FR3133424A1 - Enveloppe pour un réservoir de gaz sous pression - Google Patents
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Abstract
Enveloppe pour un réservoir de gaz sous pression L’invention concerne une enveloppe (1) pour un réservoir de gaz sous pression, comprenant un goulot (2) sensiblement cylindrique autour d’un axe (A), apte à venir se loger dans un alésage (21) d’axe (A) d’une embase (20), où le goulot (2) comprend au moins un clip (3) comprenant au moins une protubérance (4) apte à engager une cavité (22) de l’embase (20), de forme complémentaire de la protubérance (4), de manière à assurer un assemblage longitudinal du goulot (2) relativement à l’embase (20). L’invention concerne encore une embase (20) adaptée à accueillir une telle enveloppe (1). L’invention concerne encore un réservoir comprenant une telle enveloppe (1) et/ou une telle embase (20). Figure d’abrégé : Figure 1
Description
L’invention concerne un réservoir de gaz sous pression, tel de l’hydrogène. Plus particulièrement, l’invention vise à protéger une disposition d’une enveloppe ou « liner » d’un tel réservoir, lui permettant de s’assembler simplement avec une embase d’un tel réservoir.
Un réservoir de gaz sous pression peut être réalisé au moyen d’une structure en matériau composite (armature en fibres noyée dans une matrice en résine) de forme typiquement cylindrique en partie centrale, terminée à ses deux extrémités par une calotte hémisphérique.
Afin de pouvoir remplir le réservoir de gaz et ensuite puiser le gaz, la structure comprend typiquement un trou traversant, classiquement disposé au centre d’une calotte hémisphérique. Dans ce trou est disposé une embase, généralement métallique, sensiblement de révolution autour d’un alésage traversant, disposé sensiblement aligné avec le trou de manière à permettre remplissage et/ou puisage.
La structure en matériau composite n’est intrinsèquement pas étanche aux gaz. Aussi, sa surface intérieure est doublée d’une enveloppe, classiquement en matériau élastomère, assurant l’étanchéité aux gaz. La forme de cette enveloppe reproduit sensiblement la forme intérieure de la structure. L’enveloppe présente un goulot apte à venir se loger dans l’alésage de l’embase.
Afin de garantir la fixation et l’étanchéité aux gaz, au niveau de l’interface entre l’enveloppe et l’embase, le goulot est actuellement collé avec l’alésage. Cependant le collage est un procédé compliqué, difficile à maitriser et nécessitant un temps très important, pouvant atteindre 8 heures par réservoir.
Aussi, il est recherché une autre méthode pour réaliser un assemblage étanche entre le goulot d’une enveloppe et une embase.
L’invention se propose de fournir un moyen d’assemblage d’une enveloppe sur une embase alternatif au collage.
Pour cela, l’invention a pour objet une enveloppe pour un réservoir de gaz sous pression, comprenant un goulot sensiblement cylindrique autour d’un axe, apte à venir se loger dans un alésage d’une embase selon un axe, où le goulot comprend au moins un clip comprenant au moins une protubérance apte à engager une cavité de l’embase, de forme complémentaire de la protubérance, de manière à assurer un assemblage longitudinal du goulot relativement à l’embase.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- un clip est formé, relativement au goulot, par deux découpes, traversantes relativement à l’épaisseur du goulot, débouchantes à l’extrémité du goulot, sensiblement longitudinales et sensiblement parallèles entre elles, de manière à former une languette longitudinale,
- une protubérance est disposée sensiblement à l’extrémité distale d’une languette, est sortante et présente une face d’appui sensiblement perpendiculaire à l’axe, dont la normale s’éloigne de l’extrémité du goulot,
- une protubérance est disposée sensiblement à l’extrémité du goulot,
- un clip comprend encore un rétrécissement de l’épaisseur de la languette, sensiblement au niveau du pied de la languette,
- ledit au moins un clip comprend au moins deux clips angulairement équitablement répartis autour de l’axe,
- l’enveloppe comprend encore au moins un premier moyen anti-rotation, telle une ailette longitudinale, disposé préférentiellement à la base du goulot,
- ledit au moins un premier moyen anti-rotation comprend au moins deux premiers moyens anti-rotation angulairement équitablement répartis autour de l’axe et préférentiellement disposés en quinconce relativement audit au moins un clip,
- l’enveloppe comprend encore une zone d’étanchéité annulaire, de rayon et d’épaisseur sensiblement constants, longitudinalement disposée entre ledit au moins un clip et ledit au moins un premier moyen anti-rotation,
- l’enveloppe est réalisée par un procédé de moulage par soufflage injection.
