Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2009/150366 PCT/FR2009/050932
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FIXATION PAR COLLAGE DE BLOCS ISOLANTS POUR CUVE
DE STOCKAGE DE GAZ LIQUÉFIÉS A L'AIDE DE CORDONS
ONDULÉS.
La présente invention se rapporte à une cuve étanche et
thermiquement isolée et à son procédé de fabrication. En particulier, la
présente invention se rapporte à une cuve terrestre de stockage de gaz
liquéfiés et, en particulier, de gaz naturel liquéfié à forte teneur en
méthane.
Dans les documents FR 2 265 603, FR 2 798 902, FR 2
683786, FR 2 691 520 et FR 2 724623, on a déjà décrit la réalisation
d'une cuve étanche et thermiquement isolée intégrée dans un navire de
transport. La cuve est constituée par deux barrières d'étanchéité
successives alternées avec deux couches d'isolation thermique appelées
barrières isolantes. Une première barrière d'étanchéité, dite primaire, est
au contact du gaz liquéfié tandis qu'une deuxième, dite secondaire, est
disposée entre les deux barrières isolantes. Les différentes barrières sont
fixées les unes aux autres et la barrière isolante secondaire est fixée sur
la structure porteuse constituée par la coque interne du navire au moyen
de divers procédés connus de l'homme du métier.
On connaît également des cuves terrestres pour le stockage
de gaz liquéfié, présentant également deux barrières d'étanchéité
successives alternées avec deux couches d'isolation thermique. Dans le
cas des cuves terrestres, la structure porteuse est généralement réalisée
en béton.
Dans ces réalisations, les barrières isolantes primaire et
secondaire sont constituées par une succession de blocs isolants qui, soit
sont des caissons parallélépipédiques fermés remplis d'un calorifuge, soit
sont constitués de blocs de mousse isolante collés sur un panneau
porteur. Le matériau utilisé pour réaliser les panneaux des caissons ou
les panneaux porteurs est généralement du bois contreplaqué, pour une
question de coût de revient et pour ses qualités isolantes. L'un des
inconvénients du contreplaqué est cependant qu'il est anisotrope et que
ses propriétés mécaniques sont différentes selon que l'on exerce une
sollicitation dans le sens ou bien transversalement aux fibres de ses plis
extérieurs.
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Les blocs isolants de la barrière secondaire sont fixés sur la
structure porteuse, dans le premier cas par assemblage à l'aide de
goujons pris dans la structure porteuse et dans le second cas tout
simplement collés, par l'intermédiaire de leur panneau externe, sur ladite
structure. Dans ce cas le matériau utilisé pour le collage est généralement
un mastic en résine époxy, qui est déposé sous forme de cordons sur la
face du bloc isolant placée en regard de la structure porteuse. Dans l'art
antérieur les cordons sont disposés de façon rectiligne sur les panneaux
des blocs isolants, parallèlement les uns aux autres.
Ces cordons de mastic ont pour fonction, outre celui de
maintien du bloc isolant sur la structure porteuse, d'en compenser les
inévitables irrégularités en s'adaptant à la forme de celle-ci. Lors du
montage le bloc isolant est positionné sur la structure porteuse à l'aide de
moyens connus de telle façon que les cordons de mastic soient
comprimés, avant polymérisation, contre la structure porteuse et
épousent ainsi parfaitement sa forme. On est alors certain d'obtenir un
collage de bonne qualité. Avec la polymérisation les cordons de mastic
durcissent et se comportent ensuite comme des matériaux parfaitement
rigides.
Les efforts en provenance de l'intérieur de la cuve étant
transmis à la structure porteuse par l'intermédiaire des panneaux des
blocs isolants, il est nécessaire que ceux-ci résistent aux pressions et aux
tractions qui leur sont appliquées sans rupture de la structure du bois
contreplaqué. Il est donc nécessaire de ne pas trop éloigner les cordons
de mastic les uns des autres et d'éviter ainsi que des efforts soient
appliqués sur le bois à une distance trop grande d'un cordon.
