WO2015004199A1 - Procédé de régulation de chauffage électrique en cas d'ouverture de fenêtre - Google Patents

Procédé de régulation de chauffage électrique en cas d'ouverture de fenêtre Download PDF

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Jean Pierre Morard
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1919—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1096—Arrangement or mounting of control or safety devices for electric heating systems

Definitions

  • the present invention relates to a method of controlling an electric heater. More specifically, the present invention relates to the management of rapid drops in temperature, for example when opening a door or window.
  • Document EP0175125 describes a method of heating regulation which, in the case of a rapid decrease of ambient temperature, triggers a limitation phase during which the heat emission is limited to a value present before said rapid decrease. This value is then gradually increased until the set temperature is reached or until an increase in the ambient temperature, which triggers the stopping of the limiting phase.
  • a disadvantage of this method is that it does not allow to anticipate the rapid drop in temperature, since the limiting phase is not triggered before a rapid decrease in said temperature.
  • the invention aims to solve this problem. More specifically, the invention relates to a method of controlling an electric heater, said apparatus comprising a probe adapted to measure an ambient temperature of a room receiving the apparatus, said method comprising the following steps: the temperature ambient is measured at three successive times; then the temperature change rates are compared over a first and a second consecutive time interval; then, if the ambient temperature decreases on both intervals and if the rate of decrease is higher on the second interval, then a heat emission by the apparatus is limited to a value present before the first time.
  • the heat emission is limited as soon as the acceleration of the temperature drop is observed, ie from the beginning of this decrease if an opening on the outside air has been put in place in the room.
  • the method then comprises the following steps: the ambient temperature is measured at a fourth time; then the temperature change rates are compared on the second time interval and a third interval between the third and fourth time; then, if the ambient temperature decreases on both intervals and if the rate of decrease is higher on the third interval, then the heat emission is still limited to a minimum value lower than the value present before the first time. Said minimum value may be zero, i.e. the heating is off.
  • the ambient temperature does not increase on the third interval and if the rate of decrease on the third interval is not greater than the rate of decrease on the second interval, it is possible, according to an embodiment of the invention. invention, to maintain the heat emission at the present value before the first time. The heat emission can then be limited to the minimum value after a further measurement of the ambient temperature, if the latter continues to fall.
  • the ambient temperature can only go up if the opening period has been short and if the walls of the room have accumulated enough of heat to warm the air.
  • a preferred form of the invention provides that if the minimum value of heat emission is zero, and if the ambient temperature does not increase over a first duration greater than an interval between the first and fourth times, the heat emission value is increased.
  • Said first duration is preferably chosen much higher than the intervals between the first and fourth times.
  • the invention further relates to an electric heating apparatus, comprising a probe adapted to measure an ambient temperature of a room receiving the apparatus, said apparatus being provided with means for implementing a method as described herein. -above.
  • the single figure shows a schematic view of an electric heater according to one embodiment of the invention.
  • the apparatus 10 comprises a means 1 1 for heating, comprising for example a heating electric resistance.
  • the apparatus 10 further comprises a regulating device 12, to which is connected a probe 13 which measures the ambient temperature Ta of a room 18 in which the apparatus 10 is located.
  • the device 12 comprises in particular a microprocessor 14, a program memory 15, a memory 16 of data, these elements being connected by at least one bus 17.
  • the probe 13 measures the ambient temperature Ta of the local 18, at regular intervals, for example of a duration of the order of half a minute or minute.
  • the heating means 11 1 delivers a certain amount C of heat, which varies over time according to the heating requirements of the room.
  • This operating mode corresponds to a default programming of the device 10.
  • the program memory 15 also contains a program 19 which makes it possible to regulate the operation of the apparatus 10 in the event of communication of the interior of the room 18 with the outside air, for example when opening a room. window 20.
  • the probe 13 measures the ambient temperature T a o at a first time to, corresponding to the moment of the opening of the window 20.
  • the probe again measures the ambient temperature (Tai, Ta2) at a second time ti and a third time .2 successive.
