Brevet FR3075918A1 — publié le 20190628

Domaine technique L'invention se rapporte au domaine des cuves, étanches et thermiquement isolantes, pour le stockage et/ou le transport d'un fluide. L'invention se rapporte plus particulièrement à un caisson isolant pour une 5 telle cuve étanche et thermiquement isolante et à un procédé de fabrication d'un tel caisson. Arrière-plan technologique Le document FR 2 877 639 divulgue une cuve étanche et thermiquement isolante comportant deux barrières thermiquement isolantes et deux membranes 10 d'étanchéité reposant chacune sur l'une des barrières thermiquement isolantes. Les barrières thermiquement isolantes comportent chacune une pluralité de caissons isolants qui comprennent chacun une pluralité de compartiments remplis avec une garniture isolante choisie parmi les mousses de polyuréthane, de polyéthylène, de polyvinyle chlorure et les matériaux nanoporeux de type aérogel, perlite, laine de 15 verre ou autre. Ces caissons isolants ne sont pas pleinement satisfaisants. En effet, soit les garnitures isolantes de l'état de la technique présentent une conductivité thermique importante, ce qui nuit aux performances d'isolation thermique de la cuve et/ou nécessite des épaisseurs de barrières thermiquement isolantes importantes, soit la densité de la garniture isolante est importante, ce qui n'est pas non plus 20 satisfaisant, notamment en raison de la nécessiter de manipuler les caissons isolants lors de la fabrication de la cuve. Il est également connu, notamment des documents FR2360536 et W02010068254 ou US3625896 d'utiliser comme garniture isolante des silices pyrogénées ou des aérogels de silice. Ces matériaux présentent d'excellentes 25 performances d'isolations thermiques. Toutefois, il a été constaté par la demanderesse que, lorsque les silices pyrogénées et les aérogels de silice étaient utilisés sous une forme pulvérulente et non sous la forme de panneaux compacts, ces matériaux étaient instables et tendaient à se tasser après avoir été immergés dans un liquide mouillant, tel que le 30 gaz naturel liquéfié (GNL) par exemple. Or, de tels tassements conduisent à créer des ponts thermiques. Ainsi, dans l'hypothèse où des garnitures isolantes constituées de matériaux précités sous forme pulvérulente venaient à être immergées dans le gaz naturel liquéfié contenu dans la cuve, par exemple en cas de fuite d'une membrane d'étanchéité de la cuve, lesdites garnitures isolantes se tasseraient sous l'effet de l'immersion dans le gaz naturel liquéfié et les performances thermiques de l'isolation seraient alors dégradées de manière irréversible. Résumé Une idée à la base de l'invention est de proposer un caisson isolant pour une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d'un liquide comportant au moins un compartiment et une garniture calorifuge pulvérulente disposée dans ledit compartiment et dans lequel la garniture pulvérulente présente un excellent compromis entre une faible densité et des performances d'isolation thermique satisfaisantes et soit peu ou pas sensible à un phénomène de tassement irréversible après avoir été immergé dans le liquide stocké dans la cuve. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel caisson. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit un procédé de fabrication d'un caisson isolant pour une cuve étanche et thermiquement isolante destinée à stocker un liquide mouillant, le caisson isolant comportant au moins un compartiment, le procédé comportant : - fournir un matériau isolant pulvérulent choisi parmi les silices pyrogénées, 20 les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci, ledit matériau isolant pulvérulent présentant : une granulométrie caractéristique g, ; une masse volumique vraie stable q)' pour le liquide mouillant qui correspond à la masse volumique vraie dudit matériau isolant pulvérulent présentant 25 ladite granulométrie caractéristique g, après avoir été immergé dans le liquide mouillant ; et - une masse volumique apparente stable (pax pour le liquide mouillant qui correspond à une masse volumique apparente seuil dudit matériau isolant pulvérulent à partir de laquelle le matériau isolant pulvérulent présentant la 30 granulométrie caractéristique g, ne présente pas de tassement après avoir été immergé dans le liquide mouillant ; et - une masse volumique apparente stable après tassement (p' qui correspond à l'état de compacité maximale dudit matériau isolant pulvérulent présentant ladite granulométrie