L'invention porte sur un dispositif et un procédé de travail par jets de fluide cryogénique, en particulier d'azote liquide, sous haute pression, en particulier de traitement de surface, de décapage ou d'écroutage, de matériaux revêtus ou non, tels les métaux, le béton, le bois, les polymères, les céramiques et les plastiques ou tout autre type de matériau.

Actuellement, le traitement de surface de matériaux revêtus ou non, en particulier le décapage, l'écroutage ou analogue, se fait essentiellement par sablage, par projection d'eau à ultra haute pression (UHP), à la ponceuse, au marteau-piqueur, à la bouchardeuse ou encore par voie chimique.

Toutefois, lorsqu'il doit ne pas y avoir d'eau, par exemple en milieu nucléaire, ou de produit chimique, par exemple du fait de contraintes environnementales drastiques, seuls des procédés de travail dits « à sec » peuvent être utilisés.

Cependant, dans certains cas, ces procédés « à sec » sont difficiles à mettre en œuvre, sont très laborieux ou pénibles à utiliser ou encore génèrent des pollutions supplémentaires, par exemple du fait de l'ajout de grenaille ou de sable à retraiter ensuite.

Une alternative à ces technologies repose sur l'utilisation de jets cryogéniques sous très haute pression comme proposé par les documents US-A-7 ,310,955 et US-A-7,316,363. Dans ce cas, on utilise un ou des jets d'azote liquide à une pression de 1000 à 4000 bars et à température cryogénique comprise par exemple entre -100 et -200 ⁰ C, typiquement environ -140 et -160 ⁰ C, qui sont distribués par un outil porte-buses animé d'un mouvement rotatif.

Plus précisément, cet outil porte-buses est fixé à l'extrémité d'une canalisation d'amenée de fluide cryogénique qui alimente l'outil en fluide cryogénique. On confère alors à la canalisation et à l'outil, un mouvement rotatif autour de l'axe de la canalisation, par un système d'entraînement à pignons ou courroies mus par un moteur.

L'étanchéité dynamique du système rotatif est habituellement assurée par un joint cylindre tournant, typiquement en Tivar®, agencé autour de la canalisation. Typiquement, ce joint de forme cylindrique est traversé longitudinalement par une pièce en bronze et entouré pour une pièce massive en inox.

Du fait des températures cryogéniques mises en œuvre, on a remarqué en pratique que l'efficacité de ce joint diminue au fil du temps, ce qui engendre à plus ou moins courte échéance des fuites et donc des pertes de rendement du procédé, notamment lors d'opérations d'écroutage de béton ou de décapage de peinture par exemple. En effet, sous l'effet des températures cryogéniques mises en oeuvre, les matériaux se déforment de manière différente les uns des autres, en fonction de leur coefficient de dilatation thermique respectif, comme illustré dans le Tableau I.

Tableau I

Coefficient de dilatation thermique (x 10 ^~6 /K)

Tivar® Acier inoxydable Bronze

180 15 17.5

Comme on le voit, ces matériaux réagissent très différemment aux températures cryogéniques et, de ce fait, au cours des cycles alternatifs de refroidissement et de réchauffement, il se produit des déformations, voire des détériorations du joint et ce, d'autant plus rapidement qu'il est soumis à des pressions très importantes, à savoir jusqu'à typiquement

4000 bars.

En effet, on a constaté en pratique qu'un jeu apparaît progressivement entre le joint et les pièces métalliques, lequel induit des fuites, qui sont rédhibitoires pour un fonctionnement normal du système. En conséquence de quoi, il faut changer régulièrement le joint, ce qui occasionne des coûts de matériel et de maintenance. Or, ceci est critique dans les milieux à risques, notamment les domaines nucléaire ou chimique par exemple, où l'intervention humaine doit être la moins fréquente possible.

Le document US-A-4,369,850 décrit un dispositif muni d'une buse de distribution d'eau sous pression agencée à l'extrémité aval d'une canalisation d'eau, elle-même agencée dans un logement cylindrique rotatif entraîné en rotation par un moteur via un mécanisme de transmission à sangle et poulies, dans lequel la canalisation d'eau est flexible et coudée de manière à pouvoir distribuer un jet d'eau selon une trajectoire circulaire, de manière à pouvoir réaliser des perçages dans le sol, c'est-à-dire la terre ou analogue.