Selon un deuxième aspect de l’invention, une embase pour un réservoir de gaz sous pression, comprenant un alésage sensiblement cylindrique selon un axe, apte à accueillir un goulot d’une enveloppe, où l’embase comprend au moins une cavité apte à accueillir une protubérance d’un clip d’un goulot d’une enveloppe de forme complémentaire de la cavité, de manière à assurer un assemblage longitudinal du goulot relativement à l’embase.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- la cavité est rentrante et présente une face d’appui sensiblement perpendiculaire à l’axe, dont la normale fait face à l’extrémité du goulot,
- l’embase comprend encore au moins un deuxième moyen anti-rotation, complémentaire d’un premier moyen anti-rotation du goulot,
- l’embase comprend encore une gorge apte à accueillir un moyen d’étanchéité, tel un joint torique, dans une zone d’étanchéité annulaire, longitudinalement disposée entre ladite au moins une cavité et ledit au moins un deuxième moyen anti-rotation.
Selon un troisième aspect de l’invention, un réservoir de gaz sous pression, comprenant une telle enveloppe et/ou une telle embase.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
En référence aux figures 1-8, l’invention concerne une enveloppe 1 pour un réservoir de gaz sous pression. Une telle enveloppe 1 présente une forme similaire à la forme interne de la structure du réservoir.
La structure du réservoir comprend, pour les besoins du remplissage/puisage de gaz, une ouverture traversante. Dans cette ouverture est disposée une embase 20, percée d’un alésage 21 traversant et disposée, son axe A coïncidant avec l’axe de l’ouverture.
L’enveloppe 1, qui est destinée à être disposée à l’intérieur de la structure, comprend un goulot 2. Ce goulot 2 est disposé, autour d’une ouverture pratiquée dans la paroi de l’enveloppe 1, est conformé sensiblement en forme de cylindre, d’axe A sensiblement perpendiculaire à la paroi principale de l’enveloppe 1. Ce goulot 2 est conformé de manière à être apte à venir se loger dans l’alésage 21 de l’embase 20.
Afin d’assurer l’étanchéité aux gaz du réservoir, il est essentiel que l’interface entre le goulot 2 de l’enveloppe 1 et l’alésage 21 de l’embase 20 soit étanche. Plusieurs approches sont possibles pour réaliser cette étanchéité. Cependant, compte tenu des fortes pressions envisagées : jusqu’à 1000 bars, et de la durée de vie souhaitée : au moins vingt ans, le collage est la seule approche satisfaisante aujourd’hui. Les inconvénients du collage sont suffisamment importants : difficulté de maîtrise du procédé, et surtout séchage très long, pouvant atteindre 8h, pour qu’une solution alternative soit recherchée.
L’invention propose une telle solution alternative, permettant une mise en place sensiblement instantanée, sans colle ni outillage.
Pour cela, selon une caractéristique, le goulot 2 comprend au moins un clip 3 comprenant au moins une protubérance 4. Cette protubérance 4 est apte à engager une cavité 22, ménagée dans l’embase 20. Cette cavité 22 est conformée selon une forme complémentaire de la protubérance 4. Ceci permet de réaliser, la protubérance 4 s’engageant dans la cavité 22, un assemblage du goulot 2 relativement à l’embase 20, au moins selon une direction longitudinale, à savoir une direction parallèle à l’axe A.
