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WO 2006/008592
PCT/I112005/001620
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Dispositif de nettoyage et remplissaae simplifié
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour une intervention de
type remplissage, nettoyage, débouchage, dans une enceinte close ou
quasi-close. Elle est particulièrement adaptée aux cavités de forme
complexe et/ou difficilement accessibles. Elle offre de multiples
applications parmi lesquelles le bâtiment, les installations de production
chimiques ou alimentaires, le médical et le dentaire.
Pour nettoyer une enceinte close, il est connu de pratiquer deux
ouvertures dans l'enceinte afin d'y faire circuler un fluide, gazeux ou
liquide, ayant éventuellement des propriétés chimiques nettoyantes, à
forte pression. Ce procédé atteint rapidement ses limites :
-pour certaines formes complexes de l'enceinte, des parois restent
inaccessibles par le fluide et non nettoyées ;
-en outre, la simple circulation nécessite un temps de nettoyage
relativement long et représente globalement une efficacité médiocre.
Pour remplir une cavité fermée ou semi-fermée remplie d'air d'une
substance liquide ou pâteuse, il est connu de brancher un conduit
d'arrivée d'eau dans une ouverture de la cavité et de prévoir une
évacuation de l'air, soit par une seconde ouverture soit par la même
ouverture. Un tel procédé est toutefois long si le volume est important. De
plus, il ne permet pas de remplir parfaitement une cavité dont la forme
serait complexe, aurait des ramifications fines et exiguës, dans laquelle
des poches d'air restent enfermées.
Une telle solution de remplissage est décrite dans le document
EP0538200 dans le domaine dentaire, pour laquelle l'enceinte close est
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l'intérieur d'une dent qu'il faut remplir avec une pâte d'obturation. Cette
solution consiste en un mécanisme d'aspiration du volume de la dent
permettant son remplissage dans le même temps par une pâte. Une telle
méthode présente les inconvénients d'un remplissage long si le volume
est important, de ne pas permettre un remplissage de tous les interstices
de la cavité et des poches d'air résiduelles restent enfermées.
Une seconde solution dans le domaine dentaire est décrite dans le
document US4021921. Cette solution consiste à introduire un liquide à
l'intérieur d'une dent à l'aide d'une pompe poussant le liquide. Cette
solution prévoit aussi l'ajout de bulles de gaz et l'utilisation
d'oscillations de
la pression combinées avec des impulsions périodiques, mises en oeuvre
par un contrôle de la pompe lui permettant d'effectuer des cycles répétés
de mises en route et d'arrêt. Cette solution présente l'avantage d'améliorer
l'effet de nettoyage et de remplissage qui serait obtenu par une simple
circulation de liquide sous pression. Toutefois, le dispositif proposé
présente l'inconvénient d'être complexe, de présenter une mécanique
volumineuse et d'être difficile à mettre en oeuvre et à contrôler du fait du
fonctionnement particulier de la pompe. De plus, la solution ne permet pas
bien d'éliminer toutes les poches d'air de la cavité et son remplissage et
nettoyage sont insuffisants.
Une troisième solution dans le domaine dentaire est décrite dans le
document EP0299919. Cette solution repose d'une part sur une pompe
qui permet de faire le vide dans la dent et sur un dispositif avec piston qui
a pour fonction d'introduire dans la dent un liquide nettoyant sous
pression. Ce dispositif fonctionne sur la base des phénomènes de
cavitation, dont la forte énergie impliquée permet de résoudre les
inconvénients des solutions précédentes. Toutefois, une telle solution
nécessite deux systèmes de pompage asservis, des conduits relativement
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longs, de nombreuses connexions, dépend de l'inertie des composants en
mouvements, l'inertie des colonnes de liquides en mouvement et subit les
différents facteurs d'amortissements liés aux différents composants tels
que les conduit dans le cadre des variations de pression. Cette solution
repose donc sur une mécanique complexe posant des problèmes de
fiabilité. De plus, l'énergie consommée est importante et cette solution
provoque une consommation importante de liquide. Enfin, elle engendre
des phénomènes de cavitation qui sont toujours accompagnés d'effets
violents souvent indésirables ne convenant pas aux utilisations
envisagées. Une variante de cette solution, qui présente les mêmes
inconvénients, est décrite dans le document EP0521119.
