FR3142529A1 - Paroi pour une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d’un gaz liquéfié - Google Patents

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Bruno Deletre
Guillaume De Combarieu
Benoît Morel
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Gaztransport et Technigaz SA
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Abstract

L’invention concerne une paroi pour une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d’un gaz liquéfié, la paroi comportant une la barrière thermiquement isolante (14) comportant : - un premier élément de support (61) et un deuxième élément de support (62, - un dispositif de liaison (47), positionné entre une membrane d’étanchéité (15) et une structure porteuse (1), le dispositif de liaison (47) présentant une première extrémité liée au premier élément de support (61) et une deuxième extrémité liée au deuxième élément de support, ledit dispositif de liaison (47) étant configuré de sorte que, considéré isolément du premier élément de support (61) et du deuxième élément de support (62) dans un état libre de se contracter, une distance rectiligne d entre la première extrémité et la deuxième extrémité varie de moins de 5 % lors d’une variation de température Δt entre une température de 20 °C et une température à laquelle ledit dispositif de liaison (47) est destiné à être soumis lorsque la cuve est chargée avec du gaz liquéfié. Figure à publier : 4

Description

Paroi pour une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d’un gaz liquéfié
L’invention se rapporte au domaine des cuves étanches et thermiquement isolantes. En particulier, l’invention se rapporte au domaine des cuves étanches et thermiquement isolantes pour le stockage et/ou le transport d’un gaz liquéfié, tel que le gaz naturel liquéfié (GNL), qui est stocké, à pression atmosphérique, à environ -162°C ou l’hydrogène liquide qui est stocké à environ -253°C à pression atmosphérique.
 Arrière-plan technologique
Dans l’état de la technique, il est connu des cuves étanches et thermiquement isolantes de stockage d’un gaz liquéfié.
Le document EP2859267 divulgue une cuve dans laquelle les parois présentent une structure multicouche, c’est-à-dire présentent successivement, dans la direction d’épaisseur de la paroi, depuis l’extérieur vers l’intérieur, une barrière thermiquement isolante secondaire retenue à la structure porteuse, une membrane d’étanchéité secondaire reposant contre la barrière thermiquement isolante secondaire, une barrière thermiquement isolante primaire reposant contre la membrane d’étanchéité secondaire et une membrane d’étanchéité primaire destinée à être en contact avec le gaz naturel liquéfié contenu dans la cuve.
La barrière thermiquement isolante primaire comporte une pluralité d’éléments calorifuges qui comportent chacun un panneau de couvercle de forme rectangulaire ou carrée et une pluralité de piliers porteurs fixés sur une face inférieure du panneau de couvercle, perpendiculairement à celui-ci. La barrière thermiquement isolante comporte également un cadre qui est formé par des traverses et qui entoure le panneau de couvercle. Chaque traverse est équipée d’une plaque d’ancrage qui repose également dans un lamage ménagé dans la paroi de couvercle.
La membrane d’étanchéité primaire présente un réseau d’ondulations perpendiculaires permettant de lui conférer une élasticité dans toutes les directions du plan. Elle est construite à partir de plaques de tôle rectangulaires qui sont soudées à recouvrement le long de leurs bords. De plus, les plaques de tôle sont posées sur les panneaux de couvercle et leurs bords sont soudés sur les plaques d’ancrage équipant les traverses formant le cadre.
Dès lors, dans une cuve du type précité, chaque panneau de couvercle est fixé à une pluralité de piliers porteurs et supporte une pluralité de zones planes de la membrane d’étanchéité. Dans la mesure où il assure une liaison entre une pluralité de piliers porteurs, chaque panneau de couvercle permet de répartir les efforts exercés sur plusieurs piliers porteurs ce qui permet de continuer à assurer de manière satisfaisante la fonction de support de la membrane d’étanchéité primaire même lors de la rupture de l’un des piliers porteurs. Toutefois, un tel agencement conduit en contrepartie à solliciter de manière non-uniforme la membrane d’étanchéité primaire. En particulier, dans la mesure où chaque panneau de couvercle supporte une pluralité de zones planes de la membrane d’étanchéité primaire, le comportement de la barrière thermiquement isolante n’est pas homogène lorsque la structure porteuse se déforme et/ou sous l’effet des sollicitations thermiques et mécaniques générées par le gaz liquéfié stocké dans la cuve. En particulier, certaines ondulations se déforment plus que d’autres afin de compenser des déplacements supérieurs à ceux auxquels sont exposées les autres ondulations. De plus, les surfaces planes de la membrane d’étanchéité primaire frottent contre les panneaux de couvercle des éléments calorifuge ce qui nuit également à l’homogénéité de la répartition des contraintes. Or, il est important d’assurer une répartition la plus uniforme possible des contraintes dans la membrane d’étanchéité primaire, notamment en vue d’optimiser sa durée de vie. Cet inconvénient est d’autant plus critique que la température de stockage du gaz liquéfié est faible et qu’en conséquence les sollicitations thermiques s’exerçant sur la membrane d’étanchéité primaire sont importantes.
Résumé
Une idée à la base de l’invention est donc de résoudre les inconvénients précités en proposant une paroi de cuve étanche et thermiquement isolante dont la barrière thermiquement isolante présente des éléments de support de la membrane d’étanchéité qui sont reliés les uns aux autres par des dispositifs de liaison et dans laquelle lesdits dispositifs de liaison permettent de répartir les efforts entre les éléments de support et cela en ayant que peu ou pas d’effet sur l’homogénéité des contraintes s’exerçant sur la membrane d’étanchéité.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit une paroi pour une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d’un gaz liquéfié, la paroi comportant successivement, selon une direction d’épaisseur de la paroi, une barrière thermiquement isolante destinée à être ancrée à une structure porteuse et une membrane d’étanchéité qui repose contre la barrière thermiquement isolante et est destinée à être en contact avec le gaz liquéfié stocké dans la cuve étanche et thermiquement isolante, la barrière thermiquement isolante comportant :
- un premier élément de support et un deuxième élément de support, la membrane d’étanchéité comportant une première zone reposant sur le premier élément de support et une deuxième zone reposant sur le deuxième élément de support,
- un dispositif de liaison, positionné entre la membrane d’étanchéité et la structure porteuse, et liant le premier élément de support au deuxième élément de support de manière qu’un effort exercé sur la première zone soit transmis du premier élément de support vers le deuxième élément de support au travers du dispositif de liaison; le dispositif de liaison présentant une première extrémité liée au premier élément de support et une deuxième extrémité liée au deuxième élément de support.
Ainsi, les dispositifs de liaison permettent de répartir les efforts entre le premier et le deuxième éléments de support, ce qui permet de continuer à assurer un support de la membrane d’étanchéité même en cas de dégradation de l’un des deux éléments de support.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de liaison est configuré de sorte que, considéré isolément du premier élément de support et du deuxième élément de support dans un état libre de se contracter, une distance rectiligne d entre la première extrémité et la deuxième extrémité varie de moins de 5 % lors d’une variation de température Δt entre une température de 20 °C et une température à laquelle ledit dispositif de liaison est destiné à être soumis lorsque la cuve est chargée avec du gaz liquéfié.
Au sens du présent document, l’expression « considéré isolément » signifie que la caractéristique relative à la variation de distance rectiligne entre les deux extrémités du dispositif de liaison n’est pas testée dans la configuration normale du dispositif de liaison dans laquelle ses extrémités sont fixées aux éléments porteurs mais alors que le dispositif de liaison est à l’état libre de se contracter ou de se dilater, c’est-à-dire sans que ses deux extrémités soient fixées aux éléments porteurs. Cette caractéristique pourra ainsi être testée en désolidarisant le dispositif de liaison des éléments porteurs et en le soumettant à la variation de température Δt.
Ainsi, les dispositifs de liaison ne génèrent que peu ou pas de contraintes sur les éléments de support lors de la mise en froid de la cuve. Ils n’ont donc que peu ou pas d’effet sur l’homogénéité des contraintes s’exerçant sur la membrane d’étanchéité.
Selon des modes de réalisation, une telle paroi peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de liaison est configuré de sorte que, considéré isolément du premier élément de support et du deuxième élément de support dans un état libre de se contracter, une distance rectiligne d entre la première extrémité et la deuxième extrémité varie de moins de 5 % lors d’une variation de température Δt entre une température de 20 °C et une température comprise entre -120°C et -253°C.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de liaison comprend :
- une connexion mécanique comprenant une première extrémité liée au premier élément de support et une deuxième extrémité liée au deuxième élément de support; et
- un compensateur de contraction qui coopère avec la connexion mécanique d’une manière telle qu’une contraction thermique dudit compensateur de contraction a pour effet de compenser des contraintes tendant à rapprocher la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique lors d’une contraction thermique de ladite connexion mécanique.
