Brevet FR3044740A1 — publié le 20170609

PIECE ISOLANTE METALLIQUE TRIDIMENSIONNELLE La présente invention concerne le domaine de la gestion thermique. Est concerné en particulier une pièce isolante sous atmosphère contrôlée (notamment pièce isolée sous vide ; PIV ou VIP en anglais : vacuum insulated panel) et son procédé de fabrication. Des publications de brevets ont déjà traité de ces sujets. Ainsi, US 9157230 propose-t-il un panneau PIV comprenant une enveloppe étanche entourant une structure interne et définissant autour d'elle une enceinte sous vide, l'enveloppe étanche comprenant au moins une feuille mince métallique de conductivité thermique inférieure à 26W/m.K et d'épaisseur inférieure à 0,1mm choisie dans le groupe comprenant l'acier inoxydable, le titane et d'autres métaux à faible conductivité thermique, ladite au moins une feuille mince métallique étant scellée périphériquement pour maintenir sous vide l'enceinte. Un problème demeure toutefois en liaison avec la tenue dans le temps du panneau, donc sa fiabilité et son efficacité dans la gestion thermique de l'environnement où il est placé, cela d'autant plus si cet environnement est soumis à des normes sévères, comme dans les domaines naval ou automobile. Sans spécifiquement cité les domaines d'applications 25 critiques, US 9157230 propose un panneau PIV prévu pour diminuer la fuite de chaleur vis-à-vis d'une structure face à laquelle le panneau sera disposé, lequel sera pour cela fabriqué: - en soudant deux feuilles métalliques directement ensemble, en continu sur trois côtés adjacents aux bords de ces feuilles, de façon 30 à ainsi former une enceinte entre lesdites feuilles, au moins une 3044740 2 ouverture permettant alors à l'enceinte de communiquant avec l'extérieur; - en serrant ensuite ensemble les bords des feuilles sur le côté ouvert restant de ces feuilles; 5 - et enfin, en évacuant du gaz de l'enceinte à travers ladite ouverture; puis en soudant alors ledit côté ouvert restant. Cette manière de procéder qui impose une mise en oeuvre contraignante ne se justifie pas aux yeux des inventeurs en ce qu'elle ne permet pas, selon leur opinion, de garantir suffisamment 10 une longévité décennale ou multi-décennale au panneau, dans des conditions opérationnelles satisfaisantes. Un aspect de l'invention vise à traiter ce problème, qui devient critique quand un défaut de qualité de gestion thermique n'est pas acceptable pendant des années, dans un environnement difficile : 15 contraintes thermiques importantes autour d'un moteur, risques d'agressions chimiques, voire mécaniques lors d'une maintenance, cycles successifs des contraintes thermiques appliquées, dans un environnement vibratoire parfois sévère. Il existe par ailleurs des procédés de réalisation de pièces 20 présentant des parois respectivement intérieure au moins localement concave et extérieure au moins localement convexe, ces procédés prévoyant : - d'utiliser au moins une première et une seconde plaques métalliques, - et de former en creux en particulier l'une de ces plaques métalliques pour constituer une partie au moins de la paroi intérieure ou extérieure de la pièce finie ou d'une ébauche de celle-ci. Il n'est, à la connaissance des inventeurs, toutefois pas prévu à ce jour d'en faire des pièces d'isolation thermique sous 30 atmosphère contrôlée en pression et/ou en composition. 3044740 3 De fait, il est ici considéré qu'un obstacle est constitué par la manière de réaliser de telles pièces, en particulier si elles ont vocation à intégrer une enveloppe en dépression censée durer une décennie et davantage dans un environnement industriel (monde 5 automobile, domaine naval...). Aussi est-il ici proposé un procédé de réalisation qui comprend les étapes qui suivent : - former en creux la première plaque métallique pour constituer une partie au moins de la paroi intérieure de la pièce finie ou d'une 10 ébauche de celle-ci, - former en creux la seconde plaque métallique pour constituer une partie au moins de la