Une solution présentant des inconvénients similaires est décrite dans le
document EP0766535.
Une autre solution exploitant la cavitation est décrite dans le document
EP1146914. Elle consiste en la création d'une basse pression par un
dispositif qui est périodiquement mis en contact avec l'enceinte à nettoyer,
en alternance avec une mise à pression atmosphérique. Cette solution
repose sur un rotor mis en rotation par un moteur et contenant plusieurs
conduits intérieurs pour relier les différentes sources de pression à la
cavité de l'enceinte close. Ce dispositif présente de nombreux
inconvénients comme ceux mentionnés précédemment, auxquels s'ajoute
le fait de l'utilisation du rotor : en effet, ce dispositif nécessite des
connexions particulières entre les conduits, entraîne des pertes d'énergie
et des usures par frottement, des problèmes d'étanchéité et d'hygiène du
fait que le liquide traverse le rotor.
Lorsqu'un conduit est bouché, il est connu de tenter de le déboucher en le
remplissant par exemple d'eau selon la technique précédente en espérant
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que la pression suffira à l'évacuation du bouchon. Dans la pratique, ce
procédé trouve ses limites dans le cas de bouchons résistants.
Un objet général de l'invention consiste à proposer un procédé et un
dispositif qui permettent une intervention délicate de type nettoyage,
remplissage, débouchage, dans une cavité fermée difficilement
accessible.
Plus précisément, l'objet de l'invention est de proposer un procédé et un
dispositif adapté à des opérations de type remplissage, nettoyage,
débouchage, qui permettent d'obtenir un bon résultat et en un temps
réduit.
Un objet de l'invention consiste aussi à proposer un procédé et un
dispositif adaptés à des domaines différents comme le bâtiment, les
installations chimiques ou alimentaires, la cavité pouvant être un conduit
de transport de liquide ou une citerne, ou comme le médical et le dentaire,
la cavité pouvant être une artère ou une dent.
Un objet de l'invention consiste à proposer un procédé et un dispositif
simples, peu volumineux et peu coûteux.
Le concept de l'invention consiste à soumettre l'enceinte, au sein de
laquelle l'intervention est nécessaire, à des cycles de brutales détentes de
pression, entraînant un mouvement particulier de fluide, gazeux, liquide,
voire pâteux, au sein de l'enceinte, ce qui a pour effet un nettoyage,
remplissage, débouchage, de l'enceinte.
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Plus précisément, selon un aspect, l'invention vise un dispositif
d'intervention
délicate dans une enceinte close, ce dispositif comprenant un conduit
principal ayant
une extrémité proximale et une extrémité distale destinée à pénétrer au sein
de
l'enceinte close, le conduit principal étant aussi relié (i) à un moyen de
diminution de
5 pression dont la fonction est de provoquer une baisse de pression au sein de
l'enceinte close, (ii) à un conduit de sortie pour évacuer la matière aspirée,
et (iii) à
un conduit de pression en communication avec un dispositif de détente et une
ouverture pour permettre la mise en contact du conduit de pression avec de
l'air
extérieur à pression atmosphérique quand la pression au sein de l'enceinte
close
atteint une valeur sous un certain seuil et provoquer une détente brutale de
pression
au sein de l'enceinte close.
Le conduit principal peut être relié à son extrémité proximale à un conduit de
baisse
de pression comprenant une extrémité en communication avec un conduit de
circulation d'air afin de provoquer une baisse de pression dans l'enceinte
close par
effet venturi.
Le conduit de sortie peut comprendre une extrémité en communication avec un
conduit d'évacuation des déchets.
Le dispositif peut aussi comprendre une bille poussée vers l'ouverture par un
ressort
afin de mettre ou ne pas mettre en contact avec l'air extérieur l'extrémité
proximale
du conduit principal par l'ouverture.