La multiplicité des cordons a, par ailleurs, pour
inconvénient d'augmenter sensiblement le coût de réalisation de la cuve,
du fait de la grande quantité de mastic nécessaire. Les cordons doivent
d'une part être d'une section assez élevée pour compenser les
irrégularités de la structure porteuse et, d'autre part, la longueur totale
des cordons, s'ils étaient mis bout à bout, atteindrait plusieurs dizaines,
voire une centaine, de kilomètres pour un navire ou une cuve terrestre de
taille moyenne.
La présente invention a pour but de remédier à ces
inconvénients en proposant un procédé moins onéreux de collage des
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blocs isolants sur la structure porteuse à l'aide de cordons de mastic, tout
en conservant une bonne résistance des panneaux desdits blocs isolants
aux efforts de compression ou de traction qui s'exercent sur eux, voire en
améliorant celle-ci.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de collage
de blocs isolants sur une structure porteuse d'une cuve terrestre, à l'aide
de cordons de mastic, pour la réalisation d'une cuve terrestre étanche et
thermiquement isolée pour le stockage de gaz liquéfiés sur terre, ladite
cuve comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une
pluralité de blocs isolants, chaque bloc isolant comportant un panneau de
contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant,
ledit procédé comprenant
a) la pose de cordons de mastic sur le panneau desdits blocs isolants ou
sur la structure porteuse, le long de lignes parallèles entre elles,
b) le positionnement desdits blocs isolants contre la structure porteuse
de la cuve et
c) leur mise en pression contre ladite structure porteuse jusqu'à
polymérisation dudit mastic,
caractérisé en ce que, entre le panneau d'au moins un desdits blocs
isolants et la structure porteuse, au moins deux desdits cordons sont
disposés le long de lignes parallèles ondulées.
Avantageusement, la distance entre deux lignes ondulées
consécutives est supérieure ou égale à 100 mm.
De façon préférentielle, les lignes ondulées sont des
sinusoïdes.
Avantageusement, la sinusoïde présente un rapport
sensiblement égal à 8 entre sa période et son amplitude.
L'invention a également pour objet une cuve terrestre
étanche et thermiquement isolée intégrée dans une structure porteuse,
comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une
pluralité de blocs isolants, chaque bloc isolant comportant un panneau de
contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant,
lesdits blocs isolants étant fixés directement contre la structure porteuse
au moyen de cordons de mastic positionnés sur les panneaux desdits
blocs isolants le long de lignes parallèles entre elles,
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caractérisé en ce que sur le panneau d'au moins un desdits
blocs isolants, au moins deux desdits cordons sont disposés le long de
lignes parallèles ondulées.
L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails,
caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au
cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de
réalisation de l'invention donné à titre d'exemples purement illustratif et
non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue en coupe d'une cuve selon un
mode de réalisation de l'invention ,
- la figure 2 est une vue en perspective représentant les
différentes couches d'une cuve de l'art antérieur ;
- la figure 3 est une vue similaire à la figure 2,
représentant le cas de la cuve de la figure 1,
- la figure 4 est une vue de dessous d'un bloc isolant
secondaire de la cuve de la figure 1 ,
- la figure 5 est une vue d'un détail de la réalisation
d'un cordon de mastic de la cuve de la figure 1.
En se référant à la figure 1, on voit la structure porteuse 1
d'une cuve terrestre pour le stockage de gaz liquéfié. La structure
porteuse 1 est réalisée en béton. Dans le cadre de la présente description,
cuve terrestre désigne une cuve bâtie sur des fondations fixes au sol,
qu'il s'agisse du sol terrestre, de la rive ou d'un sol sous-marin. La cuve
peut être construite au-dessus du niveau du sol, ou être partiellement ou
totalement enterrée.