paroi extérieure de la pièce finie ou d'une ébauche de celle-ci, avec comme autres spécificités que : 15 - lors des formages, on adapte les formes des première et seconde plaques métalliques de sorte qu'elles puissent être mises en contact l'une de l'autre, périphériquement, tout en réservant alors entre elles un espace, à l'intérieur de cette périphérie, - puis on met en place les première et seconde plaques métalliques 20 dans une chambre à dépression et/ou à atmosphère contrôlée, où elles sont rapprochées l'une de l'autre, scellées entre elles, périphériquement, de sorte qu'est créée entre elles, à l'endroit dudit espace, une enceinte en dépression et/ou sous atmosphère contrôlée. 25 Dans la présente demande : - « dépression » a pour sens pression inférieure à la pression ambiante (donc 1 000 f f Résorcinol-formaldéhyde (RF) 50,1 Mélamine-formaldéhyde (MF) J 47,2 Polyuréthane 47,6 Polystyrène 47,8 On notera ainsi l'intérêt, dans des applications où la température atteint sensiblement ou dépasse 150°C, à ce que les blocs de matériau coeur 5 aient un coefficient d'extinction moyen A de Rosseland supérieur ou égal à 30. 10 Tel est le cas d'un gel de silice, ou de poudre d'acide silicique (SiO2), pressé en plaque, ou de la composition carbonée pyrolysée présentée dans FR-A-2996850 et dont l'évolution À=f(P) est montrée figure 9 (courbe 2) que l'on recommande, dans sa version pyrolysat (voir figure 9 ; courbe 3), pour réaliser alors la structure interne 5, en 15 ce qu'il s'agit du pyrolysat d'un gel monolithique polymérique organique ou dudit gel sous forme d'un monolithe de carbone poreux super isolant thermique (i.e. de conductivité thermique inférieure ou égale à 100mW/m.K, et de préférence inférieure ou égale à 26mW/m.K). Plus précisément, ce pyrolysat est une composition 20 organique gélifiée formant un gel polymérique apte à former par pyrolyse un monolithe de carbone poreux, la composition étant à base d'une résine issue au moins en partie de 5 3044 740 18 polyhydroxybenzène(s) R et de formaldéhyde(s) F, ladite composition gélifiée comprenant au moins un polyélectrolyte cationique hydrosoluble P. Favorablement, ce polyélectrolyte sera un polymère organique choisi dans le groupe constitué par les sels 5 d'ammonium quaternaire, le poly(chlorure de vinylpyridinium), la poly(éthylène imine), la poly(vinyl pyridine), le poly(chlorhydrate d'allylamine), le poly(chlorure de triméthylammonium éthylméthacrylate), le poly(acrylamideco-chlorure de diméthylammonium) et leurs mélanges. 10 Les courbes de la figure 9 représentent l'évolution de la conductivité thermique gazeuse en fonction de la pression, pour différents matériaux poreux. Les valeurs 10nm, 100nm, 100 microns... sont les tailles caractéristiques des pores du matériau poreux concerné. 15 Ainsi la courbe 3 représente le cas d'un matériau nanoporeux (aérogel), la courbe 2 représente le cas d'un matériau microporeux ayant des pores de 1micron et la courbe 1 représente le cas d'un matériau microporeux ayant des pores de 100microns. Avec de tels blocs, on pourra former un isolant thermique 5 à 20 effet mécaniquement structurant (le polyuréthane pouvant être une alternative, bien que notablement moins performante thermiquement). Un avantage du pyrolysat de la composition présentée dans FR-A-2996850 est toutefois qu'il n'est pas inflammable. 25 En alternative, voire en complément, un écran thermo- réflecteur 41, pourra être contenu dans l'enceinte 7, comme illustré figure 7, afin de limiter les échanges radiatifs (rayonnement thermique) à travers la pièce. Il pourra s'agir d'un écran à couches multiples. 