INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La mesure de la conductivité thermique des billes formées à l’Exemple 1 a été effectuée sur des billes "en vrac" issues des lots S1, S2 et S3, par la méthode dite du « fil chaud » consistant à appliquer un chauffage par effet Joule localisé et à mesurer l’élévation de température qui en découle. La vitesse de cette élévation dépendant de la capacité du matériau testé à dissiper la chaleur, il est possible d’en déduire par identification inverse la conductivité thermique de ce matériau.
L’appareillage utilisé est un modèle FP2C de la société Neotim équipé d’une sonde de type fil chaud. Il a été préalablement calibré à l’aide d’un panneau de fibres de verre de conductivité thermique connue et certifiée par le NIST (National Institute of Standards and Technology). Pour chaque lot de billes, la répétabilité a été évaluée sur 3 mesures.
Les résultats indiquent une valeur moyenne de la conductivité thermique, pour l’ensemble des lots, de 0,032 ± 0,001 W/(m.K), dénotant une très bonne capacité d’isolation thermique des billes selon l’invention, et ce quel que soit le mode de séchage testé.
2.2/ Caractérisation morphologique et de porosité interne fermée
2.2.a/ Observation par microscopie électronique à balayage
Les billes sont observées par microscope électronique à balayage, au moyen d’un appareil Quanta 200 FEG de FEI Company.
Les images obtenues sont montrées sur la . On en déduit que le diamètre des billes obtenues après séchage est compris entre 2 et 2,5 mm.
Les observations en microscopie électronique à balayage mettent également en évidence la porosité de la mousse formant les billes. La géométrie polygonale des cellules est irrégulière avec des dimensions variables. La porosité interne apparait grossièrement hiérarchisée avec des cellules généralement plus larges au cœur de la bille, résultant probablement de l’association de plusieurs cellules voisines lors du processus de coagulation, puis progressivement une diminution de la dimension de ces cellules le long du diamètre de la bille vers la peau extérieure. La largeur moyenne de ces cellules, mesurée par exemple par microphotographie, est de l’ordre de 50 à 100 µm, avec des cellules plus fines de quelques dizaines de µm, mais pouvant aller jusqu’à 250 à 400 µm.
L’épaisseur moyenne des parois est en outre évaluée à environ 2 µm.
2.2.b/ Analyse par pycnomètre
Aussi, la première platine 62 présente une première aile 68a verticale qui s’étend longitudinalement et qui délimite une première encoche 70a, visible à la .
La première encoche 70a forme une butée mécanique qui coopère avec l’extrémité libre arrière 56a du premier bras 46a et qui est conçue pour limiter la course du premier bras 46a vers le bas, dans sa position déployée.
Par symétrie, la première platine 62 présente une seconde aile 68b verticale qui s’étend longitudinalement et qui délimite une seconde encoche 70b.
La seconde encoche 70b forme une butée mécanique qui coopère avec l’extrémité libre arrière 56b du second bras 46b et qui est conçue pour limiter la course du second bras 46b vers le bas, dans sa position déployée.
On notera que le premier dispositif de blocage 60 selon le premier mode de réalisation comporte une seconde platine (non représentée) qui est similaire à la première platine 62, qui est solidaire du montant avant 24 et qui coopère avec l’extrémité libre avant 54a du premier bras 46a et l’extrémité libre avant 54b du second bras 46b, pour limiter la course des bras 46a, 46b.
On a représenté à la un deuxième mode de réalisation du premier dispositif de blocage 60 des bras 46a, 46b.
Selon ce deuxième mode de réalisation, le premier dispositif de blocage 60 comporte une première platine 72 qui est solidaire du montant arrière 20 et qui est réalisée en tôle pliée.
La première platine 72 présente une face avant 74, une première aile 76a et une seconde aile (non représentée) qui sont verticales et qui s’étendent longitudinalement.