Le dispositif peut aussi comprendre un conduit d'alimentation ayant une
extrémité
proximale et une extrémité distale, l'extrémité distale étant en communication
avec
un conduit relié à un réservoir de fluide et l'extrémité distale étant
destinée à
pénétrer au sein de l'enceinte close.
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Le dispositif peut aussi comprendre un embout en silicone ou élastomère
traversé
par l'extrémité distale du conduit principal ou du conduit d'alimentation,
l'embout
étant adapté à son positionnement dans une ouverture de l'enceinte close.
L'extrémité distale du conduit principal ou du conduit d'alimentation peut
dépasser
d'une longueur plus importante de l'embout de manière à pénétrer plus
profondément au sein de l'enceinte close.
Le dispositif peut être un dispositif pour les soins dentaires. En variante,
il peut être
utilisé pour nettoyer des objets comme une lentille de contact.
Selon un autre aspect, l'invention vise un procédé d'intervention délicate
dans une
enceinte close, à l'exception des enceintes closes étant des parties du corps
humain, et donc à l'exception des méthodes chirurgicales appliquées au corps
humain, comprenant la répétition des deux étapes suivantes : baisse de
pression à
une extrémité proximale d'un conduit principal relié à l'enceinte close par
son
extrémité distale afin de provoquer une baisse de pression au sein de
l'enceinte
close; et au-dessous d'une valeur de seuil de pression au sein de l'enceinte
close,
mise en contact du conduit principal par l'intermédiaire d'un conduit de
pression et
d'une ouverture avec l'air extérieur à pression atmosphérique afin de
provoquer une
détente brutale de pression au sein de l'enceinte close.
Le procédé d'intervention délicate peut aussi comprendre une circulation d'air
au
sein d'un conduit de baisse de pression afin d'entraîner une baisse de
pression au
niveau du conduit principal par effet venturi.
Le procédé d'intervention délicate peut aussi comprendre une étape
d'alimentation
en fluide de l'enceinte close par un conduit d'alimentation.
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Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la
présente invention seront exposés en détail dans la description suivante
de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatifs en relation
avec
les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 représente une vue schématique illustrant le concept de
l'invention ;
la figure 2 représente une vue schématique d'une variante d'un dispositif
selon le concept de l'invention ;
la figure 3 représente une variante du schéma de la figure I;
la figure 4 représente une vue en perspective d'un dispositif selon
l'invention dans une application dentaire ;
la figure 5 représente une vue de détails du dispositif de la figure 4;
la figure 6 représente la courbe de la pression en fonction du temps
obtenue avec le dispositif de la figure 4.
Les figures 1 à 3 représentent des dispositifs schématiques illustrant le
concept de l'invention.
La figure 1 illustre une cavité fermée 1 sur laquelle il est nécessaire
d'intervenir, pour une opération de nettoyage. Le dispositif selon
l'invention comprend un moyen de diminution de la pression 2 relié à la
cavité par une première ouverture, ce moyen étant une pompe dans ce
mode d'implémentation, un moyen de libération brutale de la pression 3
relié à l'enceinte 1 par une deuxième ouverture, ce moyen étant un
dispositif de détente de type valve dans ce mode d'implémentation et ce
moyen étant lié à un réservoir contenant un fluide 4, de l'air à pression
atmosphérique dans ce mode d'implémentation.
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Pour des raisons de simplification, la cavité est représentée
schématiquement rectangulaire. Elle pourrait toutefois avoir toute forme
complexe, et notamment présenter des recoins difficilement accessibles.
Le procédé de nettoyage de l'invention, mis en uvre à l'aide du dispositif
précédent, comprend les étapes essentielles suivantes :
-diminution de la pression à l'intérieur de l'enceinte 1 à l'aide de la
pompe d'aspiration 2 qui aspire l'air présent dans l'enceinte ;
-en-dessous d'une certaine pression de seuil, détente brutale
provoquée par la valve 3, ce qui consiste en l'entrée brutale de l'air 4 à
l'intérieur de l'enceinte et provoque la hausse brutale de la pression
intérieure à l'enceinte.
