FR2831882A1 - GEOPOLYMERIC STONE FOR CONSTRUCTION AND DECORATION, ANALOGUE OF APPEARANCE TO NATURAL STONE - Google Patents
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Abstract
Description
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Pierre géopolymèrique pour la construction et la décoration, analogue d'aspect à de la pierre naturelle Description La présente invention concerne un nouveau type de pierre reconstituée destinée à la construction et la décoration. Cette pierre reconstituée est appelée pierre géopolymèrique car le liant d'agglomération est à base de géopolymère minéral, constitué d'alumino-silicates alcalins, plus connus sous l'appellation de poly (sialate), poly (sialate-siloxo) et/ou poly (sialate-disiloxo). The present invention relates to a new type of reconstituted stone for use in construction and decoration. This reconstituted stone is called geopolymeric stone because the agglomeration binder is based on mineral geopolymer, consisting of alkaline aluminosilicates, better known as poly (sialate), poly (sialate-siloxo) and / or poly (sialate-disiloxo).
Techniques antérieures. Prior art.
Les pierres reconstituées sont dans l'art antérieur fabriquées en agglomérant des charges minérales soit avec des liants organiques, soit avec des liants hydrauliques à base de chaux et de ciment portland. Les pierres faites avec des liants organiques ne peuvent pas être destinées à un usage extérieur car il est connu que la matrice en résine organique ne résiste pas aux rayonnements UV et IR. On trouve ce type de pierre reconstituée essentiellement sous forme de dalles de marbre artificiel , à l'intérieur des bâtiments. Les pierres reconstituées à l'aide de liants hydrauliques sont stables aux UV et IR et sont utilisées à l'extérieur, mais leur aspect décoratif est relativement médiocre. Mais, étant constituées de matrices sensibles à l'attaque chimique des acides, ces pierres, en général à base de calcaire, sont très rapidement attaquées par la pollution atmosphérique. The reconstituted stones are in the prior art manufactured by agglomerating mineral fillers either with organic binders or with hydraulic binders based on lime and portland cement. Stones made with organic binders can not be intended for outdoor use because it is known that the organic resin matrix is not resistant to UV and IR radiation. This type of reconstituted stone is found mainly in the form of artificial marble slabs, inside buildings. Stones reconstituted with hydraulic binders are UV and IR stable and are used outdoors, but their decorative appearance is relatively poor. But, being made of matrices sensitive to chemical attack of acids, these stones, usually based on limestone, are very quickly attacked by atmospheric pollution.
Les liants à base de géopolymère minéral, constitué d'alumino-silicates alcalins, plus connus sous l'appellation de poly (sialate), poly (sialate-siloxo) et/ou poly (sialate-disiloxo), n'ont pas les défauts présentés par les liants organiques et les liants hydrauliques traditionnels. Ils sont stables aux UV et IR, et sont très résistants aux acides. Binders based on mineral geopolymer, consisting of alkaline aluminosilicates, better known as poly (sialate), poly (sialate-siloxo) and / or poly (sialate-disiloxo), do not have the defects. presented by organic binders and traditional hydraulic binders. They are stable to UV and IR, and are very resistant to acids.
Le terme poly (sialate) a été proposé pour désigner les géopolymères alumino-silicates.
The term poly (sialate) has been proposed to designate aluminosilicate geopolymers.
