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"PERFECTIONNEMENTS AUX CUVES DE. FERMENTATION NOTAMMENT
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POUR DIOBTENTION'DE GAZ COMBUSTIBLE", On sait depuis fort longtemps que¯ la fermentation à l'a-
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bri de l'air des- déchets- peiiqlosîqaes, fumiers et autres .ma- tières organiques, produit un.dégagement de gaz renfermant une très forte proportion de méthane. On a tenté d'utiliser ces phénomènes en vue de la production de gaz combustible par le moyen de .cuves de.fermentation appropriées.
.Toutefois les constructions.préconisées à ce jour pour de telles.cuves n'ont pas donné.,satisfaction. Elles donnent lieu
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à des fuites importantes de gaz, ce qui abaisse considérable- ment leur rendement. D'autre part les dispositifs accessoires dont on les équipe, notamment en vue de provoquer la circula- tion automatique du liquide dans lequel baignent les matières en fermentation pour accélérer cette dernière, gênent l'accès à l'intérieur de la cuve, accès qui est cependant essentiel pour la charge des matières à fermenter et l'enlèvement du ré- sidu de fermentation.
L'invention vise à remédier aux inconvénients qui précè- dent et à permettre de réaliser une cuve dans laquelle on puis- se recueillir la totalité du gaz produit, et à laquelle on puis- se accéder librement quand il est nécessaire.
La cuve suivant l'invention est notamment remarquable en ce qu'elle comporte une cloche amovible à bord inférieur cons- tamment immergé dans le liquide, en vue de recueillir le gaz.
La cloche en question peut aisément se faire en métal ri- goureusement imperméable au méthane, ce qui supprime les fuites des constructions connues dans lesquelles le gaz reste en con- tact avec des parois de maçonnerie qu'on n'arrive jamais à faire étanches en dépit des enduits dont on les revêt. Grâce à son amovibilité, elle permet d'accéder librement à la cuve quand on l'a enlevée de la partie supérieure de celle-ci.
Une disposition particulièrement intéressante consiste à faire reposer la cloche par son bord inférieur sur un rebord prévu sur les parois de la ouve. Ce rebord renvoie à la cloche les bulles gazeuses qui montent le long des parois et évite par conséquent qu'elles ne s'échappent entre la maçonnerie et les parois latérales de la cloche.
Quand on désire adapter à la cuve un mécanisme de circu- lation de liquide,,,,on laisse le-gaz s'accumuler sous la cloche,,
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,ce qui en chasse le liquide et fait monter le niveau dans la cuve, et on provoque automatiquement l'évacuation du gaz ainsi recueilli quand le volume de ce gaz atteint une certaine va- leur, en vue dé-provoquer le retour brusque sous la cloche du 'liquide chassé de celle-ci par le gaz accumulé,
Il,est'évidemment nécessaire de prévoir des moyens par-
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ticuliers pour assurer cette évaouationbautomatique du gaz.
Ces moyens peuvent notamment.être hydrauliques et être constitués par des combinaisons.appropriées de siphons, Une disposition particulièrement. :intéressante consiste alors à disposer la cle- che de manière à ce ,qu'elle coiffe un rebord vertical circulai- re solidaire d'une cloison'annulaire disposée de'façon amovi- blé à l'intérieur de la.cuve de manière à renvoyer vers la clo- che les bulles gazeuses qu'elle reçoit.
Cette cloison porte tout le mécanisme assurant l'évacuation brusque .du gaz et la circulation du liquide, de telle, façon que lorsqu'on l'enlève de la cuve, cette dernière,''est entièrement, libre de tout dis- - positif accessoire.et parfaitement accessible, tandisque le
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'méoanisme. lui'7raéme :peu:t éga.ëment 'étre vérifié,, néttoyé et ré-* . paré¯,1"#1 y-a lieu,,,-;3ans,qu'on soit gêné en quoi que- ce soit.
Le dess,in¯ arin.exé montra-à titre'd'exemple cinq formes de -réalisation-de 1.'invention. '
Fig. 1'est une poupeverticale générale de la pre- mièrede ces formes. '.. '
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'a-0'à.,h,.g: .2 ei-es,zn.e coupe partielle suivant II-II (fig. -.)4: . - '...'.' \
Fig. 3 est une coupe partielle suivant III-III (fig.
