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RECIPIENT ETANCHE AUX LIQUIDES FAIT EN PAPIER, CARTON OU MATIERE ANALOGUE ET PROCEDES POUR SA FABRICATION, SON REMPLISSAGE ET SA FERMETURE.
La présente invention est relative à un récipient en papier, carton ou matière analogue, destiné à recevoir, de préférence, des contenus liquides, et constitué par une enveloppe de forme tubulaire et par des éléments de fermeture étanche fixés au voisinage des extrémités de l'enveloppe. L'invention est également relative à un procédé de fabrication d'un récipient de ce genre.
De façon générale, ces récipients sont constitués par un flan, primitivement mis à plat, qu'on colle sous la forme d'un tube pour réaliser une enveloppe, dont on ferme l'ouverture supérieure et l'ouverture inférieure en introduisant des éléments de fermeture spéciaux ou en modifiant la forme des parties de l'enveloppe. On connaît des récipients de ce genre dont l'extrémité inférieure est fermée par une pièce ainsi introduite, ou encore par une fermeture à plis formée par le prolongement du tube constituant l'enveloppe du récipient, et dont l'extrémité supérieure est fermée par une fermeture à plis dépassant au-dessus du niveau de remplissage et constitué éventuellement par des parties de l'enveloppe du récipient.
Outre les frais résultant de l'augmentation de la consommation nécessaire de matériaux, la réalisation de fermetures repliées de ce genre exige un supplément de main-d'oeuvre et les parties constituant la paroi et se superposant plusieurs fois n'assurent pas toujours une fermeture parfaitement étanche. De plus, les fermetures à plis de ces récipients présentent une forme bombée qui crée au-dessus du niveau du liquide un espace inutilisé rempli d'air et cet espace, sans tenir compte du fait qu'il ne permet pas d'empiler les récipients pleins les uns sur les autres, augmente inutilement le volume total. Par ailleurs, l'air enfermé dans le récipient influence de façon nuisible la conservation de contenus facilement altérables, tels que le lait ou les produits analogues.
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Pour ces raisons, on a été amené à utiliser des fermetures ou éléments de fermeture de forme plane, et la fermeture supérieure se trouve dans le plan du niveau libre du liquide ou directement au-dessus de lui, pour éviter ainsi dans une large masure l'inclusion indésirable d'air et utiliser à peu près complètement la capacité des récipients. Un autre avantage des récipients comportant des éléments de fermeture de forme plane réside dans la facilité d'empilage des récipients pleins et fermés.
Dans la fabrication de récipients de ce genre, on ne rencontre pas, en général, de difficultés particulières pour réaliser une fermeture de fond de forme plane, car les opérations de façonnage requises à cet effet peuvent être effectuées sur un mandrin, qui constitue un contre-appui efficace pour les outils servant à introduire ou à former l'élément de fermeture. Par contre, la formation de l'élément de fermeture supérieur présente des difficultés considérables, étant donné qu'on ne dispose d'aucun contre-appui efficace pour presser les parties qu'on doit assembler les unes aux autres.
Cet inconvénient apparaît particulièrement lorsque l'extrémité supérieure de l'enveloppe du récipient doit être fermée au moyen d'un élément de fermeture en forme de couvercle à bords rabattus, et la résistance mécanique de l'élément de fermeture, ainsi que celle du bord de l'enveloppe du-récipient n'est pas suffisante pour résister à l'effort de pression indispensable à l'obtention d'un assemblage étanche.
De même, on n'obtient pas de résultat satisfaisant en utilisant un élément de fermeture de ce genre, suivant une disposition inversée, c'est-à-dire en effectuant l'introduction, de manière que les bords rabattus du couvercle soient dirigés vers l'extérieur, car, dans ce cas, l'élément de fermeture est profondément renfoncé par rapport à l'arête supérieure de l'enveloppe du récipient et le rapport entre le volume total du récipient et sa capacité effective est de nouveau défavorable.