Le réseau sialate est constitué par des tétraèdres Si04 et AI04 alternativement liés par des atomes d'oxygène. Les cations (Na+, K+, Ca++, H3O+) présents dans les cavités structurales du poly (sialate) équilibrent la charge négative de Al3+en coordination (IV). La formule empirique des Polysialates est : M {- (SiO-A10, wHO, avec M représentant le cation K, Na ou Ca et n le degré de polymérisation ; z est égal à I, 2, 3 ou plus, jusque 32. Les polymères à réseau tridimensionnel (3D) sont de type : The sialate network consists of SiO4 and AlO4 tetrahedra alternately linked by oxygen atoms. The cations (Na +, K +, Ca ++, H3O +) present in the structural cavities of the poly (sialate) balance the negative charge of Al3 + in coordination (IV). The empirical formula of Polysialates is: M {- (SiO-A10, wHO, where M is the cation K, Na or Ca and n is the degree of polymerization, z is 1, 2, 3 or more, up to 32. three-dimensional network (3D) polymers are of type:
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<tb>
<tb> Poly <SEP> (sialate) <SEP> Mn <SEP> - <SEP> (-Si-O-AI-O-) <SEP> n <SEP> M-PS <SEP> Si <SEP> : <SEP> Al=l <SEP> : <SEP> 1
<tb> Poly <SEP> (sialate-siloxo) <SEP> Mn- <SEP> (Si-O-AI-O-Si-O-) <SEP> n <SEP> M-PSS <SEP> Si <SEP> : <SEP> AI=2 <SEP> : <SEP> 1
<tb> Poly <SEP> (sialate-disiloxo) <SEP> Mn- <SEP> (Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-), <SEP> M-PSDS <SEP> Si <SEP> : <SEP> AI=3 <SEP> : <SEP> 1
<tb> <Tb>
<tb> Poly <SEP> (sialate) <SEP> Mn <SEP> - <SEP> (-Si-O-AI-O-) <SEP> n <SEP> M-PS <SEP> If <SEP>: <SEP> Al = l <SEP>: <SEP> 1
<tb> Poly <SEP> (sialate-siloxo) <SEP> Mn- <SEP> (Si-O-Al-O-Si-O-) <SEP> n <SEP> M-PSS <SEP> If <SEP >: <SEP> AI = 2 <SEP>: <SEP> 1
<tb> Poly <SEP> (sialate-disiloxo) <SEP> Mn- <SEP> (Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-), <SEP> M-PSDS <SEP> If <SEP>:<SEP> AI = 3 <SEP>: <SEP> 1
<Tb>
Les géopolymères de type poly (sialate), poly (sialate-siloxo) et/ou poly (sialatedisiloxo), ont fait l'objet de plusieurs brevets mettant en évidence leurs propriétés particulières. On peut citer par exemple les brevets français : FR 2.489. 290,2. 489.291, 2.528. 818,2. 621.260, 2.659. 319,2. 666.253, 2.758. 323. En utilisant diverses charges
minérales, avec les géopolymères, on a réalisé différents objets décoratifs, comme des objets ZD moulés (statues, bas-reliefs). Cependant, la matière finale obtenue ne reproduit pas les caractéristiques d'une pierre naturelle. Plus généralement, la charge minérale a une granulométrie fine, car l'expérience montre que l'emploi de charges de dimension importante (comprise entre 1 mm et 10 mm) s'accompagne irrémédiablement d'un aspect béton . En effet, comme il est fait usage de matériaux broyés et sélectionnés, la forme anguleuse des grains ne permet pas d'obtenir une densification optimale, laissant toujours en évidence une zone non cristalline entre les grains (voir la figure 1). Au contraire, dans le cadre de la présente invention, on utilise des roches résiduelles naturellement altérées, non broyées, permettant de réaliser une pierre dont la structure est reproduite par la figure 2. Geopolymers of the poly (sialate), poly (sialate-siloxo) and / or poly (sialatedisiloxo) type have been the subject of several patents highlighting their particular properties. For example, the French patents FR 2 489 may be mentioned. 290.2. 489,291, 2,528. 818.2. 621,260, 2.659. 319.2. 666.253, 2.758. 323. Using various charges
Minerals, with geopolymers, we realized different decorative objects, like molded ZD objects (statues, bas-reliefs). However, the final material obtained does not reproduce the characteristics of a natural stone. More generally, the mineral filler has a fine grain size, because experience shows that the use of large loads (between 1 mm and 10 mm) is irreparably accompanied by a concrete appearance. In fact, since crushed and selected materials are used, the angular shape of the grains does not make it possible to obtain optimal densification, always leaving in evidence a non-crystalline zone between the grains (see FIG. 1). On the contrary, in the context of the present invention, naturally altered, unmilled residual rocks are used, making it possible to produce a stone whose structure is reproduced in FIG.