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Fig. 4 est'une coupe verticale générale :de la secon,
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de de ces formes de réalisation.
Fige 5,est une coupe verticale générale de la troi- sième de ces formes de réalisation.
Fig. 6 est une coupe verticale générale de la qua- trième forme de réalisation.
Fig. 7 est une coupe verticale générale de la cin- quième forme de réalisation. , /
On supposera dans ce qui suit que la, fermentation envisa... gée est celle de fumiers de tous genres et de déchets cellu- losiques en vue de la production de méthane.
Dans la forme de réalisation suivant fige 1 à 3, l'ins- tallation comprend une cuve 1, faite en ciment et enterrée de manière à être protégée contre le'refroidissement. Cette cuve comporte à mi-hauteur un rebord 2,qui.se prolonge'vers le haut par une paroi verticale 3, parallèle à la paroi de la cuve, mais disposée à une certaine distance de celle-ci.' La paroi 3 détermine ainsi entre elle et les parois de la cuve un espa- ce intermédiaire 4. La section transversale de la cuve est, rec- tangulaire, comme on le voit en fig. 2. Dans cet espace 4 est engagée la paroi latérale d'une cloche 5. Cette cloche dont le bord inférieur est constamment immergé, est fixée amovible- ment par des moyens non détaillés.
Elle peut, par exemple, re- poser sur des supports 6 et être chargée d'un poids suffisant, ou bien encore être verrouillée à des dispositifs de fixation 7 fixés à la'paroi de la cuve. Cette cloche est dimensionnée et disposée de façon à recueillir'substantiellement la totali- té des gaz résultant de la fermentation.
Le haut de la cuve communique par un canal latéral 11 avec un puisard 12 dans lequel .se trouve un flotteur 13 com-
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mandant un, interrupteur 14 lequel commande à son tour une van- ne électromagnétique 15 insérée sur une canalisation de gaz 16, ' laquelle s'ouvre sous la cloche 5, au-dessus dû, déflecteur 8 et -passe par dessous le bord inférieur de la cloche, comme montré en fig. 1. Le flotteur est agencé de manière à commander l'ou- verture ,de la vanne 15,quand le niveau dans.le puisard 12 a at- teint une certaine hauteur mais à ne-la refermer que lorsque le niveau dans ledit puisard s'est notablement abaissé.
Le fonctionnement est le suivant:
La cuve étant ouverte, on soulève la cloche 5 à la façon d'un couvercle et.l'on peutoainsi librement accéder à l'inté- rieur sur toute la surface de la. cuve sans être gêné par un or- gane quelconque. On remplit la cuve des matières et liquides à ,faire fermenter (déchets de matières cellulosiques, pailles, fumiers d'ivers, purin, etc...) sensiblement jusqu'au niveau du bord supérieur de la paroi 3. On replace la .cloche 5 en ayant soin de laisser échapper l'air.par un organe 5a qu'on referme ensuite de façon étanche. Puis on ferme la cuve par une plaque
17 non étanche, en ciment isolant, fibro-ciment ou autre, re- couverte d'une couche isolante 18.
On a ainsi reconstitué une sorte de marais artificiel en vase clos.
La vanne 15 étant fermée, les gaz produits par la fermen- 'talion s'accumulent sous la cloche 5 et refoulent le liquide dont le niveau monte au-dessus de la cloche et dans le puisard
12 jusqu'au moment où il atteint la hauteur pour laquelle le dispositif 13-14 a été réglé. A ce moment la vanne 15 s'ouvre et les gaz de fermentation sont chassés par 'la canalisation 16, par exemple vers un gazomètre les accumulant sous très faible pression. Le liquide refoulé revient à grande vitesse sous la
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cloche par les trous 9 qui ont servi à son refoulement.
La sec- tion de ces trous étant nettement insuffisante pour ce retour rapide, la perte de charge atteint un e valeur telle que la plus grande partie du liquide remonte entre le paroi 3 et la paroi de la cloche et vient jaillir sous le déflecteur 8 au-des- sus du niveau qu'a à. ce moment le liquide sous la ,cloche. Ce dé- flecteur répand ainsi cette partie du liquide en nappe dans l'es- pace libre sous la cloche, assurant ainsi l'arrosage et le bras- sage énergique désirés. La partie du liquide qui revient par les trous 9 provoque au fond de la cuve des courants violents qui agitent les boues et autres dépôts.
