INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans le cas des groupes motopropulseurs électriques dits à batterie, ces derniers comportent généralement un moteur électrique et une batterie d’accumulateurs de grande capacité. Un inconvénient d’une telle batterie embarquée est qu’elle est coûteuse, composée de matériaux rares (donc pas disponibles sur tous les continents), polluante à fabriquer et recycler, que sa recharge est lente (par rapport à un plein d’essence), et que sa durée de vie est limitée.
Une autre solution connue consiste à générer le courant électrique d’alimentation du moteur électrique au moyen d’une système de pile à combustible dans lequel se produit une réaction d’oxydation de dihydrogène sur une électrode et une réaction de réduction d'oxygène contenu dans l'air sur une autre électrode (ce qui produit de l’eau et de l’électricité).
Un tel système de pile à combustible n’est pas polluant à l’usage. Il présente toutefois des inconvénients tels qu’il ne peut pas être utilisé seul dans toutes les conditions d’usage d’un véhicule automobile. Typiquement, dans certains cas de figure, il ne permet par exemple pas de délivrer instantanément une puissance importante ou de gérer de forts gradients de puissance lorsque le conducteur souhaite accélérer brutalement. Il ne permet pas non plus de récupérer et stocker l’énergie cinétique du véhicule au moment du freinage.
Il est alors connu d’utiliser soit un système de pile à combustible de forte puissance associé à une batterie de petite capacité et à forte puissance, soit un système de pile à combustible moins puissant associé à une batterie de capacité plus grande. Dans le premier cas, la pile à combustible est utilisée comme source principale de courant et la batterie vient épauler la pile à combustible, notamment lors des phases d’accélération du véhicule, à la fois comme tampon pour les montées transitoires de puissance, en surcroit de puissance par rapport à ce qu’est capable de délivrer le système pile à combustible mais aussi en batterie de traction seule. Dans le second cas, la batterie sert de source principale d’alimentation du moteur électrique et la pile à combustible est utilisée comme prolongateur d’autonomie. Quoi qu’il en soit, dans ces deux cas, il est nécessaire de doubler les sources d’électricité, ce qui s’avère couteux et encombrant car le système pile à combustible comme la batterie sont couteux quand ils sont dimensionnés de façon conséquente pour produire une puissance équivalente à des véhicules électriques à batterie bien motorisés.
Il est par ailleurs connu d’utiliser autrement la source d’énergie que constitue le dihydrogène, à savoir en l’injectant soit dans un moteur à combustion interne comprenant des cylindres et des pistons, soit dans un moteur rotatif. Le rendement moyen de cette ces solutions s’avère toutefois moindre que celui d’une pile à combustible et n’est pas dépourvu émissions à l’échappement (même si à priori, ces émissions sont très faibles). Il n’en demeure pas moins que cette solution pourrait être utilisable seule, ou en combinaison avec une batterie dans le cadre d’un véhicule hybride rechargeable ou non. En effet, le coût d’un tel moteur à combustion interne est moindre que celui d’une pile à combustible. En outre, cette solution si le moteur est utilisé seul permet de se passer de batterie de traction du véhicule.
Aucune des solutions envisagées jusqu’alors ne forme un bon compromis, tant en termes de coût de fabrication, de coût d’usage, d’indépendance aux matériaux rares, de rendement sur tous les types de roulage à la fois : en ville, sur route ou sur autoroute, que de poids et d’encombrement.
Présentation de l'invention La présente invention propose alors une nouvelle solution offrant un nouveau compromis plus avantageux entre tous les différents critères précités.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un groupe motopropulseur tel que défini dans l’introduction (comprenant donc une pile à combustible), dans lequel il est prévu en outre un moteur à combustion interne alimenté en dihydrogène par le système de stockage.