Toutefois, ce dispositif n'est pas totalement satisfaisant car il ne permet pas de faire varier la surface impactée par le jet, à une distance donnée de la buse, ce qui s'avère être un inconvénient notable dans certaines applications, notamment en décapage ou écroutage de surface, notamment de béton.

Un dispositif analogue est par ailleurs décrit par DE-A- 10236266.

Au vu de cela, le problème à résoudre est de proposer un dispositif de distribution de fluide cryogénique, en particulier d'azote liquide, qui soit fiable, c'est-à-dire avec lequel non seulement les problèmes liés à l'usure du joint et aux fuites n'existent pas, de manière à pallier les inconvénients susmentionnés et qui permette en outre de varier la surface traitée par le ou les jets d'azote, à une distance donnée de la buse, notamment lors de son utilisation en décapage ou écroutage de béton.

La solution de l'invention est alors un dispositif de distribution d'un ou plusieurs jets de fluide cryogénique, en particulier d'azote liquide, comprenant une canalisation d'amenée de fluide alimentant une ou plusieurs buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation, et un moteur coopérant avec la canalisation d'amenée de fluide par l'intermédiaire d'un axe de transmission rotatif et d'un mécanisme de transmission, dans lequel :

- la canalisation d'amenée de fluide comprend une portion amont de premier axe XX et une portion aval de deuxième axe YY, les premier et deuxième axes XX, YY formant entre eux un angle α compris entre 5 et 50°,

- la portion aval de deuxième axe YY portant l'extrémité aval de la canalisation avec la ou lesdites buses de distribution de fluide,

et le mécanisme de transmission comprend des moyens de mise en mouvement agissant sur ladite portion aval de canalisation pour lui conférer un mouvement déterminé,

caractérisé en ce que :

- le mécanisme de transmission comprend un pignon-porteur mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur, la canalisation d'amenée de fluide étant agencée de manière ex-centrée et libre au travers dudit pignon-porteur, et en outre un moyen d'entraînement de pignon coopérant avec le pignon-porteur, et

- la canalisation d'amenée de fluide coopère avec un moyen d'ancrage agencé sur la canalisation en amont du pignon-porteur, ledit moyen d'ancrage formant tout ou partie d'un système de réglage permettant de choisir ou d'ajuster la longueur de canalisation d'amenée de fluide mesurée entre le moyen d'ancrage et l'extrémité aval de ladite canalisation.

Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- le moyen d'ancrage est conçu pour et apte à être solidarisé ou désolidarisé de ladite canalisation de manière à maintenir ladite canalisation lorsque le moyen d'ancrage est solidarisé à la canalisation et/ou à libérer ladite canalisation, lorsque le moyen d'ancrage est désolidarisé de la canalisation, et autoriser ainsi un réglage de la longueur de canalisation, ladite longueur étant mesurée entre le moyen d'ancrage et l'extrémité aval de la canalisation.

- les premier et deuxième axes XX, YY formant entre eux un angle α compris entre 10 et 40°, de préférence de l'ordre de 20 à 30°.

- les moyens de mise en mouvement agissent sur ladite portion aval de canalisation pour lui conférer un mouvement déterminé choisi parmi les mouvements de rotation et oscillation. - l'axe de transmission coopère avec le moyen d'entraînement de pignon, et le moyen d'entraînement de pignon coopère avec ledit pignon-porteur de manière à transmettre, via le moyen d'entraînement de pignon, le mouvement de rotation de l'axe de transmission au pignon-porteur et obtenir ainsi un mouvement circulaire de la ou des buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation.

- le mécanisme de transmission est agencé dans une boite de transmission au sein de laquelle pénètre l'axe de transmission.

- le pignon-porteur est maintenu par des moyens de maintien de pignon comprenant un ou plusieurs patins ou roulements, notamment un roulement à billes.

- la canalisation est agencée dans un passage formé au travers du corps du pignon- porteur, lequel passage est situé au sein du disque que forme le pignon-porteur, à l'exclusion du centre dudit disque.