  • the decrease in the ambient temperature generally triggers an increase in the amount of heat emitted by the heating means, in order to raise the temperature towards the set point.
  • the detection of the contact with the outside air triggers a limitation of the quantity C of heat emitted by the apparatus 1 1 to a value Co, corresponding to the amount of heat emitted before the first time to.
  • the program 19 prevents the opening of a window 20 from triggering an increase in the energy consumption of the apparatus 10.
  • the limitation intervening at the detection of an acceleration of the temperature drop, said limitation takes place very quickly after opening the window.
  • the value Co corresponds to a significant amount of heat, resulting in a significant waste of energy if this Co value is maintained throughout the opening time of the window 20.
  • the program 19 provides that the probe 13 measures the ambient temperature Ta3 at a fourth time .3, after the time .2.
  • the heat emission is still limited to a minimum value Cmin, stored in the data memory.
  • Cmin is less than the value Co.
  • Cmin may be zero or correspond to an "out-free" mode of the apparatus 10.
  • the program 19 can then provide to move to the Cmin value after a further measurement of the ambient temperature, if the latter continues to fall. More precisely, the ambient temperature Ta4 is measured at a fifth time t 4 . If Ta4 is less than Ta3 then the heat emission is limited to the Cmin value.
  • the window 20 is closed again.
  • the heat emission of the apparatus 10 is limited to the value Cmin. If the probe 13 detects a rise in the ambient temperature of the room 18, the device 12 considers that the window 20 is closed and then returns to its default program, which aims to maintain the set temperature Te in the room. The heating means 1 1 then increases its heat emission.
  • the temperature of the room 18 can increase only if the walls 21 of said room are able to release accumulated heat, so as to heat the indoor air of said room.
  • the window 20 has been open for a long time, the walls 21 have cooled down and the ambient temperature of the room 18 will not rise after closing the window. This closure will not be detected and heat remission of the device 10 will not be restarted.
  • the program 19 preferably provides for a rise phase of the heat emission, after a time ⁇ much greater than the time intervals between two measurements of the ambient temperature.
  • the value C of heat emission is then increased. It is for example reduced to the value Co present before the drop in ambient temperature.
  • the emission of heat at the value Co is maintained over a duration ⁇ 2, recorded in the data memory and in particular calculated according to the parameters of the local 18 and the apparatus 10.
  • This duration ⁇ 2 must allow the ambient temperature to rise if the window 20 has actually been closed.
  • the probe 13 measures the ambient temperature at the end of ⁇ .2. If the ambient temperature has increased, the default program is reactivated, so as to bring T a to the set temperature T c .
  • the device 12 If the ambient temperature has not increased after ⁇ 2, the device 12 considers that the interior of the room 18 is still in contact with the outside air.
  • the heat emission value C is again limited to the value Cmin.
  • the temperature rise phase can be periodically reactivated, for example at regular ⁇ intervals, as long as the ambient temperature does not increase.
  • a second form of the invention aims to minimize the energy waste associated with the temperature rise phase.
  • the device 12 measures the duration ⁇ between the passage of the value C to the value Co and the detection of a possible rise in temperature by the probe 13. In fact, if the room 18 is always in contact with the outside air, the duration ⁇ will be greater than if the window 20 is closed.
  • the device 12 considers that the window 20 is still open.
  • the heat emission value C is again limited to the value Cmin.
  • the duration ⁇ .2 may be chosen shorter than in the first form.
  • the temperature rise phase can be periodically reactivated, for example at regular ⁇ intervals, as long as the ambient temperature does not increase.

