FR2987100A1 - Elements calorifuge pour cuve etanche et thermiquement isolee - Google Patents

Abstract

Cuve étanche et thermiquement isolante, comprenant une paroi comportant : une barrière d'étanchéité, une barrière thermiquement isolante constituée d'éléments calorifuges de forme sensiblement parallélépipédique et comportant : une couche isolante (32) rigide, un panneau supérieur (20) fixé sur la couche isolante (32) et un panneau inférieur (31) rigide fixé sous la couche isolante (32), le panneau supérieur (31) et inférieur étant apte à engendrer une contrainte de flexion respectivement supérieure et inférieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température et présentant chacun un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante, les panneaux (20, 31) et la couche isolante (32) étant agencés de manière que les contraintes de flexion se compensent sensiblement de manière à éviter les déformations par flexion de l'élément calorifuge lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve.

Description

L'invention se rapporte au domaine de la fabrication de cuves étanches et thermiquement isolées. En particulier, la présente invention se rapporte à des cuves destinées à contenir des liquides froids, par exemple des cuves pour le stockage et/ou le transport de gaz liquéfié par voie maritime. Des cuves étanches et thermiquement isolantes peuvent être utilisées dans différentes industries pour stocker des produits chauds ou froids. Par exemple, dans le domaine de l'énergie, le gaz naturel liquéfié (GNL) est un liquide qui peut être stocké à pression atmosphérique à environ -163°C dans des cuves de stockage terrestres ou dans des cuves embarquées dans des structures flottantes. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit une cuve étanche et thermiquement isolante agencée dans une structure porteuse pour contenir un fluide à basse température, dans laquelle une paroi de la cuve comporte : une barrière d'étanchéité destinée à être au contact avec le produit contenu dans ladite cuve, une barrière thermiquement isolante constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges juxtaposés de manière à former une surface de support sensiblement uniforme pour la barrière d'étanchéité, un élément calorifuge présentant un forme sensiblement parallélépipédique et comportant : une couche isolante rigide, un panneau supérieur fixé sur la couche isolante rigide et supportant la barrière étanche, le panneau supérieur présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante et étant apte à engendrer une contrainte de flexion supérieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur de la cuve et l'extérieur de la cuve et un panneau inférieur rigide fixé sous la couche isolante rigide, le panneau inférieur présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante et étant apte à engendrer une contrainte de flexion inférieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve. Selon des modes de réalisation, une telle cuve peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Selon un mode de réalisation, le panneau supérieur, le panneau inférieur et la couche isolante étant agencés de manière que les contraintes de flexion engendrée par dilatation différentielle se compensent sensiblement de manière à éviter les déformations par flexion de l'élément calorifuge lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve. Selon un mode de réalisation, le panneau inférieur présente une raideur en flexion inférieure à la raideur en flexion du panneau supérieur. Selon un mode de réalisation, le panneau inférieur présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur du panneau supérieur. Selon un mode de réalisation, le panneau inférieur présente des fentes s'étendant à travers une partie de l'épaisseur du panneau inférieur et s'étendant selon une direction parallèle à un coté du panneau inférieur. Selon un mode de réalisation, la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire et une barrière thermiquement isolante secondaire, dans laquelle la barrière d'étanchéité secondaire comporte des bandes de tôle métallique parallèles dont les bords longitudinaux sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière thermiquement isolante secondaire et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, les bandes de tôle et les ailes de soudure s'étendant selon une direction longitudinale des éléments calorifuges de la barrière thermiquement isolante primaire disposée sur la barrière d'étanchéité secondaire, les bords longitudinaux et les ailes de soudures faisant saillie dans des rainures longitudinales traversant le panneau inférieur et s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante des éléments calorifuges. Selon un mode de réalisation, le panneau inférieur présente des fentes s'étendant à travers une partie de l'épaisseur du panneau inférieur, les fentes s'étendant selon une direction perpendiculaire aux rainures longitudinales. Selon un mode de réalisation, le panneau inférieur présente des parties longitudinales de panneau inférieur délimitées par les rainures, des cales allongées étant fixées à cheval entre deux parties longitudinales de panneau inférieur contigües pour rigidifier le panneau inférieur, les cales s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante et délimitant un espace dans lequel s'étendent les bords longitudinaux et les ailes de soudure.

