CA2211034A1 - Dispositif et methode pour deglacer un element structural allonge - Google Patents
Dispositif et methode pour deglacer un element structural allongeInfo
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Abstract
Le dispositif et la méthode servent à déglacer un élément structural allongé à contour fermé. Le dispositif est formé de paires de fils électriquement conducteurs et isolés, préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le lon g et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural avec un certain jeu. Les fils conducteurs ont des bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des bouts opposés connectés électriquement ensemble. Les fils conducteurs sont de calibre à supporter un courant provoquant une force de répulsion dont l'intensité est susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément stru ctural par l'éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion . Les fils conducteurs ont des propriétés de rigidité et d'élasticité telles qu'il s retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé p ar la répulsion.
Description
DISPOSITIF ET MÉTHODE POUR DÉGLACER
UN ÉLÉMENT STRUCTURAL ALLONGÉ
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte aux dispositifs pour enlever la neige ou la glace pouvant s'accumuler par exemple sur des lignes ou des câbles électriques, et porte plus particulièrement sur un dispositif et une méthode pour déglacer un élément structural allongé tel qu'une ligne électrique haute tensionou une tour haubanée.
HISTORIQUE DE L'INVENTION
Dans les régions froides, les éléments tubulaires structuraux, peu importe la forme qu'ils présentent, i.e. rectangulaire, carrée ou circulaire, sont souvent exposés aux précipitations de glace atmosphérique, tel le givre dur, le verglas et 15 la neige collante. L'accumulation de glace sur ces éléments peut occasionner des surcharges mécaniques qui vont les déformer, allant même jusqu'à produire des bris mécaniques parfois catastrophiques. Jusqu'à maintenant, il n'existe aucune méthode vraiment efficace au point de vue énergétique et automatisée, qui soit capable de minimiser l'accumulation de glace sur ces éléments structuraux.
Les brevets US 4,690,353 (HASLIM) et 5,411,121 (LAFORTE et al.) décrivent des dispositifs ou systèmes utilisant des impulsions électromagnétiques de forte intensité pour briser la glace.
Dans le cas d'HASLlM, le système est applicable à des surfaces planes, et a été développée pour éliminer la glace sur une aile d'avion. Des impulsions 25 électromagnétiques sont injectées dans un double ruban mince en cuivre placé
(inséré) dans une pellicule de caoutchouc.
Dans le cas de LAFORTE et al., le dispositif est applicable à des conducteurs toronnés, tel un câble toronné. Pour casser la glace, des impulsionsélectromagnétiques sont injectées dans certains des fils conducteurs isolés 30 intégrés dans la dernière couche toronnée du câble. Ces fils conducteurs sont isolés à cet effet lors de la fabrication du câble.
La publication intitulée "An Investigation of Power Line De-lcing by Electro-lmpulse Methods", parue dans la revue IEEE Transaction on Power Delivery, Vol.
4, No. 3, Juillet 1989 au nom d'EGBERT et al., décrit un essai avec un conducteur ACSR enveloppé de bandelettes de caoutchouc contenant des 5 lamelles souples en cuivre dans lesquelles ont été injectées des impulsions électromagnétiques. Dans cette expérimentation, les bandes de caoutchouc ceinturant le conducteur ne possédaient pas une forme adéquate et les lamelles de cuivre, trop minces, n'offraient pas une résistance mécanique suffisante pourbriser la glace, de sorte que sous l'effet des impulsions, I'enveloppe se déformait 10 plutôt que de casser la glace, la résistance mécanique des lames de cuivre étant plus faible que celle de la glace. Comme le souligne les auteurs en conclusion de l'expérimentation, I'utilisation de ce type de recouvrement ne peut permettre dedéglacer de façon efficace la surface fermée d'un conducteur.
15 SOMMAIRE DE L'INVENTION
L'invention apporte un dispositif pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant: au moins une paire de fils électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, I'un à côté de l'autre, le long et autourde l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoldale20 tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et desdeuxièmes bouts opposés aux premiers bouts, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, 25 une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité etd'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; des moyens pour30 connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs de la paire ensemble; et des moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs de la paire l'un de l'autre et de l'élément structural.
L'invention apporte aussi une méthode pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant les étapes de: positionner au moins une 5 paire de fils conducteurs le long de l'élément structural, les fils conducteurs étant préformés pour s'enrouler, I'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoldale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs 10 ayant des premiers et deuxièmes bouts opposés, les fils conducteurs étant pourvus de moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs l'un de l'autre et de l'élément structural, les fils conducteurs étant de calibre à supporter uncourant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural 15 par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs ensemble; et appliquer des impulsions 20 électromagnétiques entre les premiers bouts des fils conducteurs pour générer ledit courant dans les fils conducteurs.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention est adaptable à tout élément structural aérien déjà existant, isolant électrique ou conducteur, dont la surface présente un contour fermé comme, par exemple, les tiges et câbles aériens de 25 sections variées: circulaire, carrée, rectangulaire, etc. Le dispositif de déglaçage est applicable à un conducteur de ligne électrique sous tension, autour de laquelle il forme un genre d'enveloppe ou de gaine. La méthode de déglaçage ne demande qu'une faible énergie; étant de type mécanique, qui utilise des impulsions électromagnétiques, elle requiert de 100 à 1000 fois moins d'énergie que les 30 techniques de type thermique. Le dispositif de déglaçage forme une unité
indépendante en elle-même de l'élément structural qu'elle recouvre. Ainsi, il ne - nécessite pas d'y être attaché. Il peut être mis en place sur les câbles lors de leur fabrication en usine ou sur les câbles déjà en place.