Une fois le niveau sous la cloche suffisamment remonté, la vanne 15 se referme et les phénomènes recommencent.
Il peut y avoir intérêt en certains cas à réchauffer le - liquide de la cuve. Ceci peut s'obtenir notamment par une ré- sistance électrique, par une circulation d'eau chaude à thermo- siphon comportant un serpentin dans la cuve 'et un serpentin , chauffa par exemple, par un brûleur à méthane, etc... On peut également enfouir la cuve dans du fumier ou autre masse organi- que fermentant à l'air libre en fermentation oxydante, accélé- rée ou non. Ce fumier peut d'ailleurs, après avoir ainsi assu- ré le chauffage, être chargé dans la cuve pour y subir utile- ment la fermentation anaérobie.
La fermentation oxydante préa- lable que ce fumier-aura subie empêchera d'ailleurs les fermen- tations parasites indésirables, telles que les fermentations . butyriques ou putrides susceptibles de gêner.la fermentation méthanique.
Bien entendu, la manoeuvre de la vanne 15 peut être assu- rée de façon automatique par tout mécanisme autre que celui
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représenté et plus particulièrement par un système d'électro- des que le liquide court-circuite en s'élevant dans le puisard
12.
Dans une variante de cette installation la cuve, la clo- che et la cloison 3 pourraient être de section circulaire. Iles- pace 4 et le déflecteur 8 seraient alors annulaires.
La forme de réalisation suivant fig. 4 présente sensible- ment les mêmes caractéristiques générales sauf sur deux points:
Tout d'abord les trous 9 de fig. 2 et 3, destinés à assu- rer la communication entre le bas de la cuve 2 et la partie su- -périeure de celui-ci qui en est isolée par la cloche amovible,.
5 dont le'bord inférieur est constamment immergés sont ici sup- primés et remplacés par une canalisation extérieure 19 débou- chant très haut, sous le couvercle 17-18. Cette canalisation ne peut plus assurer que la remontée du liquide sous l'action de la pression des gaz,.mais non sa redescente, puisqu'elle n'est pas noyée à son débouché. Comme dans l'exemple précédent la cloche 5 est dimensionnée et disposée de manière à recueil- lir substantiellement la totalité des gaz produits.
En second.lieu, le contrôle de l'échappement des gaz est assuré non plus par un mécanisme automatique en fonction du niveau à l'extérieur de,la cloche, mais par un dispositif ma- nométrique comportant, une petite cloche auxiliaire extérieure
20 sous laquelle débouche la canalisation 16 qui passe sous le bord inférieur de la'eloche 5 et s'ouvre la canalisation 21 allant au.gazomètre ou autre réservoir. La,canalisation 16 , est, agencée en forme,de tube en U, comme montré.
Le remplissage, en.liquide de la cuve doit ici atteindre un niveau-supérieur ,à celui du sommet de la cloche 5 (ladite
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cloche étant entièrement remplie de liquide). La canalisation 16 d'échappement de gaz est donc noyée. Les gaz s'accumulent sous la cloche, refoulant le liquide qui remonte par la cana- lisation extérieure 19 et vient retomber dans'l'espace au-des- sus de la cloche. En même temps le niveau baisse dans la, par- tie verticale descendante de la canalisation 16 qui forme ma- nomètre. Quand le niveau atteint le coude inférieur de ladite canalisation, le gaz peut s'échapper librement en rejetant dans la fosse 22 de la cloche auxiliaire 20 le reste de liquide qui obstruait encore la canalisation 16.
La pression des gaz ces- sant brusquement, le liquide accumulé au-dessus de la cloche 5 revient sous celle-ci en chassant les gaz et en jaillissant en nappe sous le déflecteur 8.
Vers la. fin de ce retour de liquide, l'entrée de la cana- lisation 16 est noyée et les'phénomènes recommencent.
