FR3076593A1 - Bouteille composite et son procede d'inspection - Google Patents

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Abstract

Bouteille composite de stockage de fluide sous pression, comprenant une enveloppe (2) intérieure en matériau plastique ou métallique définissant un volume de stockage de gaz s'étendant selon une direction longitudinale, l'enveloppe (2) intérieure comportant une ouverture (3) et une couche (4) de renforcement mécanique en matériau composite disposée sur au moins une partie de sa surface extérieure, la bouteille (1) comprenant un dispositif d'indication des chocs subis par la bouteille (1), caractérisée en ce que le dispositif d'indication des chocs subis par la bouteille (1) comprend une bande ou un filament (5) conducteur électrique enroulé(e) autour de la bouteille (1) entre ses deux extrémités longitudinales.

Description

L’invention concerne une bouteille composite et son procédé d’inspection. L’invention concerne plus particulièrement une bouteille composite de stockage de fluide sous pression, comprenant une enveloppe intérieure en matériau plastique ou métallique définissant un volume de stockage de gaz s’étendant selon une direction longitudinale, l'enveloppe intérieure comportant une ouverture et une couche de renforcement mécanique en matériau composite disposée sur au moins une partie de sa surface extérieure, la bouteille comprenant un dispositif d’indication des chocs subis par la bouteille.
Des réservoirs composites sont disponibles pour le stockage des gaz à très haute pression (jusqu’à 1000 bar ou plus).
Ces réservoirs ou bouteilles sont constitués, de l’intérieur vers l’extérieur : d’une enveloppe étanche (liner), d’un enroulement filamentaire en fibre de carbone pour la résistance à la pression interne et aux agressions mécaniques externes et, dans certains cas, d’un revêtement de protection en fibres de verre.
Ces bouteilles composites sont potentiellement plus vulnérables aux chocs externes que les bouteilles métalliques. Des chocs peuvent en effet endommager les fibres de carbone et diminuer la résistance mécanique (jusqu’à la perte totale d’intégrité structurelle selon l’énergie et la forme de l’élément impactant la bouteille).
Les procédures de contrôles et les critères de mise au rebus issus des bouteilles métalliques ne s’appliquent pas directement aux bouteilles composites puisque les endommagements générés sont de nature différente. Une norme définit les défauts acceptables lors d’une inspection périodique visuelle externe. Cependant ces critères sont très conservateurs, et aucun lien entre le défaut et la durée de vie résiduelle du réservoir n’a été établi de façon satisfaisante.
Certains réservoirs composites possèdent une couche externe de protection en fibre de verre qui permet de marquer les chocs subis. Ces marques se traduisent par un blanchiment de la couche de fibre de verre sur une surface plus ou moins importante à l’endroit de l’impact. De nombreux tests expérimentaux ont été réalisés pour tenter de corréler la surface de blanchiment à un niveau de dégradation des fibres de carbone pour parvenir à un critère de mise au rebus. Cependant le lien entre la surface de fibre de verre blanchie, l’énergie du choc subi et le taux de dégradation de la fibre de carbone (le nombre de fibres entaillées et sur quelle profondeur) s’est révélé très complexe et n’a abouti jusque-là à aucune corrélation satisfaisante. D’autre part, cette approche basée sur le blanchiment n’apporte pas de réponse satisfaisante à la problématique d’inspection et de détection pour au moins deux raisons supplémentaires : 1) toutes les bouteilles (ou réservoirs) composites ne sont pas forcément recouvertes d’une couche de protection en fibre de verre, 2) certains blanchiments significatifs sont apparus pour de petits chocs, très probables dans la vie normale de la bouteille (ou réservoir) et n’engendrent aucune dégradation de la fibre de carbone.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, la bouteille selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que le dispositif d’indication des chocs subis par la bouteille comprend une bande ou un filament conducteur électrique enroulé(e) autour de la bouteille entre ses deux extrémités longitudinales.