BREVE DESCRlPTiON DES FIGURES
L'invention est davantage décrite ci-dessous par le biais d'exemples, en référence aux dessins suivants où:
Figures 1 et 2 sont des vues de côté en élévation montrant deux formes de fils conducteurs selon l'invention;
Figure 3 est une vue de côté en élévation du dispositif de déglaçage selon 1 0 I'invention;
Figure 4 est une vue en coupe du dispositif de déglaçage prise le long des lignes 4-4 de la Figure 3;
Figures 5 et 6 sont des vues en coupe transversale montrant le dispositif de déglaçage selon l'invention, monté sur deux éléments structuraux de nature 1 5 différente; et Figure 7 est une vue de côté en élévation montrant un dispositif de déglaçage selon l'invention, monté sur un élément cylindrique court.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence aux Figures 1 et 2, il est montré deux formes de fils préformés 2, convenant à la construction du dispositif de déglaçage selon l'invention. La forme du fil 2 illustré à la Figure 1 convient à un élément structural (non-illustré dans la figure) dont la surface externe forme un contour circulaire, tandis que la forme du fil 2 illustré à la Figure 2 convient à un élément structural (non-illustré dans la figure) dont la surface externe forme un contour rectangulaire ou carré. D'autres formes de fils préformés peuvent être évidemment utilisés de manière à convenir à la forme du contour de l'élément structural.
En référence aux Figures 3 et 4, le dispositif de déglaçage selon l'invention sert à déglacer un élément structural allongé 4 (en pointillé dans les figures) à
30 contour fermé. Dans sa configuration de base, le dispositif comporte au moinsune paire de fils 6, 8 électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, I'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural 4 en suivant une trajectoire généralement hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural 4 avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs 6, 8 et l'élément structural 4. Dans les Figures 3 et 4, le dispositif comporte trois paires 5, 7, 9 de 5 fils conducteurs 6, 8, comme on le voit mieux à la Figure 4. Les fils conducteurs 6, 8 ont des premiers bouts 10, 12 pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des deuxièmes bouts 14, 16 opposés aux premiers bouts 10, 12. Les fils conducteurs 6, 8 sont de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs 6, 8 de chaque paire, une répulsion ayant10 une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural 4 par un éloignement des fils conducteurs 6, 8 I'un de l'autre en réponse à la répulsion. Les fils conducteurs 6, 8 ont des propriétés de rigidité et d'élasticité
telles que les fils conducteurs 6, 8 retrouvent leur forme autour de l'élément structural 4 après l'éloignement causé par la répulsion. Le dispositif de déglacage 15 comporte un joint de compression 1 8 pour connecter électriquement les deuxièmes bouts 14, 1 6 des fils conducteurs 6, 8 de la paire ensemble. Un jointsoudé peut tout aussi bien faire l'affaire, comme n'importe quel autre genre de connecteur convenant à cette fin. Le dispositif de déglaçage comporte également des gaines 20, 22 en matériau isolant recouvrant les fils conducteurs 6, 8 20 respectivement, pour les isoler électriquement l'un de l'autre et de l'élément structural 4.
Optionnellement ou dépendamment de l'application et de la configuration du dispositif de déglaçage, les espaces complémentaires aux espaces occupés par les paires de fils 6, 8 sur le contour de l'élément structural 4 peuvent être 25 comblés à l'aide de fils préformés 24 identiques ou similaires aux fils conducteurs 6, 8, s'agençant en parallèle avec ces derniers pour former une gaine torsadée autour de l'élément structural 4. Tout autre moyen de remplissage convenant à
cet fin peut bien entendu être utilisé au lieu des fils préformés 24.
Pour déglacer l'élément structural allongé 4 à contour fermé, il suffit de 30 positionner chaque paire de fils conducteurs 6, 8 le long de l'élément structural 4, de manière à ce qu'ils s'enroulent l'un à côté de l'autre, le long et autour de I'élément structural 4 en suivant une trajectoire généralement hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural 4, laissant un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs 6, 8 et l'élément structural 4. Il suffit ensuite de connecter électriquement les deuxièmes bouts 14, 1 6 des fils conducteurs 6, 8 ensemble, 5 et d'appliquer des impulsions électromagnétiques entre les premiers bouts 10, 12 des fils conducteurs 6, 8 pour générer le courant voulu dans les fils conducteurs 6, 8.
De façon à obtenir une enveloppe dotée de la capacité de déglaçage, il faut disposer d'éléments présentant une résistance mécanique suffisamment grande, 10 d'une part pour qu'ils puissent casser la glace sans se déformer de façon permanente, et d'autre part pour qu'ils puissent épouser le plus parfaitement possible la surface à protéger. Pour satisfaire simultanément ces deux conditions, I'invention fait appel à la technologie développée pour la fabrication des fils préformés, qui est modifiée de façon à la rendre adaptable au déglaçage par impulsions électromagnétiques. A ce jour, les fils préformés sont utilisés pour la fabrication d'attaches de friction, leur longueur ne dépassant pas présentement 3 à 4 mètres. L'invention nécessite d'augmenter cette longueur à quelques centaines de mètres, ce qui constitue une application vraisemblablement inusitéede fils préformés d'une longueur de 300 à 400 mètres.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention fonctionne par l'application d'impulsions électromagnétiques pour le déglasage de toute surface à contour fermé d'un élément structural, conducteur ou isolant, de sections cylindriques, tubulaires, rectangulaires, carrées, etc.