L’extrémité libre arrière 56a du premier bras 46a comprend une équerre 78a formée par une première partie 80a transversale qui est montée pivotante sur la face avant 74 de la première platine 72 par l’intermédiaire d’une première vis 82a longitudinale, et par une seconde partie 84a longitudinale qui est conçue pour être en appui sur la première aile 76a de la première platine 72, pour limiter la course du premier bras 46a vers le bas, dans sa position déployée.
Par symétrie, l’extrémité libre arrière 56b du second bras 46b comprend une équerre 78b formée par une première partie 80b transversale qui est montée pivotante sur la face avant 74 de la première platine 72 par l’intermédiaire d’une seconde vis 82b longitudinale, et par une seconde partie 84b longitudinale qui est conçue pour être en appui sur la seconde aile de la première platine 72, pour limiter la course du second bras 46b vers le bas, dans sa position déployée.
On notera que le premier dispositif de blocage 60 selon ce deuxième mode de réalisation comporte une seconde platine (non représentée) qui est similaire à la première platine 72, qui est solidaire du montant avant 24 et qui coopère avec l’extrémité libre avant 54a du premier bras 46a et l’extrémité libre avant 54b du second bras 46b, pour limiter la course des bras 46a, 46b.
On a représenté à la un troisième mode de réalisation du premier dispositif de blocage 60 des bras 46a, 46b.
Selon ce troisième mode de réalisation, le premier dispositif de blocage 60 comporte une première platine 86 qui est réalisée en tôle pliée.
La première platine 86 présente la forme d’une équerre qui présente une première partie 88 verticale solidaire du montant arrière 20 et une seconde partie horizontale 90 formant butée.
L’extrémité libre arrière 56a du premier bras 46a comprend une première équerre 92a formée par une première partie 94a transversale qui est montée pivotante sur la première platine 86 par l’intermédiaire d’une première vis 96a longitudinale, et par une seconde partie 98a longitudinale qui est conçue pour être en appui sur la seconde partie horizontale 90 de la première platine 86, pour limiter la course du premier bras 46a vers le bas, dans sa position déployée.
Par symétrie, l’extrémité libre arrière 56b du second bras 46b comprend une seconde équerre 92b formée par une première partie 94b transversale qui est montée pivotante sur la première platine 86 par l’intermédiaire d’une seconde vis 96b longitudinale, et par une seconde partie 98b longitudinale qui est conçue pour être en appui sur la seconde partie horizontale 90 de la première platine 86, pour limiter la course du second bras 46b vers le bas, dans sa position déployée.
Des billes du lot S1 ont été analysées au moyen d’un pycnomètre à hélium Accupyc 1330 de la société Micromeritics Instrument Corporation. Cette méthode étant basée sur une mesure directe de volume, afin de permettre à l’hélium gazeux utilisé d’accéder aux alvéoles des billes, qui sont pour la plupart fermées, les billes ont été finement broyées à l’aide d’un mixeur avant caractérisation, permettant ainsi d’ouvrir l’ensemble des pores et de déterminer précisément le volume réel de matière. La répétabilité a été évaluée sur 3 mesures.
La masse volumique absolue (c’est-à-dire la masse volumique des parois des billes) obtenue est égale à 1,682 ± 0,002 g/cm³.
2.2.c/ Analyse par micro-tomographie aux rayons X
Trois billes du lot S1 ont été scannées par micro-tomographie aux rayons X afin d’étudier leur structure interne en trois dimensions. Pour chacune d’entre elles, un micro-tomographe EasyTom 150 de RX Solutions a été utilisé avec une tension de 40 kV et a permis d’obtenir un volume avec une résolution de 4 µm par voxel.
Après reconstruction des différentes projections angulaires, un filtre médian a été appliqué afin de réduire le bruit numérique. Le volume a ensuite été segmenté par seuillage sur les niveaux de gris afin d’obtenir une image binaire distinguant ainsi les zones de matière et les zones d’air. Le choix du seuil a été choisi de manière à conserver au maximum l’intégrité des parois dont l’épaisseur (estimée au MEB à environ 2 µm) est inférieure à la résolution du scan. Il en résulte une surestimation de l’épaisseur de ces parois et donc du volume global de matière par rapport à celui d’air.