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la bande ou le filament conducteur électrique est fixé(e) sur la surface extérieure de la bouteille, - la bande ou le filament conducteur est intégré dans la couche de renforcement en matériau composite, - la bande ou le filament conducteur est située dans l’interface entre d’une part la couche de renforcement en matériau composite qui comprend des fibres de carbone et, d’autre part, une couche de protection en fibres de verre disposée sur cette dernière, - la bande ou le filament conducteur est situé(e) dans une enveloppe, notamment une gaine thermo-rétractable, fixée sur la surface extérieure de la bouteille, - la bande ou le filament conducteur électrique a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, - l’enroulement décrits des spires successives autour de la bouteille qui sont espacées les unes des autres d’une distance inférieure à 2cm et de préférence comprise entre 1cm et 0,5cm, - la bande ou le filament est constitué(e) de l’un au moins des matériaux suivants : du cuivre, de l’aluminium, acier, acier inoxydable, - le dispositif d’indication des chocs comprend un appareil de mesure d’une grandeur électrique telle que la tension ou la résistance électrique et comprenant deux bornes reliées aux deux extrémités de la bande ou filament conducteur électrique enroulée autour de la bouteille, L’invention concerne également un procédé d’inspection de l’intégrité mécanique d’une bouteille conforme à l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après, comprenant une étape de raccordement de deux bornes d’un appareil de mesure d’une grandeur électrique telle que la tension ou la résistance électrique et aux deux extrémités de la bande ou filament conducteur électrique enroulé(e) autour de la bouteille, une étape de mesure de la grandeur électrique et une étape de comparaison de la grandeur électrique mesurée avec un seuil déterminé. L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue en perspective, schématique et partiellement découpée, d’une bouteille selon un exemple de réalisation possible de l’invention.
La bouteille 1 composite de stockage de fluide sous pression illustrée à la figure comprend une enveloppe 2 intérieure en matériau plastique définissant un volume de stockage de gaz étanche s’étendant selon une direction longitudinale.
En variante l’enveloppe 2 intérieure pourrait être métallique (la bouteille 1 peut ainsi être de type IV ou II III).
Cette enveloppe 2 intérieure comporte une ouverture 3 à une première de ses extrémités. La bouteille 1 comporte une couche 4 de renforcement mécanique en matériau composite disposée sur au moins une partie de la surface extérieure de l’enveloppe 2 intérieure.
La bouteille 1 comprend une embase 4 disposée de façon étanche dans l’ouverture pour permettre le transfert de fluide depuis ou vers la bouteille 1 via un robinet par exemple.
La bouteille 1 est munie d’un dispositif d’indication des chocs subis par la bouteille comprenant une bande ou un filament 5 conducteur électrique enroulé(e) autour de la bouteille 1 entre ses deux extrémités longitudinales. C’est-à-dire qu’un matériau conducteur est bobiné autour de la bouteille sous forme d’une bande ou d’un filament 5 et de préférence sur toute la hauteur (longueur) de la bouteille 1.
En cas de choc important susceptible d’altérer la fibre de carbone 4 qui constitue la résistance mécanique de la bouteille 1, cet enroulement 5 sera sectionné et donc aucun courant ne pourra être mesuré si une tension est appliquée aux extrémités 7, 8 de ce filament 5 conducteur.
Ainsi, en reliant donc la bouteille 1 à un testeur 6 de tension (« VAT » ou un multimètre ou autre), il est facile de détecter si la bouteille 1 a subi des chocs importants et nécessitant une mise au rebus.
Ce système pourra même être automatisé sur les chaînes de remplissage des bouteilles 1, par exemple, en programmant un test juste avant remplissage de la bouteille 1.
Sur la base des essais d’agressions mécaniques réalisés jusqu’à présent sur la bouteille 1 et des conséquences associées sur les fibres de carbone, un espacement d’au plus 1 cm entre deux passages de spire de filament 5 conducteur permettra de détecter tous les impacts significativement à risque.