On a également proposé d'utiliser une fermeture en forme de couvercle à bords rabattus comportant un renforcement se rattachant à l'ouverture de l'enveloppe du récipient,, et ayant pour objet d'absorber l'effort de pression exercé au cours du processus d'insertion. Par rapport aux dispositions sus-mentionnées, celle-ci présente l'inconvénient que les rebords entourant extérieurement l'enveloppe du récipient forment des saillies sur ses parois et constituent ainsi pour l'enveloppe et l'élément de fermeture un moyen d'assemblage qui peut être facilement endommagé par des actions extérieures.
En outre, on rencontre des difficultés pour assurer, dans les angles, l'assemblage étanche indispensable des rebords extérieurs de 1'élément de fermeture qui doivent être déformés et comprimés, étant donné qu'en rabattant les rebords autour des arêtes longitudinales du récipient, la matière s'accumule en plusieurs couches qui doivent être pressées.
Dans tous les cas précités, les parois du récipient et/ou de fermeture servant à obtenir un assemblage efficace sont soumis à une déformation quelconque et à l'obtention d'un assemblage étanche entre l'enveloppe du récipient et la pièce de fermeture dans la région des angles, qui sont en général à arêtes vives, nécessite en particulier des mesures importantes.
Pour éviter les inconvénients précités, on donne au récipient étanche aux liquides,conforme à l'invention, une forme prismatique ou légèrement conique, et il est constitué par une enveloppe façonnée en forme de tube à partir d'un flan mis à plat et ses extrémités supérieure et inférieure comportent des éléments de fermeture disposés parallèlement l'un à l'autre, qui sont fermés tous deux, ou seulement l'un d'entre eux, par une plaque plane indéformable en soi qu'on introduit dans l'ouverture de l'enveloppe du récipient, de manière que la face supérieure de la plaque se trouve dans le plan déterminé par les arêtes de l'enveloppe. Les faces frontales de l'élément de fermeture s'appuient alors contre les parois lisses de l'enveloppe du récipient et on les assemble à ces parois par collage.
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La construction du récipient, indépendamment de ses dimensions et de sa forme, peut être conçue de-manière que, par exemple, seule l'ouver- ture supérieure de l'enveloppe du récipient soit fermée par un élément de fermeture plan, tandis qu'on insère dans l'ouverture inférieure de l'envelop- pe un autre élément de fermeture quelconque connu en soi. On peut en outre fermer aussi l'une des ouvertures du récipient au moyen d'une fermeture pla- ne réalisée par repliage et collage de parties de l'enveloppe du récipient.
Il est également possible de fermer aussi bien. l'ouverture supérieure que l'ouverture inférieure de l'enveloppe du récipient au moyen d'une plaque pla- ne indéformable en soi.
En tenant compte de la facilité de fabrication et de l'indéfor- mabilité du récipient ainsi réalisé, il est indiqué de choisir une forme s'amincissant en passant d'une section supérieure carrée à une section in- férieure circulaire, l'extrémité supérieure du récipient étant fermée par un élément de fermeture carré plan, de préférence à angles arrondis, tan- dis que l'extrémité inférieure comporte un élément de fermeture de forme circulaire dont le plan parallèle à la pièce de fermeture supérieure est ren- foncé par rapport aux arêtes inférieures de l'enveloppe. Cette dernière dis- position s'est avérée particulièrement opportune, étant donné que, dans le cas inévitable où l'on dépose le récipient sur une surface humide, le plan renfoncé de la fermeture inférieure, ne vient pas directement en contact avec cette surface.
Pour qu'il soit possible de disposer les uns à côté des autres sans place perdue les récipients pleins et fermés, le diamètre de la section circulaire inférieure et le diamètre du cercle inscrit dans la section supérieure carrée sont sensiblement égaux. En outre, pour fabriquer le récipient au moyen d'une quantité minimum de matériaux, le rapport du diamètre de la section inférieure ronde et du diamètre du cercle inscrit dans la section supérieure carrée, à la hauteur du récipient, est choisi de manière à obtenir un maximum de volume et un minimum de surface extérieure du récipient.
L'élément de fermeture supérieur plan servant de fermeture de tête, comporte un orifice servant simultanément au remplissage et au prélèvement, cet orifice étant bouché après remplissage par un obturateur aisément détachable fermant la zone d'écoulement.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la partie de l'obturateur devant être enlevée quand on ouvre le récipient, est raccordée à la pièce de fermeture au moyen d'un assemblage facile à détacher tandis que la partie de l'obturateur qui, lors de l'ouverture du récipient, demeure sur la face supérieure de la pièce de fermeture, y est fixée au moyen d'un assemblage qu'on ne peut détacher que difficilement.