Au lieu de faire déboucher la canalisation extérieure 19 bien au-dessus du niveau maximum du liquide dans la cuve, on peut'situer ce débouché entre les niveaux minimum et maximum.
Lors du retour du liquide, une partie de celui-ci redescend par ladite canalisation 19, provoquent un brassage énergique au fond de la cuve,, ce qui est favorable à la honne marche de la, fermentation ; néanmoins, une partie importante du liquide rejaillit sous la cloche (tomme sus- exposé .
La paroi de la canalisation 16 est percée d'un trou ca- libré 16a s'ouvrant au niveau de la. partie inférieure de la fosse 22. Ce trou remplit deux fonctions:
1 Pendant la période de refoulement lent du liqui- de par le gaz dans la canalisation 16, -il limite la'pression de refoulement à celle correspondant à la, différence de hauteur
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entre le niveau de la fosse 22 et le niveau du liquide dans la branche descendante de la canalisation 16, c'est à dire qu'il annule an quelque sorte 1 ''effet hyraulique de la partie supé- .rieure de ladite canalisation au-dessus du liquide dans la fos- se 22. On évite ainsi-tout excès, de pression intempestif.
2 Après l'évacuation du gaz de la cloche 5, ce trou
16a assure le remplissage positif de la canalisation 16 en 'li- quide, le niveau dans la branche montante étant exactement égal à celui de la fosse 22, même si des bulles de gaz restent enfermées dans lacanalisation. Ce remplissage par l'orifice
16a se fait à partir du liquide de'la fosse et compehse ainsi ,,la quantité de liquide rejetée danscelle-ci par le gaz lors ,de chaque cycle de fonctionnement à partir de la canalisation, 16.
Dans, la forme de réalisation de fig. 5 on retrouve les mêmes .éléments'; que. dans . celle de fig. 4, mais la disposition constructive est -telle, que l'ensemble des, appareils constitue un bloc facilement amovible d'une cuve en ciment ne présentant aucune.chambre annulaire ou canalisation extérieure d'exécu- tion délicate pour. un entrepreneur?, non .spécialiste.
La. cloche amovible 5 dont le bord inférieur est constam- ment immergé est de dimensions, relativement restreintes. Ses .. dimensions et sa disposition sont néanmoins telles qu'elle re- cueille .substantiellement. tous'les gaz qui se forment. Cette cloche coiffe un rebord vertical circulaire 3a solidaire d'une cloison annulaire 23 reposant horizontalement sur un rebord
24 solidaire des parois de la cuve 1. Le bord externe de la cloison 23 est relevé et remonte jusqu'au haut de la cuve 1 où cette cloison- est fixée amoviblement par des dispositifs
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non figurés, tels que tirefonds, goupilles, verrous, etc... empêchant la cloison 23 d'être soulevée par la. poussée du li- quide si son poids propre est insuffisante.
Cette cloison 23 n'est pas plane, mais affecte la forme d'une surface concave à concavité tournée vers le bas ; la cloison 23 avec son bord relevé constitue ainsi une sorte de cuvette annulaire à fond bombé. La cloche 5 est de son côté fixée à la. cloison 23 par tout moyen convenable, par exemple par un dispositif à baïon- nette 7'.
La cloche auxiliaire20 du dispositif provoquant l'éva- cuation automatique du gaz est logée dans une sorte de bâche 25 solidaire de la cloison 23 'et disposée entre la cloche 5 et le bord externe de ladite cloison. Cette bâche tient lieu de la fosse 22 de fig. 4. Le tuyau 21 de départ de gaz s'élè- ve directement du sommet de la, cloche auxiliaire 20 en traver- sant le couvercle 17 de la cuve 1. La. canalisation de liaison 16 est ainsi extrêmement courte.
La canalisation extérieure 19 de fig. 4 est ici rempla- cée par un tube plongeur 19' traversant la cloison 23 à tra- vers une sorte de presse-étoupe 26.
