Brevet FR3037633A1 — publié le 20161223

La présente invention concerne un réservoir composite et un procédé de contrôle et de réparation de réservoir(s). L'invention concerne plus particulièrement un réservoir composite de stockage de fluide sous pression, notamment du gaz sous pression, ayant une structure de paroi comprend, de l'intérieur vers l'extérieur du réservoir, une enveloppe interne étanche destinée à être en contact avec le fluide sous pression, une première couche de renforcement disposée sur l'enveloppe interne, au moins une couche de protection disposée sur la première couche de renforcement, la première couche de renforcement comprenant une structure à base de fibres et de résine, la au moins une couche de protection comprenant au moins l'un parmi : une couche de matériau amortissant aux chocs, une couche de matériau résistant au feu, une couche à base de fibres et de résine. Un réservoir composite est composée généralement d'une enveloppe interne métallique ou polymère (appelée également liner) revêtue d'un renfort 15 composite ainsi que d'une embase généralement métallique. L'embase peut être également en plastique, par exemple moulée dans le même matériau que le liner. Le rôle du liner est d'assurer l'étanchéité au gaz stocké. Le renfort composite, formé de fibres de renfort et de résine, sert à assurer la tenue à la pression du réservoir. 20 Pour assurer une protection mécanique, on bobine généralement un renfort composite à base de fibres de verre d'aramide ou autre directement sur la partie structurante du renfort. Lorsqu'un réservoir composite a été exposé à des températures élevées (incendie... ) ou des chocs, son intégrité mécanique peut être altérée sans que 25 ceci soit visible. Ceci peut être la source de problèmes de sécurité importants car ce type de réservoir peut stocker du gaz à des pressions élevées, par exemple jusqu'à 1000 bar. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. 30 Un but de l'invention peut notamment être de proposer un réservoir permettant d'identifier facilement et de façon fiable si une réparation du réservoir est nécessaire ou si l'usage du réservoir pour stocker de la haute pression doit être évité. 3037633 2 A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la première couche de renforcement intègre ou est recouverte d'un marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une 5 température seuil déterminée. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le marqueur chromatique de la première couche de renforcement comprend au moins l'un parmi : pigments thermochromes, des leuco-colorants 10 intégrés à la résine de la première couche de renforcement, au moins une feuille collée sur la première couche de renforcement et comprenant un marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une température seuil déterminée, - la au moins une couche de protection comprend au moins l'un parmi : une 15 couche de matériau élastomère amortissant les chocs, une couche de feutrine, une couche de fibres de silice, une couche de tissus de verre, ou de manière générique tout autre matériau isolant, - le réservoir comprend, disposées sur la première couche de renforcement de l'intérieur vers l'extérieur du réservoir, une couche de matériau amortissant au 20 chocs et/ou résistante, une enveloppe imperméable à la résine et une seconde couche de renforcement comprenant une structure à base de fibres et de résine, - la seconde couche de renforcement intègre ou est recouverte d'un marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une température limite déterminée et/ou un choc d'intensité déterminée, 25 - l'enveloppe interne comprend ou est constituée de métal ou de plastique, notamment du polymère avec éventuellement un ou des additifs, adjuvants et/ou une charge, - la première couche de renforcement comprend une structure à base de fibres de verre et/ou de carbone et de résine thermoplastique ou 30 thermodurcissable, notamment de type époxy, - le réservoir comporte, au moins, une embase métallique, plastique ou plastique chargé sur laquelle est fixée la paroi du réservoir de façon à délimiter, au moins, un orifice de remplissage et de soutirage, 3037633 3 L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. L'invention concerne également un procédé de contrôle et de réparation d'au moins un réservoir composite dont la paroi comprend, de l'intérieur vers 5 l'extérieur du réservoir, une enveloppe interne étanche destinée à être en contact avec le fluide sous pression, une première couche de renforcement disposée sur l'enveloppe interne, une couche de protection disposée sur la