Selon un mode de réalisation, la connexion mécanique comporte une lame de connexion qui est courbée et qui présente une face concave et le compensateur de contraction comporte une lame de compensation qui est fixée contre la face concave de la lame de connexion de manière à former avec la lame de connexion un bilame, la lame de compensation présentant un coefficient de dilatation thermique qui est plus faible qu’un coefficient de dilatation thermique de la lame de connexion.
Ainsi, le bilame se déforme avec les variations de température : il se redresse lorsque sa température diminue et s’incurve lorsque sa température augmente, ce qui permet de compenser au moins partiellement la variation de longueur du bilame lors de sa contraction et sa dilatation.
Selon un mode de réalisation, le bilame est agencé de sorte que, considéré isolément du reste de la barrière thermiquement isolante, la distance rectiligne entre la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique varie de moins de 5 % lors d’une variation de température Δt entre une température de 20 °C et une température à laquelle ledit bilame est destiné à être soumis lorsque la cuve est chargée avec du gaz liquéfié.
Selon un mode de réalisation, la température à laquelle est destiné à être soumis le bilame lorsque la cuve est chargée avec du gaz liquéfié est supérieure de 10 à 40 °C à la température de stockage du gaz liquéfié à pression atmosphérique, à savoir -162°C pour le gaz naturel liquéfié et -253°C pour l’hydrogène liquide. A noter qu’un tel système pourrait parfaitement être mis en œuvre à ladite température du liquide ou au-delà de 40°C plus chaud.
Selon un mode de réalisation, le bilame présente un rayon de courbure dans un plan orthogonal à la direction d’épaisseur de la paroi.
Selon un mode de réalisation, la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique sont respectivement montées articulées sur le premier élément de support et le deuxième élément de support au moyen d’une liaison pivot présentant un degré de liberté en rotation autour d’un axe parallèle à la direction d’épaisseur de la paroi.
Selon un mode de réalisation, la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique sont respectivement fixées, notamment par soudage ou par boulonnage, sur une languette de fixation faisant saillie radialement depuis le premier élément de support et le deuxième élément de support.
Selon un mode de réalisation, le bilame présente deux extrémités et une partie centrale, les extrémités du bilame présentant un rayon de courbure supérieur à celui de la partie centrale. Ceci permet notamment de limiter, voire de supprimer l’effet de rotation desdites extrémités sous l’effet d’une variation de la température ; ce qui permet de limiter ou supprimer les contraintes dans les zones de fixation des extrémités des bilames, notamment lorsqu’elles ne sont pas montées articulées au moyen d’une liaison pivot.
Selon un autre mode de réalisation, la connexion mécanique comporte successivement, de la première extrémité vers la seconde extrémité, au moins un premier tronçon de connexion et un deuxième tronçon de connexion qui sont liés l’un à l’autre par le compensateur de contraction, le premier tronçon de connexion étant fixé au compensateur de contraction dans une première zone de fixation et le deuxième tronçon de connexion étant fixé au compensateur de contraction dans une deuxième zone de fixation, la première zone de fixation étant positionnée le long du dispositif de liaison entre la deuxième zone de fixation et une extrémité du deuxième tronçon de connexion destinée à être fixée au deuxième élément de support.
Ainsi, la contraction du compensateur de traction a pour effet de générer sur les deux tronçons de connexion des efforts de traction qui s’opposent à la contraction desdits tronçons de connexion, ce qui permet de compenser au moins partiellement les contraintes thermiques tendant à rapprocher les extrémités du dispositif de liaison.
Selon un mode de réalisation :
- le premier tronçon de connexion présente une longueur L1, mesurée à 20°C, entre la première extrémité et la première zone de fixation et est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique α1à 20 °C,
- le deuxième tronçon de connexion présente une longueur L2, mesurée à 20°C, entre la deuxième extrémité et la première zone de fixation et est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique α2à 20 °C,
- le compensateur de contraction présente une longueur L3 mesurée à 20°C, entre la première zone de fixation et la deuxième zone de fixation et est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique α3à 20 °C ;
L1, L2, L3, α1, α2et α3satisfaisant à l’inéquation suivante :
L1 * α1+ L2 * α2– L3 * α3< 0.05 * (L1+L2 – 2*L3).
Selon une variante de réalisation, le premier tronçon de connexion, le deuxième tronçon de connexion et le compensateur de contraction présentent chacun une forme de lame plane.
Selon une autre variante de réalisation, le premier tronçon de connexion, le deuxième tronçon de connexion et le compensateur de contraction présentent chacun une forme tubulaire.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de liaison est réalisé dans un matériau composite comportant une résine et des fibres de carbone et présentant un coefficient de dilatation thermique inférieure à 3 x 10-6° K-1 .
Selon un mode de réalisation, le premier élément de support et le deuxième élément de support comportent chacun un élément porteur qui s’étend selon la direction d’épaisseur de la paroi et un plateau interne qui est fixé audit élément porteur et contre lequel repose la première zone ou la deuxième zone de la membrane d’étanchéité.
Selon un mode de réalisation, l’élément porteur comporte une embase externe, une embase interne fixée au plateau interne et un pilier s’étendant entre l’embase externe et l’embase interne.
Selon un mode de réalisation, la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique sont respectivement liées à l’embase interne du premier élément de support et du deuxième élément de support.
Selon un mode de réalisation, la barrière thermiquement isolante comporte un troisième élément de support aligné avec le premier élément de support et le deuxième élément de support selon une première direction, une troisième zone de la membrane d’étanchéité reposant sur le troisième élément de support, le troisième élément de support étant lié au deuxième élément de support par un deuxième dispositif de liaison.
Selon un mode de réalisation, la barrière thermiquement isolante comporte un quatrième élément de support et un cinquième élément de support aligné avec le deuxième élément de support selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, une quatrième zone de la membrane d’étanchéité reposant sur le quatrième élément de support, une cinquième zone de la membrane d’étanchéité reposant sur le cinquième élément de support, le quatrième élément de support et le cinquième éléments de support étant respectivement liés au deuxième élément de support par un troisième et un quatrième dispositifs de liaison.
Selon un mode de réalisation, la première zone de la membrane d’étanchéité est fixée, par exemple soudée, au premier élément de support et la deuxième zone de la membrane d’étanchéité est fixée, par exemple soudée, au deuxième élément de support.
Selon un mode de réalisation, la membrane d’étanchéité comporte une première série d’ondulations présentant des premières ondulations parallèles les unes aux autres et une deuxième série d’ondulations présentant des deuxièmes ondulations parallèles les unes aux autres et perpendiculaires aux premières ondulations, la première et la deuxième zones de la membrane d’étanchéité étant chacune définies entre deux premières ondulations adjacentes et entre deux deuxièmes ondulations adjacentes.
Selon un mode de réalisation, la première zone plane et la deuxième zone plane sont séparées l’une de l’autre par une deuxième ondulation qui est disposée en regard, selon la direction d’épaisseur, d’un espace libre séparant le premier et le deuxième éléments de support.
Selon un mode de réalisation, le plateau interne est fixé à l’élément porteur par rivetage.
Selon un mode de réalisation, le plateau interne du premier et du deuxième éléments de support sont respectivement en contact contre plus de 70 %, et avantageusement entre 90 et 100 %, de la surface de la première et deuxième zones. Ceci permet de répartir les efforts dus aux pressions hydrostatiques et dynamiques exercées par le gaz liquéfié sur la membrane d’étanchéité sur une plus grande surface de support, contribuant ainsi à une meilleure répartition des contraintes.
Selon un mode de réalisation, la première et la deuxième zones sont respectivement soudées en appui contre le plateau interne du premier et du deuxième éléments de support.
Selon un mode de réalisation, la membrane d’étanchéité comporte une pluralité de tôles métalliques ondulées, chaque tôle métallique ondulée présentant des bords qui sont chacun soudés par recouvrement à un bord d’une tôle métallique ondulée adjacente, la première et la deuxième zones étant formées par deux bords de deux tôles métalliques ondulées adjacentes. En d’autres termes, les premier, deuxième et troisième plateaux internes supportent et ancrent les deux bords adjacents de deux tôles métalliques ondulées adjacentes.