De cette façon, on aboutit à ce que, quand on ouvre le récipient, l'obturateur peut s'écarter sans difficulté de la face supérieure de la pièce de fermeture, jusqu'à ce que l'ouverture de prélèvement soit entièrement libérée, tandis que l'assemblage plus solide de la partie arrière de l'obturateur avec la pièce de fermeture évite que l'obturateur tout entier ne se détache complètement de la pièce de fermeture et permet ainsi, en rabattant de nouveau l'obturateur, de fermer de nouveau le récipient en cas de prélèvement partiel.
Conformément à l'invention, pour la fabrication, du remplissage et de la fermeture du récipient, on procède comme suit au cours des phases de travail successives on ferme tout d'abord le récipient encore ouvert à la partie supérieure, en insérant l'élément de fermeture à surface plane et comportant un orifice servant au remplissage et au prélèvement du contenu. Ensuite, au moyen d'un pulvérisateur introduit par cet orifice, on enduit intérieurement le récipient d'un agent d'imprégnation, tel que de la paraffine ou un produit analogue, et ainsi, on le stérilise en même temps.
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Immédiatement après cette opération, on introduit ensuite le produit de remplissage dans le récipient stérilisé et, au moyen de l'obturateur détachable, on bouche l'orifice servant au remplissage et aux prélèvements.
L'insertion de l'élément de fermeture plan s'opère en lui donnant, une position inclinée.,, et en le faisant pénétrer tout d'abord assezz profondément dans le récipient pour que, par suite de la position inclinée, l'arête supérieure de la fermeture se trouve dans le plan-de l'arête supérieure de l'enveloppe du récipient; on le ramène ensuite par un mouvement de basculement dans la position horizontale jusqu'à ce que la totalité de la face supérieure de l'élément de fermeture se trouve dans le plan déterminé par les arêtes supérieures de l'enveloppe.
Ce mode d'introduction facilite le montage de l'élément de fermeture dans l'ouverture supérieure de l'enveloppe:, sans qu'iln'y ait besoin d'utiliser un moyen d'introduction particulier et, du fait que la pièce se trouve ramenée dans la position horizontale, les bords intérieurs supérieurs de l'enveloppe du récipient prennent appui, dans des conditions conformes aux tolérances admises, contre les faces latérales correspondantes de l'élément de fermeture.
Pour obtenir une couche protectrice efficace de paraffine sur la face intérieure du récipient, tout en n'exigeant qu'une dépense de matière aussi réduite que possible:, conformément à une autre caractéristique de l'invention, et avant d'effectuer la pulvérisation de la paraffine contre la paroi intérieure, on chauffe le récipient au moyen d'un dispositif fonctionnant par rayonnement ou par contact et exerçant son action de l'intérieur et/ou de l'extérieur;, de manière à porter le récipient à une température supérieure au point de fusion de la paraffine, et on ne maintient cette température que pendant un temps suffisant pour permettre aux particules de paraffine déposées régulièrement et sous une forme finement divisée, de se réunir en une pellicule continue.
On refroidit ensuite de. nouveau-le récipient suffisamment pour qu'aucune modification ne puisse plus se produire dans le degré de répartition de la pellicule de paraffine. Il résulte de ce procédé quela paraffine pulvérisée ne peut pas pénétrer profondément dans la paroi du récipient, et qu'on réalise ainsi les conditions d'obtention d'une pellicule de paraffine amorphe, régulière et continue,.
De plus, conformément à l'invention, dès le début de l'opération de pulvérisation et pendant toute sa durée, on maintient fermée de façon étanche l'ouverture servant au remplissage et au prélèvement, et l'on effectue la pulvérisation pratiquement sans rentrée d'air. De cette manière, il se produit passagèrement une surpression avec formation de tourbillons d'air à l'intérieur du récipient, grâce à quai les particules de paraffine se précipitent sous forme de couche régulière et finement divisée sur l'ensemble de la surface intérieure du récipient.