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Abstract

Procédé de régulation d'un appareil (10) de chauffage électrique, comprenant les étapes suivantes : • une température ambiante (Ta) d'un local (18) recevant l'appareil est mesurée à quatre temps (to, t1, t2, t1, t 3) successifs; • les vitesses (vi, v 2 ) de changement de température sont comparées sur un premier intervalle (to-ti) entre le premier et le deuxième temps, et un deuxième intervalle (ti-t 2) entre le deuxième et le troisième temps; • si la température ambiante diminue sur les deux intervalles et si la vitesse de diminution est supérieure sur le deuxième intervalle, alors une émission (C) de chaleur par l'appareil est limitée à une valeur (Co) présente avant le premier temps to; • les vitesses (v 2, vs) de changement de température sont comparées sur le deuxième intervalle (ti-t 2) de temps et un troisième intervalle (t 2-t 3) entre le troisième et le quatrième temps, • si la température ambiante diminue sur les deux intervalles et si la vitesse de diminution est supérieure sur le troisième intervalle, alors l'émission de chaleur est encore limitée à une valeur minimale (C min) inférieure à la valeur (Co) présente avant le premier temps to. Ce procédé permet de diminuer le gaspillage d'énergie par l'appareil de chauffage en cas d'ouverture d'une fenêtre dans le local.

Description

PROCÉDÉ DE RÉGULATION DE CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE EN CAS D'OUVERTURE DE FENÊTRE
La présente invention se rapporte à un procédé de régulation d'un appareil de chauffage électrique. Plus précisément, la présente invention concerne la gestion des chutes rapides de températures, par exemple en cas d'ouverture d'une porte ou d'une fenêtre.
Le document EP0175125 décrit une méthode de régulation de chauffage qui, dans le cas d'une diminution rapide de température ambiante, déclenche une phase de limitation durant laquelle l'émission de chaleur est limitée à une valeur présente avant ladite diminution rapide. Cette valeur est ensuite progressivement augmentée jusqu'à retrouver la température de consigne ou jusqu'à une augmentation de la température ambiante, qui déclenche l'arrêt de la phase de limitation.
Un inconvénient de cette méthode est qu'elle ne permet pas d'anticiper la chute rapide de température, puisque la phase de limitation n'est pas déclenchée avant une diminution rapide de ladite température.
La présente invention a pour objet de résoudre ce problème. Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé de régulation d'un appareil de chauffage électrique, ledit appareil comprenant une sonde apte à mesurer une température ambiante d'un local recevant l'appareil, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : la température ambiante est mesurée à trois temps successifs ; puis les vitesses de changement de température sont comparées sur un premier intervalle et un second intervalle de temps consécutifs ; puis, si la température ambiante diminue sur les deux intervalles et si la vitesse de diminution est supérieure sur le second intervalle, alors une émission de chaleur par l'appareil est limitée à une valeur présente avant le premier temps.
Ainsi, l'émission de chaleur est limitée dès l'observation d'une accélération de la baisse de température, soit dès le début de cette baisse si une ouverture sur l'air extérieur a été mise en place dans le local.
Un autre inconvénient de la méthode décrite dans le document EP0175125 est que, quel que soit le temps d'aération du local, l'appareil de chauffage continue à émettre de l'énergie et augmente même progressivement la quantité d'énergie émise. Si la fenêtre n'est pas refermée, il s'ensuit un gaspillage important d'énergie.
Selon une forme préférentielle de la présente invention, permettant de résoudre ce problème, le procédé comprend ensuite les étapes suivantes : la température ambiante est mesurée à un quatrième temps ; puis les vitesses de changement de température sont comparées sur le deuxième intervalle de temps et un troisième intervalle entre le troisième et le quatrième temps ; puis, si la température ambiante diminue sur les deux intervalles et si la vitesse de diminution est supérieure sur le troisième intervalle, alors l'émission de chaleur est encore limitée à une valeur minimale inférieure à la valeur présente avant le premier temps. Ladite valeur minimale peut être nulle, c'est-à-dire que le chauffage est coupé.
Alternativement, si la température ambiante n'augmente pas sur le troisième intervalle et si la vitesse de diminution sur le troisième intervalle n'est pas supérieure à la vitesse de diminution sur le deuxième intervalle, il est possible, selon un mode de réalisation de l'invention, de maintenir l'émission de chaleur à la valeur présente avant le premier temps. L'émission de chaleur peut ensuite être limitée à la valeur minimale après une mesure supplémentaire de la température ambiante, si cette dernière continue de baisser.