Selon un mode de réalisation, chacune des embases externe et interne présente un manchon coopérant par emboîtement avec l’une des extrémités du pilier et une collerette d’appui s’étendant radialement depuis une extrémité du manchon.
Selon un mode de réalisation, chaque extrémité des piliers est emboîtée à l’intérieur de l’un des manchons. Selon une autre variante, chaque manchon est emboîté à l’intérieur de l’une des extrémités de l’un des piliers. Selon un autre mode de réalisation, le pilier, l’embase externe et l’embase interne sont formés d’un seul tenant.
Selon un mode de réalisation, la collerette d’appui de l’embase interne est en appui et fixée contre le plateau interne.
Selon un mode de réalisation, la collerette d’appui de l’embase externe est en appui et fixée contre le plateau externe.
Selon un mode de réalisation, chaque pilier est fixé, par exemple par collage, à l’embase interne et à l’embase externe.
Selon un mode de réalisation, chaque pilier est réalisé dans un matériau composite comportant des fibres et une matrice, ce qui permet d’obtenir une résistance à la compression satisfaisante pour une section conductrice limitée.
Selon un mode de réalisation, les fibres sont choisies parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres aramides, les fibres de lin, les fibres de basalte et les mélanges de celles-ci.
Selon un mode de réalisation, la matrice est choisie parmi le polyéthylène, le polypropylène, le poly(téréphtalate d’éthylène), le polyamide, le polyoxyméthylène, le polyetherimide, le polyacrylate, le polyarylethercétone, le polyetherethercétone, des copolymères de ceux-ci, le polyester, le vinylester, l’époxy et le polyuréthane.
Selon un mode de réalisation préféré, les piliers sont réalisés dans une résine époxy renforcée par des fibres de verre.
Selon un mode de réalisation, chaque pilier présente une section tubulaire.
Selon un mode de réalisation, chaque pilier présente un ou plusieurs orifices traversants et débouchant dans un espace interne dudit pilier.
Selon un mode de réalisation, la barrière thermiquement isolante primaire présente une phase gazeuse à une pression absolue inférieure à 1 Pa, avantageusement inférieure à 10-1Pa, de préférence inférieure à 10–2Pa et par exemple de l’ordre de 10–3Pa. Ceci permet d’augmenter les performances d’isolation thermique de la barrière thermiquement isolante primaire.
Selon un mode de réalisation, la membrane d’étanchéité est une membrane d’étanchéité primaire et la barrière thermiquement isolante est une barrière thermiquement isolante primaire, la paroi de cuve comportant en outre une barrière thermiquement isolante secondaire qui repose contre une structure porteuse et une membrane d’étanchéité secondaire positionnée entre la barrière thermiquement isolante secondaire et la barrière thermiquement isolante primaire.
Selon un mode de réalisation, l’invention concerne également une cuve étanche et thermiquement isolante comportant une pluralité de parois du type précité.
Dans un mode de réalisation, le gaz liquéfié est de l’hydrogène liquide.
La cuve peut être réalisée selon différentes techniques, notamment sous la forme d’une cuve intégrée à membranes.
Une telle cuve peut faire partie d’une installation de stockage terrestre ou être installée dans une structure flottante, côtière ou en eau profonde, notamment un navire de transport d’hydrogène liquide, c’est-à-dire un hydrogénier, une unité flottante de stockage et de regazéification (FSRU), une unité flottante de production et de stockage déporté (FPSO) et autres. Une telle cuve peut aussi servir de réservoir de carburant dans tout type de navire.
Selon un mode de réalisation, un navire pour le transport d’un gaz liquéfié comporte une double coque et une cuve précitée disposée dans la double coque.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit aussi un système de transfert pour un gaz liquéfié, le système comportant le navire précité et des canalisations isolées agencées de manière à relier la cuve installée dans la coque du navire à une installation de stockage flottante ou terrestre.
Selon un mode de réalisation, le système de transfert comporte également une pompe pour entrainer un flux de gaz liquéfié à travers les canalisations isolées depuis ou vers l’installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit aussi un procédé de chargement ou déchargement d’un tel navire, dans lequel on achemine un gaz liquéfié à travers des canalisations isolées depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre vers ou depuis la cuve du navire.
 Breve description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au 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.
La est vue en perspective écorchée et schématique d’une structure porteuse destinée à supporter une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d’un gaz liquéfié.
La est une vue partielle en perspective d’une paroi d’une cuve étanche et thermiquement isolante selon un premier mode de réalisation.
La est une vue partielle en coupe de la barrière thermiquement isolante secondaire de la paroi de la , illustrant partiellement un dispositif d’ancrage destiné à assurer la fixation d’un élément porteur de la barrière thermiquement isolante primaire sur la barrière thermiquement isolante secondaire.
La est une vue schématique en coupe de la barrière thermiquement isolante primaire et de la membrane d’étanchéité primaire de la paroi de la .
La est une vue schématique, de dessus, illustrant les éléments porteurs ainsi que des dispositifs de liaison liant les éléments porteurs les uns aux autres, selon un premier mode de réalisation.
La est une vue schématique illustrant la géométrie d’un des dispositifs de liaison de la dans deux états : lorsqu’il est à température ambiante et lorsque la cuve est mise en froid.
La est une vue similaire à celle de la illustrant des dispositifs de liaison liant les éléments porteurs selon un deuxième mode de réalisation.
La est une vue similaire à celle des figures 5 et 7 illustrant des dispositifs de liaison liant les éléments porteurs selon un troisième mode de réalisation.
La est une vue similaire à celle des figures 5, 7 et 8 illustrant des dispositifs de liaison liant les éléments porteurs selon un quatrième mode de réalisation.
La est une vue schématique des dispositifs de liaison liant les éléments porteurs selon un cinquième mode de réalisation.
La est une vue en perspective d’un dispositif de liaison destiné à lier des éléments porteurs selon un sixième mode de réalisation.
La est une vue de dessus du dispositif de liaison de la .
La est une vue partielle en coupe d’un dispositif de liaison destiné à lier des éléments porteurs selon un septième mode de réalisation.
La est une représentation schématique écorchée d’une cuve d’un navire et d’un terminal de chargement/déchargement de cette cuve.
La est une vue schématique de dessus d’un dispositif de liaison destiné à lier des éléments porteurs selon un huitième mode de réalisation.
Par convention, les termes «externe » et « interne » sont utilisés pour définir la position relative d'un élément par rapport à un autre, par référence à l'intérieur et à l’extérieur de la cuve.
Le gaz liquéfié destiné à être stocké dans la cuve peut notamment être de l’hydrogène liquide qui présente la particularité d’être stocké à environ -253°C à pression atmosphérique. Le gaz liquéfié peut également être un gaz naturel liquéfié (GNL) - c’est-à-dire un mélange gazeux comportant majoritairement du méthane ainsi qu’un ou plusieurs autres hydrocarbures - de l’éthane, un gaz de pétrole liquéfié (GPL) -c’est-à-dire un mélange d’hydrocarbures issu du raffinage du pétrole comportant essentiellement du propane et du butane - ou de l’ammoniac liquide.
La illustre une structure porteuse 1 contre laquelle une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d’un gaz liquéfié est destinée à être fixée.
La structure porteuse 1 peut notamment être formée de tôles métalliques autoporteuses ou, plus généralement, de tout type de cloison rigide présentant des propriétés mécaniques appropriées. La structure porteuse 1 est, par exemple, formée par la double coque d’un navire. Sur la , la structure porteuse 1 présente une forme générale polyédrique. Elle présente deux parois porteuses avant et arrière 2, ici de forme octogonale, dont seule la paroi porteuse arrière 2 est représentée. Les parois avant et arrière 2 sont, par exemple, des parois de cofferdam du navire qui s’étendent transversalement à la direction longitudinale du navire. La structure porteuse 1 comporte également une paroi porteuse supérieure 3, une paroi porteuse inférieure 4 et des parois porteuses latérales 5, 6, 7, 8, 9, 10.
En relation avec la , on décrit ci-dessous une paroi 11 d’une cuve étanche et thermiquement isolante selon un premier mode de réalisation. La paroi 11 présente une structure multicouche comportant, selon la direction d’épaisseur de la paroi 11, depuis l’extérieur vers l’intérieur, une barrière thermiquement isolante secondaire 12, une membrane d’étanchéité secondaire 13, une barrière thermiquement isolante primaire 14 et une membrane d’étanchéité primaire 15 destinée à être en contact avec le gaz liquéfié contenu dans la cuve.