Ainsi, grâce à l’invention, une seule source principale d’énergie est employée pour propulser le véhicule, à savoir le dihydrogène (combiné avec l’oxygène contenu dans l’air ambiant). Cette solution permet alors de se passer de carburant autre que le dihydrogène et de batterie suffisamment dimensionnée pour assurer seule la traction du véhicule dans de nombreuses situations, tout en optimisant le rendement global. Elle permet en outre de réduire l’encombrement et le poids global du groupe motopropulseur : elle emplie en effet un « petit » moteur à combustion interne de puissance réduite et un « petit » système pile à combustible de puissance réduite, tout en limitant les coûts de fabrication.
On notera que grâce au système de stockage du dihydrogène, l’invention permet de se passer d’un système additionnel de réaction chimique de reformage.
D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du groupe motopropulseur conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - le moteur à combustion interne comporte un arbre de sortie adapté à être couplé à des roues motrices du véhicule automobile par une boîte de vitesses ; - il est prévu une machine électrique auxiliaire couplée au moteur à combustion interne ; - le moteur à combustion interne comporte un arbre de sortie couplé à une génératrice qui est adaptée à générer un courant électrique alimentant la machine électrique principale ; - il est prévu au moins un compresseur d’air électrique adapté à insuffler de l’air sous pression en entrée de la pile à combustible et en entrée du moteur à combustion interne ; - il est prévu une batterie d’accumulateurs de capacité inférieure strictement à 1 kWh, qui est connectée de manière à récupérer l’énergie en cas de freinage et/ou décélération du véhicule automobile.
L’invention concerne aussi un véhicule automobile comportant au moins une roue motrice, et un groupe motopropulseur tel que précité, permettant de transmettre un couple à ladite au moins une roue motrice.
L’invention concerne aussi un procédé de commande d’un groupe motopropulseur tel que précité, dans lequel il est prévu une étape d’acquisition d’une donnée relative à un couple demandé au groupe motopropulseur et une étape d’activation de la pile à combustible de préférence seule ou en combinaison avec le moteur à combustion interne. Exceptionnellement, on pourrait prévoir que le moteur à combustion interne soit activé seul.
(Stabilité de la viscosité)
La viscosité de chacune des compositions selon les exemples 1 à 3 et l’exemple comparatif 1 a été mesurée à 25 °C et à un gradient de cisaillement de 100 s -1 en utilisant un rhéomètre de type ARES-RFS, à un moment situé 24 heures après la préparation (viscosité initiale en vrac), 1 mois après la préparation à 45 °C (viscosité en vrac après 1 mois à 45 °C) et 2 mois après la préparation à 45 °C (viscosité en vrac après 2 mois à 45 °C) de la composition.
La variation de la viscosité en 2 mois à 45 °C (variation de la stabilité en vrac après 2 mois à 45 °C) a été calculée par l’équation suivante :
Variation de la stabilité en vrac après 2 mois à 45 °C (%) = 100 x
(viscosité en vrac après 2 mois à 45 °C - viscosité initiale en vrac)/ viscosité initiale en vrac
La valeur de la « variation de la stabilité en vrac après 2 mois à 45 °C » a été classée selon les critères suivants.
Très bon : moins de 10 %
Bon : de 10 % à moins de 25 %
Correct : de 25 % à moins de 75 %
Les résultats sont présentés sur la ligne du « Score de stabilité en vrac après 2 mois » dans le Tableau 1.
(Dépôt initial)
Chacune des compositions selon les exemples 1 à 3 et l’exemple comparatif 1 a été versée dans un emballage de type stylo liquide en tant qu’eye-liner. 5 échantillons d’eye-liner ont été préparés pour chacune des compositions selon les exemples 1 à 3 et l’exemple comparatif 1. La quantité de dépôt des 5 échantillons d’eye-liner a été mesurée en traçant 10 lignes sur la surface d’un substrat, et moyennée, à un moment situé 24 heures après la préparation (moyenne de dépôt initial).
La valeur moyenne de la quantité de dépôt a été classée selon les critères suivants.