L’assemblage s’effectue de la manière suivante. L’enveloppe 1 est présentée en regard de l’embase 20, l’extrémité 7 du goulot 2 pointant en direction de l’alésage 21, leur axe A étant alignés, tel qu’illustré aux figures 2 et 3. Le goulot 2 est ensuite engagé dans l’alésage 21. La souplesse intrinsèque du clip 3, permet à la protubérance 4 qui dépasse dans le volume intérieur de l’alésage 21 de s’escamoter et permettre l’introduction du goulot 2 dans l’alésage 21. Avantageusement, le profil de la protubérance 4 présente un biseau afin de faciliter son escamotage. Cet escamotage s’effectue de manière élastique, en créant un effort de rappel, qui va permettre une érection de la protubérance 4 dès qu’elle va se trouver en face de la cavité 22.
Selon un mode de réalisation plus particulièrement illustré aux figures 1, 2, 7, 8, un clip 3 est formé, relativement au goulot 2, en pratiquant dans ledit goulot 2, deux découpes 5, 6. Ces découpes 5, 6 sont traversantes relativement à l’épaisseur du goulot 2. Elles sont de plus débouchantes à l’extrémité 7 du goulot 2. Elles sont sensiblement longitudinales à savoir sensiblement parallèles à l’axe A. Elles sont encore sensiblement parallèles entre elles. Un tel arrangement permet de former une languette 8 longitudinale. Cette languette, du fait de la matière plastique constituant l’enveloppe 1 et le goulot 2, présente une certaine élasticité, principalement en rotation/flexion autour d’un axe, passant par le pied de la languette 8, disposé au fond des découpes 5, 6, tangent au goulot et perpendiculaire à l’axe A. Cette rotation/flexion permet l’escamotage de la protubérance 4, par déformation de la languette 8.
Selon une autre caractéristique, une protubérance 4 est disposée sensiblement à l’extrémité 9 distale d’une languette 8. Cette protubérance 4 est sortante, à savoir elle s’éloigne de l’axe A central. De plus une protubérance 4 présente une face d’appui 10, sensiblement perpendiculaire à l’axe A, dont la normale s’éloigne de l’extrémité 7 du goulot 2. Autrement dit, la normale sortante de la face d’appui 10 regarde la base du goulot 2. Cette surface d’appui 10, en ce qu’elle coopère avec une surface d’appui 23 complémentaire de la cavité 22, permet par une opposition de l’une sur l’autre, de maintenir la protubérance 4 du clip 3 en position relativement à la cavité 22 et ainsi de maintenir le goulot 2 longitudinalement en place dans l’alésage 21.
La surface d’appui complémentaire 23 peut être disposée à l’extrémité de l’embase 20. Auquel cas la face d’appui 23 peut être la face plane en extrémité extérieure de l’embase 21. Alternativement, comme illustré, la face d’appui 23 peut être disposée dans une cavité 22 non nécessairement extrémale.
Selon une autre caractéristique, une protubérance 4 est encore disposée sensiblement à l’extrémité 7 du goulot 2.
L’enveloppe 1, de manière classique, peut être réalisée en tout matériau plastique. Il peut être cité notamment du polyamide ou PA, selon une variété PA 6, PA 11 ou PA 12. Ces matériaux permettent une réalisation de l’enveloppe 1 aussi bien par extrusion que par injection.
Une telle matière peut intrinsèquement fournir la déformabilité / élasticité recherchée pour la languette 8 du clip 3.
Cependant, selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée par la , un rétrécissement 11 peut être pratiqué sur la longueur de la languette 8, afin de modifier les caractéristiques de déformation de la languette 8. Ce rétrécissement 11, de forme et de taille variable, permet de varier l’épaisseur de la languette 8, et ainsi de régler l’élasticité de la languette 8 autant que nécessaire. Ce rétrécissement 11 est typiquement réalisé selon un axe tangent au goulot 2 et perpendiculaire à l’axe A. Ce rétrécissement 11, qui permet de diminuer l’épaisseur de la languette 8, et de positionner l’axe de rotation / flexion de la languette 8, est préférentiellement disposé à proximité du pied de la languette 8.