caractéristique gx; - fournir une charge granulaire choisie parmi les perlites, les sphères 5 creuses, les granulats de mousse polymère, les aérogels granulaires ayant un taux de porosité interne qui ne diminue pas après avoir été immergé dans le liquide mouillant et les mélanges de ceux-ci, la charge granulaire présentant une granulométrie caractéristique gy, une masse volumique apparente stable après tassement (pay qui correspond à l'état de compacité maximale de ladite charge 10 granulaire présentant ladite granulométrie caractéristique gy et une masse volumique vraie c; - mélanger au moins le matériau isolant pulvérulent et la charge granulaire ; le matériau isolant pulvérulent étant présent dans une proportion massique x et la charge granulaire étant présent dans une proportion massique y avec : x + y k 90 15 IY0, x?. 25 %ety 1%; - disposer le mélange dans le compartiment du caisson isolant dans un état de compacité tel que : - la masse volumique vraie du matériau isolant pulvérulent, entre les grains de la charge granulaire, dans le mélange soit inférieure à ladite masse 20 volumique vraie stable cp,', que - la masse volumique apparente de la charge granulaire dans le mélange soit inférieure à la masse volumique apparente stable après tassement (pay , et que - la masse volumique apparente MV', du mélange soit supérieure ou 25 égale à (pay * (Pax / (Y * (Pax + (1-Y) * (Pay) et à pe, / [1 - y* (1 - (p./ cpvy)]. Grâce à un tel procédé de fabrication, la garniture calorifuge pulvérulente présente un excellent compromis entre une faible densité et des performances d'isolation thermique satisfaisantes et est peu ou pas sensible à un phénomène de tassement irréversible après avoir été immergée dans le liquide stocké dans la 30 cuve. Grâce à la présence de la charge granulaire, les phénomènes d'agglomération du matériau isolant pulvérulent lorsque celui-ci est immergé dans le liquide mouillé sont limités, ce qui permet de conserver le mélange du matériau isolant pulvérulent et de la charge granulaire sous forme de poudre sans entraîner de diminution significative du volume du mélange après immersion. La charge granulaire favorise en effet la fracturation des particules du matériau isolant pulvérulent au détriment de leur agglomération. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit également un caisson 5 isolant pour une cuve étanche et thermiquement isolante destiné à stocker un liquide mouillant, le caisson isolant comportant au moins un compartiment ; et - une garniture calorifuge pulvérulente disposée dans ledit compartiment, la garniture calorifuge comportant un mélange d'au moins : - x % en masse d'un matériau isolant pulvérulent choisi parmi les silices 10 pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci, ledit matériau isolant pulvérulent présentant : - une granulométrie caractéristique gx, - une masse volumique vraie stable pvx pour le liquide mouillant qui correspond à la masse volumique vraie dudit matériau isolant pulvérulent présentant 15 ladite granulométrie caractéristique gx après avoir été immergé dans le liquide mouillant - une masse volumique apparente stable (pax pour le liquide mouillant qui correspond à la masse volumique apparente seuil dudit matériau isolant pulvérulent à partir de laquelle le matériau isolant pulvérulent présentant ladite granulométrie caractéristique gx ne présente pas de tassement après avoir été immergé dans le liquide mouillant; et - une masse volumique apparente stable après tassement (pex qui correspond à l'état de compacité maximale dudit matériau isolant pulvérulent présentant ladite granulométrie caractéristique gx; et - y % en masse d'une charge granulaire choisie parmi les perlites, les sphères creuses en verre, les granulats de mousse polymère, les aérogels granulaires ayant un taux de porosité interne qui ne diminue pas après avoir été immergé dans le liquide mouillant, et les mélanges de ceux-ci, dans lequel la charge granulaire présente une granulométrie caractéristique gy, une masse volumique apparente stable après tassement (pay qui correspond à l'état de compacité maximale de ladite charge granulaire présentant ladite granulométrie caractéristique gy et une masse volumique vraie avec : x+ y k 90 %, x..k 25 % et y 1% ; la masse volumique vraie du matériau isolant pulvérulent dans le mélange étant inférieure à la masse volumique vraie stable (p' ; la masse volumique apparente de la charge granulaire dans le mélange étant inférieure à la masse volumique apparente stable après tassement (pay ; et 5 la masse volumique apparente MVrnel du mélange étant supérieure ou égale à (pay * (Pax / (Y * (Pax + (1-y) * (Pay ) et à (pex / [1 - y * (1 - (Pex / (Pvy)]. Selon des modes de réalisation, un tel procédé de fabrication d'un caisson isolant ou un tel caisson isolant peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. 