première couche de renforcement, une enveloppe imperméable à la résine et une seconde couche de renforcement, la première couche de renforcement comprenant une structure à 10 base de fibres et de résine, la couche de protection comprenant au moins l'un ou une combinaison parmi : une couche de matériau amortissant aux chocs, une couche de matériau résistant au feu ; la seconde couche de renforcement comprenant une structure à base de fibres et de résine, dans lequel, la première couche de renforcement intègre ou est recouverte d'un marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une température seuil déterminée et la seconde couche de renforcement intègre ou est recouverte d'un marqueur chromatique à changement de couleur déterminée distincte de la couleur du marqueur de la première couche de renforcement lorsqu'il est soumis à une température déterminée et/ou un choc déterminé, le procédé comprenant une inspection visuelle pour déterminer si seul le marqueur chromatique de la seconde couche de renforcement indique a changé de couleur ou si le marqueur chromatique de la première couche de renforcement a également changé de couleur. Selon d'autres particularités possibles : - lorsque seul le marqueur chromatique à changement de couleur déterminée de la seconde couche de renforcement a changé de couleur, le procédé comprend une étape de retrait et de remplacement de la seconde couche de renforcement, de l'enveloppe imperméable et de la couche de matériau amortissant au chocs et/ou résistant à la chaleur, - lorsque le marqueur chromatique de la première couche de renforcement a changé de couleur indiquant une exposition à la température seuil déterminée, le réservoir est mis au rebut. 3037633 4 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un exemple de structure d'un réservoir selon l'invention. 5 - la figure 2 illustre de façon schématique et partielle un détail de la paroi du réservoir de la figure 1, - la figure 3 représente de façon schématique et partielle un détail de la coupe d'un réservoir selon un autre exemple de réalisation. Les figures 1 et 2 illustrent un exemple de structure de réservoir 1 10 composite muni d'une embase 7. La structure du réservoir 1 comprend une enveloppe interne 2 (liner). Ce liner 2 est par exemple constitué de polymère et peut avoir une épaisseur comprise, de préférence, entre 2 et 10 mm (l'épaisseur peut varier en fonction du volume du réservoir). Ce liner 2 est revêtu d'une partie structurante composite, notamment une 15 première couche 3 de renforcement disposée sur le liner 2. Classiquement cette couche 3 de renforcement est composée d'un mélange de fibres (verre et/ou carbone) noyés dans une résine, par exemple époxy. Cette couche peut avoir une épaisseur comprise entre 2 et 200 mm. Cette épaisseur peut dépendre de la pression du gaz stocké, de l'orientation des fibres 20 de renfort ainsi que du coefficient de sécurité considéré. Cette première couche 3 de renforcement comprend un système détection de température maximale (voir minimale le cas échéant) à laquelle la couche est exposée. Ce système de détection de température comprend par exemple un marqueur chromatique intégré ou collé sur ladite couche 3. Par exemple, un ruban 25 thermosensible est collé sur la couche 3 de renforcement pour indiquer la température maximum/minimum atteinte par cette couche. On pourra se référer par exemple aux dispositifs suivants : rubans autoadhésifs de la marque « THERMAX » ou « TESTOTERM ». Le réservoir 1 comporte ensuite au moins une couche 4 de protection en 30 matériau(x) amortissant(s) et/ou résistants au feu (par exemple élastomères, feutrine, fibres de silice, ...). Cette ou ces couches 4 de protection ont par exemple une épaisseur comprise entre 2 et 100 mm (fonction des performances recherchées). De cette 3037633 5 façon, cette couche 4 de protection a une épaisseur suffisante pour permettre sa découpe (par exemple au disque 8 de diamant, cf. figure 1) pour la retirer sans endommager la partie structurante 2, 3 intérieure. Une enveloppe 5 ou gaine imperméable (et/ou thermorétractable) est 5 ensuite disposée sur ces matériaux. L'enveloppe 5 est par exemple composée de matériaux imperméables à la résine et/ou de type thermorétractables et peut avoir une épaisseur comprise entre 0,15 et 2 mm. Cette enveloppe assure le maintien des couches qu'elle englobe et forme une barrière pour la résine de la couche suivante qui va la revêtir. 