La barrière thermiquement isolante secondaire 12 comporte une pluralité de panneaux isolants 16 ancrés à la structure porteuse 1. Les panneaux isolants 16 comportent chacun une couche de mousse polymère isolante 17 prise en sandwich entre une plaque interne 18 et une plaque externe 19. Les plaques interne 18 et externe 19 sont, par exemple, des plaques de bois contreplaqué collées sur ladite couche de mousse polymère isolante 17. Selon une variante, les plaques interne 18 et externe 19 sont réalisées dans une matrice polymère renforcée par des fibres, tels que des fibres de verre. La mousse polymère isolante peut notamment être une mousse à base de polyuréthanne. La mousse polymère est, avantageusement, renforcée par des fibres, telle que des fibres de verre, contribuant à réduire sa contraction thermique.
Les panneaux isolants 16 sont ancrés à la structure porteuse 1 au moyen de dispositifs d’ancrage secondaires, non représentés. Chaque panneau isolant 16 est, par exemple, fixé à au moins chacun de ses quatre coins. Chaque dispositif d’ancrage secondaire comporte un goujon soudé à la structure porteuse 1 ainsi qu’un organe d’appui qui est fixé sur le goujon et qui est en appui contre une zone d’appui des panneaux isolants 16. Selon un mode de réalisation, la plaque externe 19 des panneaux isolants 16 déborde par rapport à la couche de mousse polymère isolante 17, au moins au niveau des coins du panneau isolant 16, de manière à former les zones d’appui des panneaux isolants 16 coopérant avec les organes d’appui des dispositifs d’ancrage secondaires. Des organes élastiques, tels que des rondelles Belleville, sont avantageusement enfilés sur le goujon, entre un écrou monté sur le goujon et l’organe d’appui, ce qui permet d’assurer un ancrage élastique des panneaux isolants 16 sur la structure porteuse 1.
De manière avantageuse, des portions de mastic 20 sont interposées entre la plaque externe 19 des panneaux isolants 16 et la structure porteuse 1. Les portions de mastic 20 contribuent ainsi à compenser les irrégularités de surface de la structure porteuse 1. Selon une variante de réalisation avantageuse, les portions de mastic 20 adhérent à la plaque externe 19 des panneaux isolants 16 et à la structure porteuse 1. Les portions de mastic 20 participent ainsi à l’ancrage des panneaux isolants 16 sur la structure porteuse 1. Dans une telle variante de réalisation, les dispositifs d’ancrage secondaires sont optionnels.
Les panneaux isolants 16 présentent sensiblement une forme de parallélépipède rectangle et sont juxtaposés selon des rangées parallèles et séparés les uns des autres par des interstices 21 garantissant un jeu fonctionnel de montage. Les interstices 21 sont comblés avec une garniture calorifuge, non représentée, telle que de la laine de verre, de la laine de roche ou de la mousse polymère souple à cellules ouvertes, par exemple. Les interstices peuvent également être comblés avec des bouchons isolants, tels que décrits dans les demandes WO2019155157 ou WO2021028624 par exemple.
Dans le mode de réalisation représenté, la face interne des panneaux isolants 16 présente deux séries de rainures 22 perpendiculaires l’une à l’autre et destinées à la réception d’ondulations 24, faisant saillie vers l’extérieur de la cuve, formées sur les tôles métalliques ondulées 25 de la membrane d’étanchéité secondaire 13. Chacune des séries de rainures 22 est parallèle à deux côtés opposés des panneaux isolants 16. Dans le mode de réalisation représenté, les rainures 22 traversent intégralement l’épaisseur de la plaque interne 10 ainsi qu’une portion interne de la couche de mousse polymère isolante 17. De manière avantageuse, les rainures 22 présentent une forme complémentaire à celles des ondulations 24 de la membrane d’étanchéité secondaire 13.
Par ailleurs, la plaque interne 18 des panneaux isolants 16 est équipée de platines métalliques 26 destinées à l’ancrage des bords des tôles métalliques ondulées 25 de la membrane d’étanchéité secondaire 13 sur les panneaux isolants 16. Les platines métalliques 26 s’étendent selon deux directions perpendiculaires qui sont chacune parallèles à deux côtés opposés des panneaux isolants 16. Les platines métalliques 26 sont fixées sur la plaque interne 18 des panneaux isolants 16, par des vis, des rivets ou des agrafes, par exemple. Les platines métalliques 26 sont mises en place dans des évidements ménagés dans la plaque interne 18 de telle sorte que la surface interne des platines métalliques 26 affleure la surface interne de la plaque interne 18.
Par ailleurs, les panneaux isolants 16 présentent des fentes de relaxation 27 qui permettent de diminuer leur raideur de sorte que la barrière thermiquement isolante secondaire 12 se déforme de la manière la plus homogène possible. Ceci permet d’obtenir des déformations les plus uniformes possibles des ondulations 24 de la membrane d’étanchéité secondaire 13. De manière avantageuse, les panneaux isolants 16 présentent des fentes de relaxation 27 au moins en regard de chacune des ondulations 24 de la membrane d’étanchéité secondaire 13.
La membrane d’étanchéité secondaire 13 comporte une pluralité de tôles métalliques ondulées 25 ayant chacune une forme sensiblement rectangulaire. Les tôles métalliques ondulées 25 sont, par exemple, réalisées en Invar® : c’est-à-dire un alliage de fer et de nickel dont le coefficient de dilatation est typiquement compris entre 1,2.10-6et 2.10-6K-1, ou dans un alliage de fer à forte teneur en manganèse dont le coefficient de dilatation est typiquement de l’ordre de 7.10-6K-1. De manière alternative, les tôles métalliques ondulées 25 peuvent également être réalisées en acier inoxydable ou en aluminium.
Les tôles métalliques ondulées 25 sont soudées à recouvrement le long de leurs bords afin d’assurer l’étanchéité de la membrane d’étanchéité secondaire 13. Par ailleurs, les tôles métalliques ondulées 25 sont disposées de manière décalée par rapport aux panneaux isolants 16 de la barrière thermiquement isolante secondaire 12 de telle sorte que chacune desdites tôles métalliques ondulées 25 s’étende conjointement sur plusieurs panneaux isolants 16 adjacents. Afin d’assurer l’ancrage de la membrane d’étanchéité secondaire 13 sur la barrière thermiquement isolante secondaire 12, les bords des tôles métalliques ondulées 25 sont soudés sur les platines métalliques 26, par exemple par des soudures par point.
La membrane d’étanchéité secondaire 13 présente des ondulations 24 et plus particulièrement une première et une deuxième série d'ondulations qui sont perpendiculaires les unes aux autres. Chacune des séries d’ondulations est parallèle à deux bords opposés de la tôle métallique ondulée 25. Les ondulations 24 font ici saillie vers l’extérieur de la cuve, c’est-à-dire en direction de la structure porteuse 1. La membrane d’étanchéité secondaire 13 comporte entre les ondulations 24, une pluralité de zones planes 28.
Les ondulations 24 des tôles métalliques ondulées 25 sont logées dans les rainures 22 ménagées dans la face interne des panneaux isolants 16 et dans les interstices 21 ménagés entre les panneaux isolants 16 adjacents.
Par ailleurs, les zones planes 28 de la membrane d’étanchéité secondaire 13 sont chacune traversées par un dispositif d’ancrage primaire 29, illustré de manière détaillée sur la , et visant à assurer l’ancrage des éléments porteurs 30 de la barrière thermiquement isolante primaire 14 sur les panneaux isolants 16 de la barrière thermiquement isolante secondaire 12. Chaque dispositif d’ancrage primaire 29 comporte un goujon 31 qui traverse la membrane d’étanchéité secondaire 13. Le goujon 31 présente une extrémité externe qui est fixée à l’un des panneaux isolants 16. Pour ce faire, dans le mode de réalisation représenté, l’extrémité externe de chaque goujon 31 est filetée et est vissée dans une douille filetée 32 qui est fixée à l’intérieur d’un alésage ménagé dans la plaque interne 18 de l’un des panneaux isolants 16. Par ailleurs, le goujon 31 comporte une collerette 33 se développant radialement par rapport à l’axe du goujon 31.
La collerette 33 est soudée de manière étanche sur la membrane d’étanchéité secondaire 13 autour de l’orifice de ladite membrane d’étanchéité secondaire 13 traversé par le goujon 31 afin de conserver le caractère étanche de la membrane d’étanchéité secondaire 13.