Le dispositif selon l'invention forme en quelque sorte une gaine antigivre ou une enveloppe déglaçable par impulsions électromagnétiques constituée de filspréformés 6, 8, 24 épousant la surface extérieure de l'élément structural 4 qu'elle doit protéger. La rigidité intrinsèque des fils préformés 6, 8, 24 dans l'assemblage et l'agencement particulier des fils conducteurs isolés préformés 6, 8 par paires ~e.g. 5, 7, 9 dans la Figure 4) fait en sorte que le dispositif constitue une unité
30 déglaçable en elle-même totalement indépendante de l'élément structural 4 autour duquel elle doit être placée.
- La capacité à épouser la surface recouverte par la gaine vient de la mise en forme préalable des fils 6, 8, 24 qui doivent préférablement être préformés de façon à pouvoir s'adapter aux dimensions précises de l'élément structural 4 ainsi qu'à la forme particulière de sa surface. Ainsi, toute surface fermée d'un élément 5 structural peut être recouverte d'une telle gaine, rigide, déglaçable, constituée de fils préformés 6, 8, 24 à sa forme particulière. La technique utilisée pour le préformage est celle jugée la plus adéquate, compte tenue du matériau choisi pour les fils 6, 8, 24. Le matériau des fils 6, 8, 24 se doit d'être suffisamment élastique et rigide pour pouvoir conserver sa forme préalable après sa mise en 10 place sur l'élément structural 4 et lors de l'activation du système de déglaçage.
Il n'est pas nécessaire que les fils 6, 8, 24 soient tous d'un même matériau.
La capacité de déglaçage du dispositif selon l'invention provient des fils conducteurs 6, 8 préformés qui sont intégrés par paires dans la gaine antigivre.Ces fils 6, 8 doivent être isolés électriquement des autres fils conducteurs et de 15 I'élément structural 4 de façon à pouvoir véhiculer l'impulsion de courant nécessaire au déglaçage. Dans chaque paire, les fils isolés 6, 8 sont disposés de façon à être adjacents l'un à l'autre et à ce que le sens du courant dans l'un soit inverse à celui circulant dans l'autre. De cette façon, le courant engendré lors de l'activation de la source d'impulsions (non-illustrée), produira entre les deux fils 20 6, 8 adjacents une force électrique répulsive proportionnelle au carré du courant et inversement proportionnelle à leur espacement. Ainsi, en faisant passer une impulsion de courant très élevé (e.g. 8 000 A) entre deux fils 6, 8 parallèles du dispositif, il se produit pendant une fraction de seconde une très grande force de répulsion entre les deux fils 6, 8. Pour limiter la puissance de la source 25 d'impulsions, le déglaçage peut être réalisé de manière séquencée, i.e. en envoyant les impulsions non pas dans toutes les paires 5, 7, 9 simultanément, mais successivement dans l'une après l'autre. Toute source d'impulsions appropriée peut être utilisée. Les fils 28, 30 de la source d'impulsions peuventêtre reliés aux fils conducteurs 6, 8 du dispositif par l'entremise de joints de30 compression 32 ou de joints soudés (non-illustrés) ou tout autre type de connecteurs appropriés.
La gaine antigivre est assemblée sur l'élément structural 4 à déglacer en laissant un certain jeu 26 entre les fils 6, 8, 24, tel qu'illustré à la Figure 4. C'est ce jeu 26 qui permet le déplacement des fils 6, 8 sous l'effet des impulsions decourant, qui viennent alors frapper les autres fils 6, 8, 24 qui leur sont parallèles.
5 Ce brusque mouvement permet de casser la couche de glace en surface de la gaine antigivre. Par ailleurs, la forme particulière qui est imposée aux fils 6, 8, 24 lors du préformage permet de réaliser une gaine antigivre de grande rigidité
mécanique qui, lors de l'injection des impulsions de courant, ne peut se déplacer dans certains cas que vers l'extérieur, et ainsi casser de façon efficace la glace.
10 A la fin de chaque impulsion, les fils 6, 8, 24 reprennent leur position initiale en raison de la très grande élasticité de l'alliage utilisé.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention permet d'appliquer la méthode des impulsions électromagnétiques pour le déglaçage de toute surface tubulaire, qu'elle soit conductrice ou isolante.
En référence à la Figure 5, il est montré une coupe transversale d'une tige cylindrique 34 recouverte d'une gaine antigivre selon l'invention, constituée defils conducteurs isolés 6, 8 préalablement préformés en spirale sinusoïdale correspondant au diamètre de la tige 34 auquel on ajoute 1 mm pour assurer un jeu 26 entre la tige 34 et la gaine antigivre. De cette façon, la gaine antigivre 20 n'est pas solidaire de la tige 34 et ne peut être soumise aux contraintes mécaniques subies par la tige 34 dans l'assemblage. La même gaine antigivre peut être appliquée à tout élément cylindrique, par exemple un câble et un hauban déjà existant. L'exemple montré à la Figure 5 est celui d'un hauban en acier de 34 mm de diamètre dont la gaine est composée de fils d'aluminium 36 (e.g.