- des éléments de maintien sont prévus pour maintenir pignon-porteur, les éléments de maintien étant positionnés sur le pignon à une distance R de l'axe de rotation du pignon supérieure à la distance r entre l'axe de rotation et l'orifice.

- les éléments de maintien sont des patins, des roulements radiaux ou des tétons et/ou en ce que le moyen d'entraînement de pignon est un pignon ou une courroie.

- le moyen d'ancrage comprend un dispositif de serrage, de préférence une bride, un presse étoupe, une noix fendue, un cône élastique, un système pignon-crémaillère ou tout autre dispositif de serrage adapté.

- la canalisation est un tube en acier inoxydable, de préférence un tube flexible.

- l'extrémité du tube est démontable de manière à pouvoir être remplacée facilement, notamment en cas d'usure.

L'invention porte également sur l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour distribuer, au moyen d'une ou plusieurs buses, un fluide sous forme d'un ou plusieurs jets de fluide à une température inférieure à -140 ⁰ C et à une pression d'au moins 1500 bar, de préférence entre 2000 et 5000 bar, pour réaliser, au moyen d'au moins un jet de fluide sous pression, un traitement de surface, c'est-à-dire un décapage ou un écroûtage d'un matériau, en particulier du béton.

Par ailleurs, l'invention porte aussi sur un procédé de décapage ou d'écroûtage de béton par jet d'azote liquide mettant en œuvre un dispositif de distribution d'un ou plusieurs jets d'azote liquide à une pression d'au moins 1500 bar et à une température inférieure à -140 ⁰ C, en particulier un dispositif selon l'invention, comprenant une canalisation d'amenée d'azote liquide alimentant une ou plusieurs buses de distribution d'azote liquide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation, et un moteur coopérant avec la canalisation d'amenée d'azote liquide par l'intermédiaire d'un axe de transmission rotatif et d'un mécanisme de transmission, dans lequel la canalisation d'amenée d'azote liquide comprend une portion amont de premier axe XX et une portion aval de deuxième axe YY, les premier et deuxième axes XX, YY formant entre eux un angle α compris entre 5 et 50°, la portion aval de deuxième axe YY portant l'extrémité aval de la canalisation avec la ou lesdites buses de distribution d'azote liquide, et le mécanisme de transmission comprend des moyens de mise en mouvement agissant sur ladite portion aval de canalisation pour lui conférer un mouvement déterminé, ledit mécanisme de transmission comprenant un pignon-porteur mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur, la canalisation d'amenée d'azote liquide étant agencée de manière ex-centrée et libre au travers dudit pignon-porteur, et en outre un moyen d'entraînement de pignon coopérant avec le pignon-porteur.

Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- la canalisation d'amenée de fluide coopère avec un moyen d'ancrage agencé sur la canalisation en amont du pignon-porteur, ledit moyen d'ancrage formant tout ou partie d'un système de réglage et on choisit ou ajuste la longueur de canalisation d'amenée de fluide mesurée entre le moyen d'ancrage et l'extrémité aval de ladite canalisation en agissant sur ledit système de réglage.

- on agit sur le moyen d'ancrage du système de réglage pour, respectivement, le solidariser à ou le désolidariser de ladite canalisation de manière à, respectivement maintenir ladite canalisation ou libérer ladite canalisation et autoriser ainsi un réglage de la longueur de canalisation.

- les jets de fluide sont à une pression entre 1000 et 5000 bar, de préférence au moins 2000 bar.

- le fluide est à une température inférieure à -140 ⁰ C, de préférence entre -150 et -200 ⁰ C.

Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre de façon manuelle, c'est-à-dire par un opérateur, ou alors de façon automatique ou automatisée, c'est-à-dire par une machine ou un robot.