Selon un mode de réalisation, les cales sont fixées par leur base au dessus des parties longitudinales de panneau inférieur, la base de la cale présentant en outre un canal s'étendant le long de la cale et délimitant ledit espace. Selon un mode de réalisation, les cales présentent une forme de 20 profilé en forme de U, la cale comportant une aile sur chaque extrémité du U, les parties longitudinales de panneau inférieur présentant des surfaces extérieures sous les parties longitudinales de panneau inférieur sur lesquelles sont fixées les ailes du profilé. 25 Selon un mode de réalisation, une pluralité de cales sont fixées à cheval et alignées entre deux parties longitudinales de panneau contigües. Selon un mode de réalisation, l'élément calorifuge comporte en outre une couche isolante inférieure fixée sous le panneau inférieur et un panneau de support fixé sous la couche isolante inférieure, 30 l'élément calorifuge présentant des fentes inférieures longitudinales et transversales traversant les panneaux de support et s'étendant à travers l'épaisseur de la couche isolante inférieure, les fentes inférieures longitudinales et transversales s'étendant respectivement parallèlement et perpendiculairement aux côtés longitudinaux de l'élément calorifuge. Selon un mode de réalisation, les fentes inférieures longitudinales et transversales traversent la totalité de l'épaisseur de la couche isolante inférieure. Selon un mode de réalisation, la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire et une barrière thermiquement isolante secondaire, dans laquelle la barrière d'étanchéité secondaire comporte des bandes de tôle métallique parallèles dont les bords longitudinaux sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière thermiquement isolante secondaire et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, les bandes de tôle et les ailes de soudure s'étendant selon un direction longitudinale de l'élément calorifuge de la barrière isolante primaire disposée sur la barrière d'étanchéité secondaire, les bords longitudinaux et les ailes de soudures faisant saillie dans les fentes inférieures longitudinales de la couche isolante inférieure. Selon un mode de réalisation, le panneau inférieur présente un coefficient de dilatation thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique du panneau supérieur.

Une telle cuve peut faire partie d'une installation de stockage terrestre, par exemple pour stocker du GNL ou être installée dans une structure flottante, côtière ou en eau profonde, notamment un navire méthanier, une unité flottante de stockage et de regazéification (FSRU), une unité flottante de production et de stockage déporté (FPSO) et autres.

Selon un mode de réalisation, un navire pour le transport d'un produit liquide froid comporte une double coque et une cuve précitée disposée dans la double coque.

Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un procédé de chargement ou déchargement d'un tel navire, dans lequel on achemine un produit liquide froid à travers des canalisations isolées depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant le navire précité, des canalisations isolées agencées de manière à relier la cuve installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre et une pompe pour entrainer 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. L'invention part du constat que lorsqu'une cuve étanche et thermiquement isolée est remplie de gaz naturel liquéfié, la différence de température entre l'extérieur de la cuve et l'intérieur de la cuve génère un gradient thermique au sein des éléments calorifuges. Ce gradient thermique peut provoquer des phénomènes de dilatation différentielle provoquant la flexion des éléments calorifuges, et donc la flexion des barrières étanches supportées par ceux-ci. Cette flexion peut notamment avoir lieu lorsque les moyens d'attache de l'élément calorifuge dans la cuve ne sont pas aptes à reprendre les contraintes de flexion de l'élément calorifuge, par exemple lorsque l'élément calorifuge n'est pas fixé dans sa zone périphérique mais uniquement au niveau d'une zone centrale de sa surface inférieure.

