plastique, telle que du polyéthylène téréphtalate (PET). La fabrication par soufflage d'un récipient consiste ordinairement à introduire dans un moule à l'empreinte du récipient une ébauche (une préforme ou un récipient intermédiaire obtenu par présoufflage d'une préforme) préalablement chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière, et à injecter dans l'ébauche un fluide (notamment un gaz tel que de l'air) sous pression. Le soufflage peut être complété par un étirage préalable de l'ébauche au moyen d'une tige coulissante. La double orientation ou biorientation moléculaire (axiale et radiale, respectivement parallèlement et perpendiculairement à l'axe général du récipient) que subit la matière au cours du soufflage confère au récipient une certaine rigidité structurelle. Mais la diminution, dictée par le marché, de la quantité de matière employée pour la fabrication des récipients amène les fabricants à recourir à des astuces de fabrication ou de forme pour rigidifier leurs récipients, la biorientation se révélant insuffisante. Il en résulte qu'a poids égal deux récipients n'ont pas nécessairement les mêmes performances mécaniques (tenue, rigidité). Un procédé bien connu d'accroissement de la rigidité d'un récipient est la thermofixation, qui consiste à chauffer la paroi du moule pour augmenter par voie thermique le taux de cristallinité de la matière. Ce procédé, illustré par le brevet français FR 2 649 035 (Sidel) et son équivalent américain US 5,145,632, est employé notamment pour les 30 applications HR (initiales du terme anglais "heat resistant", soit résistant à la chaleur), dans lesquelles le récipient est rempli à chaud. Mais, en raison de son coût et de la réduction de cadence qu'il impose, ce type de procédé ne saurait se généraliser aux applications ordinaires du type eau plate. Pour ces applications, la rigidité 35 structurelle du fond dépend essentiellement de sa forme. Il est connu de rigidifier le fond au moyen de poutres radiales, cf. par ex. le brevet français FR 2 753 435 (Sidel). Ce fond conserve sa tenue mécanique sans se retourner tant que les conditions de volume et/ou de pression dans le récipient sont normales, et pour une masse de matière suffisante (de l'ordre de 8 à 10 g pour un récipient d'une capacité de 0,5 l). Une diminution de la masse de matière (inférieure à 8 g pour un récipient d'une capacité de 0,5 I) induit une diminution des performances de ce type de récipient. Le risque est élevé, lors de la palettisation, de voir s'affaisser certains récipients du premier étage de la palette sous le poids des étages supérieurs. Il est connu, pour rigidifier la paroi latérale du récipient et compenser ainsi partiellement la diminution du poids de matière, d'injecter à la fin du remplissage et avant le bouchage une goutte d'un gaz inerte liquéfié (notamment de l'azote), ce qui, lors de la vaporisation du gaz, met l'espace sous col (situé entre le liquide et le bouchon) sous pression (la pression relative étant de l'ordre de 0,5 à 0,7 bar). Cependant, cette technique a pour corollaire indésirable d'accroître les contraintes qui s'exercent sur le fond (moins de 2 g de matière étant alloués à celui-ci) et donc d'accroître en proportion le risque que celui-ci se déforme de manière incontrôlée, au détriment de la stabilité du récipient. Les objectifs visés, pour certains contradictoires (et pourtant de préférence combinés), sont les suivants : alléger le récipient, améliorer ses performances mécaniques ; maintenir ou améliorer sa soufflabilité (c'est-à-dire sa capacité à être formé par soufflage) pour permettre un soufflage à basse pression (inférieure ou égale à 20 bars environ) ; offrir au récipient un fond offrant une bonne résistance aux déformations non contrôlées (en particulier au retournement), en particulier sous pression interne élevée ; - offrir au récipient un fond qui lui procure une bonne stabilité, notamment lorsque le récipient est situé au premier niveau d'une palette. A cet effet, il est proposé un récipient en matière plastique, muni d'un corps et d'un fond qui s'étend à partir d'une extrémité inférieure du corps, le fond comprenant : une assise périphérique qui définit une ligne de pose annulaire plane pour le récipient ; une voûte concave qui s'étend à partir de la ligne de pose jusqu'à une zone centrale ; une série de poutres formées en creux dans la voûte et qui rayonnent chacune à partir de la zone centrale vers l'assise, chaque poutre comprenant une paire de rainures radiales qui sont formées en creux dans la voûte et sont séparées par une nervure radiale qui s'étend en saillie à partir de fonds des rainures. Muni d'un tel fond, ce récipient offre une excellente résistance aux déformations engendrées par la pression du contenu, éventuellement doublée d'une compression axiale due à la palettisation. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : la nervure est délimitée latéralement par des flancs formant des bords tombés ; les rainures des paires de rainures présentent en section transversale un profil en V ; la nervure radiale présente en section transversale un profil en U ; - la nervure radiale présente une largeur L, mesurée transversalement, et une hauteur H, telles que leur rapport L/H est compris entre 0,5 et 2 ; chaque poutre s'étend jusqu'au-delà de l'assise dont elle interrompt la ligne de pose ; - le récipient comprend une paire de nervures secondaires qui s'étendent en saillie à partir d'une extrémité radiale externe de la poutre ; le récipient comprend en outre une série de vallées formées en creux dans la voûte, et qui s'étendent chacune entre deux poutres, chaque vallée rayonnant à partir de la zone centrale jusqu'au-delà de l'assise. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective par-dessous d'un récipient, en l'espèce d'une bouteille ; la figure 2 est une vue en perspective par-dessous, à échelle agrandie, du fond du récipient de la figure 1, selon une autre orientation ; la figure 3 est une vue de dessous du fond de la figure 2 ; la figure 4 est une section partielle du fond de la figure 3, selon le plan de coupe IV-IV ; les figures 5 et 6 sont des vues en perspective, par-dessus et selon deux orientations différentes, du fond de la figure 2, avec en médaillons des détails à échelle agrandie. Sur la figure 1 est représenté un récipient 1, en l'occurrence une bouteille, réalisé par étirage soufflage à partir d'une préforme en matière thermoplastique, par exemple en PET (polyéthylène téréphtalate). Dans ce qui suit, une zone non plane est dite concave lorsque son centre de courbure est situé à l'extérieur du récipient, c'est-à-dire lorsqu'elle présente un creux dirigé vers l'extérieur du récipient 1. A l'inverse, une zone non plane est dite convexe lorsque le creux de la zone est dirigé vers l'intérieur du récipient 1. Le récipient 1 comprend une paroi latérale ou corps 2, de forme généralement cylindrique et qui s'étend suivant un axe X principal du récipient I. Le récipient 1 comprend un fond 3, qui s'étend à partir d'une extrémité inférieure du corps 2. A une extrémité supérieure opposée, le récipient comprend en outre un col 4, muni d'un buvant. Après son remplissage par un contenu pâteux ou liquide, le récipient 1 est fermé de manière étanche au moyen d'un bouchon rapporté, fixé sur le col 4 par vissage. La faible quantité de matière autorisée pour la fabrication du récipient 1 rend celui-ci vulnérable aux efforts d'écrasement subis lors de sa manipulation et de son conditionnement (notamment lors de sa palettisation). Certes le corps 2 a avantage à être annelé, comme dans l'exemple illustré sur la figure 1, mais cette structure ne confère pas au récipient 1 une tenue suffisante. Entre le bouchon et le contenu persiste un volume, dénommé volume sous col, dans lequel peut être injecté un gaz permettant de maintenir l'ensemble du récipient 1 sous pression, de sorte à rigidifier le corps 2 et améliorer ainsi la tenue mécanique du récipient 1 lors de sa manipulation. Ce gaz est par exemple de l'azote, et son injection peut être réalisée sous forme liquide par le dépôt d'une goutte après le remplissage et juste avant le bouchage. Cette technique rigidifie efficacement le corps 2 mais accroît les contraintes mécaniques auxquelles est soumis le fond 3, qu'il est par conséquent nécessaire de renforcer. Le fond 3 comprend une assise 5 périphérique sous forme d'un bourrelet annulaire qui s'étend sensiblement axialement dans le prolongement du corps 2. L'assise 5 définit une ligne 6 de pose annulaire, plane, interrompue localement (comme nous le verrons ci-après), qui forme l'extrémité inférieure du récipient 1 et permet à celui-ci d'être posé, debout, sur une surface plane. La ligne 6 de pose n'est pas, en pratique, de largeur (mesurée radialement) nulle, mais sa largeur est faible devant son