L'invention va être mieux comprise grâce aux explications illustratives suivantes, faites en rapport avec les figures annexées parmi lesquelles :

- la Figure 1 est une vue schématique (de côté) d'un dispositif de distribution de jets de fluide à haute pression selon la présente invention,

- la Figure 2 est une vue schématique (de face) des pignons porteur et moteur d'un dispositif selon la Figure 1, - la Figure 3 est une vue schématique (de côté) du pignon porteur et du tube à haute pression d'un dispositif selon la Figure 1,

- la Figure 4 représente le détail des moyens de maintien de pignon,

- la Figure 5 représente une réalisation avec un système de queue de cochon,

- la Figure 6 représente un outil porte-buses avec la trajectoire des jets pour un outil de l'art antérieur,

- la Figure 7 représente un outil porte-buses avec la trajectoire des jets pour un outil selon la présente invention,

- la Figure 8 représente un outil manuel selon la présente invention, et

- la Figure 9 représente un outil automatique selon la présente invention intégré sur un robot.

La Figure 1 illustre le principe d'un dispositif de distribution de jets de fluide, de préférence un fluide à température cryogénique, et à haute pression selon la présente invention.

Ce dispositif comprend une canalisation 7 d'amenée de fluide, tel un tube en acier inoxydable, alimentant une ou plusieurs buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation 7. En général, les buses sont portées par un outil porte -buses 5.

Selon un mode de réalisation, le fluide à distribuer est un fluide à température cryogénique et à haute pression, en particulier de l'azote liquide à une pression entre 1000 et 4000 bar et une température entre -140 et -200 ⁰ C. Le fluide émanant d'une source de fluide (non montrée), tel un compresseur, un réservoir, un échangeur thermique, une ligne d'alimentation, une ou des bouteilles de gaz ou analogue, alimentant l'extrémité amont de la canalisation 7 de fluide.

Comme illustré en Figure 3, la canalisation 7 d'amenée de fluide du dispositif de distribution de fluide coopère avec un moteur 1 par l'intermédiaire d'un axe de transmission 2 rotatif et d'un mécanisme de transmission 4a, 4b, qui sera détaillé ci-après.

La canalisation 7 d'amenée de fluide comprend, quant à elle, une portion amont 7a de premier axe XX et une portion aval 7b de deuxième axe YY formant entre eux un angle α compris entre 5 et 50°, typiquement entre 10 et 40°, de préférence de l'ordre de 20 à 30°.

La portion aval 7b porte l'extrémité aval de la canalisation 7 où sont agencées la ou les buses de distribution de fluide, par exemple sur un outil porte -buses.

Par ailleurs, le mécanisme de transmission 4a, 4b comprend des moyens de mise en mouvement agissant sur la portion aval 7b de canalisation de manière à lui conférer un mouvement déterminé, de quelque nature que ce soit, en particulier un mouvement de rotation ou d'oscillation. Par mouvement de rotation, on comprendra mouvement décrivant un cercle, une ellipse, par exemple. Le choix du design de la pièce 4b déterminera le type de mouvement choisi.

Le moteur 1 coopérant avec la canalisation 7 d'amenée de fluide par l'intermédiaire de son axe de transmission 2 rotatif et du mécanisme de transmission 4a, 4b auquel l'axe de transmission 2 transmet son mouvement de rotation. Le moteur est un moteur pneumatique, électrique, à essence ou tout autre type de moteur.

Selon l'invention, comme visible en Figure 2, le mécanisme de transmission 4a, 4b comprend un pignon-porteur 4b mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur 4b, et la canalisation 7 d'amenée de fluide cryogénique étant agencée de manière ex-centrée au travers dudit pignon-porteur 4b. En d'autres termes, l'axe de la canalisation 7 est l'axe du pignon-porteur 4b ne sont pas confondus.

La canalisation 7 est donc agencée dans un passage ou orifice 10 formé au travers du corps du pignon-porteur 4b, lequel passage est situé au sein du disque que forme le pignon- porteur 4b, à l'exclusion du centre dudit disque.

De préférence, le passage pour la canalisation 7 est situé à au moins 1 mm du centre du pignon, c'est-à-dire de l'axe dudit pignon-porteur 4b.