En se référant à la figure 3, la paroi de fond de la cuve
présente successivement, depuis l'intérieur de la cuve vers la structure
porteuse 1 :
- une barrière étanche primaire 7, réalisée en tôle métallique
ondulée,
- une barrière isolante primaire 2, comprenant un panneau 8
en contreplaqué et une couche de mousse 9,
- une barrière étanche secondaire 6, réalisée en triplex,
- une barrière isolante secondaire, comprenant un panneau
11 en contreplaqué et une couche de mousse 10.
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Selon un technique connue, notamment des documents cités
en introduction, la barrière isolante primaire 2, la barrière étanche
secondaire 6 et la barrière isolante secondaire 4 sont réalisées à l'aide de
panneaux préfabriqués assemblés sur la structure porteuse 1. Comme le
5 montre la figure 1, la barrière isolante primaire 2 est complétée par des
éléments isolants 12 placés entre les panneaux préfabriqués. La barrière
étanche secondaire 6 n'est pas représentée sur la figure 1, mais sa
position est indiquée par le fond des éléments isolants 12.
Comme le montre la figure 1, dans l'exemple représenté, la
paroi latérale de la cuve comprend également, dans une partie inférieure,
une barrière étanche primaire, une barrière isolante primaire, une barrière
étanche secondaire et une barrière isolante secondaire, et dans une partie
supérieure, une unique barrière étanche et une unique barrière isolante.
Dans une variante non représentée, la paroi latérale de la cuve comprend
sur toute sa hauteur une barrière étanche primaire, une barrière isolante
primaire, une barrière étanche secondaire et une barrière isolante
secondaire.
On peut également réaliser une cuve terrestre selon une
autre technique connue, dans laquelle les barrières isolantes sont
réalisées à l'aide de caissons remplis de matériau isolant.
Dans la suite de la description, on appelle bloc isolant 14
un élément de la barrière étanche secondaire, qui peut comprendre,
selon la technique utilisée, soit une couche de mousse et un panneau en
contreplaqué (cas des figures 1 et 3), soit un caisson rempli de matériau
isolant (cas non représenté). Dans les deux cas, le bloc isolant 14
comprend, au niveau de sa face tournée vers la structure porteuse, un
panneau en contreplaqué.
Les blocs isolants 14 sont fixés sur la structure porteuse à
l'aide de cordons de mastic 3. On peut voir sur la figure 3 deux cordons
de mastic 3 ondulés. A titre de comparaison, la figure 2 représente une
cuve selon l'art antérieur, dans laquelle les cordons de mastic 3 sont
rectilignes. Sur la figure 2, on a utilisé les mêmes numéros de référence
que sur la figure 3 pour désigner des éléments correspondants.
En se référant à la figure 4, on voit une vue de dessous d'un
panneau d'un bloc isolant 14, sur lequel ont été disposés des cordons de
mastic 3, transversalement à la plus grande dimension. Du fait de la
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méthode de construction des panneaux de contreplaqué, les plis sont
toujours en nombre impair et sur les plis extérieurs les fibres du bois sont
orientées dans l'axe de la plus petite dimension du panneau. Cette
orientation est représentée par l'axe A-A sur la figure 4.
En se référant à la figure 5, on voit un détail de la forme
d'un cordon de mastic 3, pour lequel la forme ondulée présentée est une
forme sinusoïdale, de période "L" et d'amplitude "a".
On va maintenant décrire le gain apporté par l'invention par
rapport à l'art antérieur.
Dans les réalisations antérieures les cordons de mastic sont
rectilignes et espacés régulièrement d'une longueur qui varie selon
l'endroit où le second bloc isolant correspondant sera placé dans la cuve,
autrement dit selon la pression à laquelle il sera soumis. Pour les parois
en fond de cuve (sol et parties basses des parois latérales) il est
nécessaire de rapprocher les cordons de mastic pour éviter la rupture du
bois entre deux cordons. On retient généralement un espacement de
100 mm entre deux cordons consécutifs sur un même bloc isolant. Dans
les zones où la pression à supporter sera plus faible (parties hautes des
parois latérales et plafond) un espacement plus lâche est acceptable.
L'espacement généralement retenu est alors de 140 mm.