Une telle modification est classiquement réalisée en modifiant le moule dans lequel est réalisée l’enveloppe 1. L’usinage de ce moule permet ainsi de modifier la forme / profondeur du rétrécissement 11 et ainsi de régler l’élasticité en flexion de la languette 8.
Le nombre de clips 3 est avantageusement au moins deux clips 3, de préférence angulairement équitablement répartis autour de l’axe A. Ceci est illustré aux figures 1 et 2.
Alternativement, le nombre de clips 3 peut être supérieur : trois, quatre ou davantage, toujours de préférence angulairement équitablement répartis autour de l’axe A. Les figures 7 et 8 illustrent un mode de réalisation avec quatre clips 3.
Afin d’éviter que le goulot 2 une fois en place dans l’embase 20, et maintenu longitudinalement par les clips 3, ne tourne autour de l’axe A, l’enveloppe 1 comprend encore au moins un premier moyen anti-rotation 12. Un tel premier moyen anti-rotation 12, plus particulièrement illustré aux figures 1, 2, 7, 8, peut prendre la forme d’une ailette longitudinale. Un tel premier moyen anti-rotation 12 peut être disposé, longitudinalement en tout point du goulot 2. Selon une autre caractéristique, tel qu’illustré, il est préférentiellement disposé à la base / pied du goulot 2. Un tel premier moyen anti-rotation 12 coopère avec un deuxième moyen anti-rotation 24, de forme complémentaire, disposé en regard, sur l’embase 20. Ainsi si le goulot 2 comprend au moins une ailette en plein, l’embase 20 comprend autant d’ailette en creux.
Le nombre de premiers moyens anti-rotation 12, 24 est avantageusement d’au moins deux, préférentiellement angulairement équitablement répartis autour de l’axe A. Les figures 1-5 illustrent un mode de réalisation avec deux moyens anti-rotation 12, 24.
Alternativement, le nombre de premiers moyens anti-rotation 12, 24 peut être supérieur : trois, quatre ou davantage, toujours de préférence angulairement équitablement répartis autour de l’axe A. Les figures 7 et 8 illustrent un mode de réalisation avec quatre moyens anti-rotation 12, 24.
Si les moyens anti-rotation 12 sont distincts des clips 3, les moyens anti-rotation 12 sont préférentiellement disposés en quinconce relativement aux clips 3.
La coopération clip 3 et protubérance 4 / cavité 22 permet d’immobiliser le goulot 2 dans l’alésage 21 de l’embase 20. Cependant, surtout avec des hautes pressions, il n’est pas garanti que cet assemblage assure seul une étanchéité aux gaz.
Aussi, selon une autre caractéristique, l’enveloppe 1 comprend encore une zone d’étanchéité 13. Cette zone d’étanchéité 13 est annulaire autour de l’axe A. Elle se caractérise en ce que l’enveloppe 1 dans cette zone d’étanchéité 13 présente un rayon sensiblement constant et une épaisseur sensiblement constante. Cette zone d’étanchéité 13 est, longitudinalement disposée entre ledit au moins un clip 3, plutôt disposé dans une zone annulaire proche de l’extrémité 7 du goulot 2, et ledit au moins un premier moyen anti-rotation 12, plutôt disposé dans une zone annulaire proche du pied du goulot 2.
Cette zone d’étanchéité 13 est particulièrement adaptée à accueillir un moyen d’étanchéité 26, tel un joint torique, avantageusement disposé dans une gorge 25 annulaire autour de l’axe A, pratiquée dans l’alésage 21 de l’embase 20. La sensible constance du rayon et de l’épaisseur du goulot 2, en regard du moyen d’étanchéité 26, permet d’améliorer l’étanchéité.
Cette forme du goulot 2 permet un contact goulot/embase sans jeu dans la zone d’étanchéité ou zone de haute pression, à savoir en dessous du moyen d’étanchéité 26. La déformation de la matière plastique sous la pression du gaz est empêchée par le contact plastique du goulot 2 / aluminium de l’embase 20.
Toutes les formes du goulot 2, dans la zone haute pression, ont avantageusement leurs contreformes exactes dans l’embase 20. Ces formes peuvent être réalisées dans l’embase 20 avec des usinages conventionnels utilisables en grande série, tel que tournage et fraisage conventionnel.