Très bon : plus de 20 mg à 30 mg
les points d’injection de la solution polymère et de l’éluant et les points de soutirage de l’extrait et du raffinat étant distincts les uns des autres, avantageusement situés entre deux lits consécutifs ou éventuellement en amont du premier lit, et répartis de sorte qu’ils déterminent au moins trois, de préférence quatre, zones principales de fonctionnement successives des n lits fixes : - une zone I d’élution des impuretés, située entre un point d’injection de l’éluant et un point de soutirage de l’extrait ; - une zone II d’élution des polyoléfines, située entre le point de soutirage de l’extrait et un point d’injection de la solution polymère ; - une zone III de rétention des impuretés, située entre le point d’injection de la solution polymère et un point de soutirage du raffinat ; et - optionnellement, et de manière préférée, une zone IV située entre le point de soutirage du raffinat et le point d’injection de l’éluant,
c) une étape de séparation polymère-solvant, pour obtenir au moins un flux de polyoléfines purifiées, en particulier un flux de polypropylène purifié, un flux de polyéthylène purifié, un flux de leurs copolymères ou un flux d’un mélange purifié de polypropylène et polyéthylène, et au moins une fraction solvant comprenant le solvant de dissolution et éventuellement l’éluant.
Charge La charge du procédé selon l’invention, dite charge plastique, comprend des plastiques qui eux-mêmes comprennent en particulier des polymères et plus particulièrement des polyoléfines, comme du polypropylène, du polyéthylène, leurs copolymères ou leurs mélanges. De préférence, la charge plastique comprend entre 50 et 100% poids, de manière préférée entre 70% et 100% poids de plastiques.
Les plastiques compris dans la charge du procédé selon l’invention sont généralement des rebus de production et/ou des déchets « post-consommation », notamment des déchets ménagers, des déchets du bâtiments, des déchets du secteur automobile ou encore des déchets d'équipements électriques et électroniques. De préférence, les déchets plastiques sont issus des filières de collecte et de tri. Les plastiques ou matières plastiques sont généralement des compositions (ou formulations) comprenant des polymères, en particulier des polyoléfines, qui sont le plus souvent mélangés à des additifs afin d’apporter des propriétés spécifiques aux matériaux, en vue de constituer, après mise en forme, des objets diverses (pièces moulées par injections, tubes, films, fibres, tissus, mastics, revêtements, etc.). Les additifs utilisés dans les plastiques peuvent être des composés organiques ou des composés inorganiques. Ce sont par exemple par exemple des charges ou « fillers », colorants, pigments, plastifiants, modificateurs de propriétés, retardateur de combustion, etc.
La charge plastique du procédé selon l’invention comprend donc des polymères et en particulier des polyoléfines, comme du polypropylène, du polyéthylène, leurs copolymères ou leurs mélanges. De manière préférée, la charge plastique comprend au moins 50% poids, de préférence au moins 80% poids, de préférence au moins 85% poids, de manière préférée au moins 90% poids, de polyoléfines par rapport au poids total de la charge plastique. Le procédé selon l’invention vise ainsi tout particulièrement à purifier et récupérer les polyoléfines contenues dans la charge plastique pour pouvoir les réutiliser dans différentes applications.
La charge plastique peut comprendre d’autres polymères, autres que les polyoléfines visées, et d’autres impuretés, en particulier des additifs typiquement utilisés pour formuler la matière plastique et généralement des impuretés d’usage issues du cycle de vie des matériaux et objets plastiques et/ou issues du circuit de collecte et de tri des déchets. La charge plastique du procédé selon l’invention comprend généralement moins de 50% poids d’impuretés, de préférence moins de 20% poids d’impuretés, de manière préférée moins de 10% poids d’impuretés. La charge plastique peut comprendre par exemple 1% poids d’impuretés ou plus, en particulier 5% poids d’impuretés ou plus.