Une idée à la base de l'invention est d'éviter la déformation de la membrane d'une paroi de cuve supportée par des éléments calorifuges, en fournissant des éléments calorifuges qui restent sensiblement plan lorsqu'ils sont soumis à un gradient thermique engendré par le remplissage de la cuve par un produit froid. Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'éviter la flexion d'un élément calorifuge, qui comprend une couche de mousse rigide monobloc fixée entre un premier et un deuxième panneau, en compensant les contraintes de flexions engendrées au sein de l'élément calorifuge par le différentiel de contraction thermique. Certains aspects de l'invention partent de l'idée de compenser les contraintes de flexion en adaptant la rigidité à la flexion d'un panneau de l'élément calorifuge, par exemple en réalisant des fentes dans le panneau, ou en adaptant l'épaisseur du panneau. Certains aspects de l'invention partent de l'idée de compenser les contraintes en flexion en assurant la liaison entre plusieurs parties formant un des panneaux pour assurer la continuité dans sa rigidité en flexion, par exemple en reliant plusieurs parties séparées de panneau par des cales. Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'éviter la déformation de l'élément calorifuge en segmentant l'élément calorifuge sur une partie de son épaisseur située sous un panneau intermédiaire disposé au 15 sein de la couche de mousse isolante, le panneau intermédiaire étant agencé de manière à compenser les contraintes de flexion dans l'élément calorifuge. Certains aspects de l'invention partent de l'idée d'éviter la déformation de l'élément calorifuge en choisissant un coefficient de 20 contraction thermique différent pour chacun des panneaux de manière à compenser les contraintes de flexions engendrées dans l'élément calorifuge. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au 25 cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : - La figure 1 est une vue partielle arrachée en perspective d'une 30 paroi de cuve. - La figure 2 est une vue partielle en perspective du dessous d'un élément calorifuge convenant pour former une barrière isolante primaire de la paroi de cuve de la figure 1. - La figure 3 est une vue agrandie de la zone III de la figure 2 qui comprend une fente transversale. - La figure 4 est une vue agrandie de la zone IV de la figure 2 qui comprend une cale. - La figure 5 est une vue analogue à la figure 4 représentant une variante de cale. - La figure 6 est une vue en perspective du dessous d'un élément calorifuge comportant des cales représentées sur la figure 5. - La figure 7 est une vue en perspective du dessus d'une variante 10 de l'élément calorifuge de la figure 2 comportant un panneau intermédiaire. - Les figures 8 et 9 sont des vues de côté de l'élément calorifuge représenté dans la figure 7. - La figure 10 est une représentation schématique écorchée d'une 15 cuve de navire méthanier et d'un terminal de chargement/déchargement de cette cuve. On va rappeler brièvement le phénomène de contraction différentielle avec un exemple simple illustré schématiquement dans la figure 20 11. Un panneau en contreplaqué 37 est collé sur une couche de mousse polymère 36 monobloc plus épaisse. Le panneau en contreplaqué 37 et la couche de mousse polymère 36 sont soumis à un gradient thermique 38 descendant. Cela signifie que la 25 température au niveau du panneau en contreplaqué 37 est inférieure à la température au niveau de la surface inférieure 41 de la couche de mousse polymère 36. La mousse calorifuge présente un coefficient de dilatation thermique plus important que le contreplaqué. Ainsi, la mousse se contracte 30 plus par rapport à la température ambiante que le panneau en contreplaqué 37 sous l'effet du gradient thermique 38. Comme le panneau contreplaqué 37 et la couche de mousse polymère 36 sont collés et que par surcroit la couche de mousse polymère 36 est plus rigide en flexion que le panneau contreplaqué 37, le panneau 37 et la couche de mousse polymère 36 tendent à fléchir suivant la courbure convexe 39. Le même phénomène peut être observé dans un deuxième exemple illustré schématiquement dans la figure 12 où le panneau en contreplaqué 37 est collé en dessous de la couche de mousse polymère 36. Toutefois, dans ce cas, la couche de mousse polymère 36 et le panneau 37 tendent à fléchir selon une courbure convexe opposée 40 à la courbure convexe 39 décrite dans le premier exemple. Par ailleurs, comme le panneau contreplaqué 37 est situé en dessous de la couche de mousse polymère 36, ce panneau 37 est soumis à une température plus chaude que dans le premier exemple pour le même gradient thermique 38. En conséquence, celui-ci se contracte moins que dans le premier exemple, ce qui engendre une courbure convexe 40 plus importante que la courbure convexe 39 du premier exemple. Ceci est dû au fait que la différence de contraction thermique entre la couche de mousse polymère 36 et le panneau 37 est plus importante que dans le premier exemple. La figure 1 présente une vue partielle d'une paroi de cuve d'un navire méthanier. Par convention, on appellera « au-dessus » une position située plus près de l'intérieur de la cuve et « en dessous » une position située plus près de la structure porteuse 8, quelle que soit l'orientation de la paroi de cuve par rapport au champ de gravité terrestre. La structure porteuse 8 est constituée par la paroi interne d'une double coque d'un navire. La paroi de cuve est composée d'une barrière thermiquement isolante secondaire 1 portant une barrière étanche secondaire 2. La barrière étanche secondaire 2 porte elle-même une barrière thermiquement isolante primaire 3 sur laquelle s'appuie une barrière étanche primaire 4. La barrière thermiquement isolante secondaire 1 et la barrière thermiquement isolante primaire 3 sont respectivement constituées d'éléments calorifuges secondaires 5 et primaires 6. Des organes d'ancrage 7 maintiennent les éléments calorifuges secondaires 5 en appui sur la structure porteuse 8. De tels organes d'ancrage peuvent être réalisé de différentes manières, notamment tels que décrits dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 1162214. D'autres organes d'ancrage sont décrits dans le brevet FR2887010. Ces exemples ne sont pas limitatifs. Les organes d'ancrages 7 sont par exemple fixés à la structure porteuse 1 par l'intermédiaire de goujons (non représentés) soudés à la structure porteuse 8. Les éléments secondaires 5 comportent des rainures à section en forme de T inversé 9. Les rainures 9 accueillent des supports de soudure de manière coulissante sous la forme de bandes métalliques pliées en forme de L. Des virures à bords relevés 10 sont soudées sur ces supports de soudure (non représentées). Ces virures 10 réalisée en acier au nickel à faible coefficient de dilatation forment la barrière étanche secondaire 2. Les éléments primaires 6 s'appuient sur la barrière étanche secondaire 2. Ceux-ci comportent des rainures 11 pour accueillir les bords relevés 12 des virures 10 soudés aux supports de soudures. Des organes de retenue primaires 13 maintiennent les éléments calorifuges primaires 6 contre la barrière thermiquement isolante secondaire 3. Ces organes de retenue primaires 13 sont notamment décrits dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 1250214. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce type d'organes de retenue, par exemple des organes de retenue décrits dans le brevet FR2887010 peuvent être utilisés. Ces exemples ne sont pas limitatifs. Les éléments calorifuges primaires 6 et secondaires 5 présentent une forme parallélépipédique. Les caisses isolantes primaires 6 et secondaires 5 sont disposées selon un maillage rectangulaire régulier dans chacune des barrières thermiquement isolantes 1 et 3. De la même manière que les éléments isolant secondaires, les éléments isolant primaires 6 comportent des rainures 14 à section en forme de T inversé. Les rainures 14 reçoivent les supports de soudure en forme de L sur lesquels sont soudées des virures 15 à bords relevés 16. Ces virures 15 forment la barrière étanche primaire 4.