10 Selon un mode de réalisation, le matériau isolant pulvérulent et la charge granulaire sont mélangées de manière homogène par agitation mécanique. Selon un mode de réalisation, le matériau isolant pulvérulent et la charge granulaire sont tassées jusqu'à obtention d'une masse volumique apparente MVmei du mélange satisfaisant aux critères précités. 15 Selon un mode de réalisation, la masse volumique apparente du mélange est inférieure à 250 kg/m3, avantageusement comprise entre 50 et 220 kg/m3 et de préférence comprise entre 60 et 190 kg/m3. Selon un mode de réalisation, le mélange présente une conductivité thermique inférieure à 45 mW/(m.K) à 20°C et à pression atmosphérique normale, 20 de préférence comprise entre 25 et 35 mW/(m.K) à 20 °C et à pression atmosphérique normale. Selon un mode de réalisation, la charge granulaire présente une granulométrie moyenne comprise entre 10 pm et 5 mm, avantageusement entre 20 pm et 2 mm et de préférence entre 25 pm et 1 mm. 25 Selon un mode de réalisation, la charge granulaire présente des grains dont le rapport masse/volume extérieur est inférieur à 500 kg/m3, avantageusement inférieur à 250 kg/m3, de préférence compris entre 30 et 150 kg/m3. Selon un mode de réalisation, la charge granulaire comporte de la perlite expansée. 30 Selon un mode de réalisation, la charge granulaire comporte des sphères creuses en verre ou en polymère. Selon un mode de réalisation, la charge granulaire comporte des grains d'aérogels ayant un taux de porosité interne qui ne diminue pas après avoir été immergé dans le liquide mouillant. Selon un mode de réalisation, la charge granulaire présente seule une 5 conductivité thermique inférieure à 100 mW/(m.K) à 20°C et à pression atmosphérique normale. Selon un mode de réalisation, le matériau isolant pulvérulent comporte de la silice pyrogénée hydrophobe. Selon un mode de réalisation, le matériau isolant pulvérulent présente une 10 granulométrie moyenne inférieure à 300 pm, avantageusement inférieure à 200 pm, et de préférence comprise entre 2 et 100 pm. Selon un mode de réalisation, x k 50 %. Selon un mode de réalisation, y 5% , de préférence y 10 %, et de préférence y k 15%. 15 Selon un mode de réalisation, la garniture calorifuge comporte z % en masse d'un opacifiant aux rayonnements infra-rouge, avec z REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un caisson isolant pour une cuve étanche et thermiquement isolante destinée à stocker un liquide mouillant, le caisson isolant comportant au moins un compartiment, le procédé comportant : - fournir un matériau isolant pulvérulent choisi parmi les silices pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci, ledit matériau isolant pulvérulent présentant : - une granulométrie caractéristique gx ; - une masse volumique vraie stable (pvx pour le liquide mouillant qui 10 correspond à la masse volumique vraie dudit matériau isolant pulvérulent présentant ladite granulométrie caractéristique gx après avoir été immergé dans le liquide mouillant ; et - une masse volumique apparente stable (pe, pour le liquide mouillant qui correspond à une masse volumique apparente seuil dudit matériau isolant 15 pulvérulent à partir de laquelle le matériau isolant pulvérulent présentant la granulométrie caractéristique gx ne présente pas de tassement après avoir été immergé dans le liquide mouillant; et - une masse volumique apparente stable après tassement (pex qui correspond à l'état de compacité maximale dudit matériau isolant pulvérulent 20 présentant ladite granulométrie caractéristique gx; - fournir une charge granulaire choisie parmi les perlites, les sphères creuses, les granulats de mousse polymère, les aérogels granulaires ayant un taux de porosité interne qui ne diminue pas après avoir été immergé dans le liquide mouillant et les mélanges de ceux-ci, la charge granulaire présentant une 25 granulométrie caractéristique gy, une masse volumique apparente stable après tassement (Pay qui correspond à l'état de compacité maximale de ladite charge granulaire présentant ladite granulométrie caractéristique gy et une masse volumique