25 alliage de la nuance 6021 T83) de 4,6 mm de diamètre recouverts de 1 mm d'un matériau isolant 38. Le pas du fil préformé 6, 8 est d'environ 10 fois la valeur du diamètre du hauban.
En référence à la Figure 6, il est montré une gaine antigivre placée sur un gros tube 40. Avec une fabrication appropriée des fils préformés 6, 8 de façon 30 à épouser le contour cylindrique, il est possible de déglacer des tubes de gros diamètres sur de grandes longueurs.
En référence à la Figure 7, il est montré une gaine antigivre toroïdale constituée de fils 6, 8 enroulés avec un pas très court. Un tel arrangement convient parfaitement à un gros tube 40 de faible longueur. Dans cette variante,les fils conducteurs isolés 6, 8 vont, lors de la décharge de courant, se déplacer 5 longitudinalement pour casser la glace.
Un alliage d'aluminium conducteur de grande résistance mécanique (par exemple, la nuance 6021 T83) convient fort bien à la fabrication des fils conducteurs 6, 8 préformés isolés servant au déglasage. Pour leur recouvrement, on peut utiliser comme matériel isolant 20, 22 de préférence une matière 10 plastique de grande résistance mécanique (par exemple, le polyéthylène réticulé
ou son équivalent) de façon à pouvoir préformer les fils d'aluminium 6, 8 après leur recouvrement avec l'isolant 20, 22. Enfin, les dimensions des fils conducteurs isolés 6, 8 sont choisies compte tenu de l'alliage utilisé, de façon à
maximiser l'impulsion de courant pour casser la glace sans engendrer de 15 déformations permanentes au niveau des fils 6, 8, sous les conditions de températures susceptibles d'être rencontrées.
Pour les fils préformés 24 autres que ceux servant au déglaçage de la gaine antigivre, tout matériau, alliage métallique conducteur ou matière plastique isolante peut être utilisé selon les besoins. Comme pour les fils conducteurs isolés 20 6, 8, la seule condition à satisfaire est que le matériau retenu soit suffisamment rigide pour briser la glace et suffisamment élastique pour pouvoir conserver l'intégrité de sa forme après la pose sur l'élément structural 4 et lors du déglaçage .
La source d'impulsions électromagnétiques utilisée pour engendrer les 25 courants de déglaçage dans les fils conducteurs 6, 8 peut être composée de plusieurs unités (non-illustrées) de condensateurs montés en batterie, qui sont chargés à la tension requise pour obtenir une impulsion de 1 à 3 millisecondes avec une crête de courant de 6-8 kA dans les paires de fils conducteurs isolés 6, 8 servant au déglaçage. La décharge des condensateurs peut être commandée à
30 I'aide d'un circuit utilisant des thyristors (non-illustré).
Un dispositif de détection de glace (non-illustré) peut être intégré au système de déglaçage pour activer automatiquement la source d'impulsions afin de casser une épaisseur donnée de glace, par exemple, 1 ou 2 mm. Sous l'action de la forte impulsion de courant, les fils 6, 8 se repoussent alors de facon 5 brusque, ce qui a pour effet de briser la couche de glace en surface de la gaine antigivre en très petits morceaux, qui sont alors expulsés tout autour.
Des changements et des modifications aux réalisations décrites peuvent être apportées sans sortir de la portée ou l'esprit de l'invention. La portée del'invention est considérée n'être limitée que par la portée des revendications 1 0 annexées.
UN ÉLÉMENT STRUCTURAL ALLONGÉ
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte aux dispositifs pour enlever la neige ou la glace pouvant s'accumuler par exemple sur des lignes ou des câbles électriques, et porte plus particulièrement sur un dispositif et une méthode pour déglacer un élément structural allongé tel qu'une ligne électrique haute tensionou une tour haubanée.
HISTORIQUE DE L'INVENTION
Dans les régions froides, les éléments tubulaires structuraux, peu importe la forme qu'ils présentent, i.e. rectangulaire, carrée ou circulaire, sont souvent exposés aux précipitations de glace atmosphérique, tel le givre dur, le verglas et 15 la neige collante. L'accumulation de glace sur ces éléments peut occasionner des surcharges mécaniques qui vont les déformer, allant même jusqu'à produire des bris mécaniques parfois catastrophiques. Jusqu'à maintenant, il n'existe aucune méthode vraiment efficace au point de vue énergétique et automatisée, qui soit capable de minimiser l'accumulation de glace sur ces éléments structuraux.
Les brevets US 4,690,353 (HASLIM) et 5,411,121 (LAFORTE et al.) décrivent des dispositifs ou systèmes utilisant des impulsions électromagnétiques de forte intensité pour briser la glace.
Dans le cas d'HASLlM, le système est applicable à des surfaces planes, et a été développée pour éliminer la glace sur une aile d'avion. Des impulsions 25 électromagnétiques sont injectées dans un double ruban mince en cuivre placé
(inséré) dans une pellicule de caoutchouc.
Dans le cas de LAFORTE et al., le dispositif est applicable à des conducteurs toronnés, tel un câble toronné. Pour casser la glace, des impulsionsélectromagnétiques sont injectées dans certains des fils conducteurs isolés 30 intégrés dans la dernière couche toronnée du câble. Ces fils conducteurs sont isolés à cet effet lors de la fabrication du câble.
La publication intitulée "An Investigation of Power Line De-lcing by Electro-lmpulse Methods", parue dans la revue IEEE Transaction on Power Delivery, Vol.
