Brevet FR3061721A1 — publié le 20180713

L'invention concerne un procédé de préparation de la surface d'un réservoir cryogénique de lanceur spatial. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de préparation d'une surface d'un réservoir cryogénique de lanceur spatial, le réservoir étant constitué 5 d'au moins une paroi en alliage d'aluminium, dans lequel au moins une partie de la surface de la paroi est soumise à un décapage. Les réservoirs d'oxygène de lanceurs spatiaux subissent un traitement de la surface externe par décapage chimique avant le dépôt d'un primaire d'accroche et de protection. Ce primaire d'accroche et de protection est prévu pour assurer une bonne 10 adhérence en vue du collage, sur les réservoirs cryogéniques, d'éléments tels que : des panneaux d'isolation cryogéniques (notamment à cellules fermées dans des épaisseurs variant de 10 à 30 mm par exemple), des supports métalliques notamment de câblages, des supports d'isolation (notamment de type « MLI » c'est-à-dire isolation multicouche « Multi Layers Insulation »). 15 Cette solution éprouvée présente cependant des inconvénients et notamment : - un coût élevé, - la génération d'effluents polluants, - la nécessité de prévoir une surface importante en atelier. La surface traitée est ensuite enduite d'un primaire d'accroche (par exemple tel 20 que celui décrit dans le document FR2903114A1 éventuellement pulvérisé au pistolet). 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 procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition 25 générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le décapage comprend un décapage par la technologie plasma, c'est-à-dire via un bombardement de la surface avec un faisceau gazeux plasma de gaz ionisé. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 30 - la technologie plasma utilisée est un plasma à pression atmosphérique, - le bombardement de la surface avec un faisceau gazeux plasma de gaz ionisé utilise une buse pour délivrer faisceau de gaz qui est espacée de la surface décapée d'une distance comprise entre 5 et 40mm, 3061721 2 - le faisceau gazeux plasma de gaz ionisé généré par la buse frappe une portion de la surface ayant un diamètre compris entre 5 et 20mm, la surface et la buse sont déplacés relativement pour traiter la surface, - la surface et la buse sont déplacés relativement pour traiter la surface à une 5 vitesse de balayage comprise entre et 100 et 500 mm par seconde et de préférence 300mm par seconde, - le faisceau gazeux comprend de l'air, de l'azote, de l'argon, - le faisceau gazeux a une température comprise entre 150 et 250°C et notamment 200°C, 10 - le faisceau plasma a une puissance comprise entre 700 et 1100 watts, - le réservoir comprend deux parois jointives définissant une rainure, le décapage étant réalisé dans la rainure, - la paroi est constituée de l'un au moins des matériaux suivants : un alliage de série 2000 ou 5000 ou 7000 notamment un alliage d'aluminium 7020, 15 - le procédé comprend, après le décapage de la surface, une étape de dépôt, sur la surface décapée, d'une couche de matériau primaire d'accroche à base de liant en solution dans un solvant et un cosolvant, - le procédé comprend, après l'étape de dépôt de la couche de matériau primaire d'accroche, une étape de collage, sur la couche de matériau primaire 20 d'accroche, d'une couche d'isolation thermique du réservoir et/ou d'un support pour un câblage et/ou un support pour une isolation, - le procédé comprend, après l'étape de dépôt de la couche de matériau primaire d'accroche, une étape de collage, sur la couche de matériau primaire d'accroche, d'une couche d'isolation thermique du réservoir comprenant au moins 25 l'un parmi : une mousse d'isolation plastique, une couche de polymère, une couche de polyuréthane, une couche de PVC, une mousse de polyim ide, une couche de mousse à cellules fermées, une structure de support d'une isolation multicouche « MLI ». L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif 30 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 : 3061721 3 - la figure 1 représente une vue en perspective, schématique et partielle illustrant un exemple la structure d'un réservoir, - la figure 2 représente une vue en perspective, schématique et partielle illustrant un détail de la structure d'un réservoir de la figure 1, - la figure 3 représente une vue en coupe, schématique et partielle illustrant un exemple la structure de l'épaisseur d'un tel réservoir isolé, - la figure 4 représente une vue en coupe, schématique