rayon. Pour une meilleure visibilité, la ligne 6 de pose est grisée sur la figure 2. Le fond 3 comprend par ailleurs une zone 7 centrale surélevée par rapport à la ligne 6 de pose. Dans l'exemple illustré, cette zone 7 centrale peut se présenter sous forme d'une portion de sphère et comprendre en son centre, dans l'axe X du récipient 1, une pastille 8 issue de l'injection de la préforme à partir de laquelle a été formé le récipient 1. Le fond 3 comprend en outre une voûte 9 concave qui s'étend à partir de la ligne 6 de pose jusqu'à la zone 7 centrale. Cette voûte 9 a pour fonction générale de rigidifier le fond 3. La seule présence de la voûte 9 n'est toutefois pas suffisante pour conférer au fond 3 la nécessaire résistance mécanique aux déformations subies sous la pression hydrostatique, augmentée de la pression du gaz éventuellement présent dans le volume sous col. C'est pourquoi le fond 3 est pourvu d'une série de poutres 10 formées en relief dans la voûte 9 et qui rayonnent à partir de la zone 7 centrale vers l'assise 5. Les poutres 10 sont au moins au nombre de trois. Dans l'exemple illustré, les poutres 10 sont précisément au nombre de trois mais ce nombre pourrait être supérieur. Plus précisément, chaque poutre 10 comprend une paire de rainures 11 radiales formées en creux dans la voûte 9. Chaque rainure 11 se termine vers l'intérieur du récipient par un fond 12 (de préférence arrondi), et est délimitée latéralement par un flanc 13 externe et un flanc 14 interne qui se rejoignent au fond et forment entre eux un angle A. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures, et plus particulièrement sur la figure 4, l'angle A est non nul : chaque rainure 11 s'évase vers l'extérieur du récipient 1 et présente ainsi, en section transversale, un profil en V, au bénéfice de la soufflabilité du fond 3 (c'est-à-dire de sa capacité à être formé par soufflage avec une bonne prise d'empreinte). L'angle A de préférence compris entre 5° et 20°. Les rainures 11 sont séparées par une nervure 15 qui s'étend radialement depuis une extrémité 16 interne au niveau de la zone 7 centrale, jusqu'à une extrémité 17 externe La nervure 15 forme un bourrelet en saillie à partir des fonds 12 des rainures 11, qui se termine par une face 18 d'extrémité. Ainsi, la poutre 10 présente en section transversale (figure 4) un profil grossièrement en forme de M (ou encore en forme de VV selon la direction d'observation du récipient 1). La nervure 15 est délimitée latéralement par les flancs 14 internes des rainures 11. Selon un mode de réalisation, les flancs 14 internes forment des bords tombés (sensiblement parallèles entre eux) pour la nervure 15 qui présente ainsi en section transversale un profil en U, au bénéfice de la rigidité structurelle de la poutre 10 et plus particulièrement de sa résistance aux contraintes de flexion et de flambage. Ainsi qu'illustré sur la figure 4, la nervure 15 présente une largeur, mesurée transversalement, notée L, et une hauteur (mesurée entre le fond 12 des rainures 11 et la face 18 d'extrémité), notée H, telles que leur rapport L/H est compris entre 0,5 et 2. Selon un mode de réalisation avantageux, le rapport L/H est de l'ordre de 1,4. La hauteur H de la nervure 15 peut être sensiblement constante sur toute la longueur (mesurée radialement) de la poutre 10. En revanche, sa largeur L peut être variable, comme dans l'exemple illustré sur la figure 3 où la largeur L diminue (légèrement) depuis l'extrémité 16 interne jusqu'à l'extrémité 17 externe. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures, la face 18 d'extrémité s'étend, au moins à l'intérieur du périmètre délimité par la ligne 6 de pose, dans le prolongement de la voûte 9 (c'est-à-dire que la nervure 15 affleure la voûte 9 sans en dépasser). En d'autres termes, à l'intérieur du périmètre délimité par la ligne 6 de pose, la hauteur H de la nervure 15 est sensiblement égale à la profondeur des rainures 11. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures, et plus particulièrement visible sur les figures 2 et 5, chaque poutre 10 s'étend radialement jusqu'au-delà de l'assise 5, interrompant ainsi la ligne 6 de pose. Chaque poutre 10 présente ainsi une section 10A centrale, qui s'étend radialement de son extrémité 16 interne jusqu'au droit de la ligne 6 de pose, et une section 10B périphérique qui prolonge la section 10A centrale depuis le droit de la ligne 6 de pose jusqu'à l'extrémité 17 externe. Comme on le voit sur la figure 2, lorsque vues depuis l'extérieur du récipient 1, la section 10A centrale est concave, tandis que la section 10B périphérique est convexe. Comme on le voit également sur les figures 2 et 5, la profondeur des rainures 11 n'est pas constante sur toute la longueur de la poutre 10. Cette profondeur est sensiblement constante dans la section 10A centrale, où elle est sensiblement égale à la hauteur H de la nervure 15, tandis qu'elle est relativement plus importante au niveau de l'assise 5. La structure particulière, décrite ci-dessus, des poutres 10, permet de renforcer la voûte 9. Plus précisément, la structure en M (ou en VV) de chaque poutre 10 la rend particulièrement résistante aux contraintes de flexion dues à la pression du contenu, ainsi qu'aux contraintes de flambage dues à la mise en compression axiale du récipient 1 palettisé et aux mouvements latéraux du récipient 1 lors des diverses manipulations de la palette. Il est cependant possible de raidir encore le fond 3, grâce à une série de vallées 19 formées en creux dans la voûte 9 et intercalées entre les poutres 10. Comme on le voit sur les figures 2 et 4, chaque vallée 19 s'étend entre deux poutres 10, en rayonnant à partir de la zone 7 centrale jusqu'au-delà de l'assise 5, interrompant ainsi la ligne 6 de pose. Chaque vallée 19 est délimitée latéralement par une paire de flancs 20 qui, comme illustré sur la figure 7, définissent entre eux un angle B compris entre 40° et 60°, ce qui permet de favoriser la rigidité du fond 3 sans nuire à sa soufflabilité. En s'ouvrant sous l'effet d'une compression axiale (c'est-à-dire lorsque l'angle B augmente), les vallées 19 tendent à faire se refermer les rainures 11 (c'est-à-dire a faire diminuer l'angle A), ce qui, d'une part, rigidifie les poutres 10 et, d'autre part, permet d'absorber les distorsions de la ligne 6 de pose et ainsi de maintenir sa planéité. Afin d'éviter des plissements inesthétiques autour des extrémités 17 externes des poutres 10, le récipient 1 peut être pourvu, pour chaque poutre 10, d'une paire de nervures 21 secondaires qui s'étendent en saillie à partir de l'extrémité 17 externe. Dans l'exemple illustré, les rainures 21 secondaires s'étendent sensiblement à angle droit de la poutre 10 à la manière d'un T, le long de lignes d'efforts constatées lors de la mise du récipient 1 en compression axiale. REVENDICATIONS1. Récipient (1) en matière plastique, muni d'un corps (2) et d'un fond (3) qui s'étend à partir d'une extrémité inférieure du corps (2), le fond (3) comprenant : une assise (5) périphérique qui définit une ligne (6) de pose annulaire plane pour le récipient (1) ; une voûte (9) concave qui s'étend à partir de la ligne (6) de pose jusqu'à une zone (7) centrale ; - une série de poutres (10) formées en creux dans la voûte (9) et qui rayonnent chacune à partir de la zone (7) centrale vers l'assise (5) , caractérisé en ce que chaque poutre (10) comprend une paire de rainures (11) radiales qui sont formées en creux dans la voûte (9) et sont séparées par une nervure (15) radiale qui s'étend en saillie à partir des fonds (12) des rainures (11). 2. Récipient (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nervure (15) est délimitée latéralement par des flancs (14) formant des bords tombés. 3. Récipient (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les rainures (11) des paires de rainures présentent en section transversale un profil en V. 4. Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nervure (15) radiale présente en section transversale un profil en U. 5. Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nervure (15) radiale présente une largeur L, mesurée transversalement, et une hauteur H, telles que leur rapport L/H est compris entre 0,5 et 2. 6. Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque poutre (10) s'étend jusqu'au-delà de l'assise (5) dont elle interrompt la ligne (6) de pose. 7. Récipient (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de nervures (21) secondaires qui s'étendent en saillie à partir d'une extrémité (17) radiale externe de la poutre (10). 8. Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une série de vallées (19) formées en creux dans la voûte (9), et qui s'étendent chacune entre deux poutres (10), chaque vallée (19) rayonnant à partir de la zone (7) centrale jusqu'au-delà de l'assise (5).