Les étapes précédentes sont répétées de manière cyclique.
Le moyen de diminution de la pression 2 peut être de type mécanique,
telle une pompe, de type hydraulique, telle une turbine, de type
électromécanique, telle une pompe à vibration dont le cycle de
fonctionnement est suffisamment élevé pour être considéré comme
continu. Il fonctionne de manière continue ou quasi-continue de sorte qu'il
entraîne un écoulement de type quasi-permanent d'air au sein de
l'enceinte.
Le dispositif de détente 3 a pour fonction de provoquer une augmentation
brutale de la pression, et peut consister en un dispositif simple mettant
soudainement en contact l'enceinte en basse pression avec l'extérieur à
pression constante, comme l'air à pression atmosphérique par exemple. Il
peut consister en un simple dispositif mécanique composé d'une bille, d'un
cylindre ou d'un élément de forme quelconque adapté pour obstruer une
ouverture de l'enceinte et relié à un ressort, cet élément pouvant être
déplacé de manière à libérer l'ouverture de l'enceinte lorsque la différence
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de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte atteint une valeur
suffisante pour s'opposer à la force du ressort. Ce dispositif peut aussi
reposer sur la constante d'élasticité d'un matériau qui permet d'ouvrir une
valve quand la dépression dépasse un certain seuil. Ce phénomène
entraîne une brutale modification de l'écoulement quasi-permanent. En
variante, ce dispositif peut être asservi, la valve étant commandée
mécaniquement par exemple.
La combinaison et répétition des deux effets précédents permettent de
créer une circulation d'air marquée par de violents mouvements à
l'intérieur de l'enceinte qui permet d'obtenir un meilleur nettoyage qu'avec
un simple écoulement.
Ce dispositif peut aussi être utilisé avec tout fluide 4. On note que dans le
cas d'un liquide comme de l'eau, par nature incompressible, un tel
dispositif reste efficace par le fait qu'il reste toujours au minimum quelques
bulles d'air au sein de l'enceinte, phénomène dû à la géométrie imparfaite
des parois de l'enceinte, à la présence éventuelle de produits polluants,
solide ou liquides, et à l'éventuelle imparfaite étanchéité de l'enceinte, au
niveau des ouvertures par exemple, ce qui permet au dispositif de réaliser
le cycle de pression décrit ci-dessus. Selon le concept de l'invention, les
conditions extrêmes de la cavitation ne sont pas recherchées et ne sont
pas nécessaires, contrairement à l'art antérieur. Toutefois, l'invention reste
compatible avec ces conditions extrêmes et rien n'empêcherait le dispositif
de fonctionner dans de telles conditions si certaines applications l'exigent.
La figure 2 représente une vue schématique d'une variante de réalisation.
Dans cette variante, le dispositif inclut de plus un moyen d'alimentation 5
d'un fluide 6, de l'eau dans ce mode d'implémentation, par une troisième
ouverture dans l'enceinte 1. Le moyen d'alimentation peut être un simple
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conduit relié à un réservoir d'eau à une certaine pression
avantageusement élevée et constante.
Ce dispositif permet de mettre en oeuvre les étapes suivantes :
5 -diminution de la pression de l'air à l'intérieur de l'enceinte 1 à
l'aide de la
pompe d'aspiration 2 qui aspire l'air présent dans l'enceinte ;
-en parallèle, remplissage de l'enceinte par l'eau provenant du moyen
d'alimentation 5, ce remplissage étant favorisé par la pression de l'eau à
l'entrée et par l'aspiration par le moyen 2;
10 -en-dessous d'une certaine pression de seuil, détente brutale provoquée
par la valve 3, ce qui consiste en l'entrée brutale de l'air 4 à l'intérieur
de
l'enceinte et provoque la hausse brutale de la pression intérieure à
l'enceinte.