Le fonctionnement reste le même que sus-exposê en réfé- rence,à la fig. 4,mais cette forme de réalisation présente l'avantage que l'ensemble des appareils est porté par la cloi- .son annulaire 23. La cuve 1 est ainsi facile à réaliser, l'en- semble de la cloison et des appareils qu'elle porte, fabriqué et assemblé en série à l'usine, venant se mettre en place en- suite sans aucun ajustage,sans aucune complication. On remar- quera que les bulles gazeuses qui s'élèvent le long des parois de la cuve et qui risqueraient de passer entre celles-ci et le
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' bord externe de.
la cloison.23, sont déviées par le rebord 24 ..et renvoyées sous la- face inférieure concave de la cloison 23 -'qui les.amène à la cloche 5..La construction décrite présente encore l'avantage.que-pour le remplissage de la cuve on peut, en enlevant la ,cloison. 23, accéder librementà tout l'espace .interne sans avoir'à-prendre aucune précaution pour ne pas dé- ,verser de'matières solides dans un espace annulaire quelconque, 'au. contraire du cas.des formes de; réalisations précédentes.
L'installation suivant fig. 5 comporte un serpentin réchauf feur 27, ledit serpentin étant alimenté en eau chaude (ou éven- tuellement en vapeur') par une petite chaudière auxiliaire. La- dite chaudière auxiliaire comporte un corps 28a avec un tube de départ de..fumée 28± le traversant à l'équerre, disposition 'qui augmente considérablement les surfaces de chauffe sans com- . pliquer'outre mesure la construction. 'Le foyer peut être à com- bustibles solides ou .comporter des brûleurs à méthane.
Un compresseur 29 permet, par des canalisations 32, 34-et
35, les opérations ci-après :
1 Pour accélérer la circulation par refoulement de liquide (circulation pulsée), le- compresseur 29 peut par la ca- nalisation 32, aspirer du méthane dans le gazomètre 33 dans le- quel ce gaz est accumulé et le refouler sous la cloche 5 par la canalisation 34. Tout se passe alors comme si le dégagement gazeux sous la cloche 5 était intensifié et les pulsations de. circulation du liquide sont plus rapides.
2 Le compresseur, aspirant du méthane soit par la soit par la canalisation 34, canalisation 32 peut le refoulervers le fond de la cuve par la canalisation.35 et l'injecter,dans cette cuve par le tube perforé 36. On réalise ainsi une sorte de barbotage qui brasse
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la masse du liquide en fermentation avec les solides qu'il con- tient.
3 Le gaz refoulé vers le tube perforé 36 peut être , amené à traverser un serpentin 37 chauffé par la chaudière 28a, de telle sorte que le gaz barbotant dans 'le liquide contribue à échauffer celui-ci.
La forme de réalisation de fig. 6 se distingue de celle de fig. 5 en ce qu'à la partie supérieure de la cuve est disposée une cloche gazométrique mobile 38, coiffant le bord extérieur relevé de la cloison 23 et qui recueille directement non seule- ment le gaz qui s'échappe de la canalisation 16, mais encore les bulles gazeuses qui se dégagent du liquide situé au-dessus de la cloison 23 et dans la canalisation 19'.
La cloche auxiliaire 20 de fig. 5 est supprimée, le.gaz montant directement dans la cloche gazométrique 38. Le tuyau .
39 de prise de gaz s-' engage dans l'espace annulaire entre la paroi de ladite cloche et le bord extérieur relevé de la cloi- son 23; il descend et traverse la, paroi de la cuve 1. De cette façon l'ouverture de la cuve est obtenue en enlevant directement la. cloche gazométrique 38 et la cloison 23 sans qu'on soit gêné par aucune tuyauterie.
Bien entendu l'installation peut comporter tous disposi- tifs de chauffage et de circulation de gaz du genre de ceux men- tionnés au sujet des formes de réalisation précédentes.
En fige 5 et 6 on a indiqué en a, b, et a', b', les ni- veaux extrêmes dans les deux compartiements déterminés par la cloche fixe 5 dont le bord inférieur est constamment immergé.
Dans les installations selon les fig. 5 et 6 l'évacuation automatique des gaz a lieu de la même façon que dans l'instal- lation de fig. 4.
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On a avantage à ensemencer,le liquide.utilisé dans les ins- tallations décrites par le moyen de bactéries appropriées afin
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que la fermentation. méthanique "commence aussi rapidement que posible Cet ensemencement, joint à la possibilité de mainte- nir la masse à la,température voulue et en l'agitant de façon constante, permet de réduire dans une proportion considérable le temps nécessaire¯.pour la mise en marche d'une cuve. Le ren- dement deces installations s'en trouve ainsi augmentée de fa- çon notable.
