Brevet FR3099226A1 — publié le 20210129

Description Titre de l'invention : Membrane d'étanchéité pour cuve étanche de stockage de fluide Domaine technique [0001] L'invention se rapporte au domaine des membranes d'étanchéité pour des cuves étanches à membranes. En particulier, l'invention se rapporte au domaine des membranes d'étanchéité pour des cuves étanches et thermiquement isolantes pour le stockage et/ou le transport de gaz liquéfié à basse température, telles que des cuves pour le transport de Gaz de Pétrole Liquéfié (aussi appelé GPL) présentant par exemple une température comprise entre -50°C et 0°C, ou pour le transport de Gaz Naturel Liquéfié (GNL) à environ -162°C à pression atmosphérique. Ces cuves peuvent être installées à terre ou sur un ouvrage flottant. Dans le cas d'un ouvrage flottant, la cuve peut être destinée au transport de gaz liquéfié ou à recevoir du gaz liquéfié servant de carburant pour la propulsion de l'ouvrage flottant. Arrière-plan technologique [0002] Il est connu du document FR2691520 une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage de GNL comprenant une barrière thermiquement isolante secondaire, une membrane d'étanchéité secondaire reposant sur la barrière thermiquement isolante secondaire, une barrière thermiquement isolante primaire reposant sur la membrane d'étanchéité secondaire, et une membrane d'étanchéité primaire reposant sur la barrière thermiquement isolante primaire et destinée à être en contact avec le gaz liquéfié. [0003] La membrane d'étanchéité primaire de ce document est composée de plaques mé- talliques ondulées présentant une première série d'ondulations parallèles dites hautes et une deuxième série d'ondulations parallèles dites basses, la deuxième série d'ondulations étant perpendiculaire à la première série d'ondulations. Ces plaques métalliques ondulées sont réalisées en acier inoxydable d'une épaisseur d'environ 1,2 mm De plus, les ondulations basses ont une hauteur d'environ 35 mm tandis que les ondulations hautes ont une hauteur d'environ 55 min Les ondulations de la membrane d'étanchéité primaire permettent notamment à la membrane d'étanchéité primaire d'avoir une certaine flexibilité lui permettant de se contracter ou se dilater sous l'effet des changements de température sans risquer d'endommager sa structure. [0004] Lorsqu'une telle cuve est intégrée dans un navire, le gaz liquéfié contenu dans la cuve est soumis à différents mouvements. En particulier, les mouvements en mer d'un navire, par exemple sous l'effet des conditions climatiques telles que l'état de la mer ou le vent, entraînent une agitation du liquide dans la cuve. L'agitation du liquide, généralement désignée sous le terme de « sloshing » ou ballottement, engendre des 2 contraintes sur les parois de la cuve qui peuvent nuire à l'intégrité de la cuve, notamment en pliant les ondulations de la membrane d'étanchéité primaire. En subissant de tels endommagements, la membrane d'étanchéité primaire perd en flexibilité et risque de ne plus pouvoir jouer son rôle. [0005] Le document FR1323237 décrit également une membrane d'étanchéité pour cuve de stockage de gaz liquéfié. Dans cc document, la membrane d'étanchéité comprend deux séries de gaufrages. Ces gaufrages permettent comme pour le document précédent d'apporter une certaine flexibilité à la memhrane d'étanchéité afin de pouvoir se contracter ou se dilater sous l'effet des changements de température. [0006] Toutefois, de par leur forme et leurs rapports dimensionnels, les gaufrages de cc document sont également soumis aux ballotements du fluide et la membrane d'étanchéité peut ainsi perdre en flexibilité ou être endommagée. Résumé [0007] Une idée à la hase de l'invention est de réduire le risque d'endommagement au bal- lotement de la memhrane d'étanchéité d'une cuve étanche, tout en conservant la flexibilité de la membrane d'étanchéité lui permettant de se contracter et dilater thermiquement. [0008] Selon un mode de réalisation, l'invention fournit une membrane d'étanchéité pour cuve étanche de stockage de fluide, dans laquelle la membrane d'étanchéité comporte au moins une plaque métallique, la plaque métallique comportant