Brevet FR3053431A1 — publié le 20180105

L'invention concerne un réservoir composite et un procédé d'inspection d'un tel réservoir. L'invention concerne plus particulièrement un réservoir composite pour le stockage de gaz sous pression, notamment de l'hydrogène, comprenant une enveloppe interne étanche et une enveloppe extérieure de renfort mécanique en matériau composite disposée autour d'au moins une partie de l'enveloppe interne dans lequel l'enveloppe interne est constituée de matière plastique. Les réservoirs composites (notamment de type IV) comprennent une enveloppe interne étanche (appelé également liner). Cette enveloppe interne, 10 généralement en polymère, assure l'étanchéité aux gaz dans une gamme de température donnée et à condition de ne pas subir des déformations majeures. Ces enveloppes internes sont notamment sujettes à deux phénomènes qui peuvent affaiblir la tenue du réservoir : la déformation et l'exposition à des températures extrêmes. 15 Des déformations fréquemment rencontrées sont appelées « collapse ». Ces déformations sont provoquées par l'accumulation de gaz (par exemple de l'hydrogène) par perméation entre l'enveloppe interne et le composite extérieur de renforcement et solubilisation du gaz dans ces couches. Lors d'une vidange, ce gaz exerce une pression sur l'enveloppe interne et la déforme (« collapse »). De 20 telles sollicitations répétées peuvent entrainer la fragilisation de l'enveloppe interne et éventuellement sa rupture, amenant à des fuites de gaz à travers le corps du réservoir. Lors de vidanges ou remplissages rapides, la température de cette enveloppe interne peut atteindre des niveaux très bas (inférieur à -40°C en cas de 25 vidange) ou très élevés (plus de 85°C en cas de remplissage). Aux basses températures, l'enveloppe interne est fragilisée (rupture fragile possible) et aux températures élevées, elle peut se déformer et devenir poreuse. Des expositions répétées aux basses ou/et hautes températures peuvent entraîner une fuite majeure. 30 Lors des inspections (contrôles au remplissage ou contrôles périodiques réglementaires) de tels réservoirs, il est impossible ou très difficile de détecter si cette enveloppe a subi des déformations ou une exposition à des températures extrêmes. 3053431 2 Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. 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 5 ce que le plastique constituant l'enveloppe interne intègre au moins additif distinct du plastique parmi : un composé marqueur chromatique qui induit un changement de couleur localisé de l'enveloppe interne en cas de déformation, un marqueur thermochromique qui induit un changement de couleur localisé de l'enveloppe interne en cas d'exposition à au moins une température déterminée. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'additif intégré dans le plastique de l'enveloppe interne comprend un marqueur chromique constitué d'un pigment à changement de couleur, tel qu'un piézochrome, lorsque soumis à un niveau de pression déterminé, - l'additif intégré dans le plastique de l'enveloppe interne comprend un marqueur thermochromique à changement de couleur lorsque soumis à une température déterminée, - le marqueur thermochromique comprend un leuco-colorant, - le marqueur thermochromique comprend un acide faible et un solvant, - l'additif est encapsulé, - l'additif est du type liquide et encapsulé dans un polymère tel que le mélamine formaldéhyde, - l'additif représente 5 à 20% en masse de l'enveloppe interne, - l'additif est du type à changement de couleur permanent ou réversible, - l'additif est du type à couleur luminescente, - l'enveloppe extérieure de renfort mécanique comprend une résine thermodurcissable ou thermoplastique dans laquelle sont noyées des fibres de renfort comprenant au moins l'un parmi : des fibres de carbone, des fibres de verre des fibres de basalte, - l'enveloppe interne étanche est composée d'un polymère, de matière polyéthylène ou de polyamide, L'invention concerne également un procédé d'inspection d'un réservoir composite selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après, le 3053431 3 procédé comprenant une étape d'introduction d'un appareil de prise de vue à l'intérieur du réservoir, un étape de détection d'une éventuelle zone présentant une discontinuité de couleur au niveau d'au moins une partie de l'enveloppe interne via l'appareil de prise de vue. 5 L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. 