Fig. 7 indique une construction extrêmement simplifiée dans laquelle il n'est-prévu aucun dispositif de circulation de liqui- de et cependantdonnant un'rendement acceptable, si on a soin de l'ensemencer et de la réchauffer..
Le corps 1 de la cuve repose sur une couche 50 de béton isolant protégeant le fond contre le refroidissement provenant du sol,. Les bétons isolants de' la chaleur et du froid sont bien connus dans la technique et il est inutile de rappeler ici les diverses compositions qu'ils peuvent avoir. On peut d'ailleurs remplacer le b'éton par toute autre matière appropriée pour la constitution de ladite couche.
La cuve comporte un rebord 24,formant saillie sur ses pa- rois vers le haut de celles-ci, le,dit repord présentant en sec- tion un côté inférieur oblique et un.coté supérieur sensiblement horizontal sur lequel vient reposerune cloche métallique 5 pré- vue pour s'engager.dans la'cuve avec un jeu suffisant pour per- ,mettre sa mise 'en placé et son enlèvement faciles. Cette cloche
5 est retenue à l'encontre de la poussée verticale du liquide par des clavettes 7 enfilées à travers des trous pratiques dans les parois du corps 1, lesdites clavettes étant assimilables à
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celles montrées à la fig. 1.
La cuve comporte encore un tube de prise de gaz 16 dont l'entrée sous la cloche 5 est protégée par une bavette 51 con- tre les masses solides flottantes qui pourraient éventuellement risquer de le boucher.
Pour utiliser cette cuve, on enlève d'abord la cloche 5, puis on charge du fumier ou autres matières organiques facile,,- ment fermentescibles à peu près jusqu'au niveau du rebord 24, on ensemence avec soin la masse ainsi chargée avec des cultures ap- propriées,puis on place la cloche 5 qu'on verrouille par les clavettes 7. On achève alors le remplissage par du liquide jus- qu'à ce que le niveau visible dans le jeu existant entre les pa- rois de la cuve et celles du 'corps arrive à une faible distance verticale au-dessous du fond de cette dernière.
On entasse alors du fumier non fermenté autour et sur la cuve de manière à réaliser une sorte de couche isolante et chauffante 52.
Au bout d'un temps très court il y a production de gaz qui, d'abord chargé en gaz carbonique, devient très vite combustible, sa teneur en méthane croissant rapidement. Il est alors utilisa- ble et la cuve peut être mise en service. Si les.conditions de température et d'ensemencement sont favorables, la production de gaz combustible peut commencer environ vingt-quatre heures après le chargement, On notera à ce sujet qu'il est toujours possible de-chauffer le liquide qu'on introduit dans la. cuve lors du rem- plissage. ,
Il est important de noter que,le gaz n'est jamais retenu par des parois en ciment, lesquelles sont toujours perméables au méthane en dépit de leur étanphéité apparente.
En effet: les
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bulles gazeuses produites dans la masse en fermentation s'élè- vent et crèvent directement sous la cloche 5 dans un espace dé- limité par des parois, métalliques et une surface liquide, donc parfaitement étanche pour'le gaz, Les bulles'qui montent le long des parois du corps 1 rencontrent le rebord 24 qui forme déflec-
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teur et les renvoië-'souslla cloche. Elles ne peuvent donc s'échapper ¯par le jeu entre leddites parois et la cloche.
Oh notera encore que la cloche 5 forme couvercle et dis- pense de toute dalle.de recouvrement de maniement malaisé et ,pénible, Dans¯la pratique le gaz produit est emmagasiné dans un gazo- mètre sous une certaine, -pression..Le 'niveau sous la cloche 5 ) est. donc toujours un peu plus bas que dans l'espace entourant
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celle-ci, ce qui ne préaënte'd'ailleurs aucun inconvénient, cet- te faible différence ne pouvant''aboutir en pratique aundéborde- ment du'liquide.
Il doit au surplus être entendu que la description qui pré- cède n'a,été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle'ne.limite nullement le domaine de l'invention dont on ne- sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équi- valents.