Les éléments secondaires 5 de la barrière thermiquement isolante secondaire 3 reposent sur la structure porteuse 8 par l'intermédiaire de cordons de mastic 17 formant des lignes parallèles. La figure 2 illustre plus précisément un élément calorifuge primaire 6 convenant pour la barrière thermiquement isolante primaire 3. L'élément calorifuge primaire 6 comporte un panneau de fond 18 en contreplaqué qui s'appui sur la barrière thermiquement isolante secondaire 1. Une couche de mousse 19 isolante constituée de polyuréthane renforcée de fibre de verre est collée sur la surface supérieure du panneau de fond 18, et s'étend en direction de l'intérieur de la cuve. Un panneau de dessus 20 en contreplaqué est collé sur la surface supérieure de la couche de mousse 19. Deux rainures 11 de 8mm de large traversent le panneau de fond 18 selon une direction longitudinale correspondant à la direction dans laquelle s'étend le long côté 23 du panneau. Les rainures 11 s'étendent chacune à une distance égale de chacun des long côtés 23 respectifs et divisent le panneau de fond 18 en un panneau central 21 et deux panneaux latéraux 22. L'élément calorifuge primaire 6 comporte un logement ménagé dans l'épaisseur de la couche isolante 19 et le panneau de fond 18. Le logement s'étend selon la direction longitudinale de l'élément calorifuge au centre de la largeur de l'élément calorifuge. Deux supports de fixation 41 sont disposés dans le logement de l'élément calorifuge primaire 6 dans une zone centrale de l'élément calorifuge 6. Plus précisément, les supports de fixation 41 sont centrés à un quart de la longueur de l'élément calorifuge 6 depuis chacun un petit bord de l'élément calorifuge 6. Les supports de fixation 41 sont fixés au panneau de fond 18. En revenant à la figure 1, on voit que des goujons 42 sont fixés sur les éléments calorifuges secondaires et s'étendent en direction de la barrière thermiquement isolante primaire 3 de manière étanche à travers ladite barrière étanche secondaire 2. Les goujons 42 sont fixés aux supports de fixations 41 des éléments calorifuges primaires 6 pour retenir les éléments calorifuges primaires 6 sur la barrière thermiquement isolante secondaire 1.

Selon un mode de réalisation particulier, l'élément calorifuge 6 présente une épaisseur de 100mm, une largeur comprise entre 1000 et 1200mm et une longueur comprise entre 2000 et 3000mm. Plus particulièrement, les panneaux de dessus 20 et de dessous 18 présentent chacun une épaisseur de 12mm et la couche de mousse isolante 19 présente une épaisseur de 76mm. Lorsque la cuve est remplie de gaz naturel liquéfié, la barrière étanche primaire 4 est soumise à une température de -163°C. La température à l'extérieur de la cuve est supérieure à la température à laquelle est soumise la membrane étanche primaire 4. Par conséquent, l'élément calorifuge primaire 6 est soumis à un gradient thermique. En particulier, la température évolue de -163°C au niveau du panneau de dessus 20 jusqu'à une température supérieure, par exemple environ -117°C au niveau du panneau de fond 18.

Lorsque l'élément calorifuge 6 est soumis à ce gradient de température, la couche isolante 19 et les panneaux sont soumis au phénomène de contraction thermique. Or, les coefficients de dilatation thermique du contreplaqué constituant les panneaux 18 et 20 et de la mousse isolante 19 sont respectivement de 5,5.10-6 m/m/K et 18.10-6 m/m/K et les températures auxquels sont soumis les panneaux 18 et 20 et la couche de mousse 19 varient en fonction du niveau dans l'élément calorifuge 6. Ainsi, les contractions des panneaux 18 et 20 et la contraction de la couche de mousse 19 sont différents. Plus particulièrement, la contraction thermique de la couche de mousse 19 est plus importante que la contraction thermique des panneaux 18 et 20. La contraction thermique du panneau de dessus 20 est supérieure à la contraction du panneau de dessous 18. Il en résulte que les panneaux 18 et 20 exercent des contraintes de flexion sur la couche de mousse 19. La contrainte de flexion est amplifiée par le fait que la raideur en 30 flexion de la couche de mousse 19 est plus importante par rapport aux panneaux 18 et 20 en raison notamment d'une épaisseur supérieure à celle des panneaux en contreplaqué 18 et 20.

En effet, les modules de Young du contreplaqué et de la mousse sont respectivement environ Econtreplaqué =10 000 MPa et Emousse=1 00 MPa. Par ailleurs, le module d'inertie proportionnel à l'épaisseur au cube est égal à 'mousse = (100-12-12)3 = 438976 mm3 pour la mousse, et 'contreplaqué = (12)3 = 1728 mm3 pour le contreplaqué. Les raideurs en flexion des contreplaqués et de la mousse sont donc respectivement environ : Emousse X 'mousse z4,4 x 107 N / mm, et Econtreplaqué X 'contreplaqué 1,7 X 107 N / mm.