4, No. 3, Juillet 1989 au nom d'EGBERT et al., décrit un essai avec un conducteur ACSR enveloppé de bandelettes de caoutchouc contenant des 5 lamelles souples en cuivre dans lesquelles ont été injectées des impulsions électromagnétiques. Dans cette expérimentation, les bandes de caoutchouc ceinturant le conducteur ne possédaient pas une forme adéquate et les lamelles de cuivre, trop minces, n'offraient pas une résistance mécanique suffisante pourbriser la glace, de sorte que sous l'effet des impulsions, I'enveloppe se déformait 10 plutôt que de casser la glace, la résistance mécanique des lames de cuivre étant plus faible que celle de la glace. Comme le souligne les auteurs en conclusion de l'expérimentation, I'utilisation de ce type de recouvrement ne peut permettre dedéglacer de façon efficace la surface fermée d'un conducteur.
15 SOMMAIRE DE L'INVENTION
L'invention apporte un dispositif pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant: au moins une paire de fils électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, I'un à côté de l'autre, le long et autourde l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoldale20 tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et desdeuxièmes bouts opposés aux premiers bouts, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, 25 une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité etd'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; des moyens pour30 connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs de la paire ensemble; et des moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs de la paire l'un de l'autre et de l'élément structural.
L'invention apporte aussi une méthode pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant les étapes de: positionner au moins une 5 paire de fils conducteurs le long de l'élément structural, les fils conducteurs étant préformés pour s'enrouler, I'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoldale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs 10 ayant des premiers et deuxièmes bouts opposés, les fils conducteurs étant pourvus de moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs l'un de l'autre et de l'élément structural, les fils conducteurs étant de calibre à supporter uncourant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural 15 par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion; connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs ensemble; et appliquer des impulsions 20 électromagnétiques entre les premiers bouts des fils conducteurs pour générer ledit courant dans les fils conducteurs.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention est adaptable à tout élément structural aérien déjà existant, isolant électrique ou conducteur, dont la surface présente un contour fermé comme, par exemple, les tiges et câbles aériens de 25 sections variées: circulaire, carrée, rectangulaire, etc. Le dispositif de déglaçage est applicable à un conducteur de ligne électrique sous tension, autour de laquelle il forme un genre d'enveloppe ou de gaine. La méthode de déglaçage ne demande qu'une faible énergie; étant de type mécanique, qui utilise des impulsions électromagnétiques, elle requiert de 100 à 1000 fois moins d'énergie que les 30 techniques de type thermique. Le dispositif de déglaçage forme une unité
indépendante en elle-même de l'élément structural qu'elle recouvre. Ainsi, il ne - nécessite pas d'y être attaché. Il peut être mis en place sur les câbles lors de leur fabrication en usine ou sur les câbles déjà en place.
BREVE DESCRlPTiON DES FIGURES
L'invention est davantage décrite ci-dessous par le biais d'exemples, en référence aux dessins suivants où:
Figures 1 et 2 sont des vues de côté en élévation montrant deux formes de fils conducteurs selon l'invention;
Figure 3 est une vue de côté en élévation du dispositif de déglaçage selon 1 0 I'invention;
Figure 4 est une vue en coupe du dispositif de déglaçage prise le long des lignes 4-4 de la Figure 3;
Figures 5 et 6 sont des vues en coupe transversale montrant le dispositif de déglaçage selon l'invention, monté sur deux éléments structuraux de nature 1 5 différente; et Figure 7 est une vue de côté en élévation montrant un dispositif de déglaçage selon l'invention, monté sur un élément cylindrique court.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence aux Figures 1 et 2, il est montré deux formes de fils préformés 2, convenant à la construction du dispositif de déglaçage selon l'invention. La forme du fil 2 illustré à la Figure 1 convient à un élément structural (non-illustré dans la figure) dont la surface externe forme un contour circulaire, tandis que la forme du fil 2 illustré à la Figure 2 convient à un élément structural (non-illustré dans la figure) dont la surface externe forme un contour rectangulaire ou carré. D'autres formes de fils préformés peuvent être évidemment utilisés de manière à convenir à la forme du contour de l'élément structural.
En référence aux Figures 3 et 4, le dispositif de déglaçage selon l'invention sert à déglacer un élément structural allongé 4 (en pointillé dans les figures) à
30 contour fermé. Dans sa configuration de base, le dispositif comporte au moinsune paire de fils 6, 8 électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, I'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural 4 en suivant une trajectoire généralement hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural 4 avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs 6, 8 et l'élément structural 4. Dans les Figures 3 et 4, le dispositif comporte trois paires 5, 7, 9 de 5 fils conducteurs 6, 8, comme on le voit mieux à la Figure 4. Les fils conducteurs 6, 8 ont des premiers bouts 10, 12 pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des deuxièmes bouts 14, 16 opposés aux premiers bouts 10, 12. Les fils conducteurs 6, 8 sont de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs 6, 8 de chaque paire, une répulsion ayant10 une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural 4 par un éloignement des fils conducteurs 6, 8 I'un de l'autre en réponse à la répulsion. Les fils conducteurs 6, 8 ont des propriétés de rigidité et d'élasticité
telles que les fils conducteurs 6, 8 retrouvent leur forme autour de l'élément structural 4 après l'éloignement causé par la répulsion. Le dispositif de déglacage 15 comporte un joint de compression 1 8 pour connecter électriquement les deuxièmes bouts 14, 1 6 des fils conducteurs 6, 8 de la paire ensemble. Un jointsoudé peut tout aussi bien faire l'affaire, comme n'importe quel autre genre de connecteur convenant à cette fin. Le dispositif de déglaçage comporte également des gaines 20, 22 en matériau isolant recouvrant les fils conducteurs 6, 8 20 respectivement, pour les isoler électriquement l'un de l'autre et de l'élément structural 4.
