Brevet FR3150969A1 — publié le 20250117

L’invention concerne un outil (1) de décharge électrique haute puissance, ledit outil (1) comprenant une paire d’électrodes comportant une anode (30) et une cathode (40) dont les extrémités libres (30B, 40B) de chacune sont disposées en regard l’une de l’autre, ledit outil (1) étant configuré pour appliquer une tension entre ladite anode (30) et ladite cathode (40) afin de produire une décharge électrique, ledit outil (1) comprenant un fil (35) en matériau plastique reliant l’extrémité libre (30B) de l’anode (30) à l’extrémité libre (40B) de la cathode (40). Figure pour l’abrégé : Figure 1 Outil de décharge électrique à haute puissance à fil plastique La présente invention se rapporte au domaine de l’électronique haute puissance et concerne plus particulièrement un dispositif de décharge électrique haute puissance dans un liquide. De nos jours, il est connu d’utiliser un outil de décharge électrique haute puissance pour stimuler ou nettoyer un puits de fond ou réaliser du formage électrohydraulique de pièces métalliques. Dans ce but, l’outil est d’abord immergé dans un liquide avant de provoquer une décharge électrique entrainant une onde de choc se propageant dans le liquide pour atteindre les parois du puit à stimuler ou à nettoyer ou la pièce de métal à former. Un tel outil comprend de manière connue une paire d’électrodes comportant une anode et une cathode dont les extrémités libres de chacune sont disposées en regard l’une de l’autre. L’outil est configuré pour permettre l’application d’une tension entre ladite anode et ladite cathode afin de produire la décharge électrique. Lors d’une décharge dans un liquide, une quantité significative d’énergie, de l’ordre de 30 %, est dissipée lors de la phase initiale de préchauffage du liquide. En outre, le temps de préchauffage de l’outil avant la décharge peut s’avérer relativement long. Afin de remédier au moins en partie à ces inconvénients, une solution connue consiste à utiliser un fil métallique s’étendant entre l’anode et la cathode. L’utilisation d’un tel fil favorise le déclenchement de la décharge tout en permettant la restitution de l’intégralité de l’énergie et la réduction du temps de préchauffage. Toutefois, le niveau d’énergie de la décharge étant particulièrement élevé, la décharge entraine la vaporisation du métal qui génère l’onde de choc. Le fil doit donc être changé régulièrement, en pratique après chaque décharge, ce qui présente un inconvénient important. Les documents US3603127, US3750441, RU44183, SU636569 et SU247530 divulguent un outil de décharge comportant un rouleau sur lequel le fil métallique est enroulé et qui peut être déroulé après chaque décharge pour s’étendre entre l’anode et la cathode. Une telle solution présente toutefois plusieurs inconvénients. Tout d’abord, le fil est un consommable qu’il faut renouveler après chaque tir ou quand le rouleau est vide, ce qui peut s’avérer long, complexe et chronophage. Ensuite, le déroulement du fil peut entrainer un désalignement du fil entre l’anode et la cathode et donc une baisse d’efficacité du fil à la décharge, qui peut entrainer des pertes d’énergie. Par ailleurs, le rouleau de fil occupe un volume non négligeable à l’intérieur de l’outil, ce qui augmente ses dimensions. En outre, la vapeur générée lors de la décharge électrique peut modifier la conductivité du milieu entre l’anode et la cathode, ce qui diminue la résistance du fil et donc son efficacité. Enfin, des portions du fil enroulé sur le rouleau peuvent se souder entre elles consécutivement aux tirs du fait de la chaleur dégagée, ce qui peut bloquer le déroulement du fil. Le document US3603127 propose d’utiliser un fil réalisé en fibres textiles gainé avec une poudre métallique pour réduire le risque de cassure mais cette solution ne permet pas de résoudre les autres problèmes susmentionnés étant donné notamment que la poudre métallique fond lors de la décharge, ce qui réduit l’efficacité du fil et augmente les pertes d’énergie, et que le fil reste un consommable à changer. Il existe donc un besoin d’une solution simple et efficace permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients. A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet un outil de décharge électrique haute puissance, ledit outil comprenant une paire d’électrodes comportant une anode et une cathode dont les extrémités libres de chacune sont disposées en regard l’une de l’autre, ledit outil étant configuré pour appliquer une tension entre ladite anode et ladite cathode afin de produire une décharge électrique, ledit outil étant remarquable en ce qu’il comprend un fil réalisé en un matériau plastique reliant l’extrémité libre de l’anode à l’extrémité libre de la cathode. Le fil, en contact physique avec l’anode, favorise le claquage lors de la décharge électrique tout en évitant