Les résultats obtenus sont montrés sur la (dans laquelle la matière est représentée en blanc et les pores sont représentées en noir) et la .
Les observations par micro-tomographie confirment la microstructure observée par microscopie électronique à balayage.
Le taux de porosité est le rapport entre le volume d’air dans les cellules des alvéoles et le volume total de la bille (c’est-à-dire à la somme du volume d’air à l’intérieur de la bille et de celui de matière). Néanmoins, pour les raisons évoquées précédemment, le volume total de matière est surestimé par rapport au volume total d’air, conduisant à une sous-estimation du taux de porosité par cette méthode. Afin de l’évaluer plus précisément, la masse volumique apparente de chacune des trois billes a été évaluée en calculant le rapport de leur masse sur leur volume apparent. On obtient ainsi une masse volumique apparente de 0,07 ± 0,01 g/cm³. Le taux de porosité, défini comme l’unité moins le rapport de « la masse volumique apparente, calculée comme indiqué ci-dessus, sur la masse volumique absolue (réelle), mesurée par pycnométrie à hélium, des billes », le résultat de cette soustraction étant multiplié par 100, est de 96 % ± 1 %.
3/ Exemple 3 – Propriétés au feu
3.1/ Microcalorimétrie de combustion
L’essai est réalisé selon la norme ASTM D7309 méthode A (pyrolyse anaérobie) à l’aide du microcalorimètre de combustion Fire Testing Technology. Environ 3 mg de billes du Lot S1 sont placés dans un creuset et pyrolysés sous flux d’azote (100 mL/min) à une vitesse de 1 K/s jusqu’à 750°C. Les gaz générés sont envoyés en continu dans une chambre de combustion en présence d’un excès d’oxygène (N 2 /O 2 80/20). La température (900°C) et le temps de séjour (10 ms) assurent une combustion complète de la matière.
A titre de comparatif, des billes de mousse expansée de polystyrène du commerce (polystyrène Lacqrène® 1340, Atofina) sont également soumises au même protocole opératoire.
Les résultats obtenus, en termes de débit calorifique associé à la dégradation thermique des billes de mousse, en fonction de la température à laquelle elles sont exposées, sont montrés sur la et la (correspondant à une expansion d’échelle de la ).
Comme on peut l’observer, le débit calorifique de billes d’alginate selon l’invention est bien plus faible que celui des billes de polystyrène, et ne dépasse pas 10 W/g, avec deux pics principaux situés à 263 °C et 497 °C. Le résidu à 750°C est de 25-30%.
En outre, l’énergie libérée par les billes selon l’invention n’excède pas 2 kJ/g, et leur capacité de libération de chaleur (égale au pic de débit calorifique divisé par la vitesse de chauffe) est égale à 10 J/g.K. Ces valeurs témoignent d’un remarquable comportement au feu des billes selon l’invention.
3.2/ Test au calorimètre à cône
- on déverrouille les moyens de verrouillage/déverrouillage pour provoquer la séparation de la nacelle aérienne et de la nacelle marine,
- on extrait de la nacelle aérienne le ballon et la première liaison avec la nacelle aérienne,
- on déclenche le remplissage du ballon par la cartouche de gaz,
de sorte que l’ensemble aérostatique puisse atteindre sa configuration déployée lui permettant de rester dans l’œil du cyclone.
La représente une vue schématique de l’ensemble aérostatique selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente une vue schématique d’un largage de l’ensemble aérostatique au-dessus d’un cyclone.
La , la et la représentent les différents états de l’ensemble aérostatique jusqu’à la configuration déployée, une fois l’amerrissage détecté.
À la , on a représenté l’ensemble aérostatique 1 selon un mode de réalisation de l’invention. L’ensemble aérostatique 1 comprend une première nacelle 2 et une deuxième nacelle 3. La première nacelle 2 est une nacelle aérienne et la deuxième nacelle 3 est une nacelle marine.