On note que ce dispositif permet d'obtenir les effets suivants :
-la détente d'air au sein de l'enceinte crée un choc à l'intérieur de
l'enceinte, qui est transmis dans le volume de l'enceinte par l'eau du fait
de son caractère quasi-incompressible ;
-sans procédé d'amorçage particulier, l'enceinte finit par se remplir d'eau,
ce remplissage étant meilleur que dans le cas d'une simple alimentation
d'eau. En effet, ce dispositif permet d'atteindre des recoins éventuels de
l'enceinte, sous l'effet des brutales détentes ;
-il reste malgré tout toujours quelques bulles de gaz qui permettent au
mécanisme d'aspiration puis de détente de continuer de fonctionner même
quand l'enceinte est presque entièrement remplie d'eau. Ces bulles d'air
sont de très petites tailles et souvent invisibles à keil nu à pression
atmosphérique. Elles peuvent se déplacer aléatoirement avec les
mouvements de convexion brutaux générés par les détentes et elles ont
un volume qui augmente avec la baisse de la pression, cette variation de
volume pouvant aussi être une source complémentaire de mouvement de
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convexion dans le liquide. Grâce à ces phénomènes, les bulles de gaz
participent activement au nettoyage des surfaces ;
-l'effet de nettoyage au sein de l'enceinte est très efficace.
Finalement, ce dispositif permet de combiner l'action de deux fluides
complémentaires, l'air qui permet un mécanisme de baisse de pression
puis de détente brutale, et l'eau, avec un éventuel ajout de produit liquide
nettoyant, qui peut avoir un effet de nettoyage plus efficace que l'air seul
et participe de manière efficace a la transmission des ondes de choc. Bien
sûr, toute autre combinaison de fluides, liquide, gazeux voire pâteux, est
possible, de même que l'utilisation d'un liquide comprenant des particules
solides en suspension.
Ce dispositif et procédé permettent donc d'obtenir un nettoyage amélioré.
Il est possible d'exploiter les principes de l'invention dans une application
secondaire pour nettoyer un objet qui serait positionné dans l'enceinte.
En outre, ils permettent d'obtenir un bon remplissage d'eau de l'enceinte
1. Enfin, ce système est aussi parfaitement adapté au débouchage
d'enceinte, par le fait que le remplissage est amélioré et permet d'atteindre
des zones difficilement accessibles avec un écoulement simple, et par le
fait que les brutales dépressions permettent de transférer des chocs qui
ont un effet positif sur l'action de débouchage.
La figure 3 représente schématiquement une variante du dispositif de la
figure 1, qui présente l'avantage de ne nécessiter qu'une seule ouverture
dans l'enceinte 1 pour mettre en oeuvre les fonctions de diminution de la
pression et de libération brutale de la pression. En effet, dans ce cas, le
dispositif de libération de la pression 3, sous la forme d'une valve, est
relié
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à une ouverture du conduit de sortie du mécanisme de diminution de la
pression.
La figure 4 représente un dispositif 10 particulier adapté aux soins
dentaires.
Comme représenté à la figure 5, ce dispositif comprend deux conduits 11
et 12 traversant un embout en silicone 13 tronconique placé dans une
ouverture 14 d'une dent 15 de sorte de pénétrer dans la cavité 1 de la
dent. Le conduit 11 participe à la fonction de diminution de la pression
alors que le conduit 12 est un conduit d'alimentation en fluide 6. De
manière avantageuse, le conduit d'alimentation 12 est plus pénétrant afin
d'éviter les interactions potentielles entre les deux conduits (11 et 12) qui
risqueraient par exemple de provoquer l'aspiration directe du fluide 6 par
le conduit 11 dès sa sortie du conduit 12. Le bouchon 13 est un simple
bouchon en silicone enfoncé dans une ouverture 14 de la dent, qui est
notamment maintenu en place en mode opératoire par la faible pression
au sein de la cavité 1.
Le dispositif 10 comprend en outre un conduit 16 pouvant être relié à un
conduit extérieur de circulation d'air 17, tel que ceux disponibles dans les
milieux hospitaliers. Ce conduit 16 rejoint l'extrémité du conduit 11 au
niveau d'un conduit de sortie 18 de plus grand diamètre. Cette
construction permet au conduit 16 de provoquer une diminution de
pression à l'extrémité du conduit 11 par effet venturi. Cette géométrie est
dimensionnée pour permettre au dispositif un fonctionnement sur une
plage de pression. Le conduit 11 et le conduit 16 remplissent donc la
fonction de diminution de pression 2 telle qu'illustrée aux figures 1 à 3. En
variante, un autre moyen de diminution de pression pourrait être utilisé à
l'extrémité du conduit 11, comme une pompe d'aspiration.