Optionnellement ou dépendamment de l'application et de la configuration du dispositif de déglaçage, les espaces complémentaires aux espaces occupés par les paires de fils 6, 8 sur le contour de l'élément structural 4 peuvent être 25 comblés à l'aide de fils préformés 24 identiques ou similaires aux fils conducteurs 6, 8, s'agençant en parallèle avec ces derniers pour former une gaine torsadée autour de l'élément structural 4. Tout autre moyen de remplissage convenant à
cet fin peut bien entendu être utilisé au lieu des fils préformés 24.
Pour déglacer l'élément structural allongé 4 à contour fermé, il suffit de 30 positionner chaque paire de fils conducteurs 6, 8 le long de l'élément structural 4, de manière à ce qu'ils s'enroulent l'un à côté de l'autre, le long et autour de I'élément structural 4 en suivant une trajectoire généralement hélicoïdale tout en épousant le contour de l'élément structural 4, laissant un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs 6, 8 et l'élément structural 4. Il suffit ensuite de connecter électriquement les deuxièmes bouts 14, 1 6 des fils conducteurs 6, 8 ensemble, 5 et d'appliquer des impulsions électromagnétiques entre les premiers bouts 10, 12 des fils conducteurs 6, 8 pour générer le courant voulu dans les fils conducteurs 6, 8.
De façon à obtenir une enveloppe dotée de la capacité de déglaçage, il faut disposer d'éléments présentant une résistance mécanique suffisamment grande, 10 d'une part pour qu'ils puissent casser la glace sans se déformer de façon permanente, et d'autre part pour qu'ils puissent épouser le plus parfaitement possible la surface à protéger. Pour satisfaire simultanément ces deux conditions, I'invention fait appel à la technologie développée pour la fabrication des fils préformés, qui est modifiée de façon à la rendre adaptable au déglaçage par impulsions électromagnétiques. A ce jour, les fils préformés sont utilisés pour la fabrication d'attaches de friction, leur longueur ne dépassant pas présentement 3 à 4 mètres. L'invention nécessite d'augmenter cette longueur à quelques centaines de mètres, ce qui constitue une application vraisemblablement inusitéede fils préformés d'une longueur de 300 à 400 mètres.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention fonctionne par l'application d'impulsions électromagnétiques pour le déglasage de toute surface à contour fermé d'un élément structural, conducteur ou isolant, de sections cylindriques, tubulaires, rectangulaires, carrées, etc.
Le dispositif selon l'invention forme en quelque sorte une gaine antigivre ou une enveloppe déglaçable par impulsions électromagnétiques constituée de filspréformés 6, 8, 24 épousant la surface extérieure de l'élément structural 4 qu'elle doit protéger. La rigidité intrinsèque des fils préformés 6, 8, 24 dans l'assemblage et l'agencement particulier des fils conducteurs isolés préformés 6, 8 par paires ~e.g. 5, 7, 9 dans la Figure 4) fait en sorte que le dispositif constitue une unité
30 déglaçable en elle-même totalement indépendante de l'élément structural 4 autour duquel elle doit être placée.
- La capacité à épouser la surface recouverte par la gaine vient de la mise en forme préalable des fils 6, 8, 24 qui doivent préférablement être préformés de façon à pouvoir s'adapter aux dimensions précises de l'élément structural 4 ainsi qu'à la forme particulière de sa surface. Ainsi, toute surface fermée d'un élément 5 structural peut être recouverte d'une telle gaine, rigide, déglaçable, constituée de fils préformés 6, 8, 24 à sa forme particulière. La technique utilisée pour le préformage est celle jugée la plus adéquate, compte tenue du matériau choisi pour les fils 6, 8, 24. Le matériau des fils 6, 8, 24 se doit d'être suffisamment élastique et rigide pour pouvoir conserver sa forme préalable après sa mise en 10 place sur l'élément structural 4 et lors de l'activation du système de déglaçage.
Il n'est pas nécessaire que les fils 6, 8, 24 soient tous d'un même matériau.
La capacité de déglaçage du dispositif selon l'invention provient des fils conducteurs 6, 8 préformés qui sont intégrés par paires dans la gaine antigivre.Ces fils 6, 8 doivent être isolés électriquement des autres fils conducteurs et de 15 I'élément structural 4 de façon à pouvoir véhiculer l'impulsion de courant nécessaire au déglaçage. Dans chaque paire, les fils isolés 6, 8 sont disposés de façon à être adjacents l'un à l'autre et à ce que le sens du courant dans l'un soit inverse à celui circulant dans l'autre. De cette façon, le courant engendré lors de l'activation de la source d'impulsions (non-illustrée), produira entre les deux fils 20 6, 8 adjacents une force électrique répulsive proportionnelle au carré du courant et inversement proportionnelle à leur espacement. Ainsi, en faisant passer une impulsion de courant très élevé (e.g. 8 000 A) entre deux fils 6, 8 parallèles du dispositif, il se produit pendant une fraction de seconde une très grande force de répulsion entre les deux fils 6, 8. Pour limiter la puissance de la source 25 d'impulsions, le déglaçage peut être réalisé de manière séquencée, i.e. en envoyant les impulsions non pas dans toutes les paires 5, 7, 9 simultanément, mais successivement dans l'une après l'autre. Toute source d'impulsions appropriée peut être utilisée. Les fils 28, 30 de la source d'impulsions peuventêtre reliés aux fils conducteurs 6, 8 du dispositif par l'entremise de joints de30 compression 32 ou de joints soudés (non-illustrés) ou tout autre type de connecteurs appropriés.