La couche isolante 19 tend aussi à fléchir par son propre différentiel de contraction thermique. En effet, la contraction thermique est aussi différente en fonction du niveau dans l'épaisseur de la couche isolante 19 en raison du gradient de température dans l'épaisseur de la paroi de cuve. Or, les organes de retenue primaires 13 sont fixés dans une zone centrale des éléments calorifuges 6 et ne maintiennent donc pas les extrémités des éléments calorifuges 6 contre la barrière thermiquement isolante secondaire 1. La partie périphérique de l'élément calorifuge 6 est donc indépendante de la barrière thermiquement isolante secondaire 1. Ainsi, la déformation par flexion des éléments calorifuges 6 n'est pas empêchée par les organes de retenue primaires 13. Dans ce mode de réalisation, pour équilibrer les contraintes en flexion au sein de l'élément calorifuge 6 et éviter ainsi sa déformation, treize fentes transversales 24 s'étendent selon une direction parallèle aux petits côtés 25 sur toute la largeur de l'élément calorifuge primaire 6. Les fentes transversales 24 sont agencées à intervalle régulier le long la direction longitudinale de l'élément calorifuge primaire 6. La fonction des fentes transversales 24 est de réduire la rigidité longitudinale du panneau de fond 18. La figure 3 est une vue détaillée de côté d'une des fentes transversales 24. Cette fente transversale 24 ne traverse pas le panneau 18 sur toute son épaisseur. Ainsi, une section réduite 26 de panneau de fond 18 subsiste et produit une rigidité longitudinale résiduelle du panneau de fond 18 entre deux parties du panneau de fond 18 situées de chaque côté de la fente. Les fentes transversales 24 présentent une profondeur de 1 Omm dans le panneau de dessous 18 et une largeur de 4 mm.

Par opposition aux fentes transversales 24, les rainures 11 traversent l'épaisseur du panneau de fond 18 et le divisent en deux panneaux latéraux 22 et un panneau central 21. De ce fait, la rigidité latérale du panneau de fond 18 fait défaut. Pour rétablir un niveau suffisant de rigidité latérale entre les parties latérales 22 et le panneau central 21, des cales 27 sont utilisées dans ce mode de réalisation. Ces cales sont représentées sur la figure 4. Chaque cale 27 est constituée d'une baguette dont la section est de forme trapézoïdale isocèle. Selon une réalisation particulière, chaque cale 27 présente une base de 38mm de largeur et une épaisseur de 24.5mm. Les deux côtés latéraux de la section trapézoïdale présentent une inclinaison de 20° par rapport à une direction d'épaisseur 28 perpendiculaire au panneau de fond 20. La base 28 de la cale 27 est fixée à cheval sur les bords contigus des surfaces supérieures du panneau central 21 et de un des panneaux latéraux 22. La fixation de la cale 27 est réalisée sur le panneau de fond 18 est réalisé par collage, agrafage ou vissage. En outre, la rainure 11 s'étend en partie dans la cale 27 selon 12mm d'épaisseur. Les cales 27 permettent de créer une rigidité latérale du panneau de fond 18 en reliant les parties 21 et 22 de panneau de fond 18 tout en permettant le positionnement des bords relevés 12 dans les rainures 11. Le panneau de fond sur lequel sont fixées les cales compense ainsi la flexion imposée par le panneau de dessus 20 lorsque l'élément calorifuge est soumis à un gradient thermique. De plus, les cales 27 évitent les concentrations de contraintes dans le fond de la rainure 11 et dans la mousse de la couche isolante 19.

Pour accueillir les cales 27, la couche de mousse isolante 19 comporte des logements 30 de forme analogue à celle des cales 27. La section de ces logements peut présenter la même dimension que les cales 27 ou présenter des dimensions sensiblement supérieures pour laisser un jeu entre les cales 27 et la mousse de la couche isolante 19. Pour assurer le collage du panneau de fond 18 on peut procéder dans l'ordre suivant : Les logements sont usinés dans la couche de mousse isolante 19 et les cales 27 sont fixées au panneau de fond 18. Le panneau de fond 18 est ensuite collé sur la couche de mousse isolante 19. De préférence, plusieurs cales 27 sont alignées et fixées selon la longueur de l'élément calorifuge 6, à cheval sur une rainure 11. Par ailleurs, les cales 27 sont de préférence alignées de manière espacée. De cette manière, les cales 27 ne rigidifient pas en flexion le panneau de fond 18 selon sa longueur. Une rainure en forme de T inversé 9 s'étend au dessus et le long de chacune des rainures 11. La compensation des contraintes de flexion permet d'éviter la flexion de l'élément calorifuge 6 pour assurer le portage de l'élément calorifuge 6 par la barrière thermiquement isolante secondaire 1 sur toute sa surface inférieure. Par exemple, la compensation permet de fournir un élément calorifuge 6 dont la flèche maximale en flexion est 1 mm sous l'effet du gradient thermique décrit ci-dessus. En outre, cette compensation limite les efforts dans les moyens d'ancrage 6 et réduit les concentrations de contraintes dans les matériaux constituant les différents éléments des éléments calorifuges 6. De plus, la membrane étanche primaire 4 n'est pas fléchie par l'élément calorifuge primaire 6 qui la supporte.