une portion plane définissant un plan de la plaque et une pluralité de reliefs faisant saillie de la portion plane dans une direction d'épaisseur perpendiculaire au plan de la plaque, les reliefs étant espacés les uns des autres, la plaque métallique comportant dans toutes les directions du plan au moins un relief, chaque relief comportant une base faisant la liaison entre le relief et la portion plane, et comportant au moins un sommet, la hase comprenant dans le plan formé par la portion plane une première dimension égale au diamètre du plus petit cercle circonscrit autour de la base et une deuxième dimension égale au diamètre du plus grand cercle inscrit dans la base, et la distance entre le sommet et la base dans la direction d'épaisseur formant une hauteur du relief, dans laquelle la hauteur du relief est inférieure à 20 mm, dans laquelle chaque relief est écarté d'un relief adjacent dans toutes les directions du plan par une distance inférieure ou égale à 2 fois la première dimension de la base, et le ratio de la première dimension de la base sur la hauteur du relief est inférieur ou égal à 2. [0009] Grâce à ces caractéristiques, les reliefs de par leur hauteur et de par leurs rapports di- mensionnels sont moins soumis au ballotement du fluide ce qui permet à la membrane d'étanchéité de ne pas se dégrader et ainsi perdre en étanchéité. De plus, une telle distance maximale entre des motifs adjacents liée aux dimensions des reliefs permet 3 d'avoir une répartition suffisante des reliefs sur toute la membrane d'étanchéité afin de permettre une contraction ou une dilatation régulière dans toutes les directions et ainsi conserver la flexibilité lors de l'utilisation de la cuve. [0010] On entend par motifs adjacents, des motifs qui sont séparés l'un de l'autre par au moins une ligne droite dans le plan de la plaque formée uniquement par la portion plane. [0011] On entend par le diamètre du plus petit cercle circonscrit autour de la hase, le diamètre du plus petit cercle situé autour et à l'extérieur de la hase, et ayant au moins deux points d'intersection avec la hase de sorte que le cercle entoure la hase sans la couper. Par exemple dans le cas d'une hase triangulaire, ce cercle a pour centre le point d'intersection des médiatrices des côtés de la hase. [0012] On entend par le diamètre du plus grand cercle inscrit dans la hase, le diamètre du plus grand cercle situé à l'intérieur de la hase et ayant au moins deux points d'intersection avec la hase de sorte que le cercle soit situé entièrement dans la hase sans la couper. Par exemple dans le cas d'une hase triangulaire, ce cercle a pour centre le point d'intersection des bissectrices de la hase. [0013] Selon des modes de réalisation, une telle membrane d'étanchéité peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. [0014] Selon un mode de réalisation, le ratio de la deuxième dimension de la hase sur la hauteur du relief est inférieur ou égal à 0,6. [0015] Selon un mode de réalisation, la membrane d'étanchéité comporte une pluralité de plaques métalliques soudées bord à bord de manière étanche les unes aux autres. [0016] On entend par l'expression « soudé de manière étanche » une soudure réalisée à l'aide d'un cordon de soudure continu afin de former une surface continue entre les deux éléments soudés l'un à l'autre. [0017] Selon un mode de réalisation, tous les reliefs de la plaque sont identiques. [0018] Selon un mode de réalisation, les reliefs sont régulièrement ou irrégulièrement répartis sur la plaque métallique. [0019] Selon un mode de réalisation, la plaque métallique comporte au moins une première série de reliefs et une deuxième série de reliefs, les reliefs de la première série ayant des dimensions et/ou formes différentes des reliefs de la deuxième série. [0020] Selon un mode de réalisation, chaque relief est écarté d'un relief adjacent dans toutes les directions du plan par une distance inférieure ou égale à 1,5 fois, de préférence inférieure ou égale à 1 fois, la première dimension de la base. [0021] Selon un mode de réalisation, chaque plaque métallique mesure au moins 1 m dans la direction longitudinale et au moins 0,5 m dans la direction