les pertes par dissipation. Sa composition en matériau plastique (non métallique), a priori contre-intuitive au vu de l’art antérieur, évite au fil de de rompre à chaque tir, ce qui évite de devoir le remplacer après chaque tir. La matière plastique ne se vaporise pas lors des tirs et résiste aux ondes de chocs générées pas les décharges électriques. De préférence, le fil est constitué d’un seul brin, ce qui le rend efficace, simple à fabriquer et peu onéreux. En variante, le fil comprend plusieurs brins, par exemple tressés, pour renforcer sa résistance. De préférence, le fil est réalisé en nylon qui offre une résistance élevée à l’onde de choc générée par la décharge électrique. En variante, le fil pourrait être réalisé en tout autre matériau plastique tel que, par exemple, en polyéthylène, en polytétrafluoroéthylène, etc. Avantageusement, le diamètre du fil est compris entre 0,5 et 1,3 mm. Un tel diamètre rend le fil suffisamment épais pour résister à l’onde de choc et suffisamment fin pour limiter les pertes thermiques liées à la surface de contact du fil avec l’anode et la cathode. Selon un aspect de l’invention, l’extrémité libre de l’anode présente une forme pointue et l’extrémité libre de la cathode présente une face plate, le fil s’étendant entre l’extrémité pointue de l’anode et le centre de la face plate. Dans une forme de réalisation, le fil est fixé sur la face plate de la cathode. Dans une autre forme de réalisation, le fil pénètre dans un canal formé dans la cathode et ressort au niveau d’une face latérale de la cathode pour être fixé, de préférence, à ladite face latérale externe de la cathode. Dans une autre forme de réalisation, le fil pénètre dans un canal formé dans la cathode et ressort au niveau de l’extrémité opposée de la cathode. De manière avantageuse, le fil peut être fixé sur l’anode, notamment au niveau de sa pointe, à l’aide d’un adhésif, par exemple de type ruban adhésif ou colle. Avantageusement encore, au moins l’une des extrémités du fil est fixée à au moins un élément d’amortissement tel que, par exemple, un ressort afin d’absorber plus aisément une partie de l’énergie générée par la décharge et éviter ainsi que le fil casse. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le fil pénètre dans un canal formé dans la cathode et ressort sur une face latérale de la cathode pour être fixée à la cathode à l’aide d’un ressort. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La est une vue partielle en coupe d’une première forme de réalisation de l’outil selon l’invention. La est une vue partielle en coupe d’une deuxième forme de réalisation de l’outil selon l’invention. La illustre la partie avant d’un exemple d’outil 1 de décharge électrique haute puissance selon l’invention. L’outil 1 comprend un corps 10 métallique servant d’armature et comportant une tête 12. Le corps 10 défini un espace interne 10A dans lequel est monté une paire d’électrodes 30, 40 et qui est adapté pour se remplir d’un liquide lorsque l’outil 1 est immergé dans ledit liquide, par exemple de l’eau. La paire d’électrodes 30, 40 comprend une anode 30 et une cathode 40 dont les extrémités libres 30B, 40B de chacune sont disposées en regard l’une de l’autre. L’outil 1 est configuré pour permettre l’application d’une tension entre ladite anode 30 et ladite cathode 40 afin de produire une décharge électrique. La tension peut être fournie par un ou plusieurs condensateurs, intégrés dans l’outil 1 ou bien externe à l’outil 1 en étant reliés à la paire d’électrodes 30, 40 par une paire de câbles électriques (non visibles sur les figures par souci de clarté). L’anode 30 est montée dans un support 50 tubulaire électriquement isolant lui-même monté sur le corps 10 via un premier élément de fixation 55. L’anode 30 se présente sous la forme d’une tige métallique comportant une extrémité 30A montée à l’intérieur du support 50 et une extrémité 30B libre, pointue et orientée vers la cathode 40, dépassant depuis une extrémité 50A libre du support 50 disposée dans l’espace interne 10A. La cathode 40 se présente sous la forme d’un cylindre métallique plein dont une extrémité 40A est fixée au niveau de la tête 12 de l’outil 1 via un deuxième élément de fixation 56 et l’autre extrémité 40B est libre et se présente sous la forme d’une face plate. L’anode 30 et la cathode 40 sont espacées d’une distance d prédéterminée, par exemple comprise entre 3 et 100 mm, et de préférence entre 3 et 30 mm, afin de permettre la création d’un arc électrique lors d’une décharge de courant à la tension appliquée entre l’anode 30 et la cathode 40. L’outil 1 comprend un fil 35 réalisé en un matériau plastique, de préférence en nylon, qui relie l’extrémité libre 30B de l’anode 30 à l’extrémité libre 40B de la cathode 40. Le fil 35 est de préférence constitué d’un seul brin mais peut comprendre plusieurs brins, tressés. De