On décrit dans ce qui suit en se basant sur des exemples de réalisation, deux formes possibles du récipient conforme à l'invention ainsi que son procédé de fabrication, de remplissage et de fermeture, en se référant au dessin annexé sur lequel : la fig. 1 représente, à plat, le flan servant à constituer l'enveloppe du récipient; la fig. 2, l'élément de fermeture supérieure plan et carré com- portant des coins arrondis ; la fig. 3, l'élément de fermeture circulaire du fond auquel on a préalablement donné une forme bombée; la fig. 4 est une vue en coupe longitudinale du récipient;
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la fig. 5, une vue d'ensemble du récipient prêt à être rempli; la fig. 6 représente une vue en coupe à travers l'obturateur dé- tachable; la fig. 7 est une vue en plan de cet obturateur;
la fig. 8 représente l'obturateur détachable dans la position qu'il occupe immédiatement après qu'on l'a posé sur le récipient; la fig. 9 représente l'obturateur en position fermée; la fig. 10 représente l'obturateur en position ouverte; la fig. 11 représente un autre mode de réalisation du récipient conforme à l'invention, dans lequel ses extrémités supérieure et inférieure sont fermées par un élément de fermeture plan; la fig. 12 est une coupe à travers le récipient représenté sur la fig. 11; la fig. 13 montre les diverses étapes de la fabrication, du remplissage et de la fermeture du récipient.
L'exemple de réalisation de l'invention décrit ci-après consiste en un récipient légèrement conique dont la forme se rétrécit depuis une section supérieure carrée à coins arrondis jusqu'à une section inférieure circulaire, et dont l'extrémité supérieure est fermée- par un élément de fermeture de forme plane constitué par une plaque, indéformable en soi qu'on introduit dans l'ouverture supérieure ménagée dans l'enveloppe du récipient de manière que sa face supérieure se trouve dans le plan déterminé par les arêtes correspondantes de l'enveloppe, tandis que l'extrémité inférieure du récipient est fermée par un élément de fermeture circulaire renfoncé.
Ainsi qu'on le voit sur la fig. 1, l'enveloppe 1 du récipient est constituée par un flan tout d'abord étalé à plat, délimité par les arêtes supérieures 2,394 et 5 de l'enveloppe, l'arête inférieure 6 et les arêtes latérales longitudinales 7 et 8. L'arête longitudinale 8 comporte une bande adhésive 9 formant le joint longitudinal, et le bord inférieur 6 comporte de même une bande adhésive 10 servant à fixer l'élément de fermeture bombé inférieur 11 façonné d'avance.
Il est préférable de donner au flan étalé à plat destiné à constituer l'enveloppe 1 du récipient une forme tubulaire au moyen d'un mandrin, de façon connue, après quoi simultanément on introduit d'une part, l'élément de fermeture inférieur 11 dans l'ouverture correspondante ménagée par l'enveloppe du récipient et, on rabat d'autre part, le bord 6 de l'enveloppe du récipient autour du bord bombé 12 de l'élément de fermeture 11 dirigé vers l'extérieur, et on les assemble par pressage.
Pour permettre à l'enveloppe du récipient de prendre plus facilement la forme carrée à sa partie supérieure, on forme des lignes de rainures 13 en des emplacements correspondante de l'enveloppe 1 du récipient dans la partie supérieure de cette dernière, ces rainures permettant à 1'enveloppe de mieux s'ajuster sur l'élément de fermeture supérieur dont les coins sont arrondis.
Comme le montre la fig. 2, l'élément de fermeture supérieur 14 est constitué par une plaque indéformable en soi entièrement plane, qui a été, de préférence, enduite sur toutes ses faces d'un liant thermoplastique par trempage. Ainsi qu'on le voit en particulier sur la fig. 4, on introduit cet élément de fermeture 14 dans l'ouverture supérieure de l'enveloppe du récipient de manière que la face de l'élément de fermeture 14, tournée
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vers l'extérieur se trouve dans le plan déterminé par les arêtes 2. 3, 4 et 5 et que les faces frontales 15 de l'élément de fermeture 14 s'appuient contre le bord supérieur intérieur de l'enveloppe du récipient.