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Les matières évacuées par le conduit 11 sont guidées par le conduit 18
qui peut être relié à un conduit 19 menant à un dispositif hygiénique de
récupération des déchets. D'autre part, un conduit 20 est relié d'une part
au conduit 11 et d'autre part à un système à bille 22 et ressort 21 dont le
fonctionnement a été décrit précédemment. Lorsque la pression atteint
une valeur suffisamment basse, le ressort 21 est Comprimé sous la
pression de l'air extérieur qui finit par pénétrer brutalement dans le conduit
20 par l'ouverture 23 puis dans la cavité 1 de la dent par le conduit 11,
entraînant une brutale hausse de la pression. La bille 22 est alors de
nouveau repousser par le ressort 21 de manière à boucher l'ouverture
vers l'extérieur. Cet ensemble composé du conduit 20, de la bille 21, du
ressort 22 et de l'ouverture 23 met en uvre la fonction de libération
brutale de la pression. Le conduit 12 est relié à son extrémité à un conduit
24 relié à un réservoir contenant le fluide 6. Cet ensemble représente le
dispositif d'alimentation 5.
Ce dispositif 10 comprend une coque 25 afin de contenir et protéger les
différents conduits. Cette coque comprend une sortie destinée à la dent et
plus précisément les deux extrémités des conduits 11 et 12. Cette coque
comprend quatre autres connexions vers l'extérieur pour permettre de
relier les conduits 16, 18, 12, 20 comme cela a été décrit ci-dessus.
Ce dispositif permet d'une part de nettoyer la cavité 1 de la dent à l'aide
d'un fluide nettoyant 6. Il permet aussi de remplir cette cavité par une pâte,
en la disposant à la place du fluide nettoyant.
Ce dispositif permet d'atteindre la courbe de pression représentée à la
figure 6 au sein de la cavité de la dent 1. Dans une première phase, la
pression baisse de manière continue puis dans une seconde phase, elle
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remonte brutalement, c'est à dire en un temps très court, à la pression
atmosphérique.
L'homme du métier adaptera le dispositif pour l'adapter aux différents
domaines d'application mentionnés plus haut.
En remarque supplémentaire, ce dispositif peut fonctionner dans d'autres
conditions particulières dans lesquelles il y a un changement d'état d'un
fluide, dans lesquelles il y a des phénomènes de cavitation. Il reste
compatible avec l'ajout de composants complémentaires comme des
capteurs de pression, des dispositifs comme un transducteur en contact
du fluide ou immergés dans la cavité afin d'ajouter des phénomènes
vibratoires et/ou thermiques complémentaires, de type ultrasonore par
exemple.
Le dispositif et procédé de l'invention présentent finalement les avantages
suivants :
-il est adapté à différents domaines d'application, s'appliquant à des petits
volumes aussi bien qu'à des installations industrielles de plusieurs mètres
cubes ;
-il permet d'atteindre des très bonnes performances de nettoyage,
remplissage, débouchage, en un temps réduit ;
-il est très simplifié, peu coûteux, peut être jeté après une utilisation, ce
qui
est très avantageux dans les domaines comme le médical et le dentaire
dont les exigences en terme d'hygiène sont très importantes ;
-il est peu volumineux et peut être relié très facilement à des conduits
extérieurs, à une cavité à traiter ;
-la matière aspirée ne traverse pas toutes les fonctions principales du
dispositif mais est orientée vers un récupérateur de déchets ;
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-il ne fonctionne qu'avec une simple arrivée de gaz et éventuellement une
alimentation en fluide. Il ne nécessite pas une énergie importante ;
-il s'amorce seul par ses propriétés de remplissage.
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