Une alternative à la cale présentée en référence aux figures 2 à 4 est d'utiliser une cale sous forme d'un profilé 29 métallique en acier inoxydable. Un tel profilé 29 est présenté en référence aux figures 5 et 6. Le profilé 29 est fixé sous le panneau de fond 18 et reçoit les bords relevés 12 des virures 10 métalliques. A cet effet, le profilé 29 présente une forme en U 32 qui s'étend au sein de la rainure 11 sur une hauteur de 25mm dans la direction d'épaisseur 28. Une plaque 31 est liée à chacune des branches du U 32 du profilé et forment des ailes qui s'étendent selon une direction parallèle à la surface inférieure du panneau de fond 18. Ces deux plaques 31 sont fixées respectivement sur le panneau central 21 et sur un panneau latéral 22 en des surfaces en décrochement 30 par rapport à la surface inférieure du panneau de fond 18. De cette manière le profilé 29 n'est pas en saillie vers l'extérieur du panneau de fond 29. La fixation de la cale peut être réalisée par rivetage, vissage, collage ou une autre méthode de fixation. Par opposition au procédé de collage du panneau de fond 18 présenté en référence à la figure 2, les profilés 29 peuvent être fixés après le collage du panneau de fond. Chaque profilé 32 présente une base de 38mm de largeur et une 10 épaisseur de 24.5mm. Les deux côtés latéraux de la section trapézoïdale présentent une inclinaison de 20° par rapport à une direction d'épaisseur 28 perpendiculaire au panneau de fond 20. Chaque profilé 29 est formé par une tôle métallique de 3mm d'épaisseur. Le profilé 29 s'étend dans la direction de hauteur 28 sur 25mm. 15 La largeur du profilé 29 et la largeur entre les deux branches du U 32 sont respectivement 50mm et 6mm. De manière analogue aux cales 27, plusieurs profilés 29 sont fixés et alignés pour chaque rainure 11 du panneau de fond 18. Cette disposition est illustrée dans la figure 6 qui représente un élément calorifuge 6 analogue à 20 celui présenté en référence à la figure 2. Chacune des deux rainures 11 comporte six profilés 29. Les profilés 29 s'étendent entre deux fentes transversales 24, ou entre une fente transversale 24 et un bord du panneau de fond 18. Plus précisément, chaque extrémité d'une rainure 11 comporte un 25 profilé 29 et les profilés 29 sont ensuite espacés de trois fentes transversales 24, sauf pour les deux profilés 29 centraux qui sont juxtaposés de chaque côté d'une fente transversale 24. Les figures 7 à 9 présentent un autre élément calorifuge adapté pour la barrière thermiquement isolante primaire. Cet élément calorifuge 6 30 présente des dimensions similaires à l'élément calorifuge 6 présenté en référence à la figure 2 ainsi qu'un panneau de dessus similaire 20. Une couche isolante supérieure 32 est collée sous le panneau de dessus 20. Un panneau intermédiaire 31 d'une épaisseur de 4mm est collé sous la couche isolante supérieure 32. Une couche de mousse isolante inférieure 33 d'une même épaisseur que la couche isolante supérieure 32 est collée et s'étend sous le panneau intermédiaire 31. Un panneau de fond 18 est collé à la couche inférieure 33 et prend appui sur la membrane étanche secondaire. Les panneaux de fond 18 et de dessus 20 présentent chacun une épaisseur égale, par exemple de 12mm. Des rainures transversales 34 et longitudinales 11 découpent le panneau de fond en sections rectangulaires 35 et s'étendent dans l'épaisseur de la couche isolante inférieure 33. Les rainures transversales 34 et longitudinales 11 s'étendent dans l'élément calorifuge et s'arrêtent en dessous du panneau intermédiaire 31. Plus particulièrement, les rainures sont usinées jusqu'à une profondeur de 35mm et présentent des épaisseurs respectives de 4mm et 8mm. Ces rainures délimitent des secteurs parmi la couche isolante inférieure 33 et le panneau de fond 18. Les rainures longitudinales 11 reçoivent les bords relevés 12 des virures 11. Toutefois, les dimensions de ces rainures 11 et 34 peuvent être différentes. Ainsi dans une variante, ces rainures 11 et 34 traversent totalement la couche isolante inférieure 33 et s'arrêtent ainsi au niveau du panneau intermédiaire 31. Les rainures transversales 34 et longitudinales 11 permettent de segmenter le panneau de fond 18 et la couche isolante inférieure 33. De cette manière, les rainures transversales 34 et longitudinales 11 permettent respectivement d'éliminer la rigidité en flexion longitudinale et la rigidité en flexion transversale de la couche de mousse isolante inférieure 33 et du panneau de fond 18. Ainsi, les contraintes de flexion dues à la différence de contraction thermique en fonction du niveau dans l'épaisseur sont évitées dans la couche isolante inférieure 33 et dans le panneau de fond 18. De manière générale, la segmentation du panneau de fond 18 et de la couche isolante inférieure 33 réduit l'impact de la contraction thermique différentielle entre le panneau de fond 18 et la couche de mousse isolante 33 et 32 par rapport à un panneau de fond et une couche isolante non segmentée. La fonction du panneau intermédiaire 31 est de générer une contrainte de flexion dans l'élément calorifuge qui s'oppose à la contrainte de flexion engendrée par le panneau de dessus 20. Dans l'élément calorifuge décrit en référence aux figures 7 à 9, le panneau intermédiaire 31 est moins épais que le panneau de dessus 20 ce qui permet de compenser la flexion imposée par le panneau de dessus 20. Par ailleurs, la présence du panneau intermédiaire 31 permet d'éviter les concentrations de contraintes dans le fond des rainures 11 et 34. Par ailleurs, le panneau intermédiaire 31 permet de rigidifier et de stabiliser l'élément calorifuge. De manière analogue, le panneau de fond 18 d'un élément calorifuge peut être plus fin que le panneau de dessus 20. Ainsi, un élément calorifuge convenant pour la barrière thermiquement isolante de la figure 1 pourrait consister en un élément calorifuge semblable à l'élément calorifuge 6 présenté en référence à la figure 2 dans lequel le panneau de fond 18 ne comporte pas de fentes transversale mais présente une épaisseur moindre, c'est-à-dire 4mm au lieu de 12mm.