et partielle illustrant un détail d'un exemple la structure d'un tel réservoir, - la figure 5 représente une vue en coupe, schématique et partielle illustrant un 10 exemple la structure et du fonctionnement d'un outil de décapage plasma du procédé selon l'invention. L'invention concerne en particulier les réservoirs en aluminium ou alliage d'aluminium (tel que la nuance 7020) pour stocker de l'oxygène liquide dans les lanceurs spatiaux. L'invention concerne notamment des réservoirs en aluminium de 15 type série 2000, 5000 ou 7000. L'épaisseur du réservoir peut être comprise par exemple entre 1 et 5mm. Ces réservoirs peuvent être prévus pour fonctionner à une température comprise entre 20 et 300k par exemple. La pression au sein de ces réservoirs peut être comprise par exemple entre 0 et 3 bar. L'invention peut concerner tout autre type de réservoir cryogénique, par 20 exemple pour stocker de l'hydrogène liquide. Un tel réservoir 1 est généralement formé d'une virole (tube cf. figure 2) aux extrémités de laquelle sont soudées un fond et une extrémité supérieure. La surface 2 de préférence externe du réservoir 1 est soumise à un décapage en vue d'y fixer une isolation ou un équipement (déflecteur ou autre par exemple). 25 Selon une particularité avantageuse, le décapage comprend ou est constitué d'un décapage par la technologie plasma, c'est-à-dire via un bombardement de la surface avec un faisceau gazeux plasma de gaz ionisé. Un plasma est ionisé. Cet état du gaz peut être obtenu lorsqu'on soumet ce dernier à un champ électrique plus ou moins intense à des fréquences allant 30 jusqu'aux micro-ondes. Le gaz utilisé peut être de l'air, de l'azote, leur mélange ou tout autre gaz ou mélange approprié. Par exemple ce gaz pourrait être chargé de particules, poudre, silice ou autre pour améliorer le décapage. 3061721 4 De préférence, le plasma utilisé est un plasma de type « à pression atmosphérique ». De préférence le décapage Plasma utilise le procédé ULS de la société Acxys. Le bombardement de la surface 2 avec un faisceau gazeux plasma de gaz 5 ionisé utilise une buse 3 pour délivrer faisceau 7 de gaz qui est espacée de la surface décapée d'une distance H comprise entre 5 et 40mm et de préférence de 20mm. Le faisceau gazeux plasma généré la buse 3 frappe une portion de la surface ayant un diamètre D compris entre 5 et 20mm. De préférence la surface 2 et la buse 3 sont déplacées relativement pour traiter la surface selon une vitesse de balayage déterminée, par exemple comprise entre 100 et 500mm par seconde et de préférence 300mm par seconde. Le faisceau gazeux a une température comprise de préférence entre 150 et 250°C et notamment 200°C. De plus, de préférence, le faisceau plasma a une puissance comprise entre 700 et 1100 watt et notamment entre 930 et 940 watt. Ces paramètres de fonctionnement permettre d'assurer un décapage ou traitement compatible avec les exigences des réservoirs spatiaux. De plus, dans le cas où le réservoir 1 comprend deux parois 2 jointives 20 définissant une rainure 4 difficile d'accès, le décapage plasma permet un traitement efficace dans la rainure 4. Le décapage plasma est donc efficace dans les zones non accessibles par décapage à incidence normée. Après un tel le décapage de la surface 2, d'une couche 5 de matériau primaire d'accroche comprenant par exemple un lient en solution dans un solvant et un 25 cosolvant. Ce primaire peut notamment comprene un mélange d'une base de résine et d'un durcisseur liés par un liant tel que du toluène. Par exemple un tel primaire d'accroche peut être du type de celui décrit dans le document FR2903114A1. De plus, après l'étape de dépôt de la couche 5 de matériau primaire 30 d'accroche, une couche 6 d'isolation thermique du réservoir peut être collée sur la couche 5 de matériau primaire d'accroche 1. Les essais réalisés par les inventeurs sont permis de mettre en évidence que ce procédé de préparation permet d'obtenir des résultats compatibles avec les 3061721 5 exigences de tels réservoirs. En particuliers, des échantillons testés ont été soumis à des tests de tenue de type brouillard salin et griffe mécanique. L'angle de contact à l'eau a été mesuré pour des échantillons. Ceci a démontré la bonne stabilité (72h) du décapage (mesurant notamment la durée maximale 5 possible entre le décapage et le dépôt d'une couche de matériau primaire sans perdre les effets du décapage). De plus, la comparaison entre des surface décapées et non décapées sur les échantillons n'a pas révélé de variation de dureté