L’épaisseur constante de matière du goulot 2 dans la zone d’étanchéité permet d’avoir une géométrie précise. Un changement d’épaisseur risquerait de dégrader la circularité et/ou la cylindricité de la zone en sortie de moulage par injection. De plus un moulage plastique présente un retrait. Ce retrait est fonction de l’épaisseur. Si l’épaisseur varie, le retrait varie, et la zone risquerait de ne plus être circulaire ou cylindrique après moulage par injection.
Selon une autre caractéristique, l’enveloppe est avantageusement réalisée par un procédé de moulage par soufflage injection. Un tel procédé de moulage par soufflage injection, en anglais « injection blow molding » est bien connu. Il consiste à réaliser une première ébauche ou préforme comprenant un goulot par moulage injection classique, puis à terminer la mise en forme par un soufflage au travers du goulot à l’intérieur d’une forme.
Un tel procédé est particulièrement adapté à la forme et aux caractéristiques recherchées pour l’enveloppe 1.
Il est particulièrement avantageux en ce que la zone d’étanchéité 13 est réalisée par moulage par injection de la préforme avant soufflage. Aussi cette partie essentielle pour l’étanchéité est peu impactée par l’opération de soufflage. Aussi, son niveau d’état de surface, de tolérance géométrique et dimensionnelle est particulièrement adapté à la réalisation de l’étanchéité.
Aussi, un tel procédé est quasiment obligatoire pour atteindre les formes de goulot 2 présentées et le niveau de précision requis.
L’invention concerne encore une embase 20 pour un réservoir de gaz sous pression. Cette embase 20 comprend un alésage 21 sensiblement cylindrique selon un axe A. Cet alésage 21 est conformé pour être apte à accueillir un goulot 2 d’une enveloppe 1, telle que précédemment décrite.
Selon une caractéristique, cette embase 20 comprend au moins une cavité 22 apte à accueillir une protubérance 4 d’un clip 3 d’un goulot 2 d’une enveloppe 1, la protubérance 4 présentant une forme complémentaire de la cavité 22. Ceci permet à chaque cavité 22 d’accueillir une protubérance 4 complémentaire et ainsi d’assurer un assemblage longitudinal du goulot 2 relativement à l’embase 20. Le profil de la cavité 22 est complémentaire longitudinalement du profil de la protubérance 4. Les clips 3 sont nécessairement individualisés afin de pouvoir être élastiques. Les cavités 22 peuvent être individualisées aussi, avec une cavité 22 individuelle en regard de chaque clip 3. Alternativement, tel qu’illustré, particulièrement à la , la cavité 22 peut être de révolution autour de l’axe A, sous forme d’une gorge annulaire qui présente un même profil longitudinal tout autour de l’axe A.
Avantageusement, comme vu précédemment la protubérance 4 est sortante, afin de profiter de l’élasticité de la languette 8. Aussi, de manière complémentaire, le profil d’une cavité 22 est rentrant. Une cavité 22 présente une face d’appui 23, complémentaire de la face d’appui 10 de l’enveloppe 1, sensiblement perpendiculaire à l’axe A, et dont la normale sortante fait face à l’extrémité 7 du goulot 2, afin de pouvoir s’opposer à ladite face d’appui 10 de l’enveloppe 1.
Selon une autre caractéristique, de manière complémentaire au premier(s) moyen(s) anti-rotation 12 du goulot 2, l’embase 20 comprend encore au moins un deuxième moyen anti-rotation 24.
Selon une autre caractéristique, l’embase 20, comprend encore, dans la zone en regard de la zone d’étanchéité 13 annulaire, une gorge 25. Cette gorge 25 est apte à accueillir un moyen d’étanchéité 26. Ce moyen d’étanchéité 26 peut être quelconque. Selon un mode de réalisation préféré, il peut s’agir d’un joint torique. Cette gorge 25 et ce moyen d’étanchéité 26 sont avantageusement placés dans la zone d’étanchéité 13 annulaire, longitudinalement disposée entre ladite au moins une cavité 22 et ledit au moins un deuxième moyen anti-rotation 24.