Dans le cas où la valeur minimale est nulle, à la fin de la période d'ouverture de porte ou de fenêtre, la température ambiante ne pourra remonter que si la période d'ouverture a été courte et si les parois du local ont accumulé assez de chaleur pour réchauffer l'air.
Afin de permettre la remise en route du chauffage, une forme préférentielle de l'invention prévoit que si la valeur minimale d'émission de chaleur est nulle, et si la température ambiante n'augmente pas sur une première durée supérieure à un intervalle entre le premier et le quatrième temps, la valeur d'émission de chaleur est augmentée. Ladite première durée est préférentiellement choisie nettement supérieure aux intervalles entre les premiers à quatrième temps.
Si la température ambiante n'augmente toujours pas après une seconde durée, la valeur d'émission de chaleur retourne à la valeur minimale. Cette étape peut être répétée jusqu'à l'augmentation de la température ambiante. L'invention se rapporte en outre à un appareil de chauffage électrique, comprenant une sonde apte à mesurer une température ambiante d'un local recevant l'appareil, ledit appareil étant muni de moyens de mise en œuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen de la figure qui l'accompagne. Celle-ci est donnée à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
La figure unique représente une vue schématique d'un appareil de chauffage électrique selon un mode de réalisation de l'invention. L'appareil 10 comporte un moyen 1 1 de chauffage, comprenant par exemple une résistance électrique chauffante. L'appareil 10 comporte en outre un dispositif 12 de régulation, auquel est reliée une sonde 13 qui mesure la température ambiante Ta d'un local 18 dans lequel est situé l'appareil 10.
Le dispositif 12 comporte notamment un microprocesseur 14, une mémoire 15 de programme, une mémoire 16 de données, ces éléments étant reliés par au moins un bus 17.
La sonde 13 mesure la température ambiante Ta du local 18, à intervalles réguliers, par exemple d'une durée de l'ordre d'une demi-minute ou d'une minute.
Afin de maintenir cette température ambiante à une valeur Tc de consigne figurant dans la mémoire 16 de données, le moyen 1 1 de chauffage délivre une certaine quantité C de chaleur, qui varie au cours du temps selon les besoins en chauffage du local. Ce mode de fonctionnement correspond à une programmation par défaut de l'appareil 10.
La mémoire 15 de programme contient également un programme 19 qui permet de réguler le fonctionnement de l'appareil 10 en cas de mise en communication de l'intérieur du local 18 avec l'air extérieur, par exemple lors de l'ouverture d'une fenêtre 20.
On considère que la sonde 13 mesure la température ambiante Tao à un premier temps to, correspondant au moment de l'ouverture de la fenêtre 20. La sonde mesure à nouveau la température ambiante (Tai ,Ta2) à un deuxième temps ti et un troisième temps .2 successifs.
Selon le programme 19, les vitesses (vi , V2) de changement de température sur les intervalles (to-t-i) et (ti-t2) sont calculées par le dispositif 12, avec vi = (Tai - Tao)/(ti - to) et v2 = (Ta2 - Tai)/(t2 - ti). Si Ta2<Tai <Tao et si V2 est supérieure à vi en valeur absolue, alors la baisse de température ambiante du local 18 a accéléré sur le deuxième intervalle (ti-t2) de temps par rapport au premier intervalle (to-t-i) de temps. On considère alors que le local est en contact avec l'air extérieur.
Dans les appareils de chauffage dépourvus de ce type de régulation, la baisse de la température ambiante déclenche généralement une augmentation de la quantité de chaleur émise par le moyen de chauffage, dans le but de faire remonter la température vers la valeur de consigne.
Au contraire, selon le programme 19, la détection de la mise en contact avec l'air extérieur déclenche une limitation de la quantité C de chaleur émise par l'appareil 1 1 à une valeur Co, correspondant à la quantité de chaleur émise avant le premier temps to.
Ainsi, le programme 19 évite que l'ouverture d'une fenêtre 20 ne déclenche une augmentation de la consommation énergétique de l'appareil 10. La limitation intervenant à la détection d'une accélération de la baisse de température, ladite limitation a lieu très rapidement après l'ouverture de la fenêtre.