La charge plastique comprenant des polyoléfines, traitée par le procédé selon l’invention, peut avantageusement être prétraitée en amont du procédé selon l’invention, de manière à au moins éliminer tout ou partie des impuretés dites grossières, c’est-à-dire des impuretés sous forme de particules de taille supérieure ou égale 10 mm, de préférence supérieure ou égale à 5 mm, voire supérieure ou égale à 1 mm, par exemple des impuretés de type bois, papier, biomasse, fer, aluminium, verre, etc., et de la mettre en forme généralement sous forme de solides divisés de manière à faciliter le traitement dans le procédé selon l’invention. Ce prétraitement peut comprendre une étape de broyage, une étape de lavage à pression atmosphérique et/ou une étape de séchage. Ce prétraitement peut être réalisé sur un site différent, par exemple dans un centre de collecte et de tri des déchets, ou sur le même site où est mis en œuvre le procédé de purification selon l’invention. De manière préférée, ce prétraitement permet de réduire la teneur en impuretés à moins de 6% en poids par rapport au poids total de la charge plastique. A l’issue du prétraitement, la charge plastique est généralement stockée sous forme de solides divisés, par exemple sous forme de broyats, de poudre, de paillettes ou encore de granulés, de manière à faciliter la manipulation et le transport jusqu’au procédé.
Étape a) de dissolution Selon l’invention, le procédé comprend une étape a) de dissolution dans laquelle la charge plastique est mise en contact avec un solvant de dissolution, pour obtenir au moins une, de préférence une seule, solution polymère brute. Cette étape permet en effet avantageusement la dissolution d’au moins une partie, de préférence de la totalité, des polymères visés, de préférence des polyoléfines visées, présents dans la charge plastique.
Par dissolution, il faut comprendre tout phénomène conduisant à l’obtention d’au moins d’une solution de polymères (en particulier de polyoléfines), c’est-à-dire un liquide (ou éventuellement un fluide supercritique) comprenant des polymères (en particulier de polyoléfines) dissous dans un solvant, plus particulièrement dans le solvant de dissolution. L’homme du métier connait bien le/les phénomènes(s) mis en jeu dans la dissolution des polymères, le/les phénomènes(s) comprenant au moins un mélange, une dispersion, une homogénéisation, une solvatation, un désenchevêtrement des chaînes polymères et plus particulièrement des chaînes thermoplastiques.
Au cours et à l’issue de l’étape a) de dissolution, les conditions de pression et de température permettent de maintenir le solvant de dissolution, au moins en partie et de préférence la totalité du solvant de dissolution, à l’état liquide ou éventuellement supercritique, tandis que la fraction soluble de la charge, en particulier les polymères visés, tout particulièrement les polyoléfines visées, et au moins une partie des impuretés, est avantageusement dissoute au moins en partie et de préférence en totalité.
Le solvant de dissolution est un solvant organique ou un mélange de solvants organiques. de préférence choisi de sorte que ses paramètres d’Hansen se trouvent dans la sphère d’Hansen du polymère visé, en particulier des polyoléfines visées. La théorie d’Hansen permet de prédire la solubilité d’un polymère, en particulier d’un thermoplastique, tel que les polyoléfines (polyéthylène et/ou polypropylène), dans un solvant grâce à la détermination des paramètres et sphère de solubilité d’Hansen pour respectivement le solvant et le polymère, en fonction de plusieurs paramètres, en particulier de leurs paramètres polaires, de liaison hydrogène et de dispersion. Si un solvant ou un mélange de solvants présente des paramètres d’Hansen dans la sphère d’Hansen du polymère visé, ledit polymère devrait être au moins partiellement, de préférence entièrement, soluble dans ledit solvant. Avantageusement, le solvant de dissolution comprend, de préférence consiste en, au moins un composé hydrocarboné de préférence aliphatique et en particulier paraffinique (c’est-à-dire saturé), de préférence linéaire ou ramifié. De préférence, le solvant de dissolution comprend au moins 80% poids, préférentiellement au moins 95% poids, de manière