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, schématique et partielle, d'un 10 exemple de réalisation possible de réservoir selon l'invention, - la figure 2 illustre un détail agrandi de la coupe du réservoir de la figure 1. L'invention concerne un réservoir composite pour le stockage de gaz sous pression. Le réservoir 1 composite de gaz sous pression représenté à titre d'exemple 15 non limitatif comprend une enveloppe 2 interne (" liner "), par exemple de forme générale cylindrique, définissant un volume de stockage de gaz. L'enveloppe 2 interne est par exemple composée de plastique, notamment un polymère (par exemple du polyéthylène, polyamide ou tout autre matériau approprié). 20 L'enveloppe 2 interne comporte de préférence une ouverture à une de ses extrémités. Une enveloppe 3 extérieure de renforcement mécanique est disposée sur la surface extérieure de l'enveloppe 2 interne. L'enveloppe 3 de protection comprend par exemple l'un ou moins des 25 constituants parmi: une résine de type époxy ou de type vinylester ou thermoplastique, un mélange d'une résine citée avec des fibres de carbone ou de verre, basalte ou des charges de noir de carbone. Cette enveloppe 3 extérieure est par exemple appliquée sur l'enveloppe 2 interne par enroulement filamentaire. Cette enveloppe extérieure 3 de renfort mécanique a par exemple une 30 épaisseur comprise entre 1 et 90 mm et de préférence entre 2 et 60 mm. L'épaisseur peut varier notamment en fonction de la pression de service ou du diamètre du réservoir. 3053431 4 Eventuellement, une couche intermédiaire (non représentée) (en polyamide ou autre éventuellement chargée de fibres) peut être prévue entre l'enveloppe 2 interne et l'enveloppe 3 extérieure. Selon une caractéristique avantageuse, le plastique constituant l'enveloppe 5 2 interne intègre au moins un additif 5 distinct du plastique parmi : un composé marqueur chromatique qui induit un changement de couleur localisé de l'enveloppe 2 étanche en cas de déformation, un marqueur thermochromique qui induit un changement de couleur localisé de l'enveloppe 2 étanche en cas d'exposition à au moins une température déterminée (par exemple -40°C ou 10 +85°C). C'est-à-dire que des marqueurs chromatiques et/ou thermochormes sont incorporés dans la formulation du polymère utilisé pour mouler le liner 2. Les marqueurs chromatiques sont prévus pour permettre de détecter une déformation ou une contrainte subie par l'enveloppe 2 interne qui se situerait en 15 dehors des préconisations définies dans le cahier des charges d'utilisation du réservoir 1. Cette détection est possible via une coloration permanente ou non dans la zone où la contrainte s'est produite (collapse par exemple). Ainsi, lors d'une inspection du réservoir 1, un opérateur/inspecteur peut 20 identifier si un (ou des) collapse(s) s'est/se sont produits et décider de l'action à mener (mise au rebut ou pas). Alternativement ou cumulativement, l'enveloppe 2 interne comprend des marqueurs dits « thermochromes » qui changent de couleur en fonction de températures auxquelles ils sont exposés, de manière temporaire ou irréversible. 25 Ceci permet d'identifier si l'enveloppe 2 interne subi des températures inférieures à -40°C et/ou supérieures à +85°C pendant son utilisation. Par exemple, il est possible d'utiliser deux types de marqueurs thermochromes : un pour les basses températures (-40°C) et un pour les hautes températures (+85°C). 30 Ainsi, lors d'une inspection, un opérateur est alors capable de détecter visuellement si l'enveloppe 2 interne a subi des températures extrêmes. Pour réaliser ces inspections et comme schématisé à la figure 1, l'opérateur peut utiliser un endoscope 6 ou tout autre appareil qui est introduit à l'intérieur du 3053431 5 réservoir 1 pour visualiser si l'enveloppe 2 s'est colorée du fait d'une exposition à une température ou un pression extrême. De préférence, la couleur « normale » de l'enveloppe est relativement claire et le marqueur se colore de façon plus foncée. 