La gaine antigivre est assemblée sur l'élément structural 4 à déglacer en laissant un certain jeu 26 entre les fils 6, 8, 24, tel qu'illustré à la Figure 4. C'est ce jeu 26 qui permet le déplacement des fils 6, 8 sous l'effet des impulsions decourant, qui viennent alors frapper les autres fils 6, 8, 24 qui leur sont parallèles.
5 Ce brusque mouvement permet de casser la couche de glace en surface de la gaine antigivre. Par ailleurs, la forme particulière qui est imposée aux fils 6, 8, 24 lors du préformage permet de réaliser une gaine antigivre de grande rigidité
mécanique qui, lors de l'injection des impulsions de courant, ne peut se déplacer dans certains cas que vers l'extérieur, et ainsi casser de façon efficace la glace.
10 A la fin de chaque impulsion, les fils 6, 8, 24 reprennent leur position initiale en raison de la très grande élasticité de l'alliage utilisé.
Le dispositif de déglaçage selon l'invention permet d'appliquer la méthode des impulsions électromagnétiques pour le déglaçage de toute surface tubulaire, qu'elle soit conductrice ou isolante.
En référence à la Figure 5, il est montré une coupe transversale d'une tige cylindrique 34 recouverte d'une gaine antigivre selon l'invention, constituée defils conducteurs isolés 6, 8 préalablement préformés en spirale sinusoïdale correspondant au diamètre de la tige 34 auquel on ajoute 1 mm pour assurer un jeu 26 entre la tige 34 et la gaine antigivre. De cette façon, la gaine antigivre 20 n'est pas solidaire de la tige 34 et ne peut être soumise aux contraintes mécaniques subies par la tige 34 dans l'assemblage. La même gaine antigivre peut être appliquée à tout élément cylindrique, par exemple un câble et un hauban déjà existant. L'exemple montré à la Figure 5 est celui d'un hauban en acier de 34 mm de diamètre dont la gaine est composée de fils d'aluminium 36 (e.g.
25 alliage de la nuance 6021 T83) de 4,6 mm de diamètre recouverts de 1 mm d'un matériau isolant 38. Le pas du fil préformé 6, 8 est d'environ 10 fois la valeur du diamètre du hauban.
En référence à la Figure 6, il est montré une gaine antigivre placée sur un gros tube 40. Avec une fabrication appropriée des fils préformés 6, 8 de façon 30 à épouser le contour cylindrique, il est possible de déglacer des tubes de gros diamètres sur de grandes longueurs.
En référence à la Figure 7, il est montré une gaine antigivre toroïdale constituée de fils 6, 8 enroulés avec un pas très court. Un tel arrangement convient parfaitement à un gros tube 40 de faible longueur. Dans cette variante,les fils conducteurs isolés 6, 8 vont, lors de la décharge de courant, se déplacer 5 longitudinalement pour casser la glace.
Un alliage d'aluminium conducteur de grande résistance mécanique (par exemple, la nuance 6021 T83) convient fort bien à la fabrication des fils conducteurs 6, 8 préformés isolés servant au déglasage. Pour leur recouvrement, on peut utiliser comme matériel isolant 20, 22 de préférence une matière 10 plastique de grande résistance mécanique (par exemple, le polyéthylène réticulé
ou son équivalent) de façon à pouvoir préformer les fils d'aluminium 6, 8 après leur recouvrement avec l'isolant 20, 22. Enfin, les dimensions des fils conducteurs isolés 6, 8 sont choisies compte tenu de l'alliage utilisé, de façon à
maximiser l'impulsion de courant pour casser la glace sans engendrer de 15 déformations permanentes au niveau des fils 6, 8, sous les conditions de températures susceptibles d'être rencontrées.
Pour les fils préformés 24 autres que ceux servant au déglaçage de la gaine antigivre, tout matériau, alliage métallique conducteur ou matière plastique isolante peut être utilisé selon les besoins. Comme pour les fils conducteurs isolés 20 6, 8, la seule condition à satisfaire est que le matériau retenu soit suffisamment rigide pour briser la glace et suffisamment élastique pour pouvoir conserver l'intégrité de sa forme après la pose sur l'élément structural 4 et lors du déglaçage .
La source d'impulsions électromagnétiques utilisée pour engendrer les 25 courants de déglaçage dans les fils conducteurs 6, 8 peut être composée de plusieurs unités (non-illustrées) de condensateurs montés en batterie, qui sont chargés à la tension requise pour obtenir une impulsion de 1 à 3 millisecondes avec une crête de courant de 6-8 kA dans les paires de fils conducteurs isolés 6, 8 servant au déglaçage. La décharge des condensateurs peut être commandée à
30 I'aide d'un circuit utilisant des thyristors (non-illustré).
Un dispositif de détection de glace (non-illustré) peut être intégré au système de déglaçage pour activer automatiquement la source d'impulsions afin de casser une épaisseur donnée de glace, par exemple, 1 ou 2 mm. Sous l'action de la forte impulsion de courant, les fils 6, 8 se repoussent alors de facon 5 brusque, ce qui a pour effet de briser la couche de glace en surface de la gaine antigivre en très petits morceaux, qui sont alors expulsés tout autour.