vraie (Ky ; - mélanger au moins le matériau isolant pulvérulent et la charge granulaire ; le 30 matériau isolant pulvérulent étant présent dans une proportion massique x et la charge granulaire étant présent dans une proportion massique y avec : x + y k 90 %, xk 25 % et y k 1 %; 32 - disposer le mélange dans le compartiment du caisson isolant dans un état de compacité tel que : - la masse volumique vraie du matériau isolant pulvérulent dans le mélange, entre les grains de la charge granulaire, soit inférieure à ladite masse 5 volumique vraie stable cp,x, que - la masse volumique apparente de la charge granulaire dans le mélange soit inférieure à la masse volumique apparente stable après tassement (pay et que - la masse volumique apparente MVmel du mélange soit supérieure ou 10 égale à (pay * (p' / (y * (pax + (1-y) * (pay) et à cp' / [1 - y * (1 - (p' / (p'y)]. 2. Procédé de fabrication d'un caisson isolant selon la revendication 1, dans lequel le matériau isolant pulvérulent et la charge granulaire sont mélangées de manière homogène par agitation mécanique. 3. Caisson isolant pour une cuve étanche et thermiquement isolante 15 destiné à stocker un liquide mouillant, le caisson isolant comportant au moins un compartiment ; et - une garniture calorifuge pulvérulente disposée dans ledit compartiment, la garniture calorifuge comportant un mélange d'au moins : x % en masse d'un matériau isolant pulvérulent choisi parmi les silices 20 pyrogénées, les aérogels de silice et les mélanges de ceux-ci, ledit matériau isolant pulvérulent présentant : - une granulométrie caractéristique gx, - une masse volumique vraie stable (p'x pour le liquide mouillant qui correspond à la masse volumique vraie dudit matériau isolant pulvérulent présentant 25 ladite granulométrie caractéristique gx après avoir été immergé dans le liquide mouillant, - une masse volumique apparente stable (pax pour le liquide mouillant qui correspond à la masse volumique apparente seuil dudit matériau isolant pulvérulent à partir de laquelle le matériau isolant pulvérulent présentant ladite 30 granulométrie caractéristique gx ne présente pas de tassement après avoir été immergé dans le liquide mouillant; et - une masse volumique apparente stable après tassement (pax qui correspond à l'état de compacité maximale dudit matériau isolant pulvérulent présentant ladite granulométrie caractéristique gx; 33 - y % en masse d'une charge granulaire choisie parmi les perlites, les sphères creuses en verre , les granulats de mousse polymère, les aérogels granulaires ayant un taux de porosité interne qui ne diminue pas après avoir été immergé dans le liquide mouillant et les mélanges de ceux-ci, dans lequel la charge 5 granulaire présente une granulométrie caractéristique gy, une masse volumique apparente stable après tassement cpay qui correspond à l'état de compacité maximale de ladite charge granulaire présentant ladite granulométrie caractéristique gy et une masse volumique vraie cp'y; avec : x + y k 90 %, xk 25 % et y 1% ; la masse volumique vraie du matériau isolant pulvérulent dans le mélange, entre les grains de la charge granulaire, étant inférieure à la masse volumique vraie stable (Pvx , la masse volumique apparente de la charge granulaire dans le mélange étant inférieure à la masse volumique apparente stable après tassement (pay ; et la masse volumique apparente MV,e, du mélange étant supérieure ou égale à (Pay * (Pax/ (Y * (Pax + (1-y) * (Pay ) et à (Pex / [1 - Y * (1 - (Pex (Pvy)]. 4. Caisson isolant selon la revendication 3, dans lequel la masse volumique apparente du mélange est inférieure à 250 kg/m3, avantageusement comprise entre 50 et 220 kg/m3 et de préférence comprise entre 60 et 190 kg/m3. 5. Caisson isolant selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le mélange présente une conductivité thermique inférieure à 45 mW/(m.K) à 20°C et à pression atmosphérique normale, de préférence comprise entre 25 et 35 mW/(m.K) à 20 °C et à pression atmosphérique normale. 6. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la charge granulaire présente une granulométrie moyenne comprise entre 10 pm et 5 mm, avantageusement entre 20 pm et 2 mm et de préférence entre 25 pm et 1 mm. 7. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la charge granulaire présente des grains dont le rapport masse/volume 30 extérieur est inférieur à 500 kg/m3, avantageusement inférieur à 200 kg/m3, de préférence compris entre 30 et 150 kg/m3. 8. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel la charge granulaire comporte de la perlite expansée. 34 9. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel la charge granulaire comporte des sphères creuses en verre ou en polymère. 10. Caisson isolant selon la revendication 3 à 9, dans lequel la charge 5 granulaire présente seule une conductivité thermique inférieure à 100 mW/(m.K) à 20°C et à pression atmosphérique normale. 11. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, dans lequel le matériau isolant pulvérulent comporte de la silice pyrogénée hydrophobe. 10 12. Caisson isolant selon la revendication 12, dans lequel le matériau isolant pulvérulent présente une granulométrie moyenne inférieure à 300 pm, avantageusement inférieure à 200 pm et de préférence comprise entre 2 et 100 pm. 13. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, dans lequel x k 50 %. 15 14. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, dans lequel y k 5 %, avantageusement y k 10 %, et de préférence y k 15 %, 15. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, dans lequel la garniture calorifuge comporte z% en masse d'un opacifiant aux rayonnements infra-rouge, avec z 16. Caisson isolant selon la revendication 15, dans lequel une portion isolante du mélange constituée du matériau isolant pulvérulent et de l'opacifiant présente : - une granulométrie caractéristique g,OE; - une masse volumique apparente stable cpaxz qui correspond à une 25 masse volumique apparente seuil de ladite portion isolante du mélange à partir de laquelle ladite portion isolante du mélange présentant la granulométrie caractéristique gxz ne présente pas de tassement après avoir été immergée dans le liquide mouillant; et une masse volumique apparente stable après tassement (pexz qui 30 correspond à l'état de compacité maximale de la portion isolante du mélange constituée du matériau isolant pulvérulent et de l'opacifiant pulvérulent présentant ladite granulométrie caractéristique gxz ; 35 dans lequel la masse volumique apparente MN/rnel du mélange est en outre supérieure ou égale à (pay * (Paxz / (Y * (Paxz (11) * (Pay ) et à (pexz / [1 - y * (1 - (Pexz (NO] 17. Caisson isolant selon la revendication 15 ou 16, dans lequel 5 l'opacifiant aux rayonnements infra-rouge est choisi parmi le noir de carbone, le graphite, le carbure de silicium, les oxydes de titane et leurs mélanges. 18. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 17, comportant un panneau de fond, un panneau de couvercle et des parois s'étendant entre le panneau de fond et le couvercle et définissant au moins un compartiment. 10 19. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 18, dans lequel le liquide mouillant est du choisi parmi le Gaz Naturel Liquéfié, le Gaz de Pétrole Liquéfié, le méthane liquide, l'éthane liquide, le propane liquide, l'azote liquide, l'air liquide, l'argon liquide, le xénon liquide, le néon liquide et l'hydrogène liquide.. 15 20. Caisson isolant selon l'une quelconque des revendications 3 à 19, dans lequel la masse volumique apparente du matériau isolant pulvérulent dans le mélange, entre les grains de la charge granulaire, est inférieure à la masse volumique apparente stable (pax du matériau isolant pulvérulent. 21. Cuve étanche et thermiquement isolante comportant au moins une 20 barrière thermiquement isolante et une membrane d'étanchéité destinée à être en contact avec le fluide contenu dans la cuve reposant contre ladite barrière thermiquement isolante et dans laquelle la barrière thermiquement isolante comporte une pluralité de caissons isolants selon l'une quelconque des revendications 3 à 20. 25 22. Navire (70) pour le transport d'un liquide mouillant, le navire comportant une double coque (72) et une cuve (71) selon la revendication 21 disposée dans la double coque. 23. Procédé de chargement ou déchargement d'un navire (70) selon la revendication 22, dans lequel on achemine un liquide mouillant à travers des 30 canalisations isolées (73, 79, 76, 81) depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre (77) vers ou depuis la cuve du navire (71). 36 24. Système de transfert pour un liquide mouillant, le système comportant un navire (70) selon la revendication 22, des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) agencées de manière à relier la cuve (71) installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre (77) et une pompe pour 5 entrainer un flux de liquide mouillant à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.