Cependant, notamment en cas de températures très froides à l'extérieur du local 18, il est possible que la valeur Co corresponde à une quantité de chaleur importante, d'où un gaspillage conséquent d'énergie si cette valeur Co est maintenue pendant toute la durée d'ouverture de la fenêtre 20.
Ainsi, de manière préférentielle, le programme 19 prévoit que la sonde 13 mesure la température ambiante Ta3 à un quatrième temps .3, postérieur au temps .2. Une vitesse V3 de changement de température sur l'intervalle (t2- .3) est calculée, avec V3 = (Ta3 - Ta2)/(t3 - 12).
Si V3 est supérieure à V2 en valeur absolue, alors la baisse de température a encore accéléré sur le troisième intervalle (t2-t3) de temps. La fenêtre 20 est donc considérée comme toujours ouverte par le dispositif 12.
Dans ce cas, l'émission de chaleur est encore limitée à une valeur minimale Cmin, enregistrée dans la mémoire de données. De préférence, Cmin est inférieure à la valeur Co. Cmin peut être nulle ou correspondre à un mode « hors-gel » de l'appareil 10.
Alternativement, si Ta3 est inférieure ou égale à Ta2 mais si V3 n'est pas supérieure à V2 en valeur absolue, alors il est possible que la fenêtre 20 ait été refermée avant le quatrième temps .3. Dans ce cas, afin d'éviter une baisse plus importante de la température ambiante du local 18, l'émission de chaleur est maintenue à la valeur Co présente avant le premier temps to.
Le programme 19 peut alors prévoir de passer à la valeur Cmin après une mesure supplémentaire de la température ambiante, si cette dernière continue de baisser. Plus précisément, la température ambiante Ta4 est mesurée à un cinquième temps t4. Si Ta4 est inférieure à Ta3, alors l'émission de chaleur est limitée à la valeur Cmin.
On considère ensuite qu'après un temps tn, avec n>4, la fenêtre 20 est refermée. L'émission de chaleur de l'appareil 10 est limitée à la valeur Cmin. Si la sonde 13 détecte une remontée de la température ambiante du local 18, le dispositif 12 considère que la fenêtre 20 est refermée et retourne alors à son programme par défaut, qui vise à maintenir la température de consigne Te dans le local. Le moyen 1 1 de chauffage augmente alors son émission de chaleur.
Or, si Cmin est très faible ou nulle, la température du local 18 ne pourra augmenter que si les parois 21 dudit local sont à même de libérer de la chaleur accumulée, de sorte à réchauffer l'air intérieur dudit local.
Cependant, si la fenêtre 20 a été ouverte pendant une longue durée, les parois 21 ont refroidi et la température ambiante du local 18 ne remontera pas après la fermeture de la fenêtre. Cette fermeture ne sera pas détectée et rémission de chaleur de l'appareil 10 ne sera pas relancée.
Afin de remédier à ce phénomène, le programme 19 prévoit préférentiellement une phase de remontée de l'émission de chaleur, après une durée Δΐι largement supérieure aux intervalles de temps entre deux mesures de la température ambiante.
Par exemple, pour de tels intervalles de temps d'environ une minute, la phase de remontée en température est activée à to + Δΐι avec Δΐι = 1 heure.
La valeur C d'émission de chaleur est alors augmentée. Elle est par exemple ramenée à la valeur Co présente avant la baisse de la température ambiante.
Selon une première forme de l'invention, l'émission de chaleur à la valeur Co est maintenue sur une durée Δΐ2, enregistrée dans la mémoire de données et notamment calculée selon les paramètres du local 18 et de l'appareil 10. Cette durée Δΐ2 doit permettre à la température ambiante de remonter si la fenêtre 20 a effectivement été fermée. La sonde 13 mesure alors la température ambiante à l'issue de Δ.2. Si la température ambiante a augmenté, le programme par défaut est réactivé, de sorte à ramener Ta à la température Tc de consigne.