On assure l'assemblage entre l'élément de fermeture 14 et les parties de parois correspondantes de l'enveloppe 1 du récipient au moyen de colle appliquée également sur les faces frontales 15 de l'élément de fermeture 14, et devenant plastique sous l'influence de la pression et de la chaleur.
Afin de fabriquer économiquement le récipient, de façon à obtenir le rapport le plus favorable entre sa capacité et la quantité de matériaux utilisée à sa fabrication, on détermine ses dimensions de manière que le diamètre de l'élément de fermeture circulaire inférieur 11 corresponde sensiblement au diamètre du cercle inscrit dans l'élément de fermeture carré supérieur, le rapport entre ce diamètre et la hauteur du récipient étant choisi de manière à obtenir un volume maximum et une surface extérieure minimum.
L'élément de fermeture supérieur 14 comporte en outre un orifice 16 servant au remplissage et au prélèvement, et bouché par un obturateur détachable 17, tel que représenté en trait mixte sur la fig. 5, après avoir rempli le récipient. Ainsi qu'on peut le voir en particulier sur les figs.
6 et 7, l'obturateur détachable est constitué par un flan de papier ou de carton doublé d'aluminium, comportant une couche de paraffine sur sa face tournée vers le récipient. Comme le montre en particulier la fig. 7, on donne à cet obturateur détachable une forme telle qu'il comporte une partie 18 obturant 1'orifice 16de remplissage et de prélèvement, et une partie 20 délimitée par une rainure 19. La partie 18 comporte intérieurement un renfoncement 21 obtenu par estampage qui, dans la position fermée de l'obturateur détachable, pénètre partiellement dans l'orifice 16 précité. En outre, à la partie 18 se raccorde une zone 22 marquée par des hachures qui, en position fermée, est rabattue autour du bord correspondant du récipient et comporte un prolongement 23 qui, lors de l'ouverture du récipient sert à saisir l'obturateur.
Ainsi que le montre la fig. 8, l'obturateur 17 est posé tout d'abord à plat dans la région de l'orifice 16 de remplissage et de prélèvement sur la face supérieure de l'élément de fermeture 14. On réalise la fixation de cet obturateur détachable 17, et, par suite, la fermeture de l'orifice 1 6 précité, en soumettant la partie désignée par 20 de cet obturateur 17 à une pression assez forte et-assez prolongée d'un outil chauffé, de manière que, dans cette zone et sous l'action de la pression et de la chaleur, la couche de paraffine appliquée sur l'obturateur 17 fonde et s'écoule et que la couche thermoplastique collant davantage dont est enduit l'élément de fermeture 14, exerce alors son action.
Par contre, la surface 18 de l'obturateur détachable 17 qui recouvre l'orifice de remplissage et de prélèvement n'est soumise qu'à une pression et une température seulement suffisante à rendre plastique la couche de paraffine en assurant de ce fait un assemblage étanche mais cependant relativement facilement détachable -de l'obturateur 17 et de l'élément de fermeture 14. Grâce à une forme appropriée des outils servant à appliquer la pression, la zone hachurée 22, 23 de l'obturateur détachable est rabattue autour du bord voisin du récipient, comme le montre la fig. 9.
Les fig. 11 et 12 représentent une variante du récipient conforme à l'invention, les ouvertures supérieure- et inférieure formées par- l'enveloppe 1 du récipient sont, dans ce cas, fermées par un élément de fermeture 14 plan, qu'on introduit dans les ouvertures supérieure et inférieure formées par l'enveloppe du récipient, de la même manière que l'élément de fermeture précédemment décrit. Dans ce cas également, l'élément de fermeture plan placé à la partie supérieure comporte un orifice 16 de remplissage
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et de prélèvement qui, comme le montre la Fig. 12 est obturé par un couver- cle de serrage 24 en papier, métal ou autre matière appropriée.
Le procédé de fabrication, de paraffinage, de remplissage et de fermeture du récipient faisant l'objet'de l'invention, est décrit en se référant aux phases de travail représentées schématiquement sur la Fig.13.