L’invention concerne encore un réservoir de gaz sous pression, comprenant une enveloppe 1 selon l’un quelconque des modes de réalisation précédemment décrits et/ou une embase 20 selon l’un quelconque des modes de réalisation précédemment décrits.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
Claims (15)
- Enveloppe (1) pour un réservoir de gaz sous pression, comprenant un goulot (2) sensiblement cylindrique autour d’un axe (A), apte à venir se loger dans un alésage (21) d’une embase (20) selon un axe (A), caractérisé en ce que le goulot (2) comprend au moins un clip (3) comprenant au moins une protubérance (4) apte à engager une cavité (22) de l’embase (20), de forme complémentaire de la protubérance (4), de manière à assurer un assemblage longitudinal du goulot (2) relativement à l’embase (20).
- Enveloppe (1) selon la revendication 1, où un clip (3) est formé, relativement au goulot (2), par deux découpes (5, 6), traversantes relativement à l’épaisseur du goulot (2), débouchantes à l’extrémité (7) du goulot (2), sensiblement longitudinales et sensiblement parallèles entre elles, de manière à former une languette (8) longitudinale.
- Enveloppe (1) selon la revendication 2, où une protubérance (4) est disposée sensiblement à l’extrémité (9) distale d’une languette (8), est sortante et présente une face d’appui (10) sensiblement perpendiculaire à l’axe (A), dont la normale s’éloigne de l’extrémité (7) du goulot (2).
- Enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où une protubérance (4) est disposée sensiblement à l’extrémité (7) du goulot (2).
- Enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, où un clip (3) comprend encore un rétrécissement (11) de l’épaisseur de la languette (8), sensiblement au niveau du pied de la languette (8).
- Enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où ledit au moins un clip (3) comprend au moins deux clips (3) angulairement équitablement répartis autour de l’axe (A).
- Enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant encore au moins un premier moyen anti-rotation (12), telle une ailette longitudinale, disposé préférentiellement à la base du goulot (2).
- Enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, où ledit au moins un premier moyen anti-rotation (12) comprend au moins deux premiers moyens anti-rotation (12) angulairement équitablement répartis autour de l’axe (A) et préférentiellement disposés en quinconce relativement audit au moins un clip (3).
- Enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant encore une zone d’étanchéité (13) annulaire, de rayon et d’épaisseur sensiblement constants, longitudinalement disposée entre ledit au moins un clip (3) et ledit au moins un premier moyen anti-rotation (12).
- Enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, réalisée par un procédé de moulage par soufflage injection.
- Embase (20) pour un réservoir de gaz sous pression, comprenant un alésage (21) sensiblement cylindrique selon un axe (A), apte à accueillir un goulot (2) d’une enveloppe (1), caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une cavité (22) apte à accueillir une protubérance (4) d’un clip (3) d’un goulot (2) d’une enveloppe (1) de forme complémentaire de la cavité (22), de manière à assurer un assemblage longitudinal du goulot (2) relativement à l’embase (20).
- Embase (20) selon la revendication 11, où la cavité (22) est rentrante et présente une face d’appui (23) sensiblement perpendiculaire à l’axe (A), dont la normale fait face à l’extrémité (7) du goulot (2).
- Embase (20) selon l’une quelconque des revendications 11 ou 12, comprenant encore au moins un deuxième moyen anti-rotation (24), complémentaire d’un premier moyen anti-rotation (12) du goulot (2).
- Embase (20) selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, comprenant encore une gorge (25) apte à accueillir un moyen d’étanchéité (26), tel un joint torique, dans une zone d’étanchéité (13) annulaire, longitudinalement disposée entre ladite au moins une cavité (22) et ledit au moins un deuxième moyen anti-rotation (24).
- Réservoir de gaz sous pression, caractérisé en ce qu’il comprend une enveloppe (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 et/ou une embase (20) selon l’une quelconque des revendications 11 à 14.
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- 2022-03-08 FR FR2201999A patent/FR3133424A1/fr active Pending
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