Des changements et des modifications aux réalisations décrites peuvent être apportées sans sortir de la portée ou l'esprit de l'invention. La portée del'invention est considérée n'être limitée que par la portée des revendications 1 0 annexées.
Claims (17)
1. Un dispositif pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant:
au moins une paire de fils électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural ensuivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé
entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des deuxièmes bouts opposés aux premiers bouts, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité etd'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion;
des moyens pour connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs de la paire ensemble; et des moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs de la paire l'un de l'autre et de l'élément structural.
au moins une paire de fils électriquement conducteurs préformés pour s'enrouler, l'un à côté de l'autre, le long et autour de l'élément structural ensuivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé
entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers bouts pour recevoir des impulsions électromagnétiques, et des deuxièmes bouts opposés aux premiers bouts, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité etd'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion;
des moyens pour connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs de la paire ensemble; et des moyens pour isoler électriquement les fils conducteurs de la paire l'un de l'autre et de l'élément structural.
2. Un dispositif selon la revendication 1, comprenant des moyens pour combler un espace complémentaire à un espace occupé par ladite au moins une paire de fils sur le contour de l'élément structural.
3. Un dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens pour combler comprennent des fils préformés substantiellement identiques aux fils conducteurs, s'agençant en parallèle avec les fils conducteurs pour former une gaine torsadée autour de l'élément structural.
4. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour isoler comprennent des gaines en matériau isolant recouvrant les fils conducteurs respectivement.
5. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour connecter comprennent un joint de compression ou un joint soudé.
6. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel le jeu est d'environ 1 mm.
7. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les fils conducteurs ont une longueur pouvant atteindre jusqu'à environ 400 mètres.
8. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel le courant a une intensité d'environ 6 à 8 kA.
9. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément structural est un câble ou un hauban.
10. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément structural a un diamètre prédéterminé, et les fils conducteurs ont un pas d'environ 10 foisle diamètre de l'élément structural.
11. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les fils conducteurs ont un diamètre prédéterminé, et ont un pas correspondant substantiellement à
deux fois ledit diamètre.
deux fois ledit diamètre.
12. Un dispositif selon la revendication 1, dans lequel les fils conducteurs comprennent un alliage d'aluminium conducteur, et les moyens pour isoler sont des gaines de matière plastique recouvrant les fils conducteurs respectivement.
13. Une méthode pour déglacer un élément structural allongé à contour fermé, comprenant les étapes de:
positionner au moins une paire de fils conducteurs le long de l'élément structural, les fils conducteurs étant préformés pour s'enrouler, l'un à côté del'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers et deuxièmes boutsopposés, les fils conducteurs étant pourvus de moyens pour isoler électriquementles fils conducteurs l'un de l'autre et de l'élément structural, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion;
connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs ensemble; et appliquer des impulsions électromagnétiques entre les premiers bouts des fils conducteurs pour générer ledit courant dans les fils conducteurs.
positionner au moins une paire de fils conducteurs le long de l'élément structural, les fils conducteurs étant préformés pour s'enrouler, l'un à côté del'autre, le long et autour de l'élément structural en suivant une trajectoire substantiellement hélicoïdale tout en épousant substantiellement le contour de l'élément structural avec un jeu prédéterminé entre les fils conducteurs et l'élément structural, les fils conducteurs ayant des premiers et deuxièmes boutsopposés, les fils conducteurs étant pourvus de moyens pour isoler électriquementles fils conducteurs l'un de l'autre et de l'élément structural, les fils conducteurs étant de calibre à supporter un courant provoquant, entre les fils conducteurs de la paire, une répulsion ayant une intensité susceptible de briser de la glace ou du givre sur l'élément structural par un éloignement des fils conducteurs l'un de l'autre en réponse à la répulsion, les fils conducteurs ayant des propriétés de rigidité et d'élasticité telles que les fils conducteurs retrouvent leur forme autour de l'élément structural après l'éloignement causé par la répulsion;
connecter électriquement les deuxièmes bouts des fils conducteurs ensemble; et appliquer des impulsions électromagnétiques entre les premiers bouts des fils conducteurs pour générer ledit courant dans les fils conducteurs.
14. Une méthode selon la revendication 13, comprenant l'étape additionnelle de positionner des fils préformés substantiellement identiques auxfils conducteurs, en les agençant en parallèle avec les fils conducteurs pour former une gaine torsadée autour de l'élément structural.
15. Une méthode selon la revendication 13, dans laquelle ladite au moins une paire comprend plusieurs paires de fils conducteurs, et l'étape d'appliquer des impulsions électromagnétiques est effectuée de manière séquentielle sur chacune des paires de fils conducteurs.
16. Une méthode selon la revendication 13, dans laquelle les impulsions électromagnétiques sont appliquées durant environ 1 à 3 ms avec une crête de courant d'environ 6 à 8 kA dans les fils conducteurs.
17. Une méthode selon la revendication 13, dans laquelle l'étape de connecter comprend une connexion des deuxièmes bouts au moyen d'un joint de compression ou d'un joint soudé.
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