Par ailleurs, un moyen d'entraînement 4a de pignon, tel un pignon-moteur ou une courroie, coopère avec le pignon-porteur 4b de manière à entraîner ledit pignon-porteur 4b en rotation. Plus précisément, l'axe de transmission 2, entraîné par le moteur 1, coopère avec le moyen d'entraînement 4a de pignon, et le moyen d'entraînement 4a de pignon coopère lui- même avec ledit pignon-porteur 4b de manière à transmettre, via le moyen d'entraînement 4a de pignon, le mouvement de rotation de l'axe de transmission 2 au pignon-porteur 4b et obtenir ainsi un mouvement, de préférence circulaire, de la ou des buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation 7, c'est-à-dire agencée sur l'outil 5 porte - buses utilisé pour distribuer les jets 6 de fluide à haute pression.

Comme illustré en Figure 1 , une boîte de transmission 3 formant carter de protection et dans laquelle pénètre l'axe de transmission et laquelle abrite le mécanisme de transmission 4a, 4b. Dans cette boite de transmission 3, le pignon 4b est maintenu en place par un jeu de patins ou par des roulements de tout type, par exemple à aiguilles ou billes, de préférence à billes.

Le pignon-porteur 4b est maintenu par des moyens de maintien de pignon 9 comprenant un ou plusieurs patins ou roulements, notamment un roulement à billes, tel que schématisé en Figure 4.

Il est à noter que des éléments 9, tels des patins, des roulements radiaux ou des tétons, sont prévus pour conserver une bonne rotation du pignon-porteur 4b. En fait, le pignon-porteur 4b est rainure pour accueillir les éléments 9. Le pignon-porteur 4b n'est pas tenu sur son axe. Le pignon 4b est maintenu par des dispositifs 9 qui sont positionnés sur le pignon 4b à une distance R de l'axe de rotation du pignon 4b supérieure à la distance r entre l'axe de rotation et l'orifice 10, comme illustré en Figure 3.

Par ailleurs, la canalisation 7 d'amenée de fluide coopère avec des moyens d'ancrage 8, tels un presse étoupe, une bride, une noix fendue, un cône élastique, un système pignon- crémaillère ou tout autre dispositif mécanique adapté, permettant de maintenir la canalisation 7 en position par rapport au reste du dispositif de distribution des jets, lesdits moyens d'ancrage 8 étant agencés sur la canalisation 7 en amont du pignon-porteur 4b, c'est-à-dire que le pignon- porteur 4b est situé entre les moyens d'ancrage 8 et l'extrémité de la canalisation 7 portant la ou les buses. En d'autres termes, la canalisation 7 est, d'une part, maintenue fixe ou approximativement fixe au niveau de et du fait des moyens d'ancrage 8, et, d'autre part, comporte une extrémité aval 7b munie de la ou des buses qui est mobile et décrit un mouvement donné, de préférence circulaire, lorsque le moteur 1 entraîne l'axe de transmission 2, le pignon-moteur 4a relié à l'axe 2, et le pignon-porteur 4b, qui lui-même entraîne le tube 7 selon une trajectoire déterminée, en particulier circulaire ou analogue.

Le point d'ancrage 8 est un élément mécanique permettant de bloquer ou débloquer le glissement de la canalisation 7 au travers du dispositif et finalement au travers du passage 10.

Le point d'ancrage permet donc de fixer, pour le temps de la mise en œuvre du procédé, la longueur Lo, donc le diamètre ou analogue de la trajectoire circulaire ou autre décrite par la buse, sachant que la distance du point d'ancrage 8 au pignon 4b est fixe. Dit autrement, modifier la longueur Lo est particulièrement avantageux pour faire varier le rayon de la trajectoire circulaire Ro décrite par la ou les buses de distribution de jets de fluide sous haute pression comme illustré en Figure 3.

L'élément mécanique du point d'ancrage peut être desserré aisément par l'utilisateur, par exemple en utilisant un outil adapté, s'il souhaite régler ou ajuster la longueur Lo.

Dans le cas où la canalisation 7 est positionnée sur une machine de déplacement ou sur un robot, il peut être difficile ou peu pratique de faire coulisser le tube 7 à l'intérieur du dispositif. Il est donc utile que la canalisation 7 soit scindée en deux parties reliées par un raccord statique très haute pression 7c positionné en amont du point d'ancrage 8. Ceci permet de changer aisément cette partie du tube entre 7c et l'outil porte-buses 5, par un tube de longueur adaptée permettant d'ajuster Lo à la longueur voulue, sans avoir à déplacer ou modifier l'ensemble du tube 7.