Par ailleurs, un plateau externe 34, également illustré sur la , présente un orifice traversé par le goujon 31. Le dispositif d’ancrage primaire 29 comporte un écrou 35 qui est vissé sur une extrémité interne filetée du goujon 31 et qui permet ainsi de maintenir le plateau externe 34 contre la zone plane 28 en regard de la membrane d’étanchéité secondaire 13. Les plateaux externes 34 ont une double fonctionnalité. D’une part, ils permettent de plaquer la membrane d’étanchéité secondaire 13 contre les panneaux isolants 16 de la barrière thermiquement isolante secondaire 12, afin d’éviter qu’elle ne s’arrache en raison d’une surpression de la barrière thermiquement isolante secondaire 12 par rapport à la barrière thermiquement isolante primaire 14. D’autre part, ils permettent la fixation des éléments porteurs 30 de la barrière thermiquement isolante primaire 14 qui seront décrits de manière détaillée ci-dessous.
Les plateaux externes 34 sont avantageusement en contact contre la zone plane 28 correspondante sur plus de 70% de la surface de ladite zone plane 28 et avantageusement entre 90 et 100 % de sa surface.
Les plateaux externes 34 sont, par exemple, réalisés en métal, tel que l’acier inoxydable mais peuvent également être réalisés dans un matériau composite, tel qu’une résine époxy chargée de fibres de verre, par exemple.
En revenant à la , on observe que la barrière thermiquement isolante primaire 14 comporte une pluralité d’éléments de support 61, 62 qui comportent chacun un élément porteur 30 qui s’étend selon la direction d’épaisseur de la paroi 11 et un plateau interne 42, non visible sur la mais visible sur la , qui est fixé audit élément porteur 30. Les éléments de support 61, 62 permettent de supporter la membrane d’étanchéité primaire 15 et, par conséquent, de reprendre les efforts dus aux pressions hydrostatiques et dynamiques exercées, sur la membrane d’étanchéité primaire 15, par le gaz liquéfié contenu à l’intérieur de la cuve. Les éléments porteurs 30 sont alignés selon des rangées qui sont parallèles ou perpendiculaires aux directions des ondulations de la première série et de la deuxième série d’ondulations de la membrane d’étanchéité secondaire 13.
Comme représenté sur la , les éléments porteurs 30 comportent chacun une embase externe 36, une embase interne 37 et un pilier 38 s’étendant entre l’embase externe 36 et l’embase interne 37. L’embase externe 36 et l’embase interne 37 présentent chacune un manchon 39 qui est emboîté avec l’une des extrémités du pilier 38 et une collerette d’appui 40 qui s’étend radialement depuis une extrémité du manchon 39. L’embase externe 36 et l’embase interne 37 peuvent être réalisées en métal, tel que l’acier inoxydable, ou dans un matériau composite, tel qu’une résine époxy chargée de fibres de verre, par exemple. L’embase externe 36 et l’embase interne 37 sont susceptibles d’être fixées au pilier 38 par tout moyen et notamment par collage. Selon une autre variante de réalisation, le pilier 38 ainsi que l’embase externe 36 et l’embase interne 37 sont formés d’un seul tenant, par moulage par exemple.
Les piliers 38 présentent une forme tubulaire, de préférence avec une section circulaire. Selon une réalisation avantageuse, les piliers 38 sont réalisés dans un matériau composite comportant des fibres et une matrice. De tels piliers 38 permettent d’obtenir une résistance à la compression satisfaisante pour une section conductrice limitée, ce qui limite la conduction de chaleur de l’extérieur vers l’intérieur de la cuve au travers des piliers 38. Les fibres sont, par exemple, choisies parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres aramides, les fibres de lin, les fibres de basalte et les mélanges de celles-ci. La matrice est par exemple choisie parmi le polyéthylène, le polypropylène, le poly(téréphtalate d’éthylène), le polyamide, le polyoxyméthylène, le polyetherimide, le polyacrylate, le polyarylethercétone, le polyetherethercétone, les copolymères de ceux-ci, le polyester, le vinylester, l’époxy et le polyuréthane. Selon un mode de réalisation particulier, les piliers 38 sont réalisés dans une résine époxy renforcée par des fibres de verre.
Les piliers 38 sont avantageusement pourvus d’orifices traversants, non illustrés, qui facilitent la mise en dépression de leur espace interne lorsque la barrière thermiquement isolante primaire 14 est mise en dépression, tel que décrit ci-dessous. De plus, l’espace interne des piliers 38 est, avantageusement, garni avec une garniture isolante perméable au gaz et plus particulièrement réalisée dans un matériau poreux à cellules ouvertes. La garniture isolante est, par exemple, une mousse polymère isolante à cellules ouvertes, telle que de la mousse polyuréthane à cellules ouvertes, de la laine de verre, de la laine de roche, de la mousse de mélamine, de l’ouate de polyester, des aérogels de polymère, tel que l’aérogel à base de polyuréthanne, notamment commercialisé sous la marque Slentite ®, ou des aérogels de silice.
La collerette d’appui 40 de chaque embase externe 36 est fixée sur un plateau externe 34, illustré sur la , par exemple par rivetage.
Par ailleurs, les collerettes d’appui 40 des embases internes 37 sont chacune en appui et fixées contre un plateau interne 42. Les plateaux internes 42 sont, par exemple, réalisés dans un métal, tel que l’acier inoxydable. Les collerettes d’appui 40 des embases internes 37 sont fixées sur le plateau interne 42, par exemple par rivetage.
Les éléments de support 61, 62 forment ainsi des structures de support discrètes qui supportent chacune une zone plane 46, 63, 64 de la membrane d’étanchéité primaire 15, ce qui permet une bonne répartition des contraintes entre les ondulations 45 de la membrane d’étanchéité primaire 15.
En revenant à la , on observe la membrane d’étanchéité primaire 15 qui est également obtenue par assemblage d’une pluralité de tôles métalliques ondulées 44. Les tôles métalliques ondulées 44 ont chacune une forme sensiblement rectangulaire. Les tôles métalliques ondulées 44 sont, par exemple, réalisées en Invar® : c’est-à-dire un alliage de fer et de nickel dont le coefficient de dilatation est typiquement compris entre 1,2.10-6et 2.10-6K-1, ou dans un alliage de fer à forte teneur en manganèse dont le coefficient de dilatation est typiquement de l’ordre de 7.10-6K-1. De manière alternative, les tôles métalliques ondulées 44 peuvent également être réalisées en acier inoxydable ou en aluminium.
Les tôles métalliques ondulées 44 sont soudées à recouvrement le long de leurs bords afin d’assurer l’étanchéité de la membrane d’étanchéité primaire 15. La membrane d’étanchéité primaire 15 comporte des ondulations 45. Plus particulièrement, elle comporte une première série d'ondulations 45a s’étendant parallèlement à une première direction et une seconde série d'ondulations 45b s’étendant parallèlement à une seconde direction. Les directions des séries d’ondulations 45a, 45b sont perpendiculaires et sont parallèles ou perpendiculaires aux rangées d’éléments porteurs 30. Chacune des séries d’ondulations 45a, 45b est parallèle à deux bords opposés des tôles métalliques ondulées 44. Les ondulations 45 font saillie vers l’intérieur de la cuve, c’est-à-dire en direction opposée à la structure porteuse 1. Chaque tôle métallique ondulée 44 comporte, entre les ondulations 45, une pluralité de zones planes 46.
Le pas des ondulations 24 de la membrane d’étanchéité secondaire 13 est égal au pas des ondulations 45 de la membrane d’étanchéité primaire 15 ou à un multiple entier de celui-ci. En outre, chacune des ondulations 24 de la membrane d’étanchéité secondaire 13 est disposée en regard selon la direction d’épaisseur de la paroi 11 d’une ondulation 45 de la membrane d’étanchéité primaire 15. Ainsi, chaque zone plane 46 de la membrane d’étanchéité primaire 15 se situe en regard, selon la direction d’épaisseur de la paroi 11, d’une zone plane 28 de la membrane d’étanchéité secondaire 13. Dès lors, l’axe de chaque élément porteur 30 passe à la fois par le centre d’une zone plane 46 de la membrane d’étanchéité primaire 15 et par le centre d’une zone plane 28 de la membrane d’étanchéité secondaire 13.
De manière avantageuse, les plateaux internes 42 sont chacun en contact contre la zone plane 46 correspondante de la membrane d’étanchéité primaire 15 sur plus de 70% de la surface de ladite zone plane 46 et avantageusement entre 90 et 100 % de sa surface.