Dans une autre variante de l'élément calorifuge, le panneau de fond 18 et le panneau de dessus 20 ont une même épaisseur. Toutefois, le panneau de fond 18 comporte un coefficient de dilatation différent du panneau de dessus 20. Plus précisément, le panneau de dessus présente un coefficient de dilatation du 5,5.10-6 m/m/K et le panneau de fond 18 est réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation est calculé de manière que : apanneau de dessus X AT panneau de dessus = apanneau de dessous X AT panneau de dessous avec AT panneau de dessus et AT panneau de dessous qui sont les différences de température entre la température ambiante et les températures auxquelles sont soumis les panneaux 18 et 20 respectifs lorsque la cuve est remplie. De cette manière, la contraction thermique des panneaux 18 et 20 est égale lors de la mise en place du gradient de température.

Les éléments calorifuges décrits ci-dessus peuvent être aussi utilisés pour réaliser une barrière thermiquement isolante secondaire.

Les cuves décrites ci-dessus peuvent être utilisées dans différents types d'installations telles que des installations terrestres ou dans un ouvrage flottant comme un navire méthanier ou autre. Les cuves peuvent être réalisées selon différentes géométries bien connues, par exemple une géométrie prismatique dans la coque d'un navire ou une géométrie cylindrique à terre ou autre. En référence à la figure 10, une vue écorchée d'un navire méthanier 70 montre une cuve étanche et isolée 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. La paroi de la cuve 71 comporte une barrière étanche primaire destinée à être en contact avec le GNL contenu dans la cuve, une barrière étanche secondaire agencée entre la barrière étanche primaire et la double coque du navire, et deux barrières thermiquement isolantes agencées respectivement entre la barrière étanche primaire et la barrière étanche secondaire, et entre la barrière étanche secondaire et la double coque 72.

De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchargement disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriés, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de GNL depuis ou vers la cuve 71.

La figure 10 représente un exemple de terminal maritime comportant un poste de chargement et de déchargement 75, une conduite sous-marine 76 et une installation à terre 77. Le poste de chargement et de déchargement 75 est une installation fixe off-shore comportant un bras mobile 74 et une tour 78 qui supporte le bras mobile 74.

Le bras mobile 74 porte un faisceau de tuyaux flexibles isolés 79 pouvant se connecter aux canalisations de chargement/déchargement 73. Le bras mobile 74 orientable s'adapte à tous les gabarits de méthaniers. Une conduite de liaison non représentée s'étend à l'intérieur de la tour 78. Le poste de chargement et de déchargement 75 permet le chargement et le déchargement du méthanier 70 depuis ou vers l'installation à terre 77. Celle-ci comporte des cuves de stockage de gaz liquéfié 80 et des conduites de liaison 81 reliées par la conduite sous-marine 76 au poste de chargement ou de déchargement 75. La conduite sous-marine 76 permet le transfert du gaz liquéfié entre le poste de chargement ou de déchargement 75 et l'installation à terre 77 sur une grande distance, par exemple 5 km, ce qui permet de garder le navire méthanier 70 à grande distance de la côte pendant les opérations de chargement et de déchargement.

Pour engendrer la pression nécessaire au transfert du gaz liquéfié, on met en oeuvre des pompes embarquées dans le navire 70 et/ou des pompes équipant l'installation à terre 77 et/ou des pompes équipant le poste de chargement et de déchargement 75. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. L'usage du verbe «comporter», «comprendre» ou «inclure» et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres 20 étapes que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini « un » ou «une» pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes. Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication. 25