Tel qu’il sera décrit ultérieurement, la nacelle aérienne 2 et la nacelle marine 3 sont solidaires l’une de l’autre de manière fixe dans une configuration non déployée de l’ensemble aérostatique 1 et elles sont séparées l’une de l’autre dans une configuration déployée de l’ensemble aérostatique 1.
Dans un exemple non limitatif, les nacelles 2, 3 peuvent être formées de treillis métalliques légers, par exemple de type aluminium, intégrés dans une structure fermée en polystyrène. La nacelle aérienne 2 peut être de forme profilée.
Les nacelles 2, 3 sont rendues solidaires l’une de l’autre à l’aide de moyens de verrouillage/déverrouillage 4. De façon non limitative, ces moyens de verrouillage/déverrouillage 4 peuvent être choisis parmi : un système pyrotechnique, un fil chauffant ou une liaison du type soluble dans l’eau.
Ainsi, on comprendra que les nacelles 2, 3, bien que solidaires l’une de l’autre, sont prévues pour être séparables.
Tel que représenté à la , la nacelle aérienne 2 comprend un ballon 5 représenté dans un état dégonflé, une cartouche de gaz 6 servant au remplissage du ballon 5, ainsi qu’un premier moyen de liaison 7 prévu pour relier le ballon 5 à la nacelle aérienne 2.
Avantageusement, la cartouche de gaz 6 est remplie par un gaz du type hélium ou hydrogène.
En outre, la nacelle aérienne 2 est équipée d’un dispositif de mesures atmosphériques 8 et d’un dispositif de transmission 8.
Toutefois, si ces sondes peuvent parvenir à pénétrer l’œil du cyclone, elles sont généralement dégradées lorsqu’elles parviennent au contact de l’eau ou à cause de leur dérive par les courants marins qui ne restent pas dans l’œil du cyclone.
Ainsi généralement, seules les données météorologiques obtenues lors de la descente de ces sondes dans l’œil du cyclone peuvent être transmises par la sonde avant leur contact avec la mer. Les données obtenues sont donc limitées à une courte durée du cycle de vie d’un cyclone.
La présente invention a pour but de résoudre ces inconvénients précités en proposant un ensemble permettant la mesure de données météorologiques, qui soit exploitable après son contact avec la mer, permettant ainsi la poursuite de l’acquisition de données météorologiques dans l’œil du cyclone.
Pour cela, l’invention a pour objet un ensemble aérostatique comprenant :
- une nacelle aérienne et une nacelle marine,
- des moyens de verrouillage/déverrouillage (4) configurés pour verrouiller les deux nacelles (2,3) l’une à l’autre dans une configuration non déployée et pour déverrouiller les deux nacelles (2,3) l’une de l’autre afin de permettre le passage de la configuration non déployée à une configuration déployée,
la nacelle aérienne comprend un ballon, préférentiellement dans un état dégonflé, une cartouche de gaz pour son remplissage, un premier moyen de liaison configuré pour relier mécaniquement le ballon à la nacelle aérienne, un dispositif de mesures atmosphériques et un dispositif de transmission,
la nacelle marine comprend au moins un dispositif d’alimentation des dispositifs de mesures atmosphériques et de transmission,
- un deuxième moyen de liaison configuré pour relier mécaniquement et électriquement les deux nacelles l’une à l’autre,
- des moyens de détection d’un amerrissage de l’ensemble aérostatique,
dans lequel l’ensemble aérostatique est configuré pour déclencher, le basculement de la configuration non déployée vers la configuration déployée, en remplissant le ballon de gaz par l’intermédiaire de la cartouche de gaz et en déverrouillant les moyens de verrouillage/déverrouillage, lorsque la proximité de la surface de la mer par l’ensemble est détectée par les moyens de détection d’amerrissage, de sorte que les deux nacelles soient séparées l’une de l’autre en restant reliées l’une à l’autre par l’intermédiaire du deuxième moyen de liaison.