Les panneaux de bois constituant les faces des blocs isolants
14 sont soumis en utilisation à des efforts de compression du fait du
poids du liquide contenu dans la cuve.
Les points faibles d'un panneau de bois contreplaqué sont de
deux types :
- en compression il peut se rompre par flexion le long d'une ligne
parallèle aux cordons puisque la face inférieure, qui est soumise à une
pression uniformément répartie n'est supportée que par les arêtes
linéaires que constituent les cordons, avec un espacement non
supporté entre eux. Cette fragilité est encore accentuée lorsque les
cordons sont orientés dans le même sens que les fibres du pli
extérieur du contreplaqué (cf. fig. 4), ce qui est fréquemment le cas
dans la pratique. Les chantiers constructeurs de navires de transport
de gaz liquéfié sont en effet amenés à manipuler les blocs isolants
équipés de leurs cordons de mastic et notamment à les retourner pour
remettre la face inférieure en dessous après l'opération de dépose du
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mastic. Cette manoeuvre se déroule de façon plus sûre si les cordons
de mastic restent dans un même plan lors de cette rotation, autrement
dit s'ils sont mis dans le sens de la plus petite dimension de la face
inférieure. Cette orientation est justement, par construction du
contreplaqué, le sens des fibres du pli extérieur.
- en traction le bois d'un panneau de contreplaqué peut se délaminer,
une partie du bois du pli extérieur restant attachée au cordon de
mastic, le reste s'en séparant, laissant alors le bloc isolant se détacher
de la coque interne.
Ces faiblesses du contreplaqué empêchent de trop espacer
les cordons de mastic et ainsi de réduire le volume de mastic employé
pour réaliser l'isolation d'une cuve.
L'invention résout ce problème en remplaçant les cordons
rectilignes employés auparavant par des cordons 3 présentant des
ondulations, qui peuvent, par exemple, être sinusoïdales comme le
montrent les figures 4 et 5.
Des essais ont été effectués sur des panneaux qui ont été
équipés de cordons sinusoïdaux, présentant des espacements divers, dont
la période L est de 372 mm et l'amplitude a de 46,5 mm. La longueur
d'une telle sinusoïde, qui se caractérise par un rapport L/a égal à 8, est
supérieure de 14% à celle du segment de droite de longueur L
correspondant.
La résistance à la rupture par flexion inter cordons et au
délaminage des panneaux a été évaluée et comparée à celle de panneaux
équipés de cordons rectilignes espacés de 100 ou de 140 mm. On ne
retrouve la même pression de rupture par flexion avec ces cordons
sinusoïdaux, qu'avec un espacement entre eux supérieur de 35 % à celui
constaté avec des cordons rectilignes.
De même les essais de résistance au délaminage ont montré
qu'avec une telle forme sinusoïdale (rapport L/a égal à 8) la résistance au
délaminage est augmentée de 48% par rapport à des cordons droits
placés eux aussi parallèlement aux fibres du contreplaqué. Cela signifie
qu'un raccourcissement de 35% de la longueur de mastic déposée sur le
panneau d'un second bloc isolant est possible, sans se placer de façon
plus défavorable vis-à-vis du délaminage qu'avec des cordons
rectilignes.
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Au global l'utilisation de cordons sinusoïdaux de rapport L/a
égal à 8 permet une économie de 18% sur la quantité de mastic
nécessaire par rapport à des cordons rectilignes, tout en conservant la
même tenue à la rupture en flexion et en obtenant même une meilleure
résistance au délaminage.
Il est évident que d'autres sinusoïdes peuvent être
sélectionnées, avec des rapports L/a différents de 8, ou bien des formes
périodiques alternées quelconques (chevrons, carrés, ...) La quantité de
mastic nécessaire sera plus ou moins grande selon la forme de ces lignes
ondulées. Il conviendra toutefois d'adapter l'écartement entre les lignes
pour que soit conservée une résistance suffisante à la rupture en flexion
avec la forme ondulée retenue.
Bien que l'invention ait été décrite en relation 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.