Les tôles métalliques ondulées 44 de la membrane d’étanchéité primaire 15 sont au moins ancrées, par soudage, le long de leurs bords sur les plateaux internes 42. Pour ce faire, les bords des tôles métalliques ondulées 44 sont soudés sur les plateaux internes 42, par exemple par des soudures par point. Selon un mode de réalisation avantageux, les tôles métalliques ondulées 44 sont également ancrées à des plateaux internes 42 en dehors de leurs zones de bord. Pour ce faire, les tôles métalliques ondulées 44 peuvent notamment être soudées sur les plateaux internes 42 par des soudures par transparence. Selon un mode de réalisation avantageux, les tôles métalliques ondulées 44 sont soudées à chacun des plateaux internes 42 qui les supportent. Un tel mode de réalisation est particulièrement avantageux en ce qu’il permet de répartir encore plus uniformément les contraintes entre les ondulations 45 de la membrane d’étanchéité primaire 15.
Par ailleurs, la barrière thermiquement isolante primaire 14 présente une phase gazeuse qui est en dépression, c’est-à-dire présente une pression absolue inférieure à la pression atmosphérique, afin de conférer à la barrière thermiquement isolante primaire 14 les propriétés thermiquement isolantes requises. La phase gazeuse de la barrière thermiquement isolante primaire 14 est, avantageusement, placée à une pression absolue inférieure à 1 Pa, avantageusement inférieure à 10-1Pa, de préférence inférieure à 10–2Pa, et par exemple de l’ordre de 10-3Pa. Pour ce faire, la barrière thermiquement isolante primaire 14 est avantageusement reliée à une pompe à vide.
Par ailleurs, les éléments porteurs 30 sont reliés les uns aux autres par des dispositifs de liaison 47. Les dispositifs de liaison 47 permettent ainsi de répartir entre les éléments porteurs 30 les efforts exercés sur la membrane d’étanchéité primaire 15. Ceci limite également les risques qu’un élément porteur 30 ne déverse et permet, en outre, de continuer à assurer un support satisfaisant de la membrane d’étanchéité primaire 15 même lorsqu’un des éléments porteurs 30 est endommagé.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessous, les dispositifs de liaison 47 s’étendent dans un plan orthogonal à la direction d’épaisseur de la paroi. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 3 à 13, les dispositifs de liaison 47 comportent une connexion mécanique qui relie deux éléments porteurs 30 l’un à l’autre et un compensateur de contraction visant à compenser au moins en partie les contraintes tendant à rapprocher les extrémités de la connexion mécanique lorsque celle-ci se contracte, lors de la mise en froid de la cuve.
Selon un mode de réalisation avantageux, les dispositifs de liaison 47 sont fixés à l’embase interne 37 des deux éléments porteurs 30 adjacents. Ainsi, le portage de la membrane d’étanchéité primaire 15 peut continuer à être assuré même lorsqu’un des piliers 38 déverse ou se rompt. A ce titre, l’agencement des dispositifs de liaison 47, décrit ci-dessus, c’est-à-dire avec un compensateur de contraction, est particulièrement avantageux en ce qu’il permet aux dispositifs de liaison 47 d’être positionnés au plus près de la membrane d’étanchéité primaire15, c’est-à-dire dans la zone la plus froide de la barrière thermiquement isolante primaire 14, sans pour autant engendrer des contraintes trop importantes, voire sans engendrer de contraintes du tout sur les éléments porteurs 30 lors de la mise en froid de la cuve
Dans le premier mode de réalisation représenté sur les figures, le dispositif de liaison 47 est un bilame 48, c’est-à-dire comporte deux lames 49, 50 soudées l’une à l’autre et constituées de matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents. Le bilame 48 est courbé avec un rayon de courbure orientée dans un plan orthogonal à la direction d’épaisseur de la paroi. La lame qui est réalisée dans le matériau ayant le coefficient de dilatation thermique le plus élevé est désignée, par convention, lame de connexion et référencée 49 sur les figures. La lame qui est réalisée dans le matériau ayant le coefficient de dilatation thermique le plus faible est désignée, par convention, lame de compensation et référencée 50 sur les figures. La lame de compensation 50 est fixée contre la face concave de la lame de connexion 49. En d’autres termes, le rayon de courbure de la lame de connexion 49 est légèrement supérieur à celui de la lame de compensation 50.
Comme représenté sur la , les coefficients de dilatation thermique de la lame de connexion 49 et de la lame de compensation 50 étant différents, le bilame 48 se déforme avec les variations de température. Ainsi, la portion haute de la représente la forme du bilame 48 à température normale (20°C), c’est-à-dire avant que la cuve ne soit mise en froid, tandis que la portion basse représente la forme du bilame 48 lorsque la cuve a été chargée avec du gaz liquéfié. Les caractéristiques du bilame 48 sont telles que la forme du bilame 48 se redresse lorsque sa température diminue, afin de compenser la rétraction du bilame 48, et au contraire s’incurve lorsque sa température augmente, afin de compenser la dilatation du bilame 48.
De manière avantageuse, les caractéristiques du bilame 48 sont choisies de sorte que, considéré isolément des autres éléments de la barrière thermiquement isolante primaire 14, dans un état libre de se déformer, c’est-à-dire considéré isolément, avant que ses extrémités ne soient fixées aux éléments porteurs 30, la distance rectiligne d entre ses deux extrémités varie de moins de 5 % lors d’une variation de température Δt entre la température ambiante et la température à laquelle il est soumis lorsque la cuve est chargée avec du gaz liquéfié.
Pour ce faire, l’homme du métier sur la base de ses connaissances générale est en mesure de déterminer les matériaux ainsi que les épaisseurs e1, e2 de la lame de connexion 49 et de la lame de compensation 50 ainsi que le rayon de courbure du bilame 48 en fonction de la variation de température Δt afin que la variation de la distance rectiligne d soit maintenue inférieure à 5 %.
Selon un exemple de réalisation, le bilame 48 présente les caractéristiques suivantes :
- la lame de connexion 49 présente une épaisseur e1 de 2 mm et est réalisée dans un inox 316 qui présente un coefficient de dilatation thermique d’environ 17 x 10-6° K-1 à 20 °C ;
- la lame de compensation 50 présente une épaisseur de 0,8 mm et est réalisée dans un acier haut manganèse qui présente un coefficient de dilatation thermique d’environ 17 x 10-6° K-1 à 20 °C ;
- le rayon de courbure de la fibre neutre du bilame 48 est à 20°C de 600 m ; et
- la distance rectiligne d entre les deux extrémités est de 280 mm.
Bien évidemment, un tel bilame 48 ne constitue qu’un exemple de réalisation et l’homme du métier pourra envisager tout autre bilame présentant des caractéristiques différentes.
Dans le mode de réalisation représenté, chaque extrémité du bilame 48 est fixée par soudage sur une languette de fixation 51 faisant saillie, depuis l’embase interne 37, radialement par rapport à l’axe de l’élément porteur 30. De manière alternative, les extrémités des bilames 48 peuvent également être fixées par boulonnage sur les languettes de fixation 51.
Dans un autre mode de réalisation non représenté, chaque extrémité du bilame 48 est montée articulée sur l’un des éléments porteurs 30, par exemple sur une languette de fixation 51 telle que décrite ci-dessus, au moyen d’une liaison pivot présentant un degré de liberté en rotation autour d’un axe parallèle à la direction d’épaisseur de la paroi. Ceci évite de générer des contraintes dans les zones de fixation des extrémités du bilame 48 aux éléments porteurs 30 compte-tenu de la rotation desdites extrémités quand la forme du bilame 48 se redresse ou s’incurve en raison d’une variation de température.
Dans la configuration partiellement illustrée sur la , chaque élément porteur 30 est lié par un dispositif de liaison 47, tel que décrit ci-dessus, aux quatre éléments porteurs 30 adjacents : deux des quatre éléments porteurs 30 étant alignés selon une première direction avec ledit élément porteur 30 et les deux autres éléments porteurs 30 étant alignés selon une deuxième direction perpendiculaire à la première.
On observe également que la concavité des quatre bilames 48 qui sont fixés au même élément porteur 30 présentent la même orientation, autour de l’axe central de l’élément porteur 30. En d’autres termes, les bilames 48 sont symétriques deux à deux par rapport à l’axe central de l’élément porteur 30. Ainsi, les languettes de fixation 51 peuvent être équitablement réparties autour de l’axe de l’élément porteur 30.
La illustre des dispositifs de liaison 47 selon un second mode de réalisation. Ces dispositifs de liaison 47 différent de ceux décrits ci-dessus en relation avec la en ce que leur rayon de courbure est plus faible, ce qui signifie que les coefficients de dilatation thermiques des matériaux constituant la lame de connexion et la lame de compensation sont plus faibles que ceux des bilames 48 illustrés sur la .