préférée 98% poids d’au moins un composé hydrocarboné, de préférence aliphatique et en particulier paraffinique, de préférence linéaire ou ramifié, les pourcentages étant exprimés par rapport au poids total du solvant de dissolution (100% étant le maximum). De manière préférée, le solvant de dissolution comprend au moins un composé hydrocarboné de préférence aliphatique et en particulier paraffinique, présentant une température d’ébullition (à pression atmosphérique, en particulier à 0,1 MPa) comprise entre - 50 et 250°C, de préférence entre - 15 et 150°C, préférentiellement entre – 1 et 110°C et de manière préférée entre 20 et 100°C. De manière préférée, le solvant de dissolution comprend, de préférence consiste en, au moins un composé hydrocarboné, de préférence aliphatique et en particulier paraffinique, de préférence linéaire ou ramifié, ayant entre 3 et 12 atomes de carbone, préférentiellement entre 4 et 8 atomes de carbone. Par exemple, le solvant de dissolution comprend un composé hydrocarboné choisi parmi les isomères du butane, du pentane, de l’hexane, de l’heptane et de l’octane. Le solvant de dissolution peut comprendre, de préférence consister en, un mélange d’isomères du butane, du pentane, de l’hexane, de l’heptane et/ou de l’octane, et de manière à une teneur en ledit mélange dans le solvant de dissolution étant supérieure ou égale à 80% poids, préférentiellement supérieure ou égale à 95% poids, de manière préférée supérieure ou égale à 98% poids, par rapport au poids total du solvant de dissolution. Très avantageusement, un composé hydrocarboné préféré pour le solvant de dissolution est un composé aliphatique paraffinique, présentant une température critique (température au point critique dudit composé hydrocarboné pur) comprise de préférence entre 95 et 350°C, préférentiellement entre 130 et 300°C, de manière préférée entre 180 et 285°C.
L’empilement 20 est représenté par des traits discontinus sur les figures 3 et 4. L’empilement 20 est un empilement de cellules électrochimiques 21, montrées schématiquement sur la , mais qui ne sont pas individuellement représentées par souci de simplification, puisque l’empilement 20 comporte par exemple entre 250 et 400 cellules 21. Chaque cellule électrochimique 21 est par exemple constituée d’une anode et d’une cathode, séparées par une membrane polymère permettant le passage de protons de l’anode à la cathode. Lors de l’utilisation de la pile à combustible, chaque anode de l’empilement 20 est alimentée en combustible, par exemple du dihydrogène, et chaque cathode de l’empilement 20 est alimentée en comburant, par exemple de l’oxygène ou de l’air.
Pour former l’empilement 20, les cellules électrochimiques 21 sont empilées, c’est-à-dire superposées, suivant la direction de compression X10. Chaque cellule 21 s’étend suivant un plan individuel, perpendiculaire à la direction X10. De préférence, lorsque la pile à combustible est en fonctionnement, par exemple dans le véhicule, la direction de compression X10 est approximativement horizontale.
Pour cet empilement 20, on définit un axe central X20 qui traverse l’empilement 20 et qui est parallèle à la direction X10. L’axe X20 traverse aussi la plaque de base 11, la plaque d’appui 30 et la bride 40.
Le carter 10 entoure et protège l’empilement 20, le système de compression et la plaque de base 11, c’est-à-dire qu’il contient ces éléments. Le carter 10 comprend une paroi transversale 12 et une paroi longitudinale 13. La paroi transversale 12 est perpendiculaire à la direction X10. La paroi 12 est traversée par l’axe X20. La paroi longitudinale 13 est parallèle à la direction X10. La paroi longitudinale 13 est une paroi périphérique, c’est-à-dire tubulaire, qui entoure l’empilement 20, en s’étendant jusqu’à la paroi 13, suivant la direction X10, et par-delà la bride 40, en sens opposé de la direction X10. La paroi longitudinale 13 entoure l’axe X20. La paroi 12 est fixement attachée à la paroi 13, de sorte à fermer le carter 10 à une extrémité de la paroi 13. L’empilement 20 est disposé à l’intérieur du carter 10, en particulier à l’intérieur de la paroi 13. Dans l’ensemble, les parois 12 et 13 sont disposées pour que le carter 10 ait une forme générale parallélépipédique.