En outre cette partie de la canalisation étant soumise à des déformations, il est préférable qu'elle soit facilement interchangeable à des fins de maintenance. Afin d'obtenir une déformation élastique (flexibilité) suffisante de la canalisation 7, on choisit avec soin les caractéristiques de ladite canalisation 7, ou pour le moins de la partie 7b de canalisation 7 située entre les moyens d'ancrage 8 et l'extrémité portant l'outil porte-buses 5, en particulier, la nature du matériau constituant le tube 7, et son dimensionnement, i.e. diamètres intérieur et extérieur dudit tube.

Par exemple, dans le cas d'amenée de fluide cryogénique, tel d'azote liquide, sous haute pression, on utilise préférentiellement un tube en acier inoxydable en tant que canalisation 7, et de diamètres interne et externe comme donnés dans le Tableau II ci-dessous.

Tableau II

Comme on le voit dans le tableau II, le tube de 14,8 mm de diamètre est trop rigide pour être efficacement utilisé. De là, typiquement, on utilise un tube en acier inoxydable 316 résistant aux hautes pressions (jusqu'à environ 4000 bars) ayant un diamètre extérieur d'environ 6,4 mm.

Afin de flexibiliser davantage le tube, il est possible de conférer à ce tube une forme de lyre ou de queue de cochon, comme montré en figure 5, ou d'utiliser un système de soufflet.

De même, afin d'assurer un mouvement libre entre le pignon 4b et le tube 7 au niveau de l'orifice 10, un système de roulement à bille ou autre peut avantageusement être placé en 10 autour du flexible 7.

Un dispositif conforme à l'invention comprenant un tube en acier inox de 6.4 mm de rayon externe, alimenté avec de l'azote liquide à une température de -155°C et une pression de 3500 bar, a été testé sans se rompre en fatigue sur 2 000 000 cycles à une vitesse de rotation très élevée d'environ 1100 tr/min. Ainsi, selon l'homme de l'art en mécanique de fatigue, le tube ne pourra pas se rompre par fatigue, quelque soit le nombre de cycles effectué, et particulièrement supérieur à 2 000 000. Les résultats obtenus sont donc tout à fait satisfaisants et le dispositif fonctionne parfaitement.

Il est à noter qu'un dispositif selon l'invention ne reproduira pas exactement la même trajectoire des jets que les systèmes précédemment utilisés. Un porte -buses équipé avec deux buses utilisé avec le système décrites dans le document US-A-7,316,363 donne aux deux buses des trajectoires circulaires concentriques de rayons différents, comme illustré en Figure 6, alors que le même porte buse équipé des mêmes deux buses donne aux buses des trajectoires circulaires de rayons identiques Ro mais décalées, comme schématisé en Figure 7.

Les cercles (Figure 7) décrits par les jets d'azote liquide auront un diamètre d'autant plus important que les paramètres Lo et α auront des valeurs élevées Ainsi, pour un traitement de surface ou un écroutage de béton, par exemple, le rendement sera alors aussi plus important car la surface décrite sera plus grande.

Le dispositif de l'invention peut être utilisé pour une application manuelle, telle que montrée sur la figure 8, ou automatique ou robotique tel que montrée sur la figure 9.

Plus précisément, la figure 8 schématise un exemple d'outil manuel comprenant un moteur 1 pneumatique muni d'une poignée 11 d'une détente 12 et d'un tuyau d'arrivée d'air comprimé 13, alors que la figure 9 montre un exemple d'outil automatique, à moteur 1 électrique, monté sur un robot 14. L'outil automatique peut également être utilisé avec un dispositif mobile comportant un ou plusieurs axes de déplacement.

Le dispositif de la présente invention est applicable dans toute opération ou procédé de traitement thermique nécessitant la mise en oeuvre d'une rotation de jets de fluide, en particulier de fluides cryogéniques, tel que traitement de surface, décapage ou écroutage d'un matériau, tel les métaux, le béton, la pierre, les plastiques, le bois, la céramique...