du fait du décapage. En ce qui concerne la résistance à la rupture, cette dernière semble être 10 améliorée par le traitement plasma. Le décapage plasma n'a pas généré de modification microstructurale ou de différence de taille de grain, ni de différence de précipité intermétalliques dans les échantillons traités. Le traitement plasma n'a pas eu d'impact non plus de type microfissure sur des 15 cordons de soudure sur les échantillons testés. L'adhérence au collage a été testée sur les échantillons : - vérification adhérence collage (colle ECCOBOND) à température ambiante et à 77K et variation des durées avant dépôt d'une couche de primaire pour vérifier la robustesse, - essais de traction comparatifs à température ambiante. Des éprouvettes collées (colles ECCOBOND ou AY103-1) ont subi un essai de cisaillement (la moyenne des efforts de cisaillement de chaque série est comprise entre 11 et 17 MPa pour un critère d'effort de cisaillement 3 MPa ou 10 MPa). D'autres éprouvettes ont subi un essai de traction avec masselotte à 77 K (charge décollement picot 21 kN). Les résultats de l'ensemble des essais de collage réalisés ont tous démontré des résultats supérieurs aux critères acceptables. Des tests de vieillissement et d'essai d'arrachage (à la griffe) ont révélé une tenue également acceptable. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une surface (2) d'un réservoir (1) cryogénique de lanceur spatial, le réservoir (1) étant constitué d'au moins une paroi (2) en alliage d'aluminium, dans lequel au moins une partie de la surface de la paroi (2) est soumise à un décapage, caractérisé en ce que le décapage comprend un décapage par la technologie plasma, c'est-à-dire via un bombardement de la surface avec un faisceau gazeux plasma de gaz ionisé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la technologie 10 plasma utilisée est un plasma à pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bombardement de la surface avec un faisceau gazeux plasma de gaz ionisé utilise une buse (3) pour délivrer faisceau de gaz qui est espacée de la surface décapée d'une distance (D) comprise entre 5 et 40mm. 15 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau gazeux plasma de gaz ionisé généré par la buse (3) frappe une portion de la surface ayant un diamètre (D) compris entre 5 et 20mm et en ce que la surface (2) et la buse sont déplacés relativement pour traiter la surface. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface (2) et la 20 buse sont déplacés relativement pour traiter la surface à une vitesse de balayage comprise entre et 100 et 500 mm par seconde et de préférence 300mm par seconde. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le faisceau gazeux comprend de l'air, de l'azote, de l'argon. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en 25 ce que le faisceau gazeux a une température comprise entre 150 et 250°C et notamment 200°C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le faisceau plasma a une puissance comprise entre 700 et 1100 watts. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en 30 ce que le réservoir comprend deux parois (2) jointives définissant une rainure (4) et ce que le décapage est réalisé dans la rainure (4). 3061721 7 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la paroi (2) est constituée de l'un au moins des matériaux suivants : un alliage de série 2000 ou 5000 ou 7000 notamment un alliage d'aluminium 7020. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en 5 ce qu'il comprend, après le décapage de la surface (2), une étape de dépôt, sur la surface décapée, d'une couche (5) de matériau primaire d'accroche à base de liant en solution dans un solvant et un cosolvant. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape de dépôt de la couche (5) de matériau primaire d'accroche, une étape de collage, sur la couche (5) de matériau primaire d'accroche, d'une couche (6) d'isolation thermique du réservoir (1) et/ou d'un support pour un câblage et/ou un support pour une isolation. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape de dépôt de la couche (5) de matériau primaire d'accroche, une étape de collage, sur la couche (5) de matériau primaire d'accroche, d'une couche (6) d'isolation thermique du réservoir (1) comprenant au moins l'un parmi : une mousse d'isolation plastique, une couche de polymère, une couche de polyuréthane, une couche de PVC, une mousse de polyimide, une couche de mousse à cellules fermées, une structure de support d'une isolation multicouche « MLI ».20