La résistance de cet enroulement 5 conducteur peut être fonction du matériau conducteur choisi de l’épaisseur ou du diamètre de l’enroulement selon la mise en forme choisie (i.e. bande ou filament). Les caractéristiques mécaniques du filament 5 seront calibrées de sorte à ce que le filament 5 casse pour des énergies de chocs identifiés à risque pour la bouteille 1.
En fonction du type de bouteille 1 (ou réservoir), le dispositif d’indication de chocs pourra être intégré dans le processus de fabrication de la bouteille 1. Par exemple au niveau des dernières couches d’enroulement de fibre de carbone, notamment à l’interface entre la couche de protection en fibre de verre et la surface des fibres de carbone.
Lorsque la bouteille 1 est recouverte d’une couche protectrice en fibre de verre, le bobinage 5 conducteur pourra être ajouté à la surface du réservoir 1 à nu, ou dans une enveloppe (par exemple une gaine thermo-rétractable) spécifique qui facilitera sa mise en place, son maintien, et permettra de plus de protéger durablement le dispositif en question. L’invention permet une détection des chocs significatifs remettant en question l’intégrité structurelle de la bouteille, sans altérer l’intégrité de la bouteille et ses propriétés (résistance mécanique et étanchéité). L’invention permet une inspection sans démontage de la bouteille 1.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Bouteille composite de stockage de fluide sous pression, comprenant une enveloppe (2) intérieure en matériau plastique ou métallique définissant un volume de stockage de gaz s’étendant selon une direction longitudinale, l'enveloppe (2) intérieure comportant une ouverture (3) et une couche (4) de renforcement mécanique en matériau composite disposée sur au moins une partie de sa surface extérieure, la bouteille (1) comprenant un dispositif d’indication des chocs subis par la bouteille (1), caractérisée en ce que le dispositif d’indication des chocs subis par la bouteille (1) comprend une bande ou un filament (5) conducteur électrique enroulé(e) autour de la bouteille (1) entre ses deux extrémités longitudinales.
  2. 2. Bouteille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bande ou le filament (5) conducteur électrique est fixé(e) sur la surface extérieure de la bouteille (1).
  3. 3. Bouteille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la bande ou le filament (5) conducteur est intégré dans la couche (4) de renforcement en matériau composite.
  4. 4. Bouteille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la bande ou le filament (5) conducteur est située dans l’interface entre d’une part la couche (4) de renforcement en matériau composite qui comprend des fibres de carbone et, d’autre part, une couche de protection en fibres de verre disposée sur cette dernière.
  5. 5. Bouteille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la bande ou le filament (5) conducteur est situé(e) dans une enveloppe, notamment une gaine thermo-rétractable, fixée sur la surface extérieure de la bouteille (1).
  6. 6. Bouteille selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la bande ou le filament (5) conducteur électrique a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm.
  7. 7. Bouteille selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l’enroulement décrits des spires successives autour de la bouteille (1) espacées les unes des autres d’une distance inférieure à 2cm et de préférence comprise entre 1cm et 0,5cm.
  8. 8. Bouteille selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la bande ou le filament (5) est constitué(e) de l’un au moins des matériaux suivants : du cuivre, de l’aluminium, acier, acier inoxydable.
  9. 9. Bouteille selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le dispositif d’indication des chocs comprend un appareil (6) de mesure d’une grandeur électrique telle que la tension ou la résistance électrique et comprenant deux bornes reliées aux deux extrémités (7, 8) de la bande ou filament (5) conducteur électrique enroulée autour de la bouteille (1).
  10. 10. Procédé d’inspection de l’intégrité mécanique d’une bouteille conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une étape de raccordement de deux bornes d’un appareil (6) de mesure d’une grandeur électrique telle que la tension ou la résistance électrique et aux deux extrémités (7, 8) de la bande ou filament (5) conducteur électrique enroulé(e) autour de la bouteille (1), une étape de mesure de la grandeur électrique et une étape de comparaison de la grandeur électrique mesurée avec un seuil déterminé.
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