La illustre des dispositifs de liaison 47 selon un troisième mode de réalisation. Ce mode de réalisation ne diffère de ceux décrits en relation avec les figures 5 et 7 qu’en ce que chaque élément porteur 30 n’est lié par un dispositif de liaison 47 du type précité qu’à deux éléments porteurs 30, les dispositifs de liaison 47 n’assurant la liaison qu’entre les éléments porteurs 30 adjacents selon l’une des deux directions d’alignement des d’éléments porteurs 30. Ceci permet notamment de limiter le coût et la complexité de la cuve, en limitant le nombre de dispositifs de liaison 47.
La illustre des dispositifs de liaison 47 selon un quatrième mode de réalisation. Ce mode de réalisation diffère de ceux décrits précédemment en ce que le rayon de courbure des bilames 48 n’est pas constant. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté, les extrémités 52 des bilames 48 présentent un rayon de courbure supérieur à celui de leur partie centrale 53. Selon une variante de réalisation, le rayon de courbure des extrémités 52 des bilames 48 est infini. En d’autres termes, les extrémités 52 des bilames 48 sont rectilignes. Ceci permet de limiter, voire de supprimer l’effet de rotation desdites extrémités 52 sous l’effet d’une variation de la température ; ce qui permet de limiter ou supprimer les contraintes dans les zones de fixation des extrémités 52 des bilames 48. Ceci permet également de simplifier le positionnement des languettes de fixation 51 puisqu’elles peuvent ainsi être alignées avec les directions d’alignement des éléments porteurs 30.
La illustre des dispositifs de liaison 47 selon un cinquième mode de réalisation. Comme dans le mode de réalisation précédent, décrit en relation avec la , les extrémités 52 des bilames 48 présentent un rayon de courbure supérieur à celui de leur partie centrale 53. Toutefois, ce mode de réalisation diffère en outre en ce que chaque dispositif de liaison 47 comporte deux bilames 48 identiques et disposés symétriquement l’un à l’autre par rapport à un plan passant par l’axe central des deux éléments porteurs 30 que ledit dispositif de liaison 47 relie. Ce mode de réalisation est notamment avantageux en ce que compte-tenu de la symétrie précitée, les couples de torsion qui sont susceptibles d’être générés sur les éléments porteurs 30 autour de leur axe lors de la déformation des bilames 48 se compensent.
Les figures 11 et 12 illustrent un dispositif de liaison 47 selon un sixième mode de réalisation. Le dispositif de liaison 47 présente ici une forme générale rectiligne. Il comporte deux tronçons de connexion 54, 55, rectilignes, qui sont liés l’un à l’autre par un compensateur de contraction 56, également rectiligne. Dans ce mode de réalisation, les deux tronçons de connexion 54, 55 sont formés par des lames métalliques planes. Le compensateur de contraction 56 est également formé par une lame métallique plane. Le compensateur de contraction 56 est pris en sandwich entre les deux tronçons de connexion 54, 55. Le compensateur de contraction 56 est soudé aux deux tronçons de connexion 54, 55 au moins dans les deux zones de fixation 57, 58, illustrées sur la , et correspondant aux deux extrémités du compensateur de contraction 56. Ainsi, la zone de fixation 57 du tronçon de connexion 54 au compensateur de contraction 56 est positionnée le long du dispositif de liaison 47 entre la zone de fixation 58 de l’autre tronçon de connexion 55 au compensateur de contraction 56 et l’extrémité du tronçon de connexion 55 destinée à être fixée à l’un des éléments porteurs 30. De manière avantageuse, les zones de fixation 57, 58 sont positionnées à proximité des extrémités du compensateur de contraction 58.
Compte-tenu de la position des zones de fixation 57, 58 précitées, lorsque la température diminue, la contraction du compensateur de traction 56 a pour effet de générer sur les deux tronçons de connexion 54, 55 des efforts de traction qui s’opposent à la contraction desdits tronçons de connexion 54, 55, ce qui permet de compenser au moins partiellement les contraintes thermiques tendant à rapprocher les extrémités du dispositif de liaison 47.
Aussi, selon un mode de réalisation avantageux, le compensateur de contraction 56 présente un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui des tronçons de connexion.
De manière avantageuse, les caractéristiques du compensateur de traction 56 et des tronçons de connexion 54, 55 sont choisies de sorte que, en considérant le dispositif de liaison 47 isolément des autres éléments de la barrière thermiquement isolante primaire 14, dans un état libre de se déformer, c’est-à-dire avant que ses extrémités ne soient fixées aux éléments porteurs 30, la distance rectiligne d entre les deux extrémités du dispositif de liaison 47 ne varie pas ou varie de moins de 5 % et de préférence de moins de 0,5%, par exemple de l’ordre de 0,1 à 0,2% lors d’une variation de température Δt entre la température ambiante et la température à laquelle il est soumis lorsque la cuve est chargée avec du gaz liquéfié.
Pour ce faire, les longueurs L1, L2 et L3 satisfont à l’inéquation suivante :
L1 * α1+ L2 * α2– L3 * α3< 0.05 * (L1+L2 – 2*L3) avec :
L1 : la distance, mesurée à 20°C, entre l’extrémité 59 du premier tronçon de connexion 54 et sa zone de fixation 57 au compensateur de contraction 56 (en mètre) ;
α1:le coefficient de dilatation thermique à 20° du matériau dans lequel est réalisé le premier tronçon de connexion 54 ;
L2 : la distance, mesurée à 20°C, entre l’extrémité 60 du second tronçon de connexion 55 et sa zone de fixation 58 au compensateur de contraction 56 (en mètre) ;
α2:le coefficient de dilatation thermique à 20° du matériau dans lequel est réalisé le second tronçon de connexion 55 ;
L3 : la distance, mesurée à 20°C, entre les zones de fixation 57, 58 du compensateur de contraction 56 aux premier et second tronçons de connexion 54 (en mètre) ;
α3:le coefficient de dilatation thermique à 20° du matériau dans lequel est réalisé le compensateur de contraction 56.
La illustre un dispositif de liaison 47 selon un septième mode de réalisation. Ce septième mode de réalisation reprend le principe général du sixième mode de réalisation, illustré sur les figures 11 et 12 mais en diffère en ce que les tronçons de connexion 55, 56 et le compensateur de contraction 57 ne sont pas des lames métalliques planes mais présentent une forme tubulaire (qui n’est représentée que partiellement, en coupe sur la , afin de faciliter la compréhension).
L’un des tronçons de connexion 55 comporte une extrémité qui est insérée dans l’autre des tronçons de connexion 54 et le compensateur de contraction 56 est un manchon qui est positionnée radialement entre les deux tronçons de connexion 54, 55.
Comme dans le mode de réalisation de la , la distance rectiligne d entre les deux extrémités du dispositif de liaison 47 ne varie pas ou varie, de préférence, de moins de 0.5%, par exemple de l’ordre de 0.1 à 0.2%
Dans un autre mode de réalisation représenté sur la , le dispositif de liaison 47 est réalisé dans un matériau qui présente un coefficient de dilatation thermique très faible, c’est-à-dire typiquement inférieur à 3 x 10-6° K-1. Un tel matériau comporte une résine polymère, par exemple en polyamide, ainsi que des fibres de carbone et avantageusement des fibres de carbone ayant un module de Young supérieur à 530 GPa qui sont par exemple agencées sous forme de laminé ou de tissu. De tels fibres de carbone présentent en effet la particularité d’avoir un coefficient de dilatation thermique négatif. Ainsi, en adaptant la proportions de fibres de carbone en fonction du coefficient de dilatation thermique de la résine, on obtient un matériau composite ayant un coefficient de dilatation thermique très faible. Dans un tel cas, les dispositifs de liaison peuvent notamment comporter une lame réalisée dans le matériau précité et dont les deux extrémités sont chacune fixées à l’un des deux éléments porteurs 30 adjacents.
En référence à la , une vue écorchée d’un navire 70, tel qu’un hydrogénier, montre une cuve étanche et thermiquement isolante 71 de forme générale prismatique montée dans la double coque 72 du navire. La paroi de la cuve 71 comporte une membrane d’étanchéité primaire destinée à être en contact avec le gaz liquéfié, préférentiellement de l’hydrogène liquide, contenu dans la cuve, une membrane d’étanchéité secondaire agencée entre la membrane d’étanchéité primaire et la double coque 72 du navire, et deux barrières thermiquement isolantes agencées respectivement entre la membrane d’étanchéité primaire et la membrane d’étanchéité secondaire et entre la membrane d’étanchéité secondaire et la double coque 72.