5 Alternativement ou cumulativement, il est possible d'utiliser une source de lumière (UV ou autre) pour mettre en évidence une coloration de la zone qui a subi la déformation ou une variation de température en dehors de la gamme d'utilisation prévue. La coloration peut être permanente ou non. 10 Les marqueurs peuvent être de type luminescent. De cette façon, l'intérieur de l'enveloppe 2 interne peut être éclairé pendant un temps limité puis il peut être observé la réémission rapide (marqueurs fluorescents) ou lente (marqueurs phosphorescents) de lumière par les zones concernées. Les additifs 5 marqueurs peuvent être des pigments, résines ou autres par 15 exemple du type de ceux commercialisés par la société « OLIKROM ». Ces composants chimiques ont par ailleurs la propriété avantageuse de limiter les conséquences d'une sollicitation en fatigue de plastique et d'améliorer le temps de réactivité pigmentaire. Les marqueurs thermochromiques peuvent notamment être du type 20 encapsulés (formés par exemple d'un leuco-colorant, d'un acide faible et d'un solvant). L'avantage de cette structure est de conserver l'intégrité chimique, de garantir la réversibilité de la substance (liquide par exemple) encapsulé et de la protéger de l'environnement. On peut utiliser comme matériau d'encapsulation, par exemple, des polymères comme le mélamine formaldéhyde. 25 Ces additifs marqueurs peuvent représenter par exemple 5 à 20 % de la masse de l'enveloppe 2 plastique. REVENDICATIONS1. Réservoir composite pour le stockage de gaz sous pression, notamment de l'hydrogène, comprenant une enveloppe (2) interne étanche et une enveloppe (3) extérieure de renfort mécanique en matériau composite disposée autour d'au moins une partie de l'enveloppe (2) interne dans lequel l'enveloppe (2) interne est constituée de matière plastique, caractérisé le plastique constituant l'enveloppe (2) interne intègre au moins additif (5) distinct du plastique parmi : un composé marqueur chromatique qui induit un changement de couleur localisé de l'enveloppe (2) interne en cas de déformation, un marqueur thermochromique qui induit un changement de couleur localisé de l'enveloppe (2) interne en cas d'exposition à au moins une température déterminée. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif (5) intégré dans le plastique de l'enveloppe (2) interne comprend un marqueur chromique constitué d'un pigment à changement de couleur, tel qu'un piézochrome, lorsque soumis à un niveau de pression déterminé. 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'additif (5) intégré dans le plastique de l'enveloppe (2) interne comprend un marqueur thermochromique à changement de couleur lorsque soumis à une température déterminée. 4. Réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce que le marqueur thermochromique comprend un leuco-colorant. 5. Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que le marqueur thermochromique comprend un acide faible et un solvant. 6. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'additif est encapsulé. 7. Réservoir selon la revendications 6, caractérisé en ce que l'additif est du type liquide et encapsulé dans un polymère tel que le mélamine formaldéhyde. 8. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'additif représente 5 à 20% en masse de l'enveloppe (2) interne. 3053431 7 9. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'additif (5) est du type à changement de couleur permanent ou réversible. 10.Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 5 caractérisé en ce que l'additif (5) est du type à couleur luminescente. 11.Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure (3) de renfort mécanique comprend une résine thermodurcissable ou thermoplastique dans laquelle sont noyées des fibres de renfort comprenant au moins l'un parmi : des fibres 10 de carbone, des fibres de verre des fibres de basalte. 12.Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'enveloppe interne (2) étanche est composée d'un polymère, de matière polyéthylène ou de polyamide. 13.Procédé d'inspection d'un réservoir composite selon l'une 15 quelconque des revendications 1 à 12 comprenant une étape d'introduction d'un appareil (6) de prise de vue à l'intérieur du réservoir (1), un étape de détection d'une éventuelle zone présentant une discontinuité de couleur au niveau d'au moins une partie de l'enveloppe (2) interne via l'appareil (6) de prise de vue. 20