préférence, le diamètre du fil 35 est compris entre 0,5 et 1,3 mm. Dans les formes de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2, une extrémité 35A du fil 35 est bloquée entre le corps 10 et l’élément de fixation 50 tandis que l’autre extrémité 35B du fil 35 est fixée à un ressort 60 à travers la cathode 40. Le fil 35 s’étend entre l’anode 30 et le support 50 d’anode 30 jusqu’à l’extrémité libre 30B de l’anode en étant en contact mécanique avec la pointe de l’anode 30. Le fil 35 s’étend ensuite de la pointe de l’anode 30 jusqu’à l’extrémité libre 40B à face plate de la cathode 40. Le fil 35 pénètre au niveau du centre de la face plate de l’extrémité libre 40B de la cathode 40B dans un canal 42 traversant, formé dans la cathode 40, lieu de passage du fil 35 à travers la cathode 40. Dans la première forme de réalisation illustrée sur la , le fil 35 ressort au niveau de la face latérale externe 40C de la cathode 40 et est fixé par son extrémité 35B au ressort 60 qui est lui-même fixé au deuxième élément de fixation 56. Dans la deuxième forme de réalisation illustrée sur la , le fil 35 ressort au niveau de l’autre extrémité 40A de la cathode 40 et est fixé au ressort 60 qui est lui-même fixé sur une face interne 12A de la tête 12 de l’outil 1. En variante de la première forme de réalisation, l’extrémité 35B du fil 35 pourrait être fixée directement (i.e. sans ressort 60) à la face latérale externe 40C ou au deuxième élément de fixation 56 ou à une surface interne du corps 10 de l’outil 1. En variante de la deuxième forme de réalisation, l’extrémité 35B du fil 35 pourrait être fixée directement à l’extrémité opposée 40B de la cathode 40 ou à une surface interne du corps 10 de l’outil 1. En variante encore, l’extrémité 35B du fil 35 pourrait être fixée directement sur l’extrémité libre 40B à face plate de la cathode 40, directement ou par l’intermédiaire d’un ressort. En fonctionnement de l’outil 1, une tension, de préférence de plusieurs kilovolts, par exemple comprise entre 8 et 30 kV, est tout d’abord appliquée entre l’anode 30 et la cathode 40. L’application de cette tension entraine un préchauffage du milieu liquide entre les électrodes 30, 40 puis un claquage provoquant la décharge électrique lorsque les conditions de claquage en pression et en température sont réunies. Le fil 35 reliant les électrodes 30, 40 facilite la création de l’arc par rapport à une version sans fil de l’outil 1 tout en évitant de le changer après chaque tir. Sa composition en matériau plastique, non conducteur, le rend résistant à la tension et à la décharge électrique, notamment à l’onde de choc. Le fil 35 permet d’augmenter la plage de fonctionnement de l’outil 1 en pression et en température. L’utilisation d’un ressort 60 pour fixer le fil 35 permet également de maintenir la tension du fil 35, de garantir le maintien du fil 35 dans sa position et d’améliorer la résistance du fil 35 à l’onde de choc en absorbant mieux l’énergie. Outil (1) de décharge électrique haute puissance, ledit outil (1) comprenant une paire d’électrodes comportant une anode (30) et une cathode (40) dont les extrémités libres (30B, 40B) de chacune sont disposées en regard l’une de l’autre, ledit outil (1) étant configuré pour appliquer une tension entre ladite anode (30) et ladite cathode (40) afin de produire une décharge électrique, ledit outil (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend un fil (35) en matériau plastique reliant l’extrémité libre (30B) de l’anode (30) à l’extrémité libre (40B) de la cathode (40). Outil (1) selon la revendication 1, dans lequel le fil (35) est constitué d’un seul brin. Outil (1) selon la revendication 1, dans lequel le fil (35) comprend plusieurs brins. Outil (1) selon la revendication précédente, dans lequel les brins sont tressés. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fil (35) est réalisé en nylon. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre du fil (35) est compris entre 0,5 et 1,3 mm. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’extrémité libre (30B) de l’anode (30) présente une forme pointue et l’extrémité libre (40B) de la cathode (40) présente une face plate, le fil (35) s’étendant entre l’extrémité pointue de l’anode (30) et le centre de la face plate. Outil (1) selon la revendication précédente, dans lequel le fil (35) est fixé sur la face plate de la cathode (40). Outil (1) selon la revendication 7, dans lequel le fil (35) pénètre dans un canal formé dans la cathode (40) et ressort au niveau d’une face latérale externe (40C) de la cathode (40) pour être fixée, de préférence, à ladite face latérale externe (40C), ou ressort au niveau de l’extrémité opposée (40A) de la cathode (40). Outil (1) selon la revendication précédente, dans lequel au moins l’une des extrémités (35A, 35B) du fil (35) est fixée à au moins un ressort (60).