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Cuve étanche et thermiquement isolante agencée dans une structure porteuse (8) pour contenir un fluide à basse température, dans laquelle une paroi de la cuve comporte : une barrière d'étanchéité (2, 4) destinée à être au contact avec le produit contenu dans ladite cuve, une barrière thermiquement isolante (1, 3) constituée d'une pluralité d'éléments calorifuges (5, 6) juxtaposés de manière à former une surface de support sensiblement uniforme pour la barrière d'étanchéité, un élément calorifuge présentant un forme sensiblement parallélépipédique et comportant : une couche isolante rigide (19, 32), un panneau supérieur (20) fixé sur la couche isolante rigide et supportant la barrière étanche, le panneau supérieur présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante et étant apte à engendrer une contrainte de flexion supérieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur de la cuve et l'extérieur de la cuve et un panneau inférieur rigide (18, 31) fixé sous la couche isolante rigide, le panneau inférieur présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de la couche isolante et étant apte à engendrer une contrainte de flexion inférieure dans l'élément calorifuge par dilatation différentielle lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve, le panneau supérieur, le panneau inférieur et la couche isolante étant agencés de manière que les contraintes de flexion engendrée par dilatation différentielle se compensent sensiblement de manière à éviter les déformations par flexion de l'élément calorifuge lorsque la paroi de cuve est soumise à un gradient de température entre l'intérieur et l'extérieure de la cuve.
2. 2. Cuve selon la revendication 1, dans laquelle le panneau inférieur (18, 32) présente une raideur en flexion inférieure à la raideur en flexion du panneau supérieur (6).
3. 3. Cuve selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le panneau inférieur (18, 32) présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur du panneau supérieur (20).
4. 4. Cuve selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le panneau inférieur présente des fentes (24) s'étendant à travers une partie de l'épaisseur du panneau inférieur (18, 32) et s'étendant selon une direction parallèle à un coté (25, 23) du panneau inférieur.
5. 5. Cuve selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire (2) et une barrière thermiquement isolante secondaire (1), dans laquelle la barrière d'étanchéité secondaire comporte des bandes de tôle métallique (10) parallèles dont les bords longitudinaux (12) sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière thermiquement isolante secondaire et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, les bandes de tôle et les ailes de soudure s'étendant selon une direction longitudinale (23) des éléments calorifuges de la barrière thermiquement isolante primaire disposée sur la barrière d'étanchéité secondaire, les bords longitudinaux et les ailes de soudures faisant saillie dans des rainures longitudinales (11) traversant le panneau inférieur (18) et s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante des éléments calorifuges.
6. 6. Cuve selon la revendication 5, dans laquelle le panneau inférieur présente des fentes (24) s'étendant à travers une partie de l'épaisseur du panneau inférieur (18), les fentes s'étendant selon une direction perpendiculaire aux rainures longitudinales (11).
7. 7. Cuve selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle le panneau inférieur présente des parties longitudinales (21, 22) de panneau inférieur délimitées par les rainures (11),des cales allongées (27, 29) étant fixées à cheval entre deux parties longitudinales de panneau inférieur contigües pour rigidifier le panneau inférieur, les cales s'étendant dans l'épaisseur de la couche isolante et délimitant un espace dans lequel s'étendent les bords longitudinaux et les ailes de soudure.
8. 8. Cuve selon la revendication 7, dans laquelle les cales (27) sont fixées par leur base (28) au dessus des parties longitudinales (21, 22) de panneau inférieur, la base de la cale (28) présentant en outre un canal s'étendant le long de la cale et délimitant ledit espace.
9. 9. Cuve selon la revendication 7, dans laquelle les cales présentent une forme de profilé en forme de U (32), la cale comportant une aile (31) sur chaque extrémité du U, les parties longitudinales de panneau inférieur présentant des surfaces extérieures (30) sous les parties longitudinales de panneau inférieur sur lesquelles sont fixées les ailes du profilé.
10. 10. Cuve selon l'une des revendications 7 à 9, dans laquelle une pluralité de cales (27, 29) sont fixées à cheval et alignées entre deux parties longitudinales de panneau contigües.
11. 11. Cuve selon l'une des revendication 1 à 3, dans laquelle l'élément calorifuge comporte en outre une couche isolante inférieure (33) fixée sous le panneau inférieur et un panneau de support fixé sous la couche isolante inférieure, l'élément calorifuge présentant des fentes inférieures longitudinales (11) et transversales (34) traversant les panneaux de support et s'étendant à travers l'épaisseur de la couche isolante inférieure (33), les fentes inférieures longitudinales et transversales s'étendant respectivement parallèlement et perpendiculairement aux côtés longitudinaux de l'élément calorifuge.
12. 12. Cuve selon la revendication 11, dans laquelle les fentes inférieures longitudinales (11) et transversales (34) traversent la totalité de l'épaisseur de la couche isolante inférieure (33).
13. 13. Cuve selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle la paroi de cuve comporte en outre une barrière d'étanchéité secondaire (2) et une barrière thermiquement isolante secondaire (1), dans laquelle la barrière d'étanchéité secondaire comporte des bandes de tôle métallique (10) parallèles dont les bords longitudinaux (12) sont relevés en saillie vers l'intérieur de la cuve et des ailes de soudure parallèles retenues sur la barrière thermiquement isolante secondaire et faisant saillie vers l'intérieur de la cuve à chaque fois entre deux bandes de tôle pour former un joint soudé étanche avec les bords longitudinaux relevés adjacents, les bandes de tôle et les ailes de soudure s'étendant selon un direction longitudinale de l'élément calorifuge de la barrière isolante primaire disposée sur la barrière d'étanchéité secondaire, les bords longitudinaux et les ailes de soudures faisant saillie dans les fentes inférieures longitudinales (11) de la couche isolante inférieure.
14. 14. Cuve selon l'une des revendications 1 à 13, dans laquelle le panneau inférieur (18, 31) présente un coefficient de dilatation thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique du panneau supérieur (20).
15. 15. 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 20 revendications 1 à 14 disposée dans la double coque.
16. 16. Utilisation d'un navire (70) selon la revendication 15 pour le chargement ou déchargement d'un produit liquide froid, dans laquelle 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) 25 vers ou depuis la cuve du navire (71).
17. 17. Système de transfert pour un produit liquide froid, le système comportant un navire (70) selon la revendication 15, 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 30 (77) et une pompe pour entrainer 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.