10 Sur cette enveloppe 5 le réservoir 1 comprend une seconde couche 6 de renforcement (résine et fibres par exemple) ayant de préférence une épaisseur comprise entre 0,2 et 10 mm. Cette seconde couche 6 de renforcement est de préférence également pourvue d'un marqueur chromatique, qui lors d'un impact (choc), produira un changement de couleur en surface visible soit à l'oeil nu ou 15 bien avec un moyen externe (lampe UV, ... ) permettant de le rendre visible à l'oeil nu. Les marqueurs chromatiques des première 3 et seconde 6 couches de renforcement ont de préférence des couleurs distinctes et des colorations qui apparaissent selon des niveaux d'énergie distincts. 20 Ceci peut être mis à profit lors d'une étape d'inspection du réservoir lors d'un retour en usine avant réutilisation éventuelle du réservoir 1. Ainsi, lors d'un endommagement relativement « léger » du réservoir, seule la couche 6 extérieure est endommagée (couleur bleue apparaît par exemple lors d'une inspection visuelle). 25 En cas d'un endommagement relativement plus important, la partie structurante (première couche 3 de renforcement) est atteinte et endommagée (la couleur rouge par exemple apparaît). Dans le premier cas, la protection extérieure (couches 4, 5, 6) peut être retirée et remplacée par de nouvelles couches disposées sur la première couche 3 30 de renforcement. Dans le deuxième cas, si la partie structurante interne (première couche 3 de renforcement) est endommagée, la sécurité n'est plus assurée et le réservoir peut être retiré du circuit d'utilisation (rebut, destruction, recyclage...). 3037633 6 En particulier, lorsque le réservoir a été exposé au feu, les couches 6, 5, 4 externes sont retirées pour connaitre l'impact sur la première couche 3 de renforcement. Si la température maximale à laquelle cette dernière a été exposée dépasse un seuil qui dépend de la nature des fibres de renfort et de la résine 5 utilisée (par exemple 100 °C en fonction de la nature chimique de la résine - renseigné par le marqueur chromatique ou le détecteur de température maximale du type ruban thermochrome), cela peut indiquer que l'intégrité de la structure est atteinte et que le réservoir n'est pas réutilisable. Dans le cas contraire (pas de température seuil atteinte), le réservoir 1 peut être revêtu à nouveau des couches 10 extérieures. La ou les couches 3, 6 de renforcement peuvent être en matériau composite thermoplastique (fibre de verre / résine thermoplastique) additionnée de marqueurs chromatiques. L'avantage des composites thermoplastiques est qu'ils ont une meilleure tenue à l'impact que les composites thermodurcissables et que 15 leur résine à une densité moindre que celle des thermodurcissables (type Epoxy). De préférence, cette première couche 3 de renforcement est entièrement polymérisée (cas de la résine thermodurcissable) avant de la revêtir de la couche 4 suivante (dans le cas de bobinage de résine thermoplastique, aucune polymérisation n'est requise). 20 Les marqueurs chromatiques réagissant avec la température peuvent être du type de ceux utilisés dans les peintures thermo-chromatiques. Alternativement, un « papier » ou tissu réagissant à la chaleur peut être collé sur la structure (couches 3, 6) pour indiquer la température maximum et/ou minimum à laquelle la structure a été exposée. 25 Dans le cas où le réservoir 1 est en contact avec le feu, la couche 4 intermédiaire de protection permettra d'assurer une tenue minimum du réservoir au feu (durée minimale déterminée). Une fois la couche 6 composite externe retirée avec un moyen approprié, on peut identifier toute surexposition à la température de la structure 3 composite interne soit grâce à une coloration de la 30 résine ou par visualisation sur le papier thermosensible de la température atteinte. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit ci-dessus. Ainsi, des couches de protection 4 ou de renforcement 3, 6 supplémentaires peuvent être prévues. De même, des couches peuvent être omises. Dans l'exemple de la 3037633 7 figure 3, la paroi comprend uniquement une couche 4 de protection (amortissement/résistance au feu) sur la première couche 3 de renforcement. REVENDICATIONS1. Réservoir (1) composite de stockage de fluide sous pression, notamment du gaz sous pression, ayant une structure de paroi comprend, de l'intérieur vers l'extérieur du réservoir, une enveloppe interne (2) étanche destinée à être en contact avec le fluide sous pression, une première couche (3) de renforcement disposée sur l'enveloppe interne (2), au moins une couche (4, 5, 6) de protection disposée sur la première couche (3) de renforcement, la première couche (3) de renforcement comprenant une structure à base de fibres et de résine, la au moins une couche (4, 5, 6) de protection comprenant au moins l'un parmi : une couche (4) de matériau amortissant aux chocs, une couche de matériau résistant au feu, une couche (6) à base de fibres et de résine, caractérisé en ce que la première couche (3) de renforcement intègre ou est recouverte d'un marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une température seuil déterminée. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le marqueur chromatique de la première couche (3) de renforcement comprend au moins l'un parmi : pigments thermochromes, des leuco-colorants intégrés à la résine de la première couche (3) de renforcement, au moins une feuille collée sur la première couche (3) de renforcement et comprenant un marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une température seuil déterminée. 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la au moins une couche (4, 5, 6) de protection comprend au moins l'un parmi : une couche de matériau élastomère amortissant les chocs, une couche de feutrine, une couche de fibres de silice, une couche de tissus de verre. 4. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, disposées sur la première couche (3) de renforcement de l'intérieur vers l'extérieur du réservoir, une couche (4) de matériau amortissant au chocs et/ou résistante, une enveloppe (5) imperméable à la résine et une seconde couche (6) de renforcement comprenant une structure à base de fibres et de résine. 3037633 9 5. Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde couche (6) de renforcement intègre ou est recouverte d'un marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une température limite déterminée et/ou un choc d'intensité déterminée. 5 6. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe interne (2) comprend ou est constituée de métal ou de plastique, notamment du polymère avec éventuellement un ou des additifs, adjuvants et/ou une charge. 7. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 10 caractérisé en ce que la première couche (3) de renforcement comprend une structure à base de fibres de verre et/ou de carbone et de résine thermoplastique ou thermodurcissable, notamment de type époxy. 8. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une embase (7) métallique, plastique ou 15 plastique chargé sur laquelle est fixée la paroi du réservoir (1) de façon à délimiter un orifice de remplissage et de soutirage. 9. Procédé de contrôle et de réparation d'au moins un réservoir composite dont la paroi comprend, de l'intérieur vers l'extérieur du réservoir, une enveloppe interne (2) étanche destinée à être en contact avec le fluide 20 sous pression, une première couche (3) de renforcement disposée sur l'enveloppe interne (2), une couche (4, 5, 6) de protection disposée sur la première couche (3) de renforcement, une enveloppe (5) imperméable à la résine et une seconde couche (6) de renforcement, la première couche (3) de renforcement comprenant une structure à base de fibres et de résine, la 25 couche (4, 5, 6) de protection comprenant au moins l'un ou une combinaison parmi : une couche (4) de matériau amortissant aux chocs, une couche de matériau résistant au feu ; la seconde couche (6) de renforcement comprenant une structure à base de fibres et de résine, dans lequel, la première couche (3) de renforcement intègre ou est recouverte d'un 30 marqueur chromatique à changement de couleur lorsqu'il est soumis à une température seuil déterminée et la seconde couche (6) de renforcement intègre ou est recouverte d'un marqueur chromatique à changement de couleur déterminée distincte de la couleur du marqueur de la première 3037633 10 couche (3) de renforcement lorsqu'il est soumis à une température déterminée et/ou un choc déterminé, le procédé comprenant une inspection visuelle pour déterminer si seul le marqueur chromatique de la seconde couche (6) de renforcement indique a changé de couleur ou si le marqueur 5 chromatique de la première couche (3) de renforcement a également changé de couleur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, lorsque seul le marqueur chromatique à changement de couleur déterminée de la seconde couche (6) de renforcement a changé de couleur, le procédé 10 comprend une étape de retrait et de remplacement de la seconde couche (6) de renforcement, de l'enveloppe (5) imperméable et de la couche (4) de matériau amortissant au chocs et/ou résistant à la chaleur. 11.Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que lorsque le marqueur chromatique de la première (3) couche de renforcement 15 a changé de couleur indiquant une exposition à la température seuil déterminée, le réservoir (1) est mis au rebut.