Le récipient, qui a préalablement reçu sa forme tubulaire et dans lequel on a introduit la pièce bombée constituant le fond, est amené en 13a, par exemple au moyen d'un dispositif de transport pneumatique constitué par un canal d'air comprimé 25, aux cellules 26 d'un dispositif d'alimentation avançant par intermittences. Le dispositif d'alimentation poursuivant son mouvement, le récipient parvient à la position 13b, où on introduit l'élé- ment de fermeture plan 14 dans l'ouverture supérieure de l'enveloppe.
Pour effectuer l'insertion, l'élément de fermeture 14, se trouvant sur une pile non représentée, est enlevé par un outil approprié 27, sous l'action d'une aspiration d'air, et est introduit dans l'ouverture supérieure de l'envelop- pe du récipient, de manière à prendre tout d'abord la position inclinée représentée en trait interrompu et ensuite, par suite du déplacement commandé par la ventouse 28 portant l'élément de ferme ture 14, cet élément est ramené en arrière en position horizontale jusqu'à ce que sa face supérieure se trouve dans le pian déterminé par les arêtes de l'enveloppe du récipient.
Le récipient, muni de l'élément de fermeture 14 disposé tout d'abord de façon lâche, se déplace maintenant vers la position 13c où il parvient alors dans la zone d'action d'outils de presse 29 animés d'un mouvement alternatif et chauffés, sous l'action desquels la couche thermoplastique 14 devient adhérente et se colle aux bords correspondants de l'enveloppe du récipient. Les cellules 26 poursuivant leur déplacement, le récipient parvient dans la zone de la position 13d où, pendant un temps court et par l'ouverture de remplissage et de prélèvement 16, on introduit un élément chauffant 30 à l'intérieur du récipient.
Au cours de son passage par les positions 13a, 13b, 13c et 13d, le récipient est guidé par un canal entourant son trajet en tout ou en partie et chauffé par des éléments chauffants 32, disposés dans la plaque de base 31. Après avoir subi intérieurement et extérieurement un préchauffage à une température supérieure au point de fusion de la paraffine, le récipient parvient alors à la position 13e, dans laquelle on introduit, par l'orifice de remplissage et de prélèvement 16, un dispositif 33 servant à pulvériser de la paraffine, et qui rend ainsi le récipient étanche.
La paraffine fournie par le dispositif de pulvérisation 33 sous forme très finement divisée s'applique sur la face intérieure du récipient et, par suite du réchauffage préalable de ce dernier, s'écoule sous la forme d'une pellicule continue. Afin de conserver la structure régulière ainsi obtenue de la paraffine, on fait passer ensuite le récipient par une chambre froide représentée en 13f, à l'intérieur de laquelle la couche de revêtement se prend sous la forme d'une pellicule solide.
Au cours du mouvement d'avance suivant du récipient, on amène en 13g, la matière à emballer au moyen d'un dispositif de remplissage 34, et les cellules 26 continuant leur mouvement, le récipient alors rempli parvient, comme représenté en dans la zone du dispositif servant à poser l'obturateur détachable 17. L'obturateur détachable, également prélevé d'un magasin non représenté, est amené par un outil 35 actionné de préférence par aspiration d'air, et cet outil dispose l'obturateur détachable - disposé tout d'abord encore à plat - à l'emplacement de l'orifice de remplissage et de prélèvement 16 sur la face supérieure de l'élément de fermeture 14.
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L'assemblage entre l'obturateur détachable 17 et l'élément de fermeture 14 ainsi que la fermeture finale du récipient qui en résulte sont réalisées au moyen des outils de serrage 36, 37 chauffés et animés d'un mouvement alternatif, l'outil 36 servant à assembler la section 20 de 1'obturateur détachable 17 à l'élément de fermeture-14 de la manière déjà décrite, tandis que l'outil 37 fixe la section 18 entourant l'orifice de remplissage et de prélèvement 16 à la face supérieure de l'élément de fermeture 14. Grâce à une forme appropriée de l'outil de serrage 37, les parties dépassantes 22 et 23 des bords sont rabattues autour de l'arête limitant le récipient. Le récipient, qui a été fabriqué, rempli et fermé de la manière qui vient d'être décrite, peut alors être extrait en 13K des cellules 26 du dispositif transporteur.