L’invention permet, lorsque l’ensemble aérostatique a pénétré l’œil du cyclone et a amerri en mer dans celui-ci, la navigation de l’ensemble aérostatique déployé dans l’œil du cyclone, puisque la nacelle aérienne se trouve, par l’intermédiaire du ballon, portée par les vents de surface qui ont tendance à converger vers le centre de l’œil du cyclone et qui maintiennent ainsi le ballon dans l’œil.
Ce phénomène de différence des vents entre l’œil du cyclone et le mur du cyclone est dû au gradient de pression atmosphérique en surface entre l’œil du cyclone et le mur du cyclone.
Ainsi grâce à l’invention, l’ensemble aérostatique n’est plus dépendant des courants marins, mais plutôt des courants aériens présents dans l’œil du cyclone. De cette façon, on s’assure que l’ensemble aérostatique ne soit pas porté vers le mur du cyclone. On évite donc sa destruction prématurée.
On entend par « mur du cyclone », la zone périphérique du cyclone où les vents sont les plus forts, et on entend par « œil du cyclone », la zone à l’intérieur du cyclone, dans le mur du cyclone.
On entend par « nacelle aérienne », une structure pouvant être portée par voie aérienne sous le ballon.
On entend par « nacelle marine », une structure pouvant flotter au niveau de la mer.
Le dispositif d’alimentation dans la nacelle marine forme avantageusement un lestage de la nacelle aérienne. On pourra prévoir des moyens de lestage distincts du dispositif d’alimentation.
D’autres caractéristiques ont été identifiées, prises seules ou en combinaison selon l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles, parmi lesquelles :
- le ballon présente une forme non profilée, préférentiellement arrondie, encore plus préférentiellement sphérique,
- alternativement, le ballon présente une forme favorable à une portance aérodynamique, préférentiellement une forme profilée,
- le dispositif de transmission comprend un modem de téléphonie par satellite, par exemple un modem Iridium, et une antenne de transmission associée,
- un dispositif de réception comprenant un récepteur de navigation et/ou de positionnement par satellite, par exemple un GPS, et une antenne de réception associée,
- le dispositif de mesures atmosphériques comprend au moins un capteur de pression, et, par exemple, un ou plusieurs capteur(s) choisi(s) parmi : un capteur de mesure de température, un capteur d’humidité, et un capteur de force ou de vitesse et de direction des vents,
- avantageusement, le capteur de force ou de vitesse et de direction des vents est un anémomètre,
- le dispositif de mesures atmosphériques comprend un ou plusieurs capteur(s) choisi(s) parmi : un capteur de pression, un capteur de mesure de température, un capteur d’humidité, et un capteur de force ou de vitesse et de direction des vents,
- l’ensemble aérostatique comprend une unité de contrôle électronique de type ordinateur à carte unique (on-board computer « OBC »),
- les moyens de détection d’amerrissage comprennent au moins un capteur d’amerrissage.
L’invention concerne également un procédé de déploiement par largage d’un ensemble aérostatique, dans lequel il comprend les étapes successives suivantes :
- dans une première étape du procédé, on largue, au-dessus de l’œil d’un cyclone, l’ensemble aérostatique, préférentiellement équipé d’un parachute,
- dans une deuxième étape du procédé, on détecte la proximité de la surface de la mer par l’ensemble aérostatique,
- dans une troisième étape du procédé, lorsque la proximité de la surface de la mer est détectée, on initie le basculement de la configuration non déployée vers la configuration déployée, où :
Ainsi, l’étape 207 consiste en l’usinage de la pièce à usiner 301, selon les opérations d’usinage 311 déterminées, de manière à obtenir une pièce usinée 315. Dans l’exemple non-limitatif représenté, cet usinage est réalisé, par une machine d’usinage par électroérosion 313.
Avantageusement, l’utilisation de la technique de l’électroérosion permet de réaliser des usinages précis tout en minimisant leur impact sur la matière environnante (i.e. la matière située autour du trou effectivement réalisé).
Dans un mode de mise en œuvre particulier évoqué plus haut, la pièce usinée est une éprouvette, réalisé dans un matériau destiné à la fabrication d’une aube de turbomachine d’aéronef, et la forme finale de cette pièce usinée doit permettre, à l’issu d’un test de fatigue, d’obtenir des informations relatives à la résistance de ce matériau (et d’une géométrie donnée) pour cette utilisation.