Exposé de l'invention : L'objet principal de l'invention est de fabriquer une pierre géopolymèrique pour la construction et la décoration, ayant un aspect analogue à de la pierre naturelle. Dans ce qui
suit nous utilisons les définitions géologiques et pétrographiques suivantes tirées de l'ouvrage ZD Zn Précis de Pétrographie de Jean Yung, Masson et Cie Editeurs, Paris, 1969 : - roche altérée : roche ayant subi une altération superficielle principalement due à l'infiltration des eaux acides (eau de pluie, acides humiques). DESCRIPTION OF THE INVENTION The main object of the invention is to manufacture a geopolymeric stone for construction and decoration, having an appearance similar to natural stone. In what
following we use the following geological and petrographic definitions taken from ZD Zn Précis de Petrographie by Jean Yung, Masson et Cie Editeurs, Paris, 1969: - weathered rock: rock having undergone a superficial alteration mainly due to the infiltration of water acids (rainwater, humic acids).
- roche résiduelle : l'altération superficielle donne naissance à deux sortes de substances, les unes solides, les autres passées en solution. Les substances solides accumulées sur place forme une roche résiduelle. - residual rock: the superficial alteration gives rise to two kinds of substances, some solid, others passed in solution. Solids accumulated on site form a residual rock.
- arkose : variété de grès feldspathique dans laquelle, à coté des grains de quartz, le minéral feldspath se présente en grain dont la taille est analogue à celle des feldspaths du granit d'origine. - arkose: a variety of feldspathic sandstone in which, next to the quartz grains, the feldspar mineral is in grain the size of which is similar to that of the original granite feldspars.
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- grès à ciment pellitique : à coté des grains de quartz, on trouve de nombreux grains de feldspath, ainsi que des grains microconglomératiques de roches dures, grains composites. Le ciment est fait de poussière de particules de quartz, feldspath, mica, kaolinite.. - Pellitic cement sandstone: besides the grains of quartz, there are numerous grains of feldspar, as well as microconglomerate grains of hard rocks, composite grains. The cement is made of quartz particle dust, feldspar, mica, kaolinite ..
- arène : dans les régions à climat tempéré, les granites se transforment communément, par altération superficielle, en une roche sableuse, appelée arène. - arena: in regions with a temperate climate, granites are commonly transformed, by superficial weathering, into a sandy rock called the arena.
- test : coquille, coque, carapace en calcaire de mollusques et de crustacés. - test: shell, shell, shell of shellfish and crustacean limestone.
L'objet principal de l'invention est la description de pierres géopolymèriques pour la construction et la décoration, analogue d'aspect à de la pierre naturelle, qui sont constituées de 75 à 95% en poids de roche résiduelle provenant d'une roche naturellement altérée, non broyée et de 5 à 25% en poids de liant géopolymèrique de type poly (sialate), poly (sialate-
siloxo) et/ou poly (sialate-disiloxo). Par exemple, les pierres géopolymèriques en grès ZD analogue aux roches naturelles appartenant à la classe des grès à ciment siliceux ou des grès à Zn ciment pellitique sont constituées de 75 à 95% en poids d'arène quartziques et/ou feldspathiques, non broyée et de 5 à 25% en poids de liant roche résiduelle géopolymèrique de type poly (sialate), poly (sialate-siloxo) et/ou poly (sialate-disiloxo). The main object of the invention is the description of geopolymeric stones for construction and decoration, similar in appearance to natural stone, which consist of 75 to 95% by weight of residual rock from a naturally occurring rock. altered, unmilled and from 5 to 25% by weight of poly (sialate) type geopolymeric binder, poly (sialate-
siloxo) and / or poly (sialate-disiloxo). For example, ZD stoneware geopolymer stones similar to natural rocks belonging to the class of siliceous cementitious sandstones or Zn pellitic granite consist of 75 to 95% by weight of quartz and / or feldspathic arena, unmilled and from 5 to 25% by weight of geopolymeric residual binder of poly (sialate), poly (sialate-siloxo) and / or poly (sialate-disiloxo) type.