De manière connue en soi, des canalisations de chargement/déchargement 73 disposées sur le pont supérieur du navire peuvent être raccordées, au moyen de connecteurs appropriées, à un terminal maritime ou portuaire pour transférer une cargaison de gaz liquéfié depuis ou vers la cuve 71.
La représente également 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 navires. 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 navire70 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 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 peut soit mettre en œuvre 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 soit autoriser une montée en pression dans l’espace intérieur de la cuve sous l’effet de l’évaporation du gaz liquéfié stocké dans la cuve.
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 étapes que ceux énoncés dans une revendication.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.
Il apparaîtra plus généralement à l'Homme du métier que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'Homme du métier se basant sur ses connaissances générales.

Claims (20)

  1. Paroi (11) pour une cuve étanche et thermiquement isolante de stockage d’un gaz liquéfié, la paroi (11) comportant successivement, selon une direction d’épaisseur de la paroi (11), une barrière thermiquement isolante (14) destinée à être ancrée à une structure porteuse (1) et une membrane d’étanchéité (15) qui repose contre la barrière thermiquement isolante (14) et est destinée à être en contact avec le gaz liquéfié stocké dans la cuve étanche et thermiquement isolante, la barrière thermiquement isolante (14) comportant :
    - un premier élément de support (61) et un deuxième élément de support (62), la membrane d’étanchéité (15) comportant une première zone (63) reposant sur le premier élément de support (61) et une deuxième zone (64) reposant sur le deuxième élément de support (62),
    - un dispositif de liaison (47), positionné entre la membrane d’étanchéité (15) et la structure porteuse (1), et liant le premier élément de support (61) au deuxième élément de support (62) de manière qu’un effort exercé sur la première zone (63) soit transmis du premier élément de support (61) vers le deuxième élément de support (62) au travers du dispositif de liaison (47); le dispositif de liaison (47) présentant une première extrémité liée au premier élément de support (61) et une deuxième extrémité liée au deuxième élément de support, ledit dispositif de liaison (47) étant configuré de sorte que, considéré isolément du premier élément de support (61) et du deuxième élément de support (62) dans un état libre de se contracter, une distance rectiligne d entre la première extrémité et la deuxième extrémité varie de moins de 5 % lors d’une variation de température Δt entre une température de 20 °C et une température à laquelle ledit dispositif de liaison (47) est destiné à être soumis lorsque la cuve est chargée avec du gaz liquéfié.
  2. Paroi (11) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de liaison comprend :
    - une connexion mécanique (49, 54, 55) comprenant la première extrémité liée au premier élément de support (61) et la deuxième extrémité liée au deuxième élément de support (62) ; et
    - un compensateur de contraction (50, 56) qui coopère avec la connexion mécanique (49, 54, 55) d’une manière telle qu’une contraction thermique dudit compensateur de contraction (50, 56) a pour effet de compenser au moins partiellement des contraintes tendant à rapprocher la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique (49, 54, 55) lors d’une contraction thermique de ladite connexion mécanique (49, 54, 55).
  3. Paroi (11) selon la revendication 2, dans laquelle la connexion mécanique comporte une lame de connexion (49) qui est courbée et qui présente une face concave et dans laquelle le compensateur de contraction comporte une lame de compensation (50) qui est fixée contre la face concave de la lame de connexion (49) de manière à former avec la lame de connexion (49) un bilame (48), la lame de compensation (50) présentant un coefficient de dilatation thermique qui est plus faible qu’un coefficient de dilatation thermique de la lame de connexion (49).
  4. Paroi (11) selon la revendication 3, dans laquelle le bilame (48) présente un rayon de courbure dans un plan orthogonal à la direction d’épaisseur de la paroi.
  5. Paroi (11) selon la revendication 4, dans laquelle la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique sont respectivement montées articulées sur le premier élément de support (61) et le deuxième élément de support (62) au moyen d’une liaison pivot présentant un degré de liberté en rotation autour d’un axe parallèle à la direction d’épaisseur de la paroi.
  6. Paroi (11) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique sont respectivement fixées sur une languette de fixation (51) faisant saillie radialement depuis le premier élément de support (61) et le deuxième élément de support (62).
  7. Paroi (11) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans laquelle le bilame (48) présente deux extrémités (52) et une partie centrale (53) et dans laquelle les extrémités (52) du bilame présentent un rayon de courbure supérieur à celui de la partie centrale (53).
  8. Paroi (11) selon la revendication 2, dans laquelle la connexion mécanique comporte successivement, de la première extrémité (59) vers la seconde extrémité (60), au moins un premier tronçon de connexion (54) et un deuxième tronçon de connexion (55) qui sont liés l’un à l’autre par le compensateur de contraction (56), le premier tronçon de connexion (54) étant fixé au compensateur de contraction (56) dans une première zone de fixation (57) et le deuxième tronçon de connexion (55) étant fixé au compensateur de contraction (56) dans une deuxième zone de fixation (58), la première zone de fixation (57) étant positionnée le long du dispositif de liaison (47) entre la deuxième zone de fixation (58) et une extrémité (60) du deuxième tronçon de connexion (55) destinée à être fixée au deuxième élément de support (62).
  9. Paroi (11) selon la revendication 8 dans laquelle :
    - le premier tronçon de connexion (54) présente une longueur L1, mesurée à 20°C, entre la première extrémité (59) et la première zone de fixation (57) et est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique α1à 20 °C,
    le deuxième tronçon de connexion (55) présente une longueur L2, mesurée à 20°C, entre la deuxième extrémité (60) et la première zone de fixation (57) et est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique α2à 20 °C,
    - le compensateur de contraction présente une longueur L3 mesurée à 20°C, entre la première zone de fixation (57) et la deuxième zone de fixation (58) et est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique α3à 20 °C ; L1, L2, L3, α1, α2et α3satisfaisant à l’inéquation suivante :
    L1 * α1+ L2 * α2– L3 * α3< 0.05 * (L1+L2 – 2*L3).
  10. Paroi (11) selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle le premier tronçon de connexion (54), le deuxième tronçon de connexion (55) et le compensateur de contraction (56) présentent chacun une forme de lame plane.
  11. Paroi (11) selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle le premier tronçon de connexion (54), le deuxième tronçon de connexion (55) et le compensateur de contraction (56) présentent chacun une forme tubulaire.
  12. Paroi selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de liaison est réalisé dans un matériau composite comportant une résine et des fibres de carbone et présentant un coefficient de dilatation thermique inférieure à 3 x 10-6° K-1.
  13. Paroi (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle le premier élément de support (61) et le deuxième élément de support (62) comportent chacun un élément porteur (30) qui s’étend selon la direction d’épaisseur de la paroi (11) et un plateau interne (42) qui est fixé audit élément porteur (30) et contre lequel repose la première zone (62) ou la deuxième zone (63) de la membrane d’étanchéité (15).
  14. Paroi (11) selon la revendication 13, dans laquelle l’élément porteur (30) comporte une embase externe (36), une embase interne (37) fixée au plateau interne (42) et un pilier (38) s’étendant entre l’embase externe (36) et l’embase interne (37).
  15. Paroi (11) selon la revendication 14, dans laquelle la première extrémité et la deuxième extrémité de la connexion mécanique (49, 54, 55) sont respectivement liées à l’embase interne (37) du premier élément de support (61) et du deuxième élément de support (62).
  16. Paroi (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans laquelle la barrière thermiquement isolante (14) comporte un troisième élément de support aligné avec le premier élément de support (61) et le deuxième élément de support (62) selon une première direction, une troisième zone de la membrane d’étanchéité (15) reposant sur le troisième élément de support, le troisième élément de support étant lié au deuxième élément de support (6) par un deuxième dispositif de liaison (47).
  17. Cuve étanche et thermiquement isolante comportant une pluralité de parois (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 17.
  18. Navire (70) pour le transport d’un gaz liquéfié, le navire comportant une double coque (72) et une cuve (71) selon la revendication 18 disposée dans la double coque.
  19. Système de transfert pour un gaz liquéfié, le système comportant un navire (70) selon la revendication 18 et 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 (77).
  20. Procédé de chargement ou déchargement d’un navire (70) selon la revendication 18, dans lequel on achemine un gaz liquéfié à travers des canalisations isolées (73, 79, 76, 81) depuis ou vers une installation de stockage flottante ou terrestre (77) vers ou depuis la cuve (71) du navire (70).
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