L’étape 209 consiste ensuite en l’acquisition d’une image tridimensionnelle 319 de la pièce usinée 315. De la même manière que lors de l’étape 203, dans l’exemple non-limitatif décrit, cette acquisition d’une image tridimensionnelle est réalisée à l’aide d’un tomographe 303.
L’étape 211 consiste en la génération, à partir de l’image tridimensionnelle 319 de la pièce usinée 315, d’un modèle tridimensionnel 323 de la pièce usinée 315. Dans l’exemple non-limitatif décrit, la génération du modèle tridimensionnel 323 de la pièce usinée 315 est réalisée par un logiciel de traitement 321 et comprend la génération d’un maillage tridimensionnel appliqué à l’image tridimensionnelle 319 de la pièce usinée 315.
Dans tous les cas, l’étape 211 consiste à produire un modèle tridimensionnel exploitable pour réaliser une simulation du comportement thermomécanique de la pièce usinée 315. Il s’agit de réaliser la simulation numérique du déplacement en tout point de la pièce sous un chargement de nature thermique et/ou mécanique à l’aide d’un modèle numérique du matériau appelé loi de comportement. Le maillage appliqué à l’image tridimensionnelle 319 permet donc d’utiliser des méthodes de calcul connues pour réaliser une telle simulation.
Ainsi, le procédé selon l’invention permet d’obtenir, d’une part, une pièce usinée (dont la géométrie est proche d’une pièce sur laquelle on souhaite réaliser une étude) et, d’autre part, un modèle tridimensionnel exact de la pièce usinée effectivement produite.
En outre, à cette fin, dans son mode de mise en œuvre représenté à la , le procédé 201 comprend aussi un étape 213 de simulation, à partir du modèle tridimensionnel 323 de la pièce usinée 319, du comportement thermomécanique de ladite pièce usinée 319. Par exemple, une telle simulation peut être réalisée par une méthode d’éléments finis.
En d’autres termes, la simulation 213 vise à évaluer la réponse de la pièce usinée 319 au test de fatigue thermomécanique auquel elle va être soumise.
Le procédé 201 comprend également une étape 215 de test de fatigue thermique de la pièce usinée 319. En d’autres termes, la pièce obtenue à l’issue de l’usinage, réalisé selon les opérations qui ont été déterminées au cours du procédé, est soumise à une charge dans un banc d’essai pour obtenir des informations représentatives de son comportement mécanique en fonction de la température (i.e. son comportement thermomécanique).
Finalement, l’étape 217 consiste en la modification, en fonction d’une comparaison entre des résultats de la simulation 213 et des résultats du test de fatigue thermique 215, de paramètres de la simulation 213. A titre d’exemple non-limitatif, des paramètres tels que des conditions aux limites de la simulation ou des propriétés des modèles fluides utilisés par la simulation peuvent être ajustés dans le but de faire converger les résultats de la simulation avec les résultats de la mesure (i.e. le test de fatigue thermique).
Ces étapes du procédé 201 permettent donc de valider la simulation en cas de résultats concordants ou de modifier ses paramètres pour rendre les résultats concordants.
A titre d’exemple, la montre une illustration de mesures thermiques effectuées au cours d’un essai de fatigue avec la position de différents perçages.
En particulier, la partie haute de la figure montre des exemples de quatre courbes 401 retraçant l’évolution de la température dans le temps, lors d’un essai de fatigue, pour quatre positions différentes dans une éprouvette soumise à cet essai.
En outre, la partie basse de la figure montre quant à elle un autre exemple d’éprouvette 101 (dont la figure ne montre qu’une partie) dans laquelle on peut voir un ensemble de perçages 403 (en l’espèce six perçages) situés en différentes positions de l’éprouvette et destinés à recevoir des capteurs de températures qui permettront de suivre l’évolution de la température, à leur position, au cours d’un essai de fatigue.