Les pierres calcaires géopolymèriques sont de type calcaire à foraminifères analogues aux roches naturelles appartenant à la classe des calcaires à organismes. Elles sont constituées de75 à 95% en poids d'un mélange de tests et de sable calcaire, non broyé et de 5 à 25% en poids de liant géopolymèrique de type poly (sialate), poly (sialate-siloxo) et/ou poly (sialatedisiloxo). Parmi les roches à aspect granitique, les pierres géopolymèriques sont de type arkose, c'est à dire analogues aux roches naturelles appartenant à la classe des arkoses. Elles sont constituées de 75 à 95% en poids d'arène granitique non broyée et de 5 à 25% en poids de liant géopolymèrique de type poly (sialate), poly (sialate-siloxo) et/ou poly (sialate-disiloxo). The geopolymeric calcareous stones are of calcareous type with foraminifers similar to the natural rocks belonging to the class of limestones with organisms. They consist of 75 to 95% by weight of a mixture of tests and uncrushed sand and 5 to 25% by weight of poly (sialate), poly (sialate-siloxo) and / or poly-type geopolymeric binder. (sialate-disiloxo). Among the rocks with granitic aspect, the geopolymeric stones are of arkose type, that is to say similar to the natural rocks belonging to the class of arkoses. They consist of 75 to 95% by weight of unmilled granitic arena and 5 to 25% by weight of poly (sialate), poly (sialate-siloxo) and / or poly (sialate-disiloxo) geopolymeric binder.
Meilleures manières de réaliser l'invention
Pour réaliser une pierre selon l'invention il ne faut pas employer de matériaux géologiques tD broyés mécaniquement en usine, comme c'est traditionnellement le cas dans la fabrication des "marbres artificiels". Au contraire, la pierre géopolymèrique selon l'invention est obtenue en utilisant des roches résiduelles qui sont employées telles qu'extraites du sol, ou au plus après avoir subit une simple opération de lavage des poussières. Il n'y a pas de broyage, tout au plus Best ways to achieve the invention
To make a stone according to the invention do not use geological materials tD milled mechanically in the factory, as is traditionally the case in the manufacture of "artificial marbles". On the contrary, the geopolymeric stone according to the invention is obtained by using residual rocks which are used as extracted from the soil, or at the most after having undergone a simple operation of washing the dust. There is no grinding, at most
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une désagrégation des mottes, pour faciliter le lavage et l'élimination des matières parasites z (terre, humus, etc.).
a disintegration of the clods, to facilitate the washing and the elimination of parasitic materials (earth, humus, etc.).
Les pierres géopolymèriques de l'invention ainsi que leur procédé de fabrication sont illustrés par les Exemples suivants. Ces exemples n'ont pas de caractère limitatif sur la portée globale de l'invention telle que présentée dans les revendications. Toutes les parties indiquées sont en poids. The geopolymeric stones of the invention as well as their manufacturing process are illustrated by the following Examples. These examples are not limiting on the overall scope of the invention as presented in the claims. All parts shown are by weight.
Exemple 1 : On utilise une machine employée quotidiennement pour fabriquer des carreaux de marbre artificiel ou de granite artificiel. Cette machine est constituée d'une presse hydraulique dans laquelle on trouve également une table vibrante ainsi qu'une cloche à vide. Les agrégats sont du granit concassé et broyé doté d'une granulométrie optimale afin de laisser le moins de vide entre les grains. La table vibrante permet de placer les grains et la cloche à vide d'éliminer les bulles d'air incluses dans le liant. Pour le marbre artificiel, le liant est une résine organique (acrylique ou polyester) et pour le granit artificiel, le liant est du ciment hydraulique. Au lieu de ces liants traditionnels on utilise maintenant un ciment géopolymèrique de type (K, Ca)- Poly (sialate-siloxo) comme par exemple celui décrit dans le brevet français FR 2 666 253. Example 1: A machine is used daily to make artificial marble tiles or artificial granite. This machine consists of a hydraulic press in which there is also a vibrating table and a vacuum bell. The aggregates are crushed and milled granite with an optimal grain size to leave the least void between the grains. The vibrating table makes it possible to place the grains and the vacuum bell to eliminate the air bubbles included in the binder. For artificial marble, the binder is an organic resin (acrylic or polyester) and for artificial granite, the binder is hydraulic cement. Instead of these traditional binders is now used a geopolymeric cement type (K, Ca) - Poly (sialate-siloxo) as for example that described in French Patent FR 2,666,253.