transversale, par exemple 3 m dans la direction longitudinale et 1 m dans la direction transversale. [0022] Selon un mode de réalisation, la hauteur du relief est comprise entre 8 mm et 20 mm, de préférence compris entre 10 mm et 14 mm. [0023] Selon un mode de réalisation, le ratio de la première dimension de la hase sur hauteur du relief est inférieur ou égal à 1,5, par exemple 1,4 pour un relief de forme ellipsoïdale. [0024] Selon un mode de réalisation, le ratio de la deuxième dimension de la hase sur la hauteur du relief est supérieur ou égal à 0,7. [0025] Selon un mode de réalisation, le ratio de la deuxième dimension de la hase sur la hauteur du relief est compris entre 1 et 2,5. [0026] Selon un mode de réalisation, les reliefs sont réalisés par formage, de préférence em- boutissage, ou bien par estampage, matriçage, ou encore magnétoformage. [0027] Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la plaque métallique e 1 exprimée en mm au niveau de la portion plane est supérieure ou égale à 115, avec E le module d'Young du matériau constitutif de la plaque métallique exprimé en GPa. [0028] Selon un mode de réalisation, la plaque métallique est réalisée en acier inoxydable ou en acier à haut manganèse. [0029] Ainsi, pour un acier inoxydable ayant un module d'Young de 200 GPa, l'épaisseur minimale de la plaque est donc environ égale à 0,58 mm. Pour un acier à haut manganèse ayant un module d'Young de 170 GPa, l'épaisseur minimale de la plaque est donc environ égale à 0,68 mm. [0030] Selon un mode de réalisation, les plaques métalliques ont une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2 mm. [0031] Selon un mode de réalisation, les plaques métalliques sont réalisées dans un matériau métallique dont le module d'Young est compris entre 130 GPa et 230 GPa. [0032] Selon un mode de réalisation, les plaques métalliques sont réalisées dans un matériau métallique dont la limite élastique est supérieure à 170 MPa à température ambiante. [0033] Selon un mode de réalisation, les plaques métalliques sont réalisées dans un matériau métallique dont la limite élastique est comprise entre 170 MPa et 500 MPa. [0034] Selon un mode de réalisation, le nombre de reliefs par mètre linéaire de plaque mé- tallique Nreiier est compris dans l'intervalle suivant : Dc x Arx 106 REVENDICATIONSMembrane d'étanchéité (1) pour cuve étanche de stockage de fluide, dans laquelle la membrane d'étanchéité (1) comporte au moins une plaque métallique (2), la plaque métallique (2) comportant une portion plane (3) définissant un plan de la plaque et une pluralité de reliefs (4) faisant saillie de la portion plane (3) dans une direction d'épaisseur perpendiculaire au plan de la plaque, les reliefs (4) étant espacés les uns des autres, la plaque métallique (2) comportant dans toutes les directions du plan au moins un relief (4), chaque relief (4) comportant une hase (5) faisant la liaison entre le relief (4) et la portion plane (3), et comportant au moins un sommet (6), la base (5) comprenant dans le plan formé par la portion plane (3) une première dimension (7) égale au diamètre du plus petit cercle circonscrit autour de la base (5) et une deuxième dimension (8) égale au diamètre du plus grand cercle inscrit dans la base (5), et la distance entre le sommet (6) et la base (5) dans la direction d'épaisseur formant une hauteur (9) du relief, dans laquelle la hauteur (9) du relief (4) est inférieure à 20 mm, dans laquelle chaque relief (4) est écarté d'un relief (4) adjacent dans toutes les directions du plan par une distance inférieure ou égale à 2 fois la première dimension (7) de la base (5), et le ratio de la première dimension (7) de la base (5) sur hauteur (9) du relief (4) est inférieur ou égal à 2 Membrane d'étanchéité (1) selon la revendication 1, dans laquelle le ratio de la deuxième dimension (8) de la base (5) sur la hauteur (9) du relief (4) est supérieur ou égal à 0,6. Membrane d'étanchéité (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle les reliefs (4) sont réalisés par formage, de préférence emboutissage, ou bien par estampage, matriçage, ou encore magnétoformage. Membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle l'épaisseur (11) de la plaque métallique (2) eph',', exprimée en mm au niveau de la portion plane (3) est supérieure ou égale à 115, avec E le module d'Young du matériau constitutif de la plaque métallique (2) exprimé en GPa. Membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les plaques métalliques (2) ont une épaisseur (11) comprise entre 0,5 mm et 2 mm 13 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] [Revendication 15] Membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les plaques métalliques (2) sont réalisées dans un matériau métallique dont le module d'Young est compris entre 130 GPa et 230 GPa. Membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle les plaques métalliques (2) sont réalisées dans un matériau métallique dont la limite élastique est supérieure à 170 MPa à température ambiante. Membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle le nombre de reliefs (4) par mètre linéaire de plaque métallique Nrehefest compris dans l'intervalle suivant : oc x c1Tx106cN x A T x101 av" a 11 x h - relief 35 x h le coefficient de dilatation thermique de la plaque métallique (2) en K-', AT la différence de température entre la température ambiante et la température du fluide stocké dans la cuve en K, et h la hauteur (9) du relief (4) en mm. Membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la base (5) présente une forme d'ellipse ou de polygone. Membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la base (5) présente une forme d'ellipse et le ratio de la première dimension (7) de la base (5) sur hauteur (9) du relief (4) est inférieur ou égal à 1,4. Membrane d'étanchéité (1) selon, l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle le ratio de la première dimension sur la deuxième dimension est inférieur ou égale à 1,4. Cuve étanche et thermiquement isolante (71) de stockage de gaz liquéfié intégrée dans une structure porteuse (15), la cuve comprenant une pluralité de parois de cuve formant un espace interne de réception du gaz liquéfié, au moins une des parois de cuve comportant une barrière thermiquement isolante (12) fixée à la structure porteuse (15) et une membrane d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 11 reposant sur la barrière thermiquement isolante (12) et destinée à être en contact avec le gaz liquéfié dans la cuve. Cuve selon la revendication 12, dans laquelle les reliefs (4) font saillie de la portion plane (3) en direction de l'espace interne de la cuve. Cuve selon la revendication 12, dans laquelle les reliefs (4) font saillie de la portion plane (3) en direction de la structure porteuse (15). Cuve selon l'une des revendications 12 à 14, dans laquelle la membrane 14 [Revendication 16] [Revendication 17] [Revendication 18] d'étanchéité est une membrane d'étanchéité primaire (1), la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante primaire (12), et la paroi de cuve (1) comporte dans une direction d'épaisseur depuis l'extérieur vers l'intérieur de la cuve, une barrière thermiquement isolante secondaire (14) fixée à la structure porteuse (15), une membrane d'étanchéité secondaire (13) reposant sur la barrière thermiquement isolante secondaire (14), la barrière thermiquement isolante primaire (12) reposant sur la membrane d'étanchéité secondaire (13) et la membrane d'étanchéité primaire (1) reposant sur la barrière thermiquement isolante primaire (12). Navire (70) pour le transport d'un produit liquide froid, le navire comportant une double coque (72) et une cuve (71) selon l'une des revendications 12 à 15 disposée dans la douhle coque, la douhle coque formant la structure porteuse de la cuve (71). Système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant un navire (70) selon la revendication 16, 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 entraincr un flux de produit liquide froid à travers les canalisations isolées depuis ou vers l'installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire. Procédé de chargement ou déchargement d'un navire (70) selon la revendication 16, dans lequel on achemine un produit liquide froid à travers des 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).