Si la température ambiante n'a pas augmenté à l'issue de Δΐ2, le dispositif 12 considère que l'intérieur du local 18 est toujours en contact avec l'air extérieur. La valeur C d'émission de chaleur est à nouveau limitée à la valeur Cmin.
Dans ce cas, la phase de remontée en température peut être périodiquement réactivée, par exemple à intervalles Δίι réguliers, tant que la température ambiante n'augmente pas.
Une seconde forme de l'invention a pour but de minimiser le gaspillage d'énergie lié à la phase de remontée en température. Selon ladite seconde forme de l'invention, le dispositif 12 mesure la durée Δί entre le passage de la valeur C à la valeur Co et la détection d'une éventuelle montée en température par la sonde 13. En effet, si le local 18 est toujours en contact avec l'air extérieur, la durée Δί sera plus importante que si la fenêtre 20 est refermée.
Ainsi, si la sonde 13 n'a pas détecté de remontée en température après une durée Δΐ2, enregistrée dans la mémoire de données, le dispositif 12 considère que la fenêtre 20 est toujours ouverte. La valeur C d'émission de chaleur est à nouveau limitée à la valeur Cmin. Selon cette seconde forme de l'invention, la durée Δ.2 peut être choisie plus courte que selon la première forme.
De même que décrit précédemment, la phase de remontée en température peut être périodiquement réactivée, par exemple à intervalles Δίι réguliers, tant que la température ambiante n'augmente pas.

Claims

REVENDICATIONS
1 .- Procédé de régulation d'un appareil (10) de chauffage électrique, ledit appareil comprenant une sonde (13) apte à mesurer une température ambiante (Ta) d'un local (18) recevant l'appareil,
ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
la température ambiante est mesurée à un premier temps (to), un deuxième temps (t-i) et un troisième temps (.2) successifs ; les vitesses (vi , V2) de changement de température sont comparées sur un premier intervalle (to-t-i) entre le premier et le deuxième temps, et un deuxième intervalle (ti -t2) entre le deuxième et le troisième temps ;
si la température ambiante diminue sur les deux intervalles et si la vitesse de diminution est supérieure sur le deuxième intervalle, alors une émission (C) de chaleur par l'appareil est limitée à une valeur (Co) présente avant le premier temps to. la température ambiante est ensuite mesurée à un quatrième temps (t3) ;
les vitesses (V2, V3) de changement de température sont comparées sur le deuxième intervalle (ti-t2) de temps et un troisième intervalle (t2-t3) entre le troisième et le quatrième temps,
si la température ambiante diminue sur les deux intervalles et si la vitesse de diminution est supérieure sur le troisième intervalle, alors l'émission de chaleur est encore limitée à une valeur minimale (Cmin) inférieure à la valeur (Co) présente avant le premier temps to.
2.- Procédé selon la revendication 1 , comprenant en outre l'étape suivante :
si la température ambiante n'augmente pas sur le troisième intervalle et si la vitesse de diminution sur le troisième intervalle n'est pas supérieure à la vitesse de diminution sur le deuxième intervalle, alors l'émission de chaleur est maintenue à la valeur (Co) présente avant le premier temps to ; la température ambiante (Ta4) est mesurée à un cinquième temps (t4) ;
Si la température ambiante est plus faible au cinquième temps qu'au quatrième temps, alors l'émission de chaleur est limitée à la valeur minimale (Cmin).
3. - Procédé selon la revendication 2, comprenant ensuite les étapes suivantes :
- si la valeur minimale (Cmin) d'émission de chaleur est nulle, et si la température ambiante n'augmente pas sur une première durée (Δί-ι) supérieure à un intervalle entre le premier et le quatrième temps, la valeur d'émission de chaleur est augmentée pendant une seconde durée (Δ.2) ;
- si la température ambiante n'augmente pas au cours de ladite seconde durée, la valeur d'émission de chaleur est ramenée à la valeur minimale.
4. - Appareil (10) de chauffage électrique, comprenant une sonde (13) apte à mesurer une température ambiante d'un local recevant l'appareil, ledit appareil étant muni de moyens (12, 19) de mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes.
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