On mélange 80 parties d'agrégats avec 18 parties de ciment géopolymèrique et 2 parties de pigment noir. On place le tout dans le moule puis sous la presse vibrante, et on applique le vide. Le carreau comprimé est ensuite laissé à durcir à 60 deg. C pendant 2 heures. 80 parts of aggregates are mixed with 18 parts of geopolymeric cement and 2 parts of black pigment. The whole is placed in the mold and then under the vibrating press, and the vacuum is applied. The compressed tile is then allowed to cure at 60 deg. C for 2 hours.
Puis on procède à l'opération de finissage qui consiste en un ponçage puis à un polissage. On obtient un carreau de granit artificiel, de couleur noire, dont la structure est représentée par la figure 1 : on distingue nettement entre les grains anguleux une phase amorphe constituée par le ciment et les fines. Then we proceed to the finishing operation which consists of sanding and then polishing. An artificial black granite tile, the structure of which is represented in FIG. 1, is obtained: a amorphous phase consisting of cement and fines is clearly distinguished between the angular grains.
Exemple 2 :
On fait un mélange contenant 484 parties de granit broyé dont la granulométrie s'étale de ZD 0.05mm à 7mm, avec 90 parties de ciment géopolymérique (K, Ca)- (poly (sialate-siloxo) et 30 parties d'eau. Ce mélange est introduit dans un moule sous lequel on applique une vibration pour permettre un bon tassement. On fait durcir pendant une journée à la température ambiante et ensuite on démoule. La pierre est ensuite laissée dans un sac plastique fermé, pendant 1 semaine. On découpe à la scie diamantée. La structure de la pierre est similaire à Example 2
A mixture containing 484 parts of crushed granite, the particle size of which is spread from ZD 0.05 mm to 7 mm, with 90 parts of geopolymeric cement (K, Ca) - (poly (sialate-siloxo) and 30 parts of water. The mixture is introduced into a mold under which a vibration is applied to allow a good compaction, is cured for one day at room temperature and then demolded.The stone is then left in a closed plastic bag for 1 week. The structure of the stone is similar to
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celle de la figure 1 : on distingue nettement entre les grains anguleux une phase amorphe constituée par le ciment et les fines. that of Figure 1: there is clearly between the angular grains an amorphous phase consisting of cement and fines.
Exemple 3 :
Dans un gisement de granit fortement altéré où la kaolinisation très avancée donne lieu à une industrie de séparation du kaolin, on choisi une arène granitique qui contient moins de 10% en poids de kaolinite. Cette arène granitique est constituée de grains quartzeux libres, de grains feldspathiques libres, de mica muscovite libre et de kaolinite résiduelle. On fait un mélange contenant 500 parties de cette arène granitique avec 100 parties de ciment géopolymérique (K, Ca)- (poly (sialate-siloxo) et 30 parties d'eau. On fait durcir à 80 C pendant 2 heures et ensuite on démoule. La pierre est ensuite laissée dans un sac plastique fermé, pendant 1 semaine. On découpe à la scie diamantée. La structure de la pierre est similaire à celle de la figure 2 : on obtient une structure cristalline extrêmement dense, chaque grain étant enrobé d'une fine couche amorphe de kaolinite transformée en tecto-alumino-silicate par géopolymérisation. La pierre obtenue est du type arkose. Example 3
In a heavily weathered granite deposit where highly advanced kaolinization results in a kaolin separation industry, a granite arena is chosen which contains less than 10% by weight of kaolinite. This granitic arena consists of free quartz grains, free feldspar grains, free muscovite mica, and residual kaolinite. A mixture containing 500 parts of this granite arena is made with 100 parts of geopolymeric cement (K, Ca) - (poly (sialate-siloxo) and 30 parts of water, cured at 80 ° C. for 2 hours and then stripped. The stone is then left in a closed plastic bag for 1 week Diamond cutting is done The structure of the stone is similar to that of Figure 2: an extremely dense crystalline structure is obtained, each grain being coated with a thin amorphous layer of kaolinite converted into tecto-alumino-silicate by geopolymerization The stone obtained is of the arkose type.