De préférence, la paroi transversale 12 reçoit en appui, suivant la direction de compression X10, la plaque de base 11. La plaque de base 11 est orientée perpendiculairement à la direction X10 et est donc en appui à plat contre la paroi 12. Ici, la plaque de base 11 est fixée à la paroi 12, par exemple à l’aide de vis. Plus généralement, on prévoit avantageusement que la plaque de base 11 soit fixement attachée au carter 10.
La plaque de base 11 sert ici de plaque terminale fixe pour l’empilement 20, en ce que l’empilement 20 est en appui, à plat, suivant la direction de compression X10, contre la plaque de base 11. Toutefois, on pourrait prévoir que l’empilement 20 comprend une plaque terminale fixe distincte, par l’intermédiaire de laquelle l’empilement 20 viendrait en appui contre la plaque de base 11.
De préférence, la plaque de base 11 comporte des ouvertures qui peuvent être traversées par des connecteurs, non-représentés, prévus pour être raccordés à des conduits de circulation de fluides, permettant ainsi d’alimenter l’empilement 20 avec le combustible, le comburant, un fluide de refroidissement éventuel, et d’évacuer les produits de réaction s’il y en a. Des ouvertures correspondantes sont avantageusement prévues sur la paroi transversale 12.
L’empilement 20 est reçu entre la plaque d’appui 30 et la plaque de base 11, en étant compressé, suivant la direction X10, entre ces deux plaques 11 et 30. En particulier, la plaque 30 applique un effort presseur F30 sur l’empilement 20, dirigé suivant la direction X10, l’empilement 20 prenant appui contre la plaque de base 11. La plaque d’appui 30 est en appui contre l’empilement 20 suivant la direction X10, à l’opposé de la plaque de base 11. La plaque d’appui 30 est orientée perpendiculairement à la direction X10 et est en appui à plat contre l’empilement 20.
La plaque d’appui 30 et la plaque de base 11 étant en appui à plat contre l’empilement 20, elles assurent avantageusement que les contraintes mécaniques résultant de l’effort F30 sont réparties sur les surfaces d’extrémité de l’empilement 20.
La plaque d’appui 30 est mobile par rapport à la plaque de base 11 parallèlement à la direction de compression X10, afin que la distance entre la plaque d’appui 30 puisse évoluer durant l’utilisation de la pile à combustible, au cours du temps, et ainsi s’adapter à des variations dimensionnelles de l’empilement 20, susceptibles d’être causées par différents facteurs, notamment thermiques.
La pile à combustible comprend une liaison coulissante 70 pour la plaque d’appui 30, dite liaison coulissante de plaque 70, formée à l’intérieur du carter 10. La plaque d’appui 30 est guidée en coulissement par rapport à la plaque de base 11, suivant la direction de compression X10, par cette liaison coulissante 70. Autrement dit, la liaison coulissante de plaque 70 empêche la plaque d’appui 30 de pivoter dans son ensemble par rapport à la plaque de base 11 et empêche la plaque 30 de se déplacer transversalement à la direction X10, notamment selon les directions Y10 et Z10, par rapport à la plaque de base 11. La liaison coulissante de plaque 70 stabilise ainsi la plaque d’appui 30 et l’empilement 20 pendant l’assemblage de la pile à combustible, mais aussi durant l’utilisation de la pile à combustible. Grâce à ces dispositions, les déformations de l’empilement 20, notamment sous l’effet de la chaleur qu’il est susceptible de générer, ainsi que des vibrations éventuelles, sont donc moins susceptibles d’affecter l’intégrité de la pile à combustible.