3044740 19 L'élément écran thermo-réflecteur 41, métallique, pourra être fixé, y compris soudé, avec l'une au moins des feuilles métalliques 30,31 pour son maintien en place dans l'enceinte 7. Ainsi, on peut envisager des protections dont la fonction 5 isolante sera assurée par un vide assez poussé (typiquement moins de 10-1Pa) en association avec des films thermo-réflecteurs 500. Ce seront avantageusement des feuillards dont le coefficient de réflexion des ondes thermiques (cf tableau ci-dessous), entre 0.1pm et 100 pm de longueur d'ondes, sera suffisamment élevé pour 10 stopper la chaleur émise par rayonnement en la réfléchissant. Une solution pertinente comprendra des feuillards métalliques constituant une enveloppe avec une pression interne REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une pièce thermiquement isolante présentant des parois respectivement intérieure et extérieure 5 (300,310), le procédé comprenant des étapes: - d'utilisation d'au moins une première et une seconde plaques métalliques (30,31), - de formage en creux de la première plaque métallique (30) pour constituer une partie au moins de la paroi intérieure de la pièce finie 10 ou d'une ébauche de celle-ci, - de formage en creux de la seconde plaque métallique (31) pour constituer une partie au moins de la paroi extérieure de la pièce finie ou d'une ébauche de celle-ci, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre des étapes : 15 - où, lors des formages, on adapte les formes des première et seconde plaques métalliques de sorte qu'elles puissent être mises en contact l'une de l'autre, périphériquement, tout en réservant alors entre elles un espace, à l'intérieur de cette périphérie, - puis on met en place les première et seconde plaques métalliques 20 dans une chambre (65) à dépression et/ou à atmosphère contrôlée, où elles sont rapprochées l'une de l'autre, scellées entre elles, périphériquement, de sorte qu'est créée entre elles, à l'endroit dudit espace, une enceinte (7) en dépression et/ou sous atmosphère contrôlée. 25 2. Procédé selon la revendication 1, où : - le formage en creux de la première plaque métallique est intérieurement au moins localement concave pour constituer une partie au moins de ladite paroi intérieure, 3044740 31 - le formage en creux de la seconde plaque métallique est extérieurement au moins localement convexe pour constituer une partie au moins de ladite paroi extérieure, - puis, avant de sceller ensemble lesdites plaques métalliques, le 5 creux de la première plaque métallique est placé : -- soit dans le creux de la seconde plaque, pour définir une cuvette à double paroi, -- soit en face du creux de la seconde plaque, pour définir avec elle une cuve à double paroi. 10 3. Procédé selon la revendication 1, où : - on réalise plusieurs dites pièces thermiquement isolantes, chaque réalisation comprenant : -- le formage en creux de la première plaque métallique (30) qui 15 est extérieurement au moins localement convexe pour constituer une partie au moins de ladite paroi intérieure, -- le formage en creux de la seconde plaque métallique (31) qui est extérieurement au moins localement convexe pour constituer une partie au moins de ladite paroi extérieure, 20 -- puis, avant de sceller ensemble lesdites plaques métalliques, un placement face à face des creux respectifs des première et seconde plaques, pour définir une double paroi extérieurement convexe, - une fois les pièces (1) scellées, on les dispose pour qu'elles 25 définissent chacune une partie des parois intérieure et extérieure d'une structure à assembler, - on assemble entre elles plusieurs dites pièces scellées successives, pour réaliser la structure, avec donc au moins localement ses parois respectivement intérieure et extérieure 30 réalisées avec desdites première et seconde plaques métalliques 3044740 32 (30,31) formées, entre lesquelles s'étend une enceinte (7) en dépression et/ou sous atmosphère contrôlée. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où l'étape de scellement comprend un soudage ou un brasage entre elles des première et seconde plaques métalliques (30,31), en continu sur toute la périphérie, dans la chambre (65) en dépression et/ou sous atmosphère contrôlée. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où on établit une dépression inférieure à 105 Pa, et de préférence inférieure à 10° Pa, dans la chambre (65). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où l'étape 15 de scellement comprend l'un parmi un soudage sous faisceau d'électrons, un brasage diffusion, un soudage par induction et un soudage par micro-plasma. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes où, avant de 20 sceller entre elles les première et seconde plaques métalliques (30,31) dans la chambre (65) à dépression et/ou à atmosphère contrôlée, on interpose entre elles un matériau coeur (5), isolant thermique. 25 8. Procédé selon la revendication 7 où avant de sceller entre elles les parois intérieure et extérieure, on moule le matériau coeur (5) sensiblement aux formes des parois intérieure et extérieure des première et seconde plaques métalliques (30,31), respectivement. 3044740 33 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où lors de l'étape d'utilisation on utilise au moins une première ou une seconde plaque métallique (30,31) grainée. 5 10.Procédé selon l'une des revendications précédentes, où lors de l'étape d'utilisation on utilise des première et seconde plaques métalliques (30,31) d'épaisseur comprises entre 0,07mm et 3mm et choisies dans le groupe comprenant l'acier inoxydable, l'aluminium et d'autres métaux à conductivité thermique inférieure à 300W/m.K. 10 11.Procédé selon l'une des revendications précédentes, où l'étape de formage des première et seconde plaques métalliques (30,31) comprend un formage incrémental (ISF). 12.Pièce d'isolation thermique (1) comprenant une enveloppe étanche définissant une enceinte interne (7) en dépression par rapport au milieu extérieur ou sous atmosphère contrôlée, la pièce présentant une conductivité thermique inférieure à 100mW/m.K, à 20°C et dans un environnement à pression atmosphérique, l'enveloppe étanche comprenant des parois métalliques (30,31) respectivement intérieure et extérieure (30,31) globalement formées en creux et scellées ensemble périphériquement (6) pour maintenir l'enceinte en dépression ou sous atmosphère contrôlée, et ayant chacune une épaisseur inférieure à 3mm. 13. Pièce selon la revendication 12, où les parois métalliques sont entourées par un rebord de fixation (35) qui comprend une structure mécaniquement renforcée, telle qu'un cadre : - située au moins localement autour du scellement entre les parois 30 métalliques, - et qui reçoit, autour dudit scellement, des moyens de liaison avec une structure auquel on rapporte la pièce pour l'y fixer. 3044740 34 14. Pièce selon la revendication 12 ou 13, où l'une au moins des parois métalliques présente un pliage sur elle-même, créant une épaisseur de matière augmentée. 5 15. Pièce selon la revendication 12, où le rebord de fixation présente une épaisseur de matière augmentée par rapport à celle(s) des parois métalliques, pour définir la structure mécaniquement renforcée et/ou l'endroit du scellement (6) entre les parois 10 métalliques. 16.Pièce selon l'une des revendications 12 à 15, où le scellement, réalisé dans une chambre (65) en dépression par rapport au milieu extérieur ou sous atmosphère contrôlée, présente un taux de fuite 15 inférieur à 10-6Pa.m3/s, après un premier traitement thermique selon la norme RTCA-DO 160-G section 5 Cat A (de -55°C à 400°C) et un second traitement thermique à -196°C pendant 1 heure. 17. Pièce selon l'une des revendications 12 à 16, où l'enveloppe 20 étanche (3) entoure un matériau coeur comprenant un isolant thermique poreux (5). 18. Pièce selon l'une des revendications 12 à 16, qui définit une partie au moins d'un carter de réception d'un fluide à une 25 température évoluant soit entre -50°C et 15°C soit entre 50°C et 300°C. 19. Stockeur de calories pour un moteur de propulsion navale ou automobile comprenant la pièce selon l'une des revendications 12 à 30 18. 3044740 35 20. Nacelle de moteur d'aéronef comprenant une structure interne fixe (17) pourvue de plusieurs dites pièces isolantes (1) selon l'une des revendications 12 à 17, les pièces isolantes étant assemblées ensemble et présentant chacune une forme incurvée.