Exemple 4 : On procède comme dans l'exemple 4, mais au lieu de prendre l'arène granitique on utilise le résidu d'extraction du kaolin. En effet, lorsque l'arène granitique est riche en kaolin (de l'ordre de 30% en poids par exemple), on extrait ce kaolin par décantation dans l'eau. Les parties lourdes restantes constituent une arène granitique résiduelle contenant au plus 2% en poids de kaolin. On utilise ce résidu comme dans l'exemple 3. La structure de la pierre est similaire à celle de la figure 2 ; chaque grain est enrobé avec une très fine couche amorphe de liant géopolymèrique. La pierre obtenue est du type arkose. EXAMPLE 4 The procedure is as in Example 4, but instead of taking the granite arena, the kaolin extraction residue is used. In fact, when the granite arena is rich in kaolin (of the order of 30% by weight for example), this kaolin is extracted by decantation in water. The remaining heavy parts constitute a residual granitic arena containing at most 2% by weight of kaolin. This residue is used as in Example 3. The structure of the stone is similar to that of Figure 2; each grain is coated with a very thin amorphous layer of geopolymeric binder. The stone obtained is of the arkose type.
Pour fabriquer une pierre géopolymèrique en calcaire on choisira un calcaire à coquillage naturellement altéré. Par exemple pour réaliser un calcaire foraminifère du type nummulite, on fera durcir un mélange contenant 75 à 95% en poids de calcaire naturellement altéré, non broyé, constitué de tests libres et de sable calcaire à tests libres, avec 5 à 25 % en poids d'une résine géopolymèrique d'alumino-silicates de sodium, de potassium et de calcium générant, après durcissement, un liant géopolymèrique de type poly (sialate), poly (sialatesiloxo) et/ou poly (sialate-disiloxo). To make a limestone geopolymer stone, we will choose a naturally altered shell limestone. For example, to make a nummulite-type foraminiferous limestone, a mixture containing 75 to 95% by weight of naturally weathered, unmilled limestone consisting of free tests and free-testing calcareous sand with 5 to 25% by weight will be cured. a geopolymeric resin of sodium, potassium and calcium aluminosilicates generating, after curing, a geopolymeric binder of the poly (sialate), poly (sialatesiloxo) and / or poly (sialate-disiloxo) type.
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Dans le cas des grés à texture fine, on choisira de préférence un gisement d'arène quartzique très peu consolidé qui se désagrège aisément par simple pression. L'ajout du ciment géopolymèrique aboutit à la fabrication d'un grès à ciment siliceux ou plus spécialement d'un grès à ciment pellitique. In the case of fine-textured sandstones, a very weak quartz-bearing arena site will be chosen which easily breaks up by simple pressure. The addition of the geopolymeric cement results in the manufacture of a siliceous cement stoneware or more particularly of a pellitic cement stoneware.
Les pierres géopolymèriques selon l'invention peuvent être utilisées comme revêtement décoratif ou de protection, en statuaire et autre objet décoratif. Dans la construction elles peuvent servir de revêtement extérieur, sous forme de carreaux, de blocs, de briques. On peut également mettre le mélange géopolymèrique en fond de moule et couler dessus soit du béton traditionnel, soit un béton cellulaire, ou appliquer un bloc de béton dense ou cellulaire déjà durci. L'élément de liaison entre la couche de pierre géopolymèrique et l'âme en béton dense ou cellulaire est le liant géopolymérique. The geopolymeric stones according to the invention can be used as decorative or protective covering, in statuary and other decorative object. In the construction they can be used as exterior cladding, in the form of tiles, blocks, bricks. You can also put the geopolymeric mixture in the bottom of the mold and pour on either traditional concrete or cellular concrete, or apply a block of dense concrete or cellular already hardened. The connecting element between the geopolymeric stone layer and the dense or cellular concrete core is the geopolymeric binder.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux méthodes et aux pierres géopolymèriques qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemple, sans sortir du cadre de l'invention. Of course, various modifications may be made by those skilled in the art methods and geopolymeric stones that have just been described by way of example, without departing from the scope of the invention.
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- 2001-11-08